深水铺管船空调系统简介

周 琦

（上海船舶研究设计院，上海 200032）

0 前言

随着国家能源需求的不断增长，以及南海深水区域石油的开采开发，用于海上石油开采的平台和其他辅助船舶的设计建造也会日益增多。由于石油平台以及深海区域的工程船舶上船员和专业施工人员众多，设计人员有必要掌握这类船舶的空调通风的设计理念，为海上工作人员提供良好的生活环境。

本文介绍了中国海洋石油总公司3000 m水深石油开采项目中深水铺管船的空调系统的设计。

1 船舶概况

深水铺管船是具有三级动力定位能力的双层甲板铺管船，能够在水深达3000 m时敷设管线，船上共有389个船员和作业人员。该船的空调主要服务的场所为驾驶甲板 （包括3个驾驶控制室）、4层甲板（B、C、D、E）人员居住舱室、A 甲板首部的餐饮和更衣区域、平台甲板的首部娱乐区域等，以及众多的办公室、控制室和变频变压器间等有温度要求的设备舱室。

2 方案确定

GUSTO的一轮设计对于中央空调系统只有简单的设计要求的描述，设备清单中没有空调设备配置情况，按照国外惯例，中央空调系统由专业空调厂商设计。在这种情况下，我们主要做了如下工作：

1）与船东确定全船空调的型式。人员较多的船舶居住活动区域的中央空调一般采用冷水机组＋中央热交换机组＋风机盘管的型式比较合适。一轮设计采用的是直接蒸发集中送风的中央空调型式，经与船东沟通后，决定居住区域的空调主要采用冷水机组＋热交换器型式。由于该船是大型工程船舶，有7个推进器和大型焊接铺管区域，因此有很多变频器间和控制室，这些舱室使用工况、使用时间和新风比等要素都与居住区域不同，对空调的要求也不同，所以我们决定采用水冷的立柜式空调。全船空调的冷却水为中央冷却淡水。

2）与船东确定空调系统的设计参数：原规格书要求中央空调环境温度为45℃（湿度70%），同时新风比为50%。我们以往设计采用的环境温度为35℃（湿度70%），如果根据规格书的参数，按照焓值差估算会比35℃（湿度70%时）的制冷量增加约80%。同时，我们查找了相关资料，在海上出现环境温度为45℃的现象很少，在中东等地方的港口如果出现了40℃以上高温时，其相对湿度只有50%，而这样其焓值会比湿度70%时小很多。同时新风比50%（就一般舱室而言）也远高于ISO 7547每人28.8 m3/h的要求，若2个要求都取最高值，设备的配置会很浪费，而且相应冷却水的配置、锅炉的配置都要提高，不是很合理。确定中央空调以环境温度为40℃（湿度70%）、新风比为50%的参数设计，若出现环境温度为45℃的情况，可适当降低新风比，以确保舱室温度达到使用要求。

3）在完成以上工作后，我们着手进行居住区域空调冷量的估算，以确定冷水机组的总制冷量、每层甲板或某个区域（如厨房、餐厅等）各自所需的冷量，然后依据这些数据构建中央空调基本的框架，即几套冷水机组（设置了3套负荷为总量50%的机组）、几台中央热交换器、哪些区域采用风机盘管等。

4）由于一轮设计的总布置图设计了左右2个很大的空调机室和很大的送风管弄，与我们确定的冷水机组型式不匹配，于是就开始与总体设计师协调，取消原来的空调机室和管弄，在相应的一些甲板增设若干间空调机室，用于布置间接式空调器，冷水机组则放在平台甲板区域。

完成上述工作后，开始编制详细设计空调系统规格书。依据该规格书，我们与专业空调厂商就该船的空调系统具体方案进行协调，结合该船的布置情况确认各个舱室空调型式，基本如下：

a）居住舱室和普通办公室：

中央热交换器集中送风（50%新风）。

b）驾驶室、DP控制室和会议室：

中央热交换器集中送满足标准的新风＋风机盘管＋风冷立柜式空调。这样设计，送风管尺寸较小，同时驾驶室是对外界温度最敏感的场所，若碰到最恶劣的情况则再用立柜式空调来满足使用要求。

c）大、小餐厅：

单独的中央热交换器集中送风（50%新风）＋风机盘管。这样设计，使餐厅也可回风，节约能量。风机盘管可根据餐厅人员的多少选择开关。

d）厨房：

单独全新风热交换器集中送风。

e）平台甲板的娱乐场所（电影厅、健身房等）：

全新风热交换器集中送新风＋风机盘管。

在确定了全部舱室的配置后，由空调厂商对各个分区进行暖通负荷的计算。在确定冷水机组冷量时，我们将各个分区负荷计算结果叠加后乘以一个同时使用系数，并考虑了一定备用能力，最终确定了中央空调的总量。

总之，根据各类舱室的使用工况，并结合冷水机组配置的灵活性，以节约能源为出发点进行配置，可以使中央空调系统既完全满足各舱室要求，又具备了经济、合理的总负荷量。

3 系统配置

最终该船空调系统的配置情况如下：

1）首部居住区域：总制冷量为2350 kW，设置3套进口船用半封闭螺杆式冷水机组，每套机组制冷量 1178 kW （备用 1套），制冷剂采用 134 a。 配置 3台冷媒水泵（3×50%，备用 1台），每台排量220 m3/h，将冷媒水送至各中央热交换空调机组和风机盘管。冷媒水的供/回水温度为6℃/11℃。空调系统的热源为90℃的热水，通过2台（1台备用）板式热交换器与冷媒水进行热交换，将冷媒水加热至60℃，然后送至各中央热交换空调机组和风机盘管。

考虑到空调区域划分的合理性，将整个空调区域按各层甲板以及舱室性质进行划分，设置若干台中央热交换空调机组及若干风机盘管，中央热交换空调机组数据见表1。

同时，分别在驾驶室、DP控制室、餐厅、平台甲板娱乐舱室、其他首部区域的办公室等根据各自舱室的负荷配置了不同冷量和数量的风机盘管，共52台。

以上这些设备都由一套冷媒水管系为其提供冷媒水，由于这些热交换器分布在不同甲板，其中最大的高度差大于35 m，所以，为了确保每个热交换器都能正常工作，我们在每个中央热交换空调机组和风机盘管的冷媒水回水管路上设置了三通流量控制阀，它的作用是根据回风温度确定其阀门开度大小，控制冷媒水量。同时，在管路设计时，中央热交换空调机组和风机盘管分2个管路供水，再将风机盘管按区域设置为若干供水支管，并将大支管设计成环路型式，在这些支管以及中央热交换空调机组的供水管上设置水平衡阀和压差控制器。这样整个较为庞大的冷媒水管系就能基本确保每个末端用户都能得到足够的冷媒水。

表1 中央热交换空调机组数据表

2）在其他工作舱室、配电板间、集控室以及变频器间等舱室设置相应的立柜式空调机，其中尤其是一些风冷的变频器间，根据变频器厂家提出的要求，我们都根据计算为其配备了足够制冷量的水冷立柜式空调器（共42台）。

4 结语

3000 m深水铺管船将是世界最大的铺管起重船之一，也是目前此类船舶中可搭乘船员最多的一型。这类船舶的暖通多采用冷水机组、中央热交换机组和风机盘管的型式。设计时，在满足使用要求的前提下，需要注意住舱、公共场所以及工作舱室（驾驶室等）灵活合理配置，确定经济合适的机组容量，使全船空调系统的经济性和舒适性得以优化。