Энергетическая установка, системы и трубопроводы плавучей буровой установки

Электроустановка (ЭУ) различных типов ПБУ представляет собой совокупность основных и вспомогательных механизмов, предназначенных для обеспечения энергией всех потребителей, выполняющих операции по бурению скважин, размещению и снятию с точки бурения, проходке, а также обеспечению бытовых использовать потребности команды.

Назначение, состав и классификация энергетических установок ПБУ

Кроме вышеперечисленного, силовая установка самоходных ПБУ, технологическое оборудование ПБУ, назначение, состав и расположение должны обеспечивать движение энергией. Все проектируемые и проектируемые электростанции являются тепловыми электростанциями и содержат тепловые двигатели и устройства для преобразования тепловой энергии сгорания топлива в механическую или электрическую энергию.

Буровая платформа — Caspian Driller
Источник: Морской трафик

Механизмы технологического комплекса ПБУ, как правило, выполняются с индивидуальной электростанцией. Следовательно, электростанция – это электростанция, состав и мощность которой определяются мощностью потребителей при различных режимах работы станции.

Дизельные двигатели или другие двигатели внутреннего сгорания приняты в качестве первичных двигателей для генераторов электроэнергии в большинстве ПБУ. Некоторые установки используют газовые турбины в качестве движущей силы. Характеристики газотурбинных и комбинированных систем наддува (ГТД). Энергетическая установка ПБУ состоит из главных дизель-генераторов (ОДГ), предназначенных для обеспечения основных режимов работы, и вспомогательных дизель-генераторов (АДГ) для работы ПБУ в режимах с малым потреблением мощности. Кроме того, в состав ЕС входят:

• вспомогательное оборудование для обслуживания главных двигателей с трубопроводами и баками для топлива, масла и воды, вспомогательные и утилизационные котлы, опреснительные установки, автоматика и телемеханика, теплообменники и другие устройства.

Энергетическая установка также обслуживается механизмами и общекорабельными системами: пожарной, балластной, водопроводной, вентиляционной и др. механизмы этих систем обычно располагаются в помещениях, где установлены ДГД и ВДГ. Механизмы технологического оборудования, являющиеся потребителями энергии, вырабатываемой электростанцией, размещаются в других специальных помещениях и на открытых площадках ПБУ.

Выбор типа первичных двигателей энергетической установки

Потребляемая мощность варьируется в широких пределах и зависит от параметров установки, глубины моря, глубины бурения и режима работы. На выбор типа агрегатной мощности и количества главных двигателей существенное влияние оказывают род тока и система электроснабжения основных и вспомогательных механизмов технологического оборудования.

Буровая платформа — Deep Driller 4
Источник: Морской трафик

При назначении типов двигателей и определении количества и мощности учитывают следующие элементы двигателей и силовых установок:

• количество и мощность двигателей Конструкция современных судовых двигателей, необходимых для привода главных генераторов;
• суммарная мощность главных двигателей;
• общая масса главных двигателей и генераторов;
• моторесурс главных двигателей;
• удельный расход топлива главных двигателей;
• удельный вес главных двигателей и генераторов (масса единицы вырабатываемой мощности, кг/кВт);
• количество и мощность вспомогательных двигателей для привода вспомогательных генераторов;
• аварийная мощность двигателя;
• тип, количество и мощность вспомогательных и котлов-утилизаторов;
• тип, количество агрегатов и мощность опреснительной установки;
• площадь, занимаемая механизмами в помещениях электростанции (в процентах от общей площади), или удельная мощность электростанции на 1 м2 площади, кВт/м2.

Силовые установки, используемые для силовых установок, должны соответствовать правилам реестра и изготавливаться и собираться под его контролем. Исключения могут быть сделаны для агрегатов, которые используются только для работы технологического оборудования, но отдельные части этих агрегатов (сосуды под давлением, топливные баки, расположение газоотводящего трубопровода) также находятся под наблюдением регистра.

Буровая платформа — Valiant Driller
Источник: Морской трафик

В таблице. 1 приведен пример выбора основного оборудования электростанции ФБУ «Баки», где режимы работы и потребляемая мощность (в кВт) имеют следующие расчетные данные:

• режим вождения 141;
• подъем корпуса 1523;
• парковка 200;
• бурение 2640;
• цементирование 2700.

