燃气轮机在海洋石油平台上的应用
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2) 燃料可以 就地取材 , 利用海上采油气 平台在正常生产中采集到的天然气来供给燃气轮机 消耗, 避免了采油平台远离陆地, 燃料运输过程中 带来的不便和危险以及高昂的运输费用; 同时避开 了采油平台地方狭小, 难以储存大量燃料的困难。
3) 燃 气轮 机体 积 小、功 率 大、机 组 安装 简 便。
第 21卷 第 4期 2008年 8月
中国修船
CH INA SH IPREPA IR
V o .l 21 N o. 4 A ug. 2008
海洋平台
燃气轮机在海洋石油平台上的应用
李作琨 1, 王大勇 2, 莫文涛 1, 屈会智1, 孙 维 2
( 1. 天津修船技术研究所, 天津 300456; 2. 海洋石油工程有限公司, 天津 300452)
性的服务站, 两家公司的合作协议于 5月 20日签署。山船重工将在其厂区向瓦锡兰公司提供办公区域以
及车间。其战略意义之一旨在承接高技术含量的修船工作, 向中国最大修船基地的目标迈进。
我们很高兴签署该协议, 因为这是中国船厂首次欢迎瓦锡兰公司长期进驻其厂区。山海关船舶重工 有限责任公司也非常欣喜, 因为该合作将帮助其提高业内知名度, 增强客户信心, 使船厂能够承担更加复
燃气轮机在海上采油各种功能的平台和 FPSO 换器, 即 废气锅 炉 与一 套 燃油 燃气 锅炉
上不仅用于带动发电 机组, 而且可 以用于其它设 组合成一套热油 ( 介质 ) 锅炉。被加热的 介质经
备, 如: 惠州 H Z21- 1B 选用燃气透平带动燃气压
废气锅炉 和 燃油燃气锅炉 串联加热。这套
缩机, 同样收到良好的效益。
装置的排烟出口温度可降到 200 ~ 300 ∀ , 充分利
由于燃气轮机的排烟温度高达 400 ~ 600 ∀ 。 用了废热, 减少了能耗。如: 在渤南 BN26 - 2 平
为了充分利用这些废热, 厂商设计并推荐了燃气轮 台上安装了这套装置, 见图 2。这套装置选用, 不
掉, 而今越来越多地被收集加压, 得以利用。锦州 JZ9- 3改造工程就是一个实例。
采集的天然气通常含有水、油及其它杂质, 不 能直接用于燃气透平的燃料, 否则透平会产生喷嘴 及叶片等部位积碳、腐蚀等, 损害燃气透平。所以 天然气须经处理才可使用。
在平台上天然气通常处理的手段如下。 1) 天然气加压。对于压力低的天然气和 伴 生气 利用燃气压缩机加压处理, 使其达到可以 使用的压力条件。 2) 天然气加温。加温使天然气中的水、油易 挥发, 减少天然气杂质。 3) 利用燃气洗涤罐, 燃气除液罐等不同构造 的分离罐体将燃气中 的水, 油及其 它杂质分离出 去。 4) 利用化学方法, 如: 三甘醇、乙二醇脱水 系统, 降低露点有效地去除燃气中的水分。
摘要: 在海洋采油平台等工程中, 越来越多地选用了燃气轮机主发电机组及其它燃气轮机设 备, 引起了人们的关注。文章介绍了在海洋采油平台上, 燃气透平的应用范围、能源优势、安装 及系统特点, 供设计和专业人员参考。
关键词: 燃气轮机 (透平 ) 发电机组; 透平燃气压缩机组; 采油气平台; FPSO; 天然气; 伴 生气
片转向控制装置液压动力源的液压油, 来调整叶片 转向。
2) 启动系统。 燃气轮机启动系 统通常为电启 动。该系 统简 单, 操作方便。系统即由开关控制交流电, 经电抗 器和变频装置至启动电机来启动燃气透平, 可有效 防止该系统过电流和控制启动电机速度, 当燃气轮 机转速升至 60% 时, 启动电机自动脱离, 启动完 成。 3) 燃料系统。 海上采油平台燃气轮机的燃 料系统通常有两 种, 双燃料系统 # 燃油 ( 柴油 ) 和燃气系统。 ( 1) 双燃料系统是燃油 ( 柴油 ) 和燃气两个 各自独立的系统组成。其中燃气系统简单。透平的 燃气管道上设有关断阀和控制阀, 来控制着燃气进 入透平燃气管汇再分配给各燃气喷嘴。系统上的各 种阀件是由气 /电或电动, 自动连锁控制着, 保障 该系统安全运作。 