油田用整体式野营房浴室的研制

蒋宝军，钟 陈，梁月平，刘 冰

（1.中国石油吐哈油田公司油气生产服务中心，新疆吐鲁番 830009；2.中国石油吐哈油田公司物资保障中心，新疆吐鲁番 839009）

0 引言

随着社会的发展和生活水平的提高，油田野外作业人员对生活要求也越来越高，不再仅仅满足于简单住宿的需求，而且有了其他方面的要求，例如洗澡。但洗澡只限于大型的作业队。油田大型作业队由于生产、生活的需要，自身配备有储水系统。但对那些生产用水少、只需要生活用水的小型作业队来说，由于受频繁搬迁造成的拉运、吊装及组装成本的影响，一般不配备储水系统。这就给小规模野外施工作业的人员洗浴造成了困难。

1 研究内容

为解决油田野外小型作业队人员淋浴的需要，设计一种能适应频繁搬迁，储水罐安装、拉运、吊装产生的费用相对较少的浴室。

浴室的使用必须有一套完整的供水系统才能保证正常使用。因此必须设计出合理的供水流程，才能够进行浴室的整体设计（图1）。

图1 供水流程示意

1.1 工艺流程

（1）运水车将装载的水卸入卸水池内。

（2）卸水池内的水通过卸水泵进入储水罐内。

（3）储水罐内水通过增压泵分别进入电热水器及冷水管路。

（4）电热水器内的水跟冷水管路的水通过混水阀混合后进入用水终端。

1.2 整体结构设计

浴室整体设计是保证野营房浴室使用可靠性的基础。浴室由房体、储水罐、室内设备三部分组成（图2）。房体用于承载储水罐及室内设备；储水罐位于房体外房顶上，用于浴室的供水；室内设备安装房体内部用于保证浴室的正常工作。

图2 浴室整体设计简图

1.3 小型作业队浴室方案

根据整体野营房浴室结构，参照普通野营房浴室面积，进行小型作业队浴室方案设计：①房体规格：7.5 m×2.9 m×2.8 m；②由于道路运输限高4.2 m，为了保证拉运方便，储罐规格为6 m×2.8 m×0.4 m；③淋浴喷头8 个，洗漱池2 个。

根据设计方案，油田用整体式野营房浴室相对于普通野营房浴室存在以下技术难点：①房体强度是否满足需要。房顶上设有储水罐，储罐承装液体后整体重量较大。储水罐产生的重力完全作用于房体上，房体易发生变形，房体强度要求高；②室内设备的选型。如何选用室内的主要配套设备，是人员使用舒适性的保证；③罐体设计。设计出具有良好安全可靠性的储罐是设备使用的基础。

2 房体结构研究

油田用野营房房体主要包括房顶、墙体、底盘三部分。为保证房体可靠性，须对以上3 个方面分别进行设计。

2.1 房顶的优化设计

2.1.1 优化前房顶

房顶由方钢管100×5 整体焊接框架，铺设δ2 瓦楞板，内顶中间有3 道10#槽钢加强支撑，房顶制造完成后采用δ50 厚双面彩钢板进行内装饰。

2.1.2 校核计算

（1）建立模型。房顶整体采用的是型钢焊接骨架，然后铺设瓦楞板及彩板装饰，其中受力及变形的主要是型钢骨架。根据Pro/E 结构分析可将房顶型钢简化为梁单位。

（2）梁的确定。根据梁单位模型确定每根梁的材料及梁模型的截面形式。

（3）定义约束。静态房顶可认为它受墙面的约束，在墙面处不能进行位移及转动。

（4）力的确定。整体房顶受自身型钢重力F1=5260 N；房顶瓦楞、彩板等其他重力F2=8720 N；雪载荷F3，设雪厚为50 cm，则F3=1760 N，罐体承装水后重量F4=87 000 N。其中F2、F3、F4均布于整个房顶。

（5）模型求解。房顶变形约为400 mm（图3），房顶型钢已折断，不能满足设计，需要优化加强。

图3 优化前房顶形变情况

2.1.3 优化后房顶

采用原有的主框架结构，内增设3 道10#槽钢加强支撑，并在房顶长度方向增设两道槽钢以增加房顶强度。房顶制造完成后采用δ50 厚双面彩钢板进行内装饰。

2.2 墙体的优化设计

2.2.1 优化前墙体

原墙体采用两根100×5 方钢管与房顶、底盘焊接；墙面采用厚2 mm 的深型瓦楞钢板。瓦楞板与底座和房顶分别满焊；墙体中间加预埋型钢。

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2.2.2 优化后墙体

更改墙体在原有结构基础上增加5 道槽钢立柱，立柱分别与房顶、底盘焊接；墙体铺设δ2 mm 的深型瓦楞钢板。瓦楞板与底座和房顶分别满焊（图4）。房顶制造完成后采用δ50 厚双面彩钢板进行内装饰。

