FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾偉

摘 要：本文結(jié)合“瑪麗卡”FPSO 項(xiàng)目，總結(jié)了FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的建議。

關(guān)鍵詞：FPSO； 生活模塊； 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U664.86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

HVAC System Design and Considerations for FPSO Living Quarters

ZENG Wei

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： Take FPSO Maricá project as example. This paper summarizes the design features of HVAC system for FPSO living Quarters and offers optimized design proposal.

Key words： FPSO； accommodation； HVAC system design

1 前言

生活模塊是浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置（FPSO）不可或缺的組成部分，它為油田管理人員與生產(chǎn)作業(yè)人員提供舒適的工作生活及娛樂設(shè)施；同時(shí)它也是整個(gè)FPSO的控制中心，用于監(jiān)視、控制FPSO工作和上部模塊工藝處理的操作。

生活模塊需配置良好的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，以便FPSO上管理及作業(yè)人員提供安全、舒適的工作及生活條件，為電氣設(shè)備提供安全、可靠的工作環(huán)境。

本文結(jié)合“瑪麗卡”FPSO 項(xiàng)目生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐，分析FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

2 生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的安全性

FPSO作為海上油（氣）田的生產(chǎn)處理加工廠，各油氣水處理模塊、油儲(chǔ)存艙、原油卸載區(qū)域等都會(huì)出現(xiàn)具有可燃性和爆炸性的液體及氣體，因此FPSO也被比喻成一枚定時(shí)炸彈，其危險(xiǎn)性由此可見一斑。由于FPSO主甲板空間有限，生產(chǎn)工藝模塊眾多，這些模塊都處于危險(xiǎn)油氣之間。

圖1是“瑪麗卡”FPSO主甲板布置示意圖，生活模塊布置在船尾，其前方是各油氣水處理模塊、油儲(chǔ)存艙，后方是原油外輸裝置，生活模塊處在危險(xiǎn)氣體的包圍之中。

在原油生產(chǎn)及外輸過程中有少量的可燃性氣體泄漏是難免的，如果在生產(chǎn)過程中發(fā)生意外，則可能會(huì)有較大量的可燃?xì)怏w和有刺激性氣味氣體泄漏。針對(duì)上述情況，生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)從安全入手，采取一系列安全措施，消除或減小可燃?xì)怏w及有刺激性氣味氣體對(duì)生活模塊的影響。

（1）為阻止少量可燃?xì)怏w及有刺激性氣味的氣體從房間門、窗進(jìn)入生活模塊，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)需保證生活模塊房間內(nèi)處于正壓狀態(tài)；廚房、洗衣間、醫(yī)務(wù)室、吸煙室、儲(chǔ)藏間等空氣質(zhì)量較差的房間，相對(duì)于居住區(qū)維持負(fù)壓狀態(tài)，但仍需高于外界大氣壓力。正負(fù)壓值應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)，過低不能滿足安全上的要求，過高會(huì)影響門窗開啟等正常操作。“瑪麗卡”FPSO生活模塊房間壓力設(shè)計(jì)，如表1所示。

（2）為了預(yù)防可燃?xì)怏w從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入生活模塊，所有的進(jìn)風(fēng)口需安裝氣體探測(cè)器并接FPSO的火氣監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)可燃?xì)怏w或有刺激性氣味的氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，探測(cè)系統(tǒng)將報(bào)警或自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)出風(fēng)口；當(dāng)風(fēng)口氣體濃度降低，不足以產(chǎn)生危害時(shí)，氣體探測(cè)器停止輸出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)進(jìn)出風(fēng)口開啟，恢復(fù)正常的空調(diào)通風(fēng)狀態(tài)；

（3）生活模塊通風(fēng)進(jìn)口和開口不能面向貨物區(qū)域，進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口應(yīng)布置在遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域的安全區(qū)內(nèi)，且與危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)機(jī)械出風(fēng)口的距離不小于4.5 m。鑒于上述要求，由于“瑪麗卡”FPSO生活模塊前后都是貨物區(qū)域，所以空調(diào)新風(fēng)口只能布置在生活模塊的外側(cè)（詳見圖1）；

（4）生活模塊空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)口、回風(fēng)口、總送風(fēng)管都應(yīng)安裝防火閥，所有通風(fēng)進(jìn)出口及穿過不同防火區(qū)艙壁的風(fēng)管也應(yīng)安裝防火閥。防火閥不僅能就地控制，還需在中央控制室的火災(zāi)盤自動(dòng)控制。

2.2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性

生活模塊作為FPSO的生活中心和控制指揮中心，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)是其關(guān)鍵系統(tǒng)之一，一旦出問題將導(dǎo)致整個(gè)生活模塊的癱瘓，甚至引起FPSO的停產(chǎn)，因此空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要。

在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要通過下述方法來保證其可靠性：

（1）空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備要保證工作時(shí)高度可靠，關(guān)鍵的空調(diào)通風(fēng)設(shè)備采用N+1的原則考慮備用。如為“瑪麗卡”FPSO生活模塊空調(diào)器提供冷媒水的冷水機(jī)組和冷媒水泵，采用的是3x50%的配置；