与燃气系统不同, 燃油系统还设有燃油增压泵 和燃油供给泵。如: 渤南 BN 26- 2 平台透平发电 机组就配备了双燃料系统。 ( 2) 燃气系统。由于燃 气系统是个独 立的系 统, 其系统特点, 在双燃料系统中已叙述。 4) 供气及泄放系统。 供气及泄放系统中的供气, 就是将大气经过燃 气轮机的压缩器, 压缩成高压气体。空气经压缩的 高压气体又分成两部分, 其中一部分供给燃气轮机 燃烧室与燃气混合燃烧爆炸, 产生巨大能量推动透 平高速旋转。另一部分气体作用为: ∃ 吹除透平冷 却空腔由于燃 烧爆炸而产生的 巨大热量, 冷却透 平; % 利用其高压高温的特点, 清除管路、喷嘴的 污染结碳等; & 雾化透平燃油供透平燃烧。通常这 部分气体被称为 PCD 气, 这是燃气轮机系统的 主要特点。 5) 通风系统。 燃气轮机的另一个特点就是透平装置机组用围 板箱围起来。虽然透平内空腔被 PCD 气吹扫冷 却, 但透平装置外壳还存有大量的热在围板箱内。 围板箱内的高 温严重影响着各 种电气、仪 表等设 备, 附件的正常工作, 所以燃气轮机围板箱设有通 风装置 ( 系统 ) , 将透平装置外壳的热量从围板箱 内排出箱外, 以保证各种电气、仪表等设备, 附件
作者简介: 李作琨 ( 1944 ), 男, 天津人, 研究员级高级工程师, 大学本科, 主要从事船舶和海洋工程设计。
! 55!
2008年第 4期
中国修船
第 21卷
机发电机组向平台及其它设施上的设备及照明等供 电。通常燃气轮机发电机组的构成型式, 见图 1。
图 1 PL19- 3燃气透平发电机组及其供风示意图
4) 燃气轮机系统自动化程度高, 管理方便。 所以燃气轮机在海洋采油设施上应用的优势, 不言而喻。
2 燃气轮机在海洋采油设施上应用的范围
近年来海上采油各种功能的平台和 FPSO 等主 电力系统大都选用了燃气轮机发电机组。如: 东方 DF1- 1, 渤南 BN26- 2, 蓬莱 PL19- 3等, 燃气轮
1) 海上采油气平 台和大型 浮动生产、储存、 卸货油轮即 FPSO等, 由于其远离陆地, 所采用的 电力系统, 具有它的独立性和特殊性。一般要求海 上平台电力系统所选用发电机, 调压动作时间短、 调节速度快, 发电机 要有较强励磁 能力和过载能
力。燃气轮机发电机组完全符合这些特征, 同时具 有效率高、启动快、运转平稳等特点。
中图分类号: U 673 文献标识码: C 文章编号: 1001- 8328 ( 2008) 04- 0055- 04
Abstract: M ore and m ore gas turb ine generator and the o ther equ ipm ents drived by gas turbine are installed on the offshore platform, wh ich attracts much o f peop le s' attention. T his paper in troduces the app lied extension, fuel advan tage, installat ion process and system characterist ics of the gas turb ine generator and som e o ther equip m ents o f gas turb ine on o ffshore for the re ference o f designer and pro fessiona.l
在海上各种功能的平台及 FPSO 上, 采集天然 艺流程中分离出来的天然气或称 伴生气 。
气作为燃料, 供发电及其它透平装置之用, 条件得
有的平台上有天然气井, 而有的平台上没有天
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2008年第 4期
李作琨, 等: 燃气轮机在海洋石油平台上的应用
第 21卷
