某海工平臺起居處所空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計研究

姚汝林，劉建成，馮國增，孫少哲

(1.招商局重工(江蘇)有限公司，江蘇 南通 226100；2.江蘇科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

某海工平臺起居處所空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計研究

姚汝林1，劉建成1，馮國增2，孫少哲2

(1.招商局重工(江蘇)有限公司，江蘇 南通 226100；2.江蘇科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

針對海工平臺工作環(huán)境惡劣的狀況，以某海工平臺為設(shè)計對象，研究起居處所空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。研究內(nèi)容包括空調(diào)系統(tǒng)的方案比較、冷負荷及濕負荷計算、空調(diào)系統(tǒng)布置、空調(diào)設(shè)備及附件選擇、空調(diào)系統(tǒng)水力計算、通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計和布置，對海工平臺起居處所空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計研究具有一定的參考意義。

海工平臺；空調(diào)系統(tǒng)；全空氣系統(tǒng)；負荷；冷水機組；水力計算

0 引言

海工平臺是集油田勘探、油氣處理、發(fā)電、供熱、原油產(chǎn)品儲存和外輸、人員居住于一體的綜合性海洋工程裝備，是實施海底油氣勘探和開采的工作基地。與陸地采油設(shè)備相比，海工平臺所處的海洋環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣，工作人員長期生活在空間緊湊、高鹽度高濕度、通風(fēng)差的惡劣環(huán)境中[1]，因此研究適用于海工平臺的空調(diào)系統(tǒng)對改善工作人員的海上生活環(huán)境質(zhì)量，提高人員的工作效率非常必要。

本文研究的某海工平臺坐落于南海附近，總工程面積1 150 m2，空調(diào)面積850 m2。平臺主體5層，分別為主甲板、01甲板、02甲板、03甲板和04甲板。全工程冷負荷為267.8 kW。在冷負荷計算的基礎(chǔ)上完成主機和空氣處理設(shè)備的選型，通過對風(fēng)管、水管的水力計算繼而確定管路的尺寸規(guī)格，并進行合理的管道布置。

本文首先對各種空調(diào)方案的優(yōu)缺點及其適用范圍進行比較，然后根據(jù)海洋平臺所處的地理環(huán)境及其設(shè)計資料的需要，本工程設(shè)計最終采用的是全空氣系統(tǒng)方案，并在此基礎(chǔ)上進行空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)、水管路及空調(diào)機房的設(shè)計。水管路系統(tǒng)采用閉式雙管同程式，冷凍水泵和冷卻水泵各選3臺。本設(shè)計所選用的冷水機組是船用水冷半封閉螺桿(單機壓縮)式TY-290ws型號的機組。

1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案分析

1.1空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的選取原則

(1)能保證室內(nèi)要求的參數(shù)，即在設(shè)計條件下和運行條件下均能保證達到室內(nèi)溫度、相對濕度、凈化等要求。

(2)初投資和運行費用綜合起來較為經(jīng)濟。

(3)盡量減少一個系統(tǒng)內(nèi)的各房間相互不利的影響。

(4)盡量減少風(fēng)管長度和風(fēng)管重疊，便于施工、管理和測試。

1.2空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)確定

基于本工程空調(diào)系統(tǒng)便于管理和維護，以及對消防和隔振的嚴格要求，故本項目采用間接冷卻式空調(diào)系統(tǒng)——全空氣定風(fēng)量單風(fēng)道露點送風(fēng)系統(tǒng)，如圖1所示。

1.冷水機組 2.回風(fēng)口 3.新風(fēng)管道 4.處理后的新風(fēng)管道 5.冷凍水循環(huán)管道 6.送風(fēng)口 7.排風(fēng)口 8.排風(fēng)機 9.排風(fēng)管道 10.各層空氣處理機 11.海水管線 12.冷凍水循環(huán)水泵 13.風(fēng)道閥門

圖2為本工程的空調(diào)系統(tǒng)圖和空氣處理焓濕圖：室外狀態(tài)點W與室內(nèi)過來經(jīng)過回風(fēng)管的回風(fēng)狀態(tài)點O′混合到狀態(tài)點C，再經(jīng)過空氣處理機組處理到露點狀態(tài)點S，經(jīng)送風(fēng)管溫升變化到狀態(tài)點S′，最后送到室內(nèi)房間。圖中，W為室外空氣狀態(tài)點；O為室內(nèi)狀態(tài)點；O′為回風(fēng)狀態(tài)點；C為混合狀態(tài)點；S為機器露點；S′為送風(fēng)狀態(tài)點；t為溫度；i為焓值；φ為相對濕度。

