淺析鉆井船空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)

吳 駿，謝春明，陳佳明

● （中遠(yuǎn)船務(wù)工程集團有限公司，遼寧大連 116600）

淺析鉆井船空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)

吳 駿，謝春明，陳佳明

● （中遠(yuǎn)船務(wù)工程集團有限公司，遼寧大連 116600）

目前鉆井船已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用在石油勘探和深水鉆井作業(yè)中，且極大地提高了深海鉆井作業(yè)的安全性和靈活性。本文將結(jié)合在建的超深水船型鉆井平臺，分析闡述空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在各個區(qū)域的應(yīng)用以及設(shè)計思路。

鉆井船；動力定位；通風(fēng)系統(tǒng)；空調(diào)系統(tǒng)；熱量回收

0 引言

不論何種船型，空調(diào)與通風(fēng)技術(shù)狀態(tài)對旅客舒適感、船員健康，以及機械、系統(tǒng)和設(shè)備的無故障運行均具有持久的影響。要為所需目的隨時隨地提供合適的氣候環(huán)境，就必須擁有高度的技術(shù)創(chuàng)造性和豐富的經(jīng)驗。對于鉆井船而言，則對空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)提出更高的要求，尤其在節(jié)能性和自動控制等方面。本文將結(jié)合在建項目概述一下空調(diào)在超深水鉆井船上的應(yīng)用。

1 項目簡介

在建的“大連開拓者號”鉆井船入DNV級，取船級符號＋1A1，"Ship Shaped Drilling Unit,DRILL,DYNPOS-AUTRO[1,2],E0,HELDK SH,CRANE,F-AMC,ICS。它是滿足DNV船級社三級動力定位要求，并根據(jù)國際一級海工建造標(biāo)準(zhǔn)建造的、適應(yīng)惡劣海況環(huán)境的超深水型鉆井船，工作水深為一萬英尺，鉆深為三萬英尺。下文將結(jié)合本項目描述空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的實際設(shè)計應(yīng)用情況。

2 機艙通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)DP3動力定位以及建造規(guī)格書要求，本船動力模塊位于主甲板之上，共配備 8臺型號為WARTSILA 16V32的主發(fā)電兼應(yīng)急發(fā)電機組，每臺輸出功率為：7.2MW/9MVA 50Hz。由4個帶A60防火分隔的機艙（A、B、C、D）組成，每個機艙內(nèi)裝備兩臺主發(fā)電機組。全船共配備4段11kV的9MVA/7.2MW主配電板，分別位于機艙頂部的4個帶A60防火分隔的電氣設(shè)備間內(nèi)，每段獨立配電板分別連接到位于同一機艙內(nèi)的兩臺主發(fā)電機組上[3]。

2.1 機艙通風(fēng)系統(tǒng)

每個機艙的通風(fēng)系統(tǒng)獨立設(shè)置，分別配備2臺供風(fēng)機和2臺排風(fēng)機，風(fēng)機選取2×50%容量。根據(jù)DP3動力定位的要求，任意設(shè)備及艙室的單點失效不會影響其它機艙通風(fēng)系統(tǒng)的運行，并且 2×50%的風(fēng)機配置也可最大限度降低因單個設(shè)備故障對于機艙通風(fēng)的影響。

在機艙供風(fēng)口和排風(fēng)口設(shè)置防火風(fēng)閘，以保證在內(nèi)部發(fā)生火情或外部產(chǎn)生可燃?xì)怏w、有毒氣體時關(guān)閉防火風(fēng)閘，將對應(yīng)區(qū)域隔離，避免火情或氣體擴散。其中防火風(fēng)閘通過全船火氣系統(tǒng)控制，根據(jù)對應(yīng)感煙探頭和火氣探頭的反饋來進(jìn)行關(guān)斷控制。

機艙通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 機艙通風(fēng)系統(tǒng)流程圖

當(dāng)前，各國船東逐步將節(jié)能環(huán)保性能作為船舶的重要指標(biāo)，在各個系統(tǒng)的設(shè)計中都應(yīng)有所體現(xiàn)。該鉆井船的機艙風(fēng)機都配有變頻器進(jìn)行控制，通過傳感器檢測機艙內(nèi)溫度和壓力情況，調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，既可以保證內(nèi)部穩(wěn)定的工作環(huán)境，又可以在主機不同工況下變頻調(diào)速達(dá)到節(jié)約能源的效果。

