某油田长输管道高压变频器室通风节能设计方案

某油田长输管道高压变频器室通风节能设计方案

史亚萍

(西安长庆科技工程有限责任公司,陕西西安710016)

摘要：为解决某油田长输管道所设高压变频器室现有冷却降温系统能耗高的问题，设计了包裹式通风系统，并对其通风效果进行了仿真模拟，同时对新旧通风系统能耗及工程投资进行了对比，采用包裹式通风系统可使变频器室内温度维持在28～35℃，并且节约电能及投资。

关键词：长输管道;高压变频器室;包裹通风系统;仿真模拟技术;能耗投资对比;设计注意事项

中图分类号：TU831.3

文献标识码：A

文章编号：1002-6339 (2015) 05-0471-03

Abstract：In order to solve the issue of energy consumption for ventilation system in high-voltage frequency converter of Oil-field's long-distance oil delivering pipeline，the novel ventilation system was designed and an analogue simulation has been conducted to test the ventilate effect. Meanwhile，the energy consumption and engineering investment of novel and former ventilation system were compared. The indoor temperature maintains between 28℃ to 35℃ when the semi-wrapped ventilation system is adopted，and the electric engrey and investment is saved.

收稿日期2014-08-26修订稿日期2015-02-03

作者简介：史亚萍(1968~)，女，大学，工程师，主要从事暖通空调设计工作。

Ventilate System Energy Economize Designing Scheme for High-voltage Frequency Converter of Oil-field Long-distance PipelineSHI Ya-ping

(Xi′an Changqing Technology Engineering Co.,Ltd.，Xi′an 710016,China)

Key words：long-distance pipeline；high-voltage frequency converter；wrapped ventilation system；simulation technology；energy concumption investment contrast；desing considerations

0引言

根据工控网“高压变频器空-水冷却与密闭冷却应用对比分析”(2011-08-31)及现场调研结果，目前高压变频器室常用冷却降温方式为

(1)开放式通风降温 变频器室外墙低处安装进风口用以补风，外墙高处安装轴流风机以排出变频器散发至室内热量；此方式结构简单，投资低，但降温效果取决于当地气候条件。

(2)空调器密闭冷却方式 只在变频器室内安装空调，适用于小功率高压变频器降温。

(3)空-水冷密闭冷却高压变频器产生的热量，经过风管送至室外空冷装置，经处理后的冷风再经送风管道送至室内；制冷效果好，但需设置独立的冷却系统，投资高、系统复杂。

(4)设备本体水冷却是非常理想的降温方法，但对通至变频器设备本体里的水系统工艺要求高，安装复杂，维护工作量大，存在安全隐患，且该冷却方式适用于超大功率变频器。

以上几种冷却降温方式，各有其优缺点及适用范围，对于大功率变频机组，倾向于使用空-水冷密闭冷却。

某油田长输管道所设高压变频器室(输出轴功率560~933 kW，功率损耗约3%)，采用“开放式通风降温+空调器冷却”方式。一、二、四季度采用“开放式通风降温”方式，基本满足使用要求；但夏季在采用“开放式通风降温”的同时，也开启空调器制冷，经测试变频器室室内温度在35～45℃，降温效率低、能耗大；为解决此问题，进行了新通风系统设计。

1新通风系统设计方案

1.1　新通风系统构成

根据通风罩设计原则，并结合高压变频器结构形式，设计了上吸式包裹罩通风系统，结构示意见图1，由包裹罩、90°弯管、钢制风管、出风弯头和轴流风机等组成。利用包裹罩将排热装置包裹起来，在抽吸力作用下，将排热装置排出的热量吸入罩内并通过风管排至室外[1]。

图1　包裹罩结构示意图

1.2　包裹罩系统相关数据确定原则

(1)罩口长度L及宽度W，为变频器长、宽分别+0.4H1[2]；

(2)H，变频器高度；

(3)H1，为排热装置高度；

(4)H2，罩空间高度，其大小应使罩内气流流畅，涡流区域小，同时考虑建筑层高的影响[3]；

(5)90°弯头曲率半径R和最少节数[4]；

(6)风管长度L1，根据变频器室建筑及变频器结构尺寸等确定。

本次设计相关数据为L-6 938 mm，W-1 770 mm，H-2 286 mm，H1-612 mm，H2-1 000 mm，R-632 mm，L1-4 943 mm。