然气井。但不管有没 有天然气井, 在平台上都有 伴生气 。以往这些 伴生气 被引到火炬塔烧
4 燃气轮机的系统特征
前面已谈 到燃气轮机的特 点是转速 高、功率 大、体积小等。为了满足燃气透平的正常运转, 其 系统设计有明显的特征。
1) 滑油系统。 ( 1) 由于燃气轮 机转速高, 其 轴承部位采取 强制润滑的滑油压力高。 通常燃气轮机滑油压力约为 1M P a; 柴油机滑油压力约为 0. 4 M Pa。 ( 2) 由于燃气轮 机转速高, 为 了运转安全起 见, 系统选用 3套滑油泵组。 第一为滑油预供泵 # 由交流电机带动, 在燃气 轮机启动之前就得保证燃气轮机滑油供给, 防止启 动, 燃气轮机转速突然升高, 轴承烧毁; 第二为主 滑油泵 # 由燃 气轮机自己带动, 在燃气 轮机启动 时, 转速升高后, 预供泵自动脱离, 系统由主滑油 泵供给滑油; 第三为 备用滑油 泵 # 由直流 ( 备用 电力系统供给 ) 电机带动, 燃气轮机在出现突然断 电故障时, 直流电机带动备用滑油泵立即启动向燃 气轮机供给滑油, 防止燃气轮机轴承烧毁。 ( 3) 由燃气轮机带动的主滑油泵排出的高压 稳定的滑油供润滑外, 还分出一路作为燃气轮机叶
上采油平台及 FPSO等大型海洋设施工程上的应用
技术。随着海洋工程不断开发, 选用燃气透平发电
机及其它以燃气透平为原动机的大型设备的优势,
越来越多地凸显出来。
收稿日期: 2008 - 04
山船报道
瓦锡兰在山海关船舶重工有限责任公司设立长期服务站
瓦锡兰公司 2008年 5月在中国山海关船舶重工有限责任公司 ( 以下简称山船重工 ) 建立了一个永久
1) 与燃气轮机机组箱体上的 3块安装板块相对 应的, 焊接在结构 ( 平台 ) 上的 3块基座板块, 接 触面须加工。每块刮平要求小于等于 2. 5 mm /m。
2) 3块基 座板块之间接触面水平误差要求小 于等于 1. 58 mm。
3) 燃气轮机机组箱体定位; 留出插入垫片高
度 ( ∋ 25 mm ) , 用调整螺栓调பைடு நூலகம்箱体底部 3块安
K ey w ords: gas turb ine genera tor; turb ine gas com pressor; w ellhead platform; F loating Product ion Storage and O ffload ing units; natural gas; associated gas
机发电机组废热回收装置。所谓 废热回收装置
仅节约了能源, 减少了大气污染, 同时间接地降低
就是在燃气轮机发电机组排气烟道上加装一套热交 了燃气轮机使用的成本。
图 2 BN26- 2燃气透平发电机及其废热回收装置示意图
3 燃气轮机的燃料 # # # 天然气
天独厚。天然气在海上采集来源有二: 其一, 是天 然气井即从地层直接采集; 其二, 是在采集原油工
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2008年第 4期
中国修船
第 21卷
的正常工作如图 1所示。
5 燃气轮机机组安装工艺
由于燃气轮机机组功率大、体积小、旋转平稳 的特点, 又组装在围板箱内, 所以整箱安装在海洋 平台或 FPSO上, 即可布置在机舱内又可安装在露 天甲板上, 其安装工艺比柴油机机组简便许多。
燃气轮机机组安装技术 要求及步骤 ( 根据厂 商文件 ) 。
装板块的高度。 3块安装板块之间水平误差要求小
于等于 0. 417 mm /m。
4) 完成上述 3) 工作的同时, 测出每对安装
板块和基座板块之间选定各点的距离, 以确定插入
垫片各点的厚度, 经加工合格后, 插入安装。
5) 用贯穿螺栓按厂商要求将燃气透平固定在
平台或 FPSO 结构上。
综上所述, 使我们进一步了解到燃气透平在海
1 问题的提出