Для определения оптимального варианта рекомендуется количественно определить сопоставимые показатели, найдя относительный коэффициент для каждого показателя Кр и относительный коэффициент варианта Кв.

Рекомендуемая литература: Обзор средств управления судном

Оптимальная альтернатива определяется путем сравнения относительных коэффициентов альтернатив, которые находятся как произведение относительных коэффициентов показателей.

Для нахождения Кр за единицу принимается наилучший параметр этого показателя (например, в таблице 1 в строке 4 за единицу принимается 75 — вариант III, в строке 5 — 30 000 — вариант II). Коэффициент К и определяется произведением значений Кр для каждой альтернативы. Расчет оптимального варианта для рассматриваемого примера Бакинского ПБУ приведен в таблице. 2.

Как видно из таблицы. 2, является оптимальным вариантом для наибольшего значения коэффициента Кб III, который при прочих равных условиях следует принять за ЭС в данном примере.

Самоподъемная буровая платформа — Gulf Driller VI
Источник: Морской трафик

Ведутся работы по использованию газовых турбин в качестве основного двигателя силовой установки. Целесообразность использования газотурбинной установки стала очевидной после применения высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов.

Газовые турбины широко используются в нефтяной промышленности. Принципы использования энергии газов в газотурбинных насосах в качестве движущей силы насосов, компрессоров и другого оборудования. Впервые газовая турбина была использована на плавучей буровой в 1966 году при строительстве буровой 11 компанией «ТуАр Дриллинг». В этой установке каждая из трех газовых турбин через редуктор приводит в действие два генератора постоянного тока. Сравнительный анализ силовой установки показывает, что ГТУ имеет высокий КПД на полной и особенно на частичной нагрузке, возможность изменения мощности при постоянной температуре цикла, простоту системы водоподготовки.

Особый интерес для силовой установки представляет возможность работы газовой турбины на частичной нагрузке при спуске или подъеме бурильной колонны или обсадной колонны (нагрузка изменяется в очень широком диапазоне). Использование дизельной силовой установки на этих режимах вызывает значительные эксплуатационные трудности и резко снижает ресурс двигателя. Для морских буровых установок возможность работы газовых турбин на всех видах топлива имеет особое значение из-за сложности снабжения последним.

Наконец, путем комплексной оценки всех параметров, сроков проектирования и строительства, количества планируемых к строительству установок и реальных возможностей поставки выбираются основные элементы ЭС.

Вспомогательное оборудование энергетической установки

Вспомогательное оборудование силовой установки предназначено для обеспечения работы основных двигателей на всех режимах работы, а также нормального функционирования всех систем и агрегатов ПБУ. Оборудование, обеспечивающее безопасность плавания и взрывопожаробезопасность в рабочем положении, должно соответствовать требованиям правил Регистра к непотопляемости морских судов.

Конструкция и расположение дополнительного оборудования ПБУ, обеспечивающего безопасность мореплавания, принципиально не отличается от такового на водоизмещающих кораблях.

Требование по взрывопожаробезопасности вспомогательного оборудования не включено в действующие нормативы. Поэтому при проектировании данного оборудования учитывают опыт проектирования и эксплуатации, а также требования правил зарубежных классификационных обществ.

Из всех общекорабельных систем на ФБУ существенное отличие имеет система подачи забортной воды. Это отличие состоит в необходимости обеспечения потребителей плавающей водой и в рабочем положении. Один из вариантов системы подачи морской воды показан на рис. 1.

Рис. 1 система подачи забортной воды ПБУ

Подача забортной воды в рабочее положение осуществляется погружными насосами 1, установленными в шахте корпуса 2 и опущенными ниже уровня воды. Погружные насосы подают воду через телескопические устройства 3 в служебную цистерну 4, представляющую собой пространство корпуса, ограниченное днищем 5 и палубой 6.

На днище служебной цистерны установлен приемный кингстон 7, а на переборке — приемные клапаны 8, 9 и 10.