图4 优化后墙体简图

2.3 底盘的优化设计

底盘由方钢管100×5 整体焊接框架，采用40 ×100 ×40折边型钢进行拉筋，内填充保温材料，然后铺设花纹钢板及LG 卷材。

2.4 油田用野营房整体房体校核

2.4.1 校核参数

（1）房体规格：7.5 m×2.9 m×2.8 m。

（2）储罐规格：6 m×2.8 m×0.4 m。

（3）房顶自重：1400 kg。

2.4.2 Pro/E 计算

（1）建立模型。根据房体结构可简化成框架结构形式。

（2）梁的确定。根据梁单位模型确定每根梁的材料及梁模型的截面形式。

（3）定义约束。静态房体受底盘约束，底盘不产生位移及转动。

（4）力的确定。房体主要受房顶自重及罐体重量的影响。

（5）模型求解。房顶变形约为35 mm（图5），满足设计需求。

图5 房体形变情况

3 室内设备选型研究

室内设备中的关键设备为增压泵及电热水器。增压泵用于保证用水终端水量的大小，电加热器主要保证出水温度。设计要求8 人进行淋浴，2 人进行洗漱。

3.1 增压泵的选型

增压泵的型号主要根据单位时间用水量确定，只有增压泵的扬程大于管线长度、流量大于单位时间用水量才能满足要求。选用PB-401SEA 型增压泵，增压泵扬程35 m，最大排水量65 L/min。

3.2 电加热器的选型

电加热器型号主要确定储水容积及热负荷。

（1）确定卫生器具一次热水用水量：Q=∑q×m×n=430 L。其中，q 是设定储水温度，卫生器具的一次热水用量，m 是同意卫生器具的同时使用个数，n 是每一卫生器具的联系使用次数。

（2）计算热水器的设计容积V：按50%～85%的用水量计算热水器的有效容积：V有效=（50%-85%）×Q=215 L；V设计=（1.3-1.4）×V有效=280 L。其中，1.3～1.4 为容积系数。

4 罐体设计

罐体设计主要包括罐体管线连接、罐体加热保温、罐体防护3 个方面，其中罐体保温及罐体防护是设计难点。

4.1 罐体加热、保温设计

罐体加热保温主要是为保证罐体在冬季环境下使用的可靠性，避免因温度过低，罐内结冰而造成浴室无法使用。

储罐保温方式：将δ60 岩棉通过型钢骨架固定于罐壁上，岩棉上外罩一层镀锌铁皮进行防护。

热力学计算

（1）构建热力学模型：由于罐体为方形罐，根据热力学原理可将罐体看作为大平壁结构形式。

（2）进行散热分析。罐体散热主要从罐体、罐顶两部分进行散热。

F 是散热面积，α 是修正系数，取1，Ti是罐内温度，10 ℃，Te是室外温度，-30 ℃，K 是传热系数，an是内表面热阻，8.7，δ 是传热层厚度，λ 是传热材料导热系数，aw是外表面热阻，23。故采用δ60 mm 岩棉进行保温，2 kW 电加热棒对罐体进行加热。

4.2 罐体防护

罐体防护主要包含罐体溢流。溢流管主要为防护罐体持续进水造成罐体变形对房体的影响。

设计参数：溢流容积V 为0.336 m3，卸水泵流量Q 为8 m3/h。τ=V/Q=2 min，其中，τ 是时间，V 是容积，Q 是流量。

溢流管到卸水泵关闭处距离为11 m，即最少有2 min 的时间通过11 m 的距离，故溢流后可以将卸水泵关闭。溢流管设计安全。

5 结论

（1）自给式野营房浴室具有结构紧凑、拉运、吊装方便等结构特点，适合油田小型野外施工作业队使用。

（2）通过对油田用整体式浴室的研制提高了设计水平，扩充了野营房的产品系列，为油田用户在生产生活上提供保障。

（3）利用Pro/E 绗架梁的校核计算，保证油田用野营房整体强度，使野营房结构更加合理。