作为发动机的燃气轮机在航空、航海、发电等 领域得到了利用, 其功率大、体积小、效率高、排 放气体污染小等优势越来越受到行家的关注。然而 用于发动机燃料的要求却比较高。在飞机上用的是 高级航空汽油, 在其它发动机上也用的是汽油或经 处理的轻质燃油, 价格相对昂贵, 在一般情况下, 其运输、储存的条件要求高。因此, 在能源紧缺的 今天, 燃气轮机作为发动机还不可能像柴油机那样 被广泛应用。相反, 在海洋采油设施上, 作为原动 机的燃气轮机却越来越得到了很好地应用。
3) 燃 气轮 机体 积 小、功 率 大、机 组 安装 简 便。
第 21卷 第 4期 2008年 8月
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海洋平台
燃气轮机在海洋石油平台上的应用
李作琨 1, 王大勇 2, 莫文涛 1, 屈会智1, 孙 维 2
( 1. 天津修船技术研究所, 天津 300456; 2. 海洋石油工程有限公司, 天津 300452)
性的服务站, 两家公司的合作协议于 5月 20日签署。山船重工将在其厂区向瓦锡兰公司提供办公区域以
及车间。其战略意义之一旨在承接高技术含量的修船工作, 向中国最大修船基地的目标迈进。
我们很高兴签署该协议, 因为这是中国船厂首次欢迎瓦锡兰公司长期进驻其厂区。山海关船舶重工 有限责任公司也非常欣喜, 因为该合作将帮助其提高业内知名度, 增强客户信心, 使船厂能够承担更加复
燃气轮机在海上采油各种功能的平台和 FPSO 换器, 即 废气锅 炉 与一 套 燃油 燃气 锅炉
上不仅用于带动发电 机组, 而且可 以用于其它设 组合成一套热油 ( 介质 ) 锅炉。被加热的 介质经
备, 如: 惠州 H Z21- 1B 选用燃气透平带动燃气压
废气锅炉 和 燃油燃气锅炉 串联加热。这套
缩机, 同样收到良好的效益。
装置的排烟出口温度可降到 200 ~ 300 ∀ , 充分利
由于燃气轮机的排烟温度高达 400 ~ 600 ∀ 。 用了废热, 减少了能耗。如: 在渤南 BN26 - 2 平
为了充分利用这些废热, 厂商设计并推荐了燃气轮 台上安装了这套装置, 见图 2。这套装置选用, 不
掉, 而今越来越多地被收集加压, 得以利用。锦州 JZ9- 3改造工程就是一个实例。
采集的天然气通常含有水、油及其它杂质, 不 能直接用于燃气透平的燃料, 否则透平会产生喷嘴 及叶片等部位积碳、腐蚀等, 损害燃气透平。所以 天然气须经处理才可使用。
在平台上天然气通常处理的手段如下。 1) 天然气加压。对于压力低的天然气和 伴 生气 利用燃气压缩机加压处理, 使其达到可以 使用的压力条件。 2) 天然气加温。加温使天然气中的水、油易 挥发, 减少天然气杂质。 3) 利用燃气洗涤罐, 燃气除液罐等不同构造 的分离罐体将燃气中 的水, 油及其 它杂质分离出 去。 4) 利用化学方法, 如: 三甘醇、乙二醇脱水 系统, 降低露点有效地去除燃气中的水分。
摘要: 在海洋采油平台等工程中, 越来越多地选用了燃气轮机主发电机组及其它燃气轮机设 备, 引起了人们的关注。文章介绍了在海洋采油平台上, 燃气透平的应用范围、能源优势、安装 及系统特点, 供设计和专业人员参考。
关键词: 燃气轮机 (透平 ) 发电机组; 透平燃气压缩机组; 采油气平台; FPSO; 天然气; 伴 生气
片转向控制装置液压动力源的液压油, 来调整叶片 转向。
2) 启动系统。 燃气轮机启动系 统通常为电启 动。该系 统简 单, 操作方便。系统即由开关控制交流电, 经电抗 器和变频装置至启动电机来启动燃气透平, 可有效 防止该系统过电流和控制启动电机速度, 当燃气轮 机转速升至 60% 时, 启动电机自动脱离, 启动完 成。 3) 燃料系统。 海上采油平台燃气轮机的燃 料系统通常有两 种, 双燃料系统 # 燃油 ( 柴油 ) 和燃气系统。 ( 1) 双燃料系统是燃油 ( 柴油 ) 和燃气两个 各自独立的系统组成。其中燃气系统简单。透平的 燃气管道上设有关断阀和控制阀, 来控制着燃气进 入透平燃气管汇再分配给各燃气喷嘴。系统上的各 种阀件是由气 /电或电动, 自动连锁控制着, 保障 该系统安全运作。 与燃气系统不同, 燃油系统还设有燃油增压泵 和燃油供给泵。如: 渤南 BN 26- 2 平台透平发电 机组就配备了双燃料系统。 ( 2) 燃气系统。由于燃 气系统是个独 立的系 统, 其系统特点, 在双燃料系统中已叙述。 4) 供气及泄放系统。 供气及泄放系统中的供气, 就是将大气经过燃 气轮机的压缩器, 压缩成高压气体。空气经压缩的 高压气体又分成两部分, 其中一部分供给燃气轮机 燃烧室与燃气混合燃烧爆炸, 产生巨大能量推动透 平高速旋转。另一部分气体作用为: ∃ 吹除透平冷 却空腔由于燃 烧爆炸而产生的 巨大热量, 冷却透 平; % 利用其高压高温的特点, 清除管路、喷嘴的 污染结碳等; & 雾化透平燃油供透平燃烧。通常这 部分气体被称为 PCD 气, 这是燃气轮机系统的 主要特点。 5) 通风系统。 燃气轮机的另一个特点就是透平装置机组用围 板箱围起来。虽然透平内空腔被 PCD 气吹扫冷 却, 但透平装置外壳还存有大量的热在围板箱内。 围板箱内的高 温严重影响着各 种电气、仪 表等设 备, 附件的正常工作, 所以燃气轮机围板箱设有通 风装置 ( 系统 ) , 将透平装置外壳的热量从围板箱 内排出箱外, 以保证各种电气、仪表等设备, 附件
作者简介: 李作琨 ( 1944 ), 男, 天津人, 研究员级高级工程师, 大学本科, 主要从事船舶和海洋工程设计。
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机发电机组向平台及其它设施上的设备及照明等供 电。通常燃气轮机发电机组的构成型式, 见图 1。
图 1 PL19- 3燃气透平发电机组及其供风示意图
4) 燃气轮机系统自动化程度高, 管理方便。 所以燃气轮机在海洋采油设施上应用的优势, 不言而喻。
2 燃气轮机在海洋采油设施上应用的范围
近年来海上采油各种功能的平台和 FPSO 等主 电力系统大都选用了燃气轮机发电机组。如: 东方 DF1- 1, 渤南 BN26- 2, 蓬莱 PL19- 3等, 燃气轮
1) 海上采油气平 台和大型 浮动生产、储存、 卸货油轮即 FPSO等, 由于其远离陆地, 所采用的 电力系统, 具有它的独立性和特殊性。一般要求海 上平台电力系统所选用发电机, 调压动作时间短、 调节速度快, 发电机 要有较强励磁 能力和过载能
力。燃气轮机发电机组完全符合这些特征, 同时具 有效率高、启动快、运转平稳等特点。
中图分类号: U 673 文献标识码: C 文章编号: 1001- 8328 ( 2008) 04- 0055- 04
Abstract: M ore and m ore gas turb ine generator and the o ther equ ipm ents drived by gas turbine are installed on the offshore platform, wh ich attracts much o f peop le s' attention. T his paper in troduces the app lied extension, fuel advan tage, installat ion process and system characterist ics of the gas turb ine generator and som e o ther equip m ents o f gas turb ine on o ffshore for the re ference o f designer and pro fessiona.l
在海上各种功能的平台及 FPSO 上, 采集天然 艺流程中分离出来的天然气或称 伴生气 。
气作为燃料, 供发电及其它透平装置之用, 条件得
有的平台上有天然气井, 而有的平台上没有天
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第 21卷
然气井。但不管有没 有天然气井, 在平台上都有 伴生气 。以往这些 伴生气 被引到火炬塔烧
4 燃气轮机的系统特征
前面已谈 到燃气轮机的特 点是转速 高、功率 大、体积小等。为了满足燃气透平的正常运转, 其 系统设计有明显的特征。
