30萬t深水FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)模塊標(biāo)準(zhǔn)化研發(fā)

孫 遠(yuǎn)，李艷杰

(天津修船技術(shù)研究所，天津 300456)

30萬t深水FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)模塊標(biāo)準(zhǔn)化研發(fā)

孫 遠(yuǎn)，李艷杰

(天津修船技術(shù)研究所，天津 300456)

文章主要研究30萬t深水FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)模塊標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)生活模塊所在海域的環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備選型，完成空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的計算，合理布置風(fēng)管。各個模塊的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)部件要做到獨立安裝，即裝即用。

模塊標(biāo)準(zhǔn)化；設(shè)備選型；獨立安裝

生活模塊為工作人員提供安全舒適的工作、生活和休息環(huán)境，在海洋平臺中占有非常重要的地位。生活模塊現(xiàn)大部分采用整體建造，工期長、工作量大，制約船舶及海洋平臺的建造周期。生活模塊標(biāo)準(zhǔn)化的研發(fā)及建造可降低海洋平臺建造的成本和建造風(fēng)險，縮短建造周期。

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)是生活模塊必不可少的組成部分,空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)模塊化要求各個模塊內(nèi)的空調(diào)、通風(fēng)部件集成化，相同功能模塊標(biāo)準(zhǔn)化。每個模塊內(nèi)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)部件獨立安裝，只在模塊連接處留出風(fēng)管接口，模塊拼接時，只需將風(fēng)管接口進(jìn)行連接。模塊拆卸時，只需將風(fēng)管接口處進(jìn)行拆卸，即可完成系統(tǒng)的安裝與拆卸。

1 空調(diào)系統(tǒng)模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

1.1 空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)

某30萬t深水FPSO位于巴西海域，巴西海域環(huán)境參數(shù)及生活模塊設(shè)計溫度參數(shù)如表1所示。

表1 巴西海域環(huán)境參數(shù)及生活模塊設(shè)計溫度參數(shù)

1.2 空調(diào)設(shè)備類型選擇

海洋平臺生活模塊常用的空調(diào)設(shè)備有分體式空調(diào)機(jī)、立柜式空調(diào)機(jī)、直接式中央空調(diào)機(jī)組以及間接式中央空調(diào)機(jī)組等。各類設(shè)備優(yōu)缺點見表2。

根據(jù)表2及生活模塊系統(tǒng)的要求，分體式空調(diào)機(jī)無需連接其它管線，即裝即用，故生活模塊空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)冷式分體空調(diào)機(jī)，搭配新風(fēng)風(fēng)機(jī)向各小模塊輸送新風(fēng)。這種搭配既滿足了生活模塊的要求，又避免了分體式空調(diào)的缺點。

制作各安全區(qū)方向的小模塊時，均預(yù)留出分體式空調(diào)室外機(jī)位置；危險區(qū)方向小模塊由于防爆防火原因，無法安裝分體空調(diào)室外機(jī)，故采用與安全區(qū)方向小模塊共用室外機(jī)的一拖二分體空調(diào)形式。

表2 各類空調(diào)設(shè)備優(yōu)缺點對比

1.3 空調(diào)系統(tǒng)計算

1.3.1 夏季空調(diào)熱負(fù)荷計算

夏季空調(diào)得熱量Q1計算見公式(1)。

Q1=q1+q2+q3+q4，

(1)

式中：q1為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量，W；q2為人體發(fā)熱量，W；q3為照明熱量，W；q4為設(shè)備發(fā)熱量，W。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量q1計算見公式(2)。

q1=KAAΔt+KgAgΔt，

(2)

式中：KA為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W/(m2K)；A為圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積，m2；Kg為玻璃窗傳熱系數(shù)，W/(m2K)；Ag為玻璃窗面積，m2；Δt為室內(nèi)外及相鄰房間溫差，K。