1.3　通风量计算及通风设备选择

排风量按消除余热所需全面通风量公式进行计算[5]，排风温度35℃，进风温度28.2℃。排风采用轴流风机，并在排风量计算结果的基础上附加5%～10%的漏风率。本次设计所选轴流风机参数为风量10 210 m3/h，全压75 Pa。

为使室内外压力保持平衡，补风量应和排风量相等。采用防雨防沙百叶风口自然进风，风口总面积为4.43 m2。

经计算，通风系统总阻力损失17.22 Pa。

2室内温度模拟

2.1　气候条件选取

该油田所处油气区代表性台站夏季室外空气参数见表1[6]。

表1夏季室外计算空气参数

代表台站室外平均风速/m·s-1通风室外计算相对湿度/[%]通风室外计算温度/℃台站12.45724.6台站21.65228.2台站32.34528.0台站42.14827.6台站53.14324.8

夏季通风室外计算温度取5个代表性台站中的最高值，28.2℃。

2.2　建筑结构、设备布置

该油田长输管道高压变频器室通用建筑结构尺寸、设备布置见图2。

图2　建筑结构及设备布置图

2.3　模拟边界条件

(1)单台变频器散热量22.4 kW，2台同时运行，散热集中在顶部，给定热流边界条件为2 900 W/m2；

(2)进风口为压力进口，和外界压力相等，0 Pa；

(3)进口温度为夏季通风室外计算温度，28.2℃；

(4)出口外接风机，罩喉口处压力为-57.8 Pa；

(5)外墙考虑传热，外界温度为28.2℃；其他墙体为无滑移、绝热边界条件。

2.4　观测位置及温度模拟结果

利用CFD模拟仿真技术对包裹式通风系统排风效果进行了验证。

包裹式通风系统局部三维模型见图3。水平方向在排风管中心处取截面，垂直方向在罩内接近喉口处取截面，对应温度场模拟结果见图4(a)、(b)。变频器室室内温度介于28～35℃之间，满足其正常运行0～40℃环境温度要求。新型通风系统排风降温效果良好，并且可以省略空调制冷系统。

图3　包裹式通风系统局部三维模型图

图4　温度场分布图

3能耗和工程投资对比

对每座变频器室现有通风系统及新型包裹式通风系统7、8、9三月共计92天(每天运行24 h)的运行能耗及初始工程投资进行了对比，结果见表2。

表2能耗及投资对比表

项目工程投资/万元运行能耗(×103kWh)优点现有通风系统14.421.6包裹式通风系统12.43.27省却了空调制冷系统

两者相比，包裹式通风系统可节约投资13.9%、能耗84%，优于现有冷却降温系统，可在严寒及寒冷地区所设输出轴功率560~933 kW的10 kV高压变频器室推广应用。

4设计注意事项

(1)变频器功率柜和单元柜必须分别加装包裹罩，不能合二为一。

(2)包裹罩与变频器散热装置四周的间距应经过计算且考虑包裹罩结构设计注意事项后，合理确定其间隔尺寸。否则，包裹罩从周围环境中吸入无效风量过多，造成通风系统庞大，增加初始投资及运行能耗。

(3)包裹罩高度不仅应符合扩张角罩壳扩张角30°～60°要求[8]，还应考虑建筑层高影响。有条件时，最好进行模拟仿真验证，以确定包裹罩最佳高度。

参考文献

[1]李香玲.某食品企业上吸式排风罩防护效果探讨[J].中国工业医学杂志，2013，26(2)：149，153.

[2]孙一坚.简明通风设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]赵蓉，赵宇，高虹.常用局部排风罩调查及卫生学评价[J].中国卫生工程学，2015，4(5)：273-275.

[4]中华人民共和国建设部.通风与空调工程施工质量验收规范:GB50243-2002[S].北京：中国计划出版社，2002.

[5]韩文庆，甘露.220 kV户内变电站通风设计[J].暖通空调，2011，41(5)：47-49.

[6]中国有色工程设计研究总院.采暖通风与空调调节设计规范:GB50019-2003[S].北京：中国计划出版社，2003.

[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.民用建筑供暖通风与空调设计规范:GB50736-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[8]金丽娜，艾为学，李安桂.全国勘察设计注册公用设备工程师暖通空调专业考试复习教材[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2013.