Энергетическая установка, системы и трубопроводы плавучей буровой установки

Энергетические установки (ЭУ) различных типов ПБУ представляют собой комплекс основных и вспомогательных механизмов, предназначенных для обеспечения энергией всех потребителей, выполняющих операции по проводке скважин, постановке и снятию с точки бурения, переходу, а также для обеспечения бытовых нужд команды.

Назначение, состав и классификация энергетических установок ПБУ

Кроме указанного, ЭУ самоходных ПБУТехнологическое оборудование ПБУ, назначение, состав и размещение должны обеспечить энергией движители. Все построенные и спроектированные ЭУ являются теплосиловыми и имеют в своем составе тепловые двигатели и устройства для преобразования тепловой энергии сгорания топлива в механическую или электрическую.

Механизмы технологического комплекса ПБУ выполняются, как правило, с индивидуальным электроприводом. Поэтому энергетическая установка представляет собой электростанцию, состав и мощность которой определяются мощностью потребителей при различных режимах работы установки.

В качестве первичных двигателей генераторов электрического тока большинства ПБУ приняты дизели или другие двигатели внутреннего сгорания. На некоторых установках в качестве первичных двигателей применяются газовые турбиныХарактеристики систем газотурбинного и комбинированного наддува (ГТ). Электростанция ПБУ состоит из основных дизельгенераторов (ОДГ), предназначенных для обеспечения основных эксплуатационных режимов работы, и вспомогательных дизельгенераторов (ВДГ) для работы ПБУ в режимах, при которых незначительно потребляется мощность. Кроме того, в состав ЭУ входят:

• вспомогательное оборудование обслуживания первичных двигателей с трубопроводами и цистернами запаса топлива, масла и воды, вспомогательные и утилизационные котлы, опреснительные установки, средства автоматического и дистанционного управления, теплообменные аппараты и другие устройства.

ЭУ обслуживается также механизмами и общесудовыми системами: пожарной, балластно-осушительной, водоснабжения, вентиляции и др. Механизмы указанных систем, как правило, располагаются в помещениях, где установлены ОДГ и ВДГ. Механизмы технологического оборудования, являющиеся потребителями энергии, вырабатываемой ЭУ, располагаются в других специальных помещениях и открытых пространствах ПБУ.

Выбор типа первичных двигателей энергетической установки

Потребляемая мощность изменяется в широких пределах и зависит от параметров установки, глубины моря, глубины бурения и режима работы. На выбор типа единичной мощности и количества первичных двигателей существенно влияют род тока и система электроснабжения главных и вспомогательных механизмов технологического оборудования.

При назначении типов двигателей и определении их числа и мощности учитываются следующие элементы двигателей и ЭУ:

• число и мощность двигателейКонструкция современных судовых двигателей, необходимых для привода основных генераторов;
• суммарная мощность основных двигателей;
• суммарная масса основных двигателей и генераторов;
• моторесурс основных двигателей;
• удельный расход топлива основных двигателей;
• удельная масса основных двигателей и генераторов (масса, приходящаяся на производство единицы мощности, кг/кВт);
• число и мощность вспомогательных двигателей для привода вспомогательных генераторов;
• мощность аварийного двигателя;
• тип, число и производительность вспомогательных и утилизационных котлов;
• тип, число агрегатов и производительность опреснительной установки;
• площадь, занятая механизмами в помещениях энергетической установки (в процентах к общей площади), или удельная мощность электростанции, приходящаяся на 1 м² площади, кВт/м².

Двигательные агрегаты, применяемые для ЭУ, должны удовлетворять правилам Регистра, изготавливаться и монтироваться под его надзором. Исключения могут составлять агрегаты, используемые только для привода технологического оборудования, однако отдельные элементы этих агрегатов (сосуды под давлением, топливные цистерны, расположение газовыпускного трубопровода) также находятся под надзором Регистра.

В табл. 1 приведен пример выбора основного оборудования энергетической установки ПБУ «Бакы», у которой режимы работы и потребляемая мощность (в кВт) имеют следующие проектные данные:

• ходовой режим 141;
• подъем корпуса 1 523;
• стояночный 200;
• бурение 2 640;
• цементирование 2 700.