經(jīng)查閱相關(guān)資料，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K具體數(shù)值見表3所示；圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積A按艙室甲板到上一層甲板、艙壁到艙壁距離進(jìn)行計算；玻璃窗傳熱系數(shù)Kg為6.5 W/(m2K)；玻璃窗面積Ag為0.355 m2；室內(nèi)外溫差依據(jù)各墻面及甲板所在位置確定，暴露墻面及甲板溫度見表4，相鄰房間如均為空調(diào)房間，則沒有溫差，若無空調(diào)房間與空調(diào)房間相鄰，則需要計算房間的傳熱量，具體見表5。

人體發(fā)熱量分為顯熱和潛熱兩部分。人體的顯熱是由人的體溫與周圍空氣溫度之間的溫差產(chǎn)生，潛熱是指人體運動導(dǎo)致體表排汗或呼吸而帶入空氣的熱量，計算中采用人體休息靜坐及適度運動時的顯熱和潛熱，顯熱一般取55 瓦/人，而潛熱一般取75 瓦/人。

照明熱量按照艙室地面面積進(jìn)行計算，一般取15 W/m2。

設(shè)備發(fā)熱量是艙室內(nèi)發(fā)熱設(shè)備所產(chǎn)生的熱量，一般為洗衣間內(nèi)的洗衣機(jī)、干衣機(jī)，報房內(nèi)的通訊設(shè)備以及廚房內(nèi)的用電設(shè)備如電冰箱等。電視機(jī)、熱水瓶等斷續(xù)性使用的電氣設(shè)備不計。

表3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù) W/(m2K)

表4 夏季暴露墻面及甲板溫度 K

表5 夏季各房間溫度 K

1.3.2 空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量

空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量V計算見公式(3)。

V=Q1/(0.288×1.163Δt)。

(3)

2 通風(fēng)系統(tǒng)模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

船舶通風(fēng)系統(tǒng)是使用機(jī)械或者依靠空氣自然流通為船舶艙室進(jìn)行通風(fēng)換氣的管系。機(jī)械通風(fēng)不受外界自然條件的影響，可以人工調(diào)節(jié)通風(fēng)量，并能夠合理對空氣進(jìn)行分配并輸送到指定的場所。自然通風(fēng)主要由船舶本身的開孔(門、窗、艙口、通風(fēng)斗)和自然通風(fēng)管道組成。自然通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，維修方便，但受外界風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和天氣狀況的影響很大，工作狀態(tài)很不穩(wěn)定。

生活模塊通風(fēng)系統(tǒng)采用2種通風(fēng)形式并存的處理方式。生活樓內(nèi)主要排風(fēng)的房間包括衛(wèi)生間、廚房、浴室、醫(yī)務(wù)室、更衣室、洗衣間等。廚房應(yīng)設(shè)置獨立排風(fēng)及補風(fēng)系統(tǒng)。醫(yī)務(wù)室和衛(wèi)生間一般應(yīng)設(shè)置獨立的排風(fēng)系統(tǒng)，直接排到室外，其設(shè)計風(fēng)量應(yīng)比空調(diào)送風(fēng)量大20%，同時滿足換氣次數(shù)要求。其它房間應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的換氣次數(shù)進(jìn)行換氣。

由于生活模塊采用分體式空調(diào)機(jī)，無法像中央空調(diào)一樣送入新風(fēng)，所以生活模塊通風(fēng)系統(tǒng)不但包括排風(fēng)系統(tǒng)，也包括新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)系統(tǒng)為生活模塊提供新鮮空氣。生活模塊所需新風(fēng)量應(yīng)依據(jù)以下幾方面綜合考慮，所需新風(fēng)量取其大者。①滿足衛(wèi)生要求，每個人每小時的新鮮空氣量不少于30 m3；②滿足房間的正壓或負(fù)壓要求；③滿足房間換氣次數(shù)要求。通風(fēng)系統(tǒng)換氣次數(shù)如表6所示。

