海洋平台大散热量房间冬季制冷方式的探讨及应用

2018-04-26魏占彪陈自刚张勇青

中国修船 2018年2期

魏占彪，陈自刚，方堃，丁亮，张勇青

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

以渤海海域蓬莱19－9详细设计项目为例，全年环境温度为－16～33℃，该平台电气间设备散热量巨大 (约338 kW)，在冬季工况 (最低温度－16℃)时仅仅依靠围护结构散热不能完全消除巨大设备散热量的影响，该电气间仍需进行制冷处理。依据以往项目经验，渤海海域海洋平台冬季工况对电气房间进行制冷，通常采用分体空调引室外低温新风方式实现，现借鉴某国外海洋平台设计理念，考虑引用低温环境制冷型集中空调冬季制冷方案，同时将2种冬季制冷方案进行技术层面比选。

对蓬莱19－9详细设计项目的电气间模块冬季空调负荷进行核算，落实冬季工况电气间需进行制冷抑或制热方案。

冬季工况电气间显热负荷qs=qt+qps+ql+qe。其中，①围护结构热损失qt=h·A·Δt，h为围护结构传热系数，W/m2·K;A为围护结构面积，m2;Δt为室内外温差，K。qt为70.5 kW。② qps为电气间人体散发热量，0.6 kW。③ql为电气间照明热量，10.2 kW。④qe为电气间设备散热量，338 kW。

经计算得知，冬季工况电气间显热负荷qs约278 kW。依然有大量的余热需要处理，需要对电气间进行制冷处理。

1 空调设备选型

由于夏季空调热负荷大于冬季空调热负荷，下面对两种制冷方案的夏季空调热负荷进行计算，以夏季空调负荷作为设备选型依据［1］。

1.1 集中空调夏季制冷负荷

式中:∮为集中空调总热负荷，W;qs为夏季房间显热负荷，W;∮2为风机热量，W;∮3为送风管空气温升热量，W;∮4为回风管空气温升热量，W;Φ5为新鲜空气热量，W。经计算，集中空调夏季制冷负荷为500 kW，集中空调机组采用2用1备，单台空调器制冷量为250 kW。

1.2 分体空调夏季制冷负荷

式中:Q为分体空调总热负荷，W;qs为夏季房间显热负荷，W;qpl人体潜热，W;Φ5新鲜空气热量，W。经计算分体空调夏季制冷负荷为435 kW，分体空调单台制冷量50 kW，考虑9用2备的设备备用方案，共计约11套分体空调机组。

2 新风制冷型分体空调冬季制冷方式

咨询中国海洋石油总公司供应商名录中常规合作空调厂家，其空调机组只能实现在环境温度为5℃以上时进行制冷功能，低于此温度时由于制冷剂制冷循环无法建立，空调机组将无法进行正常制冷工作。要实现冬季工况对电气间降温保证电气设备的正常运行，渤海海域海洋平台惯常做法是采用分体空调引室外新风的方式实现制冷，夏季工况通过关闭调节风闸关闭室外新风口，通过室内机组循环风机送风口及回风口实现制冷空气室内循环，如图1所示，冬季工况开启新风口，关断回风口风闸，通过室内机组的循环风机将室外低温空气送入房间内部，实现电气设备降温制冷，如图2所示。

2.1 总体布置灵活性

参考海洋平台空调标准化尺寸选型数据，室内机估算尺寸为2 200 mm×1 200 mm×1 500 mm，室外机估算尺寸为2 200 mm×1 600 mm×1 450 mm，考虑安装及操作维护空间需求，室内机占用电气间面积约65 m2，室外机占用甲板面积约80 m2，对总图方案、组块吊装、海上安装方案影响较大。

图1 夏季工况制冷

图2 冬季引入室外新风制冷

2.2 电气设备保护性

由于海洋平台空间的局限性，分体空调新风口通常不设置盐雾滤器，鉴于海洋环境高盐雾、高腐蚀性，通常会对电气设备使用寿命造成一定的负面影响。

2.3 操作维护舒适性

大量的低温空气送入房间，工作人员进行操作维护时直接接触大风量、高风速的低温空气，工作舒适性差，另外需要根据不同的环境温度手动调节分体空调新风口调节风闸的开度，操作维护工作频率高、强度大，而且设备数量多，故障率较高。

3 低温制冷型集中空调冬季制冷方式

借鉴某国外海洋平台设计方案，发现部分厂家可以生产实现低温工况下进行制冷的集中空调机组，且在国外某海洋平台项目上有成功应用的业绩，能够满足蓬莱19－9详细设计项目最低环境温度使用要求。为低温制冷型集中空调机组方案应用于渤海海域海洋平台电气间提供了可执行性。该空调系统采用风冷间接冷却式空调系统，该系统包括冷水机组、冷媒水循环泵、膨胀罐、水管系统(乙二醇溶液)、空气处理装置和终端装置 (如风口)［2］。