极端环境温度下模块式野营房的设计

张怀志，于书清 （中石油华北油田分公司飞达石油设备有限公司，河北 沧州061000）

随着近年来国际石油价格快速攀升，世界各产油国加大石油开发力度，自然环境极为恶劣的地区（如靠近北极圈、非洲沙漠地区等）也成为石油开发区块，这样石油开发人员的生活保障成为亟待解决的问题。为此，笔者对极端环境温度 （极端低温和极端高温）下模块式野营房的设计进行了研究。

1 整体设计

为了便于极端环境温度下石油开发人员的生活和工作，笔者采用模块式野营房整体设计方案（见图1），这样使用者不用走出室外便可自由出入各野营房，从而提高了适应恶劣自然环境的能力。模块式野营房分为住宿区、餐饮区、娱乐区和卫生洗漱区等区域，各区域间通过公用走道连接，每栋房之间通过走道箱连接，走道箱是将野营房一侧的双开门开启成90°作为硬连接，再使用柔性软连接将整个走道密封成非常严实的部分，从而起到了防风保暖的作用［1］。此外，公用走道内设有照明灯、紧急逃生指示灯、采暖装置和消防设施，保证了野营房基地安全性、舒适性和密封性，同时有效减少了热量流失，降低了能耗和运行成本。

图1 模块式野营房整体设计图

2 关键组成部分的具体设计

2.1 保温材料

由于常规保温材料受墙体厚度限制，无法满足极端环境温度下的保温性能需要。为解决上述问题，选用高密度高热阻值阻燃型玻璃棉作为高寒地区营房专用保温材料。该保温材料 （密度为50kg／m3，导热系数在0.030～0.044W／（m·K），使用温度在-120～400℃，采用以玄武岩为主要原料的玻璃岩棉板，其制作工艺是将原料经过高温熔融后，由高速离心设备制成无机纤维，同时均匀加入一定比例的粘结剂、防尘油、硅油等，使其具有防水、防腐、不发霉和不生虫的特性，能有效地阻止冷凝，并具有重量轻、吸声系数大、导热系数小、不燃且阻燃和化学稳定性好等特点，从而大大提高了房屋的整体保温隔热功效。

2.2 采暖方式

传统的高寒地区营房内一般利用壁挂式电暖器采暖，该采暖方式存在室内上下温差大、温度不均匀、容易发生故障且不安全等缺陷。为此，极端环境温度下模块式野营房采用目前较为先进的远红外碳纤维电热壁画供暖系统进行采暖。该系统以发射波长8.5μm远红外波的碳纤维电热板作为发热材料，其具有如下特点：

1）节能环保 作为恒温控制频繁启动的电热产品，远红外碳纤维电热板的电热转换率接近于99%，较其他电热产品节电30%上。

2）采暖均衡 在低温辐射条件下，室内空气的对流幅度降低，使室内无冷点和热点，因而室内温度均衡。

3）经济美观 该系统使用寿命长，耗电量低而发热量大，仅为普通空调采暖耗能的1／3。同时，该系统外覆各种彩色装饰画 （如中外名画、精美摄影等），因而装饰性极强。

2.3 极端温度电器件

普通电源插接装置的耐高低温范围是-40～65℃，考虑到极端环境温度下模块式野营房的特殊要求，决定选用-60～70℃温度范围的电源插接装置。此外，所有电缆均采用硅橡胶低温电缆 （工作温度为-60～180℃），其在极端环境温度下工作性能稳定，解决了电气设备安全性的问题。

2.4 供排水材料

由于普通橡胶和PVC管在极端环境温度下容易老化碎裂，因而极端环境温度下模块式野营房的供水系统全部使用硅胶软管，排水系统全部使用钢管，外缠自动控温伴热电缆，同时最外层加装聚氨酯发泡管起隔热保温作用。

2.5 焊接工艺

目前，建筑钢结构的冬季施工越来越普遍，由于焊接作业环境对钢结构的焊接质量影响很大，因而冬季低温焊接技术对焊接质量的控制尤为重要。环境温度对焊接造成的影响表现如下：①随着焊接头冷却速度增加，焊接冷裂纹敏感性也随之增加；②预热效果变差。即在低温环境下使用相同的热源和时间，不能达到常温下焊接的预热效果；③焊接残余应力的作用加剧。为此，极端环境温度下模块式野营房组焊过程中应采取如下措施。

1）优选焊材 采用THW707Ni（E5515-C1）低温焊条，该焊条属于低氢钠型且药皮含Ni的低温钢焊条，其在-70℃时焊缝金属具有良好的冲击韧性，可进行全位置焊接。

2）焊前防护 在焊接作业区域搭防护棚，使焊接区域形成相对封闭的空间，从而减少热量的损失，同时气体保护焊气瓶也应采取相应措施进行保温。此外，钢结构低温焊接施工前，应根据实际情况做好焊接工艺评定试验，一般情况下焊接施工环境温度不宜低于-15℃。

3）采用合理的焊接措施 焊前对焊件清除铁锈、油污、水份等，焊接时必须短弧操作，以窄焊道为宜。通过加大定位焊的热输入，增大焊缝截面和长度，并采用与正式焊接相同的预热条件。此外，应严格控制焊接层间温度，具体做法如下：焊前焊条需要经过350℃烘焙1h，随烘随用；加热区域不小于100㎜范围，且焊接层间温度应不低于预热温度。

4）焊接后热及保温 焊接后需要及时对焊接接头进行后热保温处理，这样有利于扩散氢气的逸出，防止由于温度降速过快而引起冷裂纹，同时适当的后热温度还可以起到降低预热温度的作用。

3 结语

2010年华北油田飞达石油设备有限公司研制的模块式野营房被开发北极永冻层半永冻层石油的俄罗斯JWE钻井公司首次采用。近几年使用效果表明，该模块式野营房具有良好的安全性、环保性和舒适性，能够很好地适应北极地区的极端低温环境，获得了用户的好评，因而具有广阔的市场应用前景。

［1］张小军，张玉泉，许新雷，等 .野营房的结构设计及其制造工艺 ［J］.石油矿场机械，2008，37（5）：23-25.

［2］于德华 .新型野营房设计及制作工艺 ［J］.科技资讯，2011，9（7）：34-35.