表6 通風(fēng)系統(tǒng)換氣次數(shù) 次/小時

通風(fēng)系統(tǒng)除考慮換氣次數(shù)外，也應(yīng)考慮排除房間余熱、余濕或有害氣體，如電池間的通風(fēng)。電池間通風(fēng)的目的是排除和稀釋電池充放電時所產(chǎn)生的熱量和易爆氣體。總充電功率小于或等于2 kW的電池間，應(yīng)采用自然通風(fēng)；總功率大于2 kW的應(yīng)采用機(jī)械通風(fēng)，即機(jī)械排風(fēng)、自然進(jìn)風(fēng)。進(jìn)風(fēng)口應(yīng)設(shè)在低處(安全區(qū))，排風(fēng)口應(yīng)盡量設(shè)在高處。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)計算

風(fēng)管截面積S計算見公式(4)。

S=V/(3 600v)，

(4)

式中：V為風(fēng)量，V=房間容積×換氣次數(shù)，m3/h；v為風(fēng)速，m/s。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)布置

根據(jù)風(fēng)管的截面積，即可得出通風(fēng)系統(tǒng)各風(fēng)管的大小，從而進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)布置圖的繪制工作。通風(fēng)系統(tǒng)最主要的設(shè)備是風(fēng)機(jī)和風(fēng)管。生活模塊采用船用低噪聲離心風(fēng)機(jī)。安全區(qū)的艙室通風(fēng)系統(tǒng)采用送風(fēng)與排風(fēng)結(jié)合，確保安全區(qū)內(nèi)維持一定的正壓。危險區(qū)采用負(fù)壓通風(fēng)，電池間與廚房機(jī)械排風(fēng)設(shè)備一用一備。

生活模塊室內(nèi)風(fēng)管采用熱鍍鋅鋼板螺旋風(fēng)管，室外風(fēng)管采用316L不銹鋼螺旋風(fēng)管。具有安裝方便，通風(fēng)阻力小、通風(fēng)噪聲小，適用于各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕環(huán)境等優(yōu)點。螺旋風(fēng)管更適合小模塊建造方式，滿足FPSO的使用要求。各模塊內(nèi)風(fēng)管等部件做到獨立安裝，所以盡可能把風(fēng)管布置在走廊中，避免穿艙壁連接(風(fēng)管穿艙壁連接時，設(shè)計要求高、施工精度高、安裝程序復(fù)雜)。風(fēng)管連接采用內(nèi)接頭，內(nèi)接頭兩側(cè)分別插入兩側(cè)風(fēng)管的一端，然后用密封條將其緊密固定，送排風(fēng)機(jī)均安裝在左右兩側(cè)的小模塊，主風(fēng)管布置在走廊內(nèi)。模塊拼接時，各小模塊內(nèi)風(fēng)管及部件均已獨立安裝完成，只需將走廊內(nèi)主管道進(jìn)行連接，即可完成通風(fēng)系統(tǒng)的安裝。

2.4 通風(fēng)系統(tǒng)降噪

風(fēng)機(jī)噪聲一般包括機(jī)械振動噪聲、電機(jī)電磁噪聲和氣流流動噪聲，風(fēng)機(jī)機(jī)械振動和電機(jī)電磁噪聲都較小，主要是氣流流動噪聲，根本上解決氣流噪聲的方法是降低風(fēng)管和布風(fēng)器出口的氣流速度。其他降噪的措施：①設(shè)置消聲器，包括合理選擇消聲器的型式，合理使用吸聲材料，合理選擇消聲器長度；②風(fēng)道及布風(fēng)器末端安裝消聲風(fēng)口。

3 結(jié)束語

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)模塊標(biāo)準(zhǔn)化，有利于縮短建造及安裝周期，降低安裝成本，便于維修及更換設(shè)備，方便管理，為生活模塊的舒適性提供了保障。

In this paper,air conditioning and ventilation system module standardization is mainly studied of the 300 thousand tons of deep water FPSO living quarter. According to the sea environmental parameters of the living quarter, equipment selection and calculation for the air condition and ventilation system are completed,and the air duct is installed,complete the calculation of air conditioning and ventilation system, install the air duct. Each module air conditioning and ventilation system can be installed independently, ready-to-mount.

modular standardization；equipment Selection；independent installation

孫遠(yuǎn)(1989-)，男，天津人，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶與海洋平臺空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.02.016

2016-12-28