 
Для определения оптимального варианта может быть рекомендована количественная оценка сопоставимых показателей методом нахождения относительного коэффициента по каждому показателю К_п и относительного коэффициента варианта К_в.

Предлагается к прочтению: Общие сведения о средствах управления судами

Оптимальный вариант определяется сравнением относительных коэффициентов вариантов, которые находятся как произведение относительных коэффициентов показателей.

Для нахождения К_п принимают за единицу лучший параметр данного показателя (например, в табл. 1 в строке 4 за единицу принимается 75 — III вариант, в строке 5 — 30 000 — II вариант). Коэффициент К и определяется произведением значений К_п по каждому варианту. Расчет оптимального варианта для рассмотренного примера ПБУ «Бакы» показан в табл. 2.

Как видно из табл. 2, оптимальным вариантом по наибольшему значению коэффициента К_в является III, который при прочих равных условиях следует в данном примере принять для ЭУ.

Проводятся работы по применению газовых турбин в качестве первичного двигателя ЭУ. Целесообразность использования газотурбинной установки стала очевидной после появления высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов.

В нефтяной промышленности широко используются газовые турбиныПринципы использования энергии газов в ГТН в качестве привода насосов, компрессоров и другого оборудования. Впервые на плавучей буровой установке газовая турбина применена в 1966 г. при постройке «Риг 11» компанией «ТуАр Дриллинг». В этой установке каждая из трех газовых турбин через понижающий редуктор приводит во вращение два генератора постоянного тока. Сопоставительный анализ ЭУ показывает, что газовая турбина обладает высокой экономичностью при полной и особенно при частичных нагрузках, возможностью изменения мощности при постоянной температуре цикла, простотой системы водоподготовки.

Особый интерес для ЭУ представляет возможность работы газовой турбины при частичных нагрузках во время спуска или подъема бурильной или обсадной колонны (нагрузка изменяется в весьма широких пределах). Применение дизельного привода ЭУ в указанных режимах вызывает существенные затруднения в эксплуатации и резко снижает моторесурс двигателей. Для морских буровых установок особое значение имеет возможность работы газовых турбин на любых видах топлива ввиду сложности доставки последнего.

Окончательно основные элементы ЭУ выбирают путем все-сторонней оценки всех параметров, сроков проектирования и строительства, числа планируемых к постройке установок и реальных возможностей поставки.

Вспомогательное оборудование энергетической установки

Вспомогательное оборудование ЭУ предназначается для обеспечения работы первичных двигателей на всех режимах работы, а также нормального функционирования всех систем и устройств ПБУ. Оборудование, которое участвует в обеспечении безопасности плавания и взрыво- и пожаробезопасности в рабочем положении, должно удовлетворять правилам РегистраТребования регистра к непотопляемости морских судов.

Конструкция и размещение вспомогательного оборудования ПБУ, обеспечивающего безопасность плавания, в основном не отличаются от таковых на водоизмещающих судах.

Требование к взрыво- и пожаробезопасности вспомогательного оборудования не включено в действующие правила. Поэтому при проектировании этого оборудования учитывается опыт конструирования и эксплуатации, а также требования, содержащиеся в правилах зарубежных классификационных обществ.

Из всех общесудовых систем на ПБУ существенное отличие имеет система снабжения забортной водой. Это отличие состоит в необходимости обеспечивать потребителей забортной водой на плаву и в рабочем положении. Один из вариантов системы снабжения забортной водой представлен на рис. 1.

Подача забортной воды в рабочем положении осуществляется погружными насосами 1, установленными в шахте корпуса 2 и опускаемыми ниже уровня воды. Погружными насосами вода через телескопические устройства 3 подается в расходную цистерну 4, которая является отсеком корпуса, ограниченным днищем 5 и палубой 6.

На днище расходной цистерны установлен приемный кингстон 7 и на переборке – приемные клапаны 8, 9 и 10.

Переборка 11 выполнена с зазором у главной палубы и отделяет сливную цистерну 12 от расходной цистерны 4. На этой переборке установлена клинкетная задвижка 13 с механическим приводом, выведенным за пределы цистерны.