Переборка 11 выполнена с прорезью на главной палубе и отделяет сливную цистерну 12 от расходной цистерны 4. Эта переборка снабжена задвижкой 13 с механическим приводом, выводимой из цистерны.

Дренажная емкость содержит вертикальную переливную трубу 14, верхний свободный конец которой при полной загрузке расположен выше ватерлинии ФБУ. К переборке сливной цистерны присоединены приемные клапаны водопожарных и балластных насосов 15, 16 и потребителей технологического оборудования. Выкидные линии от потребителей и опреснительной установки 17 подключены к баку сточных вод. В рабочем положении питающая цистерна заполняется водой погружными насосами, а вплавь через приемный тон вода может подаваться из цистерны к потребителям каждой из трех групп.

• Я группирую. Подача воды осуществляется насосами с приводом от потребительского механизма;
• II группа. Потребители центральной системы, обслуживаемые насосом большой производительности;
• III группа. Потребители центральной системы, обслуживаемые маломощным насосом.

Описанная система подачи забортной воды позволяет уменьшить количество насосов в установке и создает условия для их рациональной загрузки. Наличие бака большого объема обеспечивает рециркуляцию воды и обеспечивает безаварийную работу электростанции при возможных кратковременных перерывах в работе погружных насосов. Объем расходного бака и минимальная производительность погружных насосов определяются (за исключением условий удовлетворения взвешенной воды электростанции) потребностью водопожарной системы. Исходя из этой потребности, вместимость бака должна обеспечивать подачу (без доливки) воды при давлении не менее 0,3 МПа и производительности 2,7 л/с, а минимальная вместимость бака должна быть не менее 10 м3. Этот объем выбран так, чтобы дать достаточно времени для включения погружных насосов.

Буровая платформа — Gulf Driller VIII
Источник: Морской трафик

Для обеспечения водопожарной системы производительность каждого погружного насоса должна превышать производительность водяных пожарных насосов. Рабочий бак должен иметь сигнализацию падения уровня воды ниже допустимого, а в случае работы ПБУ при отрицательных температурах надежно защищать от замерзания.

Общесудовые системы и трубопроводы Ремонт трубопроводных систем и достройка ГЭУ корабля производится в соответствии с действующими в судостроении нормами, санитарными правилами для морских судов и правилами регистра, а в этой части системы ПБУ не отличаются от систем и трубопроводов других типов водоизмещающих кораблей.

В резервных расчетах учитывается потребность в технологическом оборудовании, а соответствующие системы предусматривают подачу воды, пара, топлива, масла потребителям технологического комплекса (например, пара или горячей воды для превенторов, воды и сжатых воздуха для инструмента в помещения буровых и цементировочных насосов, на надземный портал и др.).

Размещение и управление энергетической установки

В соответствии с условиями по взрывопожарной безопасности силовые установки размещают на максимально возможном расстоянии от устья скважины. Входные и выходные отверстия вентиляционных труб помещений силовой установки, а также газоотводные трубопроводы двигателей должны быть вынесены из потенциально взрывоопасных зон. Помещение силовой установки обычно размещается в грузовом отсеке корпуса FDR, чтобы обслуживающий персонал мог получить доступ непосредственно из жилой каюты, а также снять крупные агрегаты и двигатели через отверстия в палубе с минимальным демонтажом конструкций, установленных на палубе главная палуба.

Управление силовой установкой является частью системы управления ПБУ в целом и строится совместно с другими системами управления (буровым и технологическим оборудованием, системами наведения, бытовыми системами и механизмами, системами выживания). Управление самой силовой установкой, бытовыми системами, механизмами и системой выживания можно объединить в одну систему управления.

Пост управления (ПУ) электростанции оборудован в помещении установки и ограничен звукоизоляционными ограждениями. БЩУ обеспечивает постоянную охрану и имеет громкоговорящую и телефонную связь со всеми возможными постами управления ПБУ. Поэтому, кроме контроля и управления работой силовой установки, ПУ должна также обеспечивать работу других систем ПБУ, что осуществляется соответствующими информационно-управляющими каналами этих систем. В таблице. 3 приведены данные по системе управления ЕС.