1) 滑油系统。 ( 1) 由于燃气轮 机转速高, 其 轴承部位采取 强制润滑的滑油压力高。 通常燃气轮机滑油压力约为 1M P a; 柴油机滑油压力约为 0. 4 M Pa。 ( 2) 由于燃气轮 机转速高, 为 了运转安全起 见, 系统选用 3套滑油泵组。 第一为滑油预供泵 # 由交流电机带动, 在燃气 轮机启动之前就得保证燃气轮机滑油供给, 防止启 动, 燃气轮机转速突然升高, 轴承烧毁; 第二为主 滑油泵 # 由燃 气轮机自己带动, 在燃气 轮机启动 时, 转速升高后, 预供泵自动脱离, 系统由主滑油 泵供给滑油; 第三为 备用滑油 泵 # 由直流 ( 备用 电力系统供给 ) 电机带动, 燃气轮机在出现突然断 电故障时, 直流电机带动备用滑油泵立即启动向燃 气轮机供给滑油, 防止燃气轮机轴承烧毁。 ( 3) 由燃气轮机带动的主滑油泵排出的高压 稳定的滑油供润滑外, 还分出一路作为燃气轮机叶
上采油平台及 FPSO等大型海洋设施工程上的应用
技术。随着海洋工程不断开发, 选用燃气透平发电
机及其它以燃气透平为原动机的大型设备的优势,
越来越多地凸显出来。
收稿日期: 2008 - 04
山船报道
瓦锡兰在山海关船舶重工有限责任公司设立长期服务站
瓦锡兰公司 2008年 5月在中国山海关船舶重工有限责任公司 ( 以下简称山船重工 ) 建立了一个永久
1) 与燃气轮机机组箱体上的 3块安装板块相对 应的, 焊接在结构 ( 平台 ) 上的 3块基座板块, 接 触面须加工。每块刮平要求小于等于 2. 5 mm /m。
2) 3块基 座板块之间接触面水平误差要求小 于等于 1. 58 mm。
3) 燃气轮机机组箱体定位; 留出插入垫片高
度 ( ∋ 25 mm ) , 用调整螺栓调பைடு நூலகம்箱体底部 3块安
K ey w ords: gas turb ine genera tor; turb ine gas com pressor; w ellhead platform; F loating Product ion Storage and O ffload ing units; natural gas; associated gas
机发电机组废热回收装置。所谓 废热回收装置
仅节约了能源, 减少了大气污染, 同时间接地降低
就是在燃气轮机发电机组排气烟道上加装一套热交 了燃气轮机使用的成本。
图 2 BN26- 2燃气透平发电机及其废热回收装置示意图
3 燃气轮机的燃料 # # # 天然气
天独厚。天然气在海上采集来源有二: 其一, 是天 然气井即从地层直接采集; 其二, 是在采集原油工
! 57!
2008年第 4期
中国修船
第 21卷
的正常工作如图 1所示。
5 燃气轮机机组安装工艺
由于燃气轮机机组功率大、体积小、旋转平稳 的特点, 又组装在围板箱内, 所以整箱安装在海洋 平台或 FPSO上, 即可布置在机舱内又可安装在露 天甲板上, 其安装工艺比柴油机机组简便许多。
燃气轮机机组安装技术 要求及步骤 ( 根据厂 商文件 ) 。
装板块的高度。 3块安装板块之间水平误差要求小
于等于 0. 417 mm /m。
4) 完成上述 3) 工作的同时, 测出每对安装
板块和基座板块之间选定各点的距离, 以确定插入
垫片各点的厚度, 经加工合格后, 插入安装。
5) 用贯穿螺栓按厂商要求将燃气透平固定在
平台或 FPSO 结构上。
综上所述, 使我们进一步了解到燃气透平在海
1 问题的提出
作为发动机的燃气轮机在航空、航海、发电等 领域得到了利用, 其功率大、体积小、效率高、排 放气体污染小等优势越来越受到行家的关注。然而 用于发动机燃料的要求却比较高。在飞机上用的是 高级航空汽油, 在其它发动机上也用的是汽油或经 处理的轻质燃油, 价格相对昂贵, 在一般情况下, 其运输、储存的条件要求高。因此, 在能源紧缺的 今天, 燃气轮机作为发动机还不可能像柴油机那样 被广泛应用。相反, 在海洋采油设施上, 作为原动 机的燃气轮机却越来越得到了很好地应用。