Читайте также: Ремонт электрооборудования и систем автоматики судна

Сливная цистерна содержит вертикальную переливную трубу 14, верхний свободный конец которой располагается выше ватерлинии ПБУ при полной загрузке. К переборке сливной цистерны подключены приемные клапаны водопожарного и балластного насосов 15, 16 и потребители технологического оборудования. Выкидные линии от потребителей и водоопреснительной установки 17 соединены со сливной цистерной. В рабочем положении расходная цистерна заполняется водой погружными насосами, а на плаву через приемный кингстон возможна подача воды из цистерны к потребителям каждой из трех групп.

• I группа. Вода подается насосами, приводимыми в действие механизмом-потребителем;
• II группа. Потребители центральной системы, обслуживаемые насосом большой производительности;
• III группа. Потребители центральной системы, обслуживаемые насосом малой производительности.

Описанная система снабжения забортной водой дает возможность сократить число насосов на установке и создает условия для их рациональной загрузки. Наличие цистерны значительного объема позволяет осуществить рециркуляцию воды и обеспечивает безаварийную работу ЭУ при возможных кратковременных перерывах в работе погружных насосов. Объем расходной цистерны и минимальная производительность погружных насосов определяются (кроме условий удовлетворения забортной водой ЭУ) потребностью водопожарной системы. Исходя из этой потребности, емкость цистерны должна обеспечивать подачу (без пополнения) воды при давлении не менее 0,3 МПа и производительности 2,7 л/с, а минимальная емкость цистерны должна быть не менее 10 м³. Такой объем выбирается для того, чтобы обеспечить достаточное время для включения погружных насосов.

Для обеспечения водопожарной системы производительность каждого погружного насоса должна превышать производительность водопожарных насосов. Расходная цистерна должна иметь сигнализацию о понижении уровня воды ниже допустимого, а в случае работы ПБУ в условиях низких температур — надежно защищаться от замерзания.

Общесудовые системы и трубопроводыРемонт систем трубопроводов и арматуры судна ЭУ выполняются в соответствии с нормалями, действующими в судостроительной промышленности, «Санитарными правилами для морских судов» и правилами Регистра и в этой части системы ПБУ не отличаются от систем и трубопроводов других типов водоизмещающих судов.

В расчетах запасов учитывается потребность технологического оборудования, а соответствующие системы предусматривают подачу воды, пара, топлива, масла к потребителям технологического комплекса (например, пар или горячая вода к превенторам, вода и сжатый воздух для инструмента в помещения буровых и цементировочных насосов, на подвышенный портал и др.).

Размещение и управление энергетической установки

По условиям взрыво- и пожаробезопасности ЭУ размещаются на возможно большем удалении от устья скважины. Приемные и выпускные отверстия вентиляционных труб помещений энергетической установки, а также газовыпускные трубопроводы двигателей должны быть удалены от опасных зон. Помещение ЭУ располагается обычно в трюме корпуса ПБУ так, чтобы были обеспечены доступ обслуживающего персонала непосредственно из жилой рубки, а выемка крупногабаритных узлов и двигателей — через отверстия в палубе при минимальном объеме демонтажных работ конструкций, установленных на главной палубе.

Управление энергетической установкой является частью системы управления ПБУ в целом и строится во взаимосвязи с другими системами управления (бурового и технологического оборудования, системы постановки на точку, бытовых систем и механизмов и системы обеспечения живучести). Управление собственно энергетической установкой, бытовыми системами, механизмами и системой обеспечения живучести может объединяться в одну систему управления.

Пост управления (ПУ) энергетической установкой оборудуется в помещении установки и ограничивается звукоизолирующими выгородками. ПУ предусматривает постоянную вахту обслуживания и имеет громкоговорящую и телефонную связь. со всеми возможными постами управления ПБУ. Поэтому, кроме контроля и управления работой энергетической установкой, ПУ должен обеспечивать работу и других систем ПБУ, что осуществляется соответствующими каналами информации и управления этими системами. В табл. 3 приведены данные по системе управления ЭУ.