圖2 空氣處理焓濕圖

1.3空調(diào)冷熱源方案的確定

由于螺桿式制冷機結(jié)構(gòu)簡單緊湊，總量輕，可靠性高，維修周期長，并且環(huán)保性能好，適用于海洋平臺所處環(huán)境，故選用水冷螺桿式制冷機組作為本工程設(shè)計的冷源?；谠摵９て脚_位于南海，不需要進行供熱，故本文不必進行熱源方案探討。

1.4空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計

(1)氣流組織：采用散流器平送風(fēng)方式，空氣呈輻射狀向四周送出，貼附平頂擴散，能與室內(nèi)空氣充分混合，使得空調(diào)區(qū)處于回流區(qū)，溫度分布和速度分布都比較均勻。

(2)送風(fēng)口確定：船用布風(fēng)器(梅花分布)。

(3)氣流組織計算：以02甲板3006室為例進行校核計算。

2 設(shè)計計算結(jié)果

2.1負荷計算結(jié)果

該海工平臺起居處所空調(diào)系統(tǒng)負荷計算結(jié)果見表1。由表1可知：該海工平臺01甲板的冷負荷為80.11 kW，02甲板的冷負荷為85.86 kW，03甲板的冷負荷為101.8 kW，空調(diào)系統(tǒng)總負荷為267.8 kW，所需電量為113.8 kW。

2.2表冷器計算結(jié)果

該海工平臺起居處所空調(diào)系統(tǒng)各層甲板表冷器型號結(jié)果見表2。

2.3制冷裝置冷水機組的型號確定

通過搜索船用冷水機組，選用水冷半封閉螺桿式(單機壓縮)機組，1臺使用，1臺備用。工況：冷卻海水進水30 ℃，出水35 ℃；冷凍水進水12 ℃，出水7 ℃。表3為該冷水機組的主要參數(shù)。

2.4空氣處理設(shè)備設(shè)計參數(shù)

空調(diào)機組設(shè)計所需參數(shù)見表4。

表1 空調(diào)系統(tǒng)各層甲板各項負荷匯總表 W

表2 各層甲板表冷器型號匯總

表3 水冷半封閉螺桿式機組主要參數(shù)

2.5冷凍水泵和冷卻水泵的選用

選用3臺冷凍水泵，可同時供冷水，2臺使用1臺備用。性能參數(shù)為：型號CLHB50-32(I)，流量32.5 m3/h，揚程27.5 m，效率60%，重量75 kg，轉(zhuǎn)速2 900 r/min，電機功率4 kW。

選擇3臺海水冷卻水泵，2臺使用1臺備用。其性能參數(shù)為：CLHB65-50(I)，揚程38 m，流量43.5 m3/h，效率65%，轉(zhuǎn)速2 900 r/min，電機功率7.5 kW，重量115 kg。

3 結(jié)語

本設(shè)計為某海工平臺的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。該工程的負荷計算是根據(jù)《海洋平臺暖通設(shè)計方法》標(biāo)準進行的，空調(diào)系統(tǒng)采用的是1次回風(fēng)全空氣露點送風(fēng)系統(tǒng)。整個海工平臺工程采取多個中央空調(diào)系統(tǒng)，每層左右兩舷各有一空氣處理設(shè)備對空氣集中處理。風(fēng)管選取圓形鍍鋅鋼板，水管路系統(tǒng)采用閉式雙管同程式，冷凍水泵CLHB50-32(I)和冷卻水泵CLHB65-50(I)各選3臺，2臺使用1臺備用。所選用的冷水機組是船用水冷半封閉螺桿(單機壓縮)式TY-290ws型號的機組。

本設(shè)計對負荷的計算僅僅是依據(jù)理論進行的，缺乏實際工程經(jīng)驗的應(yīng)用介紹，平臺的艙室內(nèi)工作情況并非實際的運行情況；同時，本設(shè)計尚未對消聲及隔振進行設(shè)計，如對該2項進行設(shè)計應(yīng)考慮海工平臺所處地理環(huán)境對其影響，選擇適宜的設(shè)計方法，設(shè)計出最優(yōu)的消聲減振措施。

表4 空調(diào)機組設(shè)計所需參數(shù)

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2014-07-16

姚汝林(1975-)，男，碩士，高級工程師，研究方向為輪機工程；劉建成(1976-)，男，高級工程師，研究方向為船舶與海洋工程；馮國增(1971-)，男，碩士，副教授，研究方向為兩相流理論與技術(shù)、船舶制冷與空調(diào)等；孫少哲(1990-)，男，碩士研究生，研究方向為艦船艙室環(huán)境控制。

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