其中溫度傳感器控制排風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)機艙內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)風(fēng)量；壓力傳感器控制供風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)機艙內(nèi)與外界壓差調(diào)節(jié)風(fēng)量。

當(dāng)機艙內(nèi) 2臺主機均處于停機狀態(tài)時，或機艙內(nèi)溫度低于35℃時（外界溫度處于冬季等低溫工況），機艙風(fēng)機轉(zhuǎn)速最低，供排風(fēng)處于最小風(fēng)量狀態(tài)。當(dāng)機艙內(nèi)溫度升高（高于35℃），排風(fēng)機轉(zhuǎn)速提高，排風(fēng)風(fēng)量增大，對應(yīng)機艙內(nèi)壓差降低，使供風(fēng)機轉(zhuǎn)速對應(yīng)提高，供風(fēng)風(fēng)量增大，以維持機艙內(nèi)50Pa的正壓。當(dāng)機艙溫度達(dá)到或高于45℃時，機艙風(fēng)機轉(zhuǎn)速最高，供排風(fēng)處于最大風(fēng)量狀態(tài)。

機艙風(fēng)機控制原理如圖2。

圖2 機艙通風(fēng)控制系統(tǒng)

2.2 機艙備用冷卻系統(tǒng)

機艙內(nèi)除了布置通風(fēng)系統(tǒng)外，可考慮增加風(fēng)機盤管冷卻系統(tǒng)，作為機艙內(nèi)冷卻的備用系統(tǒng)。

風(fēng)機盤管采用主機淡水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，在機艙通風(fēng)完全停止的情況下，通過風(fēng)機盤管的冷卻作用，維持機艙的溫度不超過50℃，保證發(fā)電機的正常運轉(zhuǎn)。此系統(tǒng)僅限于主機設(shè)置單獨燃燒空氣管路的機艙。

關(guān)于風(fēng)機盤管的設(shè)計是在常規(guī)鉆井船上沒有的系統(tǒng)，其主要作用是當(dāng)外部遇到井噴或是嚴(yán)重的危險氣體蔓延的情況下，需要關(guān)閉整個機艙的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)，從而啟動運行的一個特殊的機艙通風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)。

由于在應(yīng)急的情況下，剪斷海底的鉆管需要一定的時間，同時需要把整個鉆井船在保證有動力的情況下移到一個相對安全的地方。所以在配備了特殊的風(fēng)機盤管系統(tǒng)后，即便是機艙通風(fēng)系統(tǒng)不工作，通過風(fēng)機盤管的作用還可以保證整個機艙運行一段時間，最大限度保證了移船所需要的電力負(fù)荷，從而保證了整艘鉆井船的使用壽命和安全。

2.3 機艙配電板間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

各個機艙配電板間的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)完全獨立，任意設(shè)備及艙室的單點失效不影響其它配電板通風(fēng)系統(tǒng)的運行。

通風(fēng)風(fēng)量根據(jù)規(guī)格書要求的最小換氣次數(shù)確定換氣量以降低內(nèi)部空調(diào)的制冷量。

因配電板間電氣設(shè)備散熱量較大，為保證艙室內(nèi)維持適宜的工作溫度，對應(yīng)設(shè)置獨立空調(diào)柜機，可選風(fēng)冷或水冷；若選水冷方式，根據(jù)船級社動力定位規(guī)范要求，水冷柜機的冷卻水源需要彼此獨立，選用對應(yīng)主機的淡水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

空調(diào)冷量根據(jù)配電板間內(nèi)電氣設(shè)備散熱量以及新風(fēng)量來確定，空調(diào)選用內(nèi)循環(huán)柜機或高回風(fēng)比空調(diào)器，以便降低空調(diào)冷量。

3 鉆井模塊通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

本船鉆井區(qū)模塊分為鉆井通用模塊，泥漿處理模塊，水下控制模塊和立管儲存模塊共 4個模塊。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的布置則根據(jù)各艙室用途和物理位置進(jìn)行劃分，相同類型的艙室共用相同的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。

對于鉆井區(qū)某些艙室：泥漿艙、泥漿處理艙室等，因從海底返回的泥漿會攜帶部分碳?xì)浠衔锏瓤扇細(xì)怏w，因此該類處所被劃分為危險處所。由此，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計首先要保證艙室內(nèi)合適的工作環(huán)境溫度，還要通過配置排風(fēng)系統(tǒng)避免危險處所內(nèi)可燃性氣體的聚集以及擴散到安全區(qū)域。

另外鉆井模塊作為鉆井船最重要的組成部分，該區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)均配置為一用一備，100%冗余設(shè)計，以保證即使單臺設(shè)備失效系統(tǒng)仍可以繼續(xù)運行，最大限度保持該類區(qū)域安全穩(wěn)定的工作環(huán)境。

在鉆井區(qū)模塊布置在露天開敞甲板的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備和風(fēng)管，應(yīng)優(yōu)先考慮使用不銹鋼等耐腐蝕性材料作為設(shè)備外殼和風(fēng)管材質(zhì)，以便提高系統(tǒng)的抗腐蝕性和使用壽命。

4 生活區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

生活區(qū)為容納180人住艙，共分為9層，采用中央空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)器布置在生活區(qū)上部區(qū)域：第八層和第九層。配置2套空調(diào)系統(tǒng)，2×100%冗余，以最大限度保證系統(tǒng)運行的可靠性和連續(xù)性。

鉆井船的生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)在生活區(qū)的最上部甲板（在駕駛甲板的上部）布置中央空調(diào)機組，其主要目的是為了減少機組運行時噪音對生活區(qū)艙室的影響，尤其是對居住房間的影響。

該項目要求環(huán)境溫度-20℃～+35℃，若采用空調(diào)部分回風(fēng)系統(tǒng)，則空氣質(zhì)量不佳，并且來自衛(wèi)生單元等處所的空氣無法用于再循環(huán)；若采用全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)雖然可以保證艙室內(nèi)空氣質(zhì)量，但制冷和加熱功率較大，負(fù)荷過高。對此我們采用在供風(fēng)空調(diào)和排風(fēng)空調(diào)分別增加一套熱量回收換熱器[4,5]，供風(fēng)和排風(fēng)的熱量回收換熱器通過單獨一套水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行能量回收利用，以便在冬季和夏季極端氣候條件下可以降低制冷和加熱的功率，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。如圖3所示。

圖3 機艙通風(fēng)控制系統(tǒng)

5 結(jié)束語

本文概述了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在超深水船型鉆井船上各個區(qū)域的實際應(yīng)用。鉆井船上的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與普通民船有所不同，在系統(tǒng)冗余設(shè)計、自動控制以及設(shè)備選型方面都有了更高規(guī)格的要求，以便滿足其更為惡劣的工作海況。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計思路也不是一成不變的，它要根據(jù)不同船型的特點、不同的船東要求以及不同艙室布置來綜合考慮。對于系統(tǒng)的設(shè)計也要更多的考慮設(shè)備的節(jié)能指標(biāo)，控制的自動化程度以及系統(tǒng)的連續(xù)運行可靠性。

[1]DNV.Dynamic Positioning Systems[S].Rule for Classification of Ship,2011.

[2]IMO MSC.Circ.645.Guidelines for Vessels with Dynamic Positioning System[S].1994.

[3]劉紹嶺,朱杰,等.動力定位系統(tǒng)在超深水鉆井船上的應(yīng)用[J].船舶工程,2013(4):67-70.

[4]梅國梁,張珍.船舶中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)探討[J].上海造船,2009(1):43-50.

[5]鄭國杰,鄭超瑜,等.船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)及其系統(tǒng)方案的比較研究[J].船舶工程,2012(5):39-77.

Application of HVAC System in Drillship

WU Jun,XIE Chun-ming,CHEN Jia-ming
(COSCO Shipyard Group Co.,LTD.,Dalian 116600,China)

Drillship has been widely applied in oil explosion and drilling in deepwater now.It improves the reliability and flexibility of drilling in deepwater extremely.Based on the extra deepwater ship type drill platform,which is being built in shipyard,this paper analyzes and describes the application and general design principle of HVAC system in certain areas.

drillship; dynamic positioning; ventilation system; air conditioning system; heat recovery system

U661.43

A

吳駿（1983-），男，技術(shù)工程師。主要從事海洋工程空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)研究設(shè)計工作。