（2）生活模塊內(nèi)設(shè)計(jì)了一些重要的電氣設(shè)備間，包括中央控制室、無線電室、生活區(qū)設(shè)備房、計(jì)算機(jī)設(shè)備房、通訊設(shè)備室等。這些電氣設(shè)備間內(nèi)布置了大量的電氣控制設(shè)備作為FPSO操控的主要場(chǎng)所。為了保障這些重要房間設(shè)備能正常不間斷工作，除配置中央空調(diào)系統(tǒng)外，還需設(shè)獨(dú)立的應(yīng)急備用空調(diào)系統(tǒng)。“瑪麗卡”FPSO各重要房間應(yīng)急空調(diào)系統(tǒng)采用的是風(fēng)冷式空調(diào)柜機(jī)，機(jī)組電源由應(yīng)急電源供給；

（3） FPSO常年漂浮在海上，環(huán)境惡劣、空氣濕度大、鹽分高、維修保養(yǎng)不便，為了滿足FPSO服務(wù)周期要求，設(shè)備及通風(fēng)管道的選材需從降低腐蝕方面著重考慮。“瑪麗卡”FPSO空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命為25年，所有暴露在室外空氣中的風(fēng)機(jī)、空調(diào)室外機(jī)、通風(fēng)管道及附件均采用不銹鋼材質(zhì)（316L）。

2.3 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的舒適性

FPSO生活模塊空調(diào)系統(tǒng)舒適性是其關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)之一，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的舒適度體現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)的確定，主要包括新風(fēng)量、溫度、濕度和噪聲控制等參數(shù)。

FPSO空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)量可根據(jù)ISO7547選取，在滿足衛(wèi)生要求的條件下，每人每小時(shí)的新鮮空氣量不少于28.8m3，同時(shí)最小新風(fēng)比不小于40%；房間室內(nèi)溫度、濕度和噪聲等指標(biāo)，通?？筛鶕?jù)ISO15138推薦值選取，同時(shí)噪聲控制應(yīng)滿足IMO決議A.468（XII）的要求?！艾旣惪ā盕PSO生活模塊室內(nèi)環(huán)境參數(shù)設(shè)計(jì)值，如表2所列。

3 生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 室外環(huán)境條件的確定

FPSO長期服務(wù)于某一固定海域，不同于一般普通船舶需按既定航線穿梭于大洋之上，因此其室外參數(shù)應(yīng)根據(jù)作業(yè)地點(diǎn)的氣象條件確定，一般按照ISO15138的要求進(jìn)行選取?！艾旣惪ā盕PSO服役于巴西桑托斯盆地Lula Alto油氣田，處于亞熱帶地區(qū)，無需考慮冬季房間的制熱工況，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)只需考慮夏季負(fù)荷，溫度取33.1 ℃，相對(duì)濕度取76.5%。

3.2 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的選用

熱負(fù)荷是空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，其計(jì)算準(zhǔn)確性直接關(guān)系到空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗。目前船舶領(lǐng)域采用的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對(duì)普通航行船舶，還未有專門的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)FPSO空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算進(jìn)行規(guī)定。鑒于這種情況，設(shè)計(jì)者需要分析已有的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)， 從中提取適用于FPSO的內(nèi)容，從而完成熱負(fù)荷計(jì)算。

“瑪麗卡”FPSO空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算方法及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要參考下列手冊(cè)及標(biāo)準(zhǔn)：

3.3 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備配置

FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備選型，是以熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，選擇合適的廠家設(shè)備?！艾旣惪ā盕PSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備包括：中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、應(yīng)急空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備和風(fēng)機(jī)等。

（1）“瑪麗卡”FPSO生活模塊采用單風(fēng)管、間接冷卻式中央空調(diào)系統(tǒng)，主要設(shè)備包括：提供冷源的冷水機(jī)組、冷媒水泵及空調(diào)器等。冷水機(jī)組、冷媒水泵除了給生活模塊空調(diào)器（包括廚房空調(diào)器）提供冷源外，還為ENIF模塊用空調(diào)器提供冷源，基本參數(shù)見表3。

（2）應(yīng)急空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備包括：為中央控制室、無線電室、生活區(qū)設(shè)備房、計(jì)算機(jī)設(shè)備房、通訊設(shè)備室等房間提供的應(yīng)急備用空調(diào)裝置，基本設(shè)備配置參數(shù)見表4。

（3）FPSO生活模塊需用到風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)包括：廁所、浴室、廚房、病房、健身房、吸煙室、干糧庫、烘衣間和直升機(jī)應(yīng)急設(shè)備室等房間的排風(fēng)，以及廚房獨(dú)立的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。廚房設(shè)單獨(dú)的空調(diào)送風(fēng)，另設(shè)機(jī)械送風(fēng)和機(jī)械排風(fēng)；其它房間都采用機(jī)械排風(fēng)，進(jìn)風(fēng)來自于中央空調(diào)送風(fēng)管道，或從相鄰房間門下方風(fēng)柵進(jìn)入，所配風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)見表5。

4 設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

隨著FPSO的不斷向前發(fā)展，人們對(duì)其空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的舒適性、經(jīng)濟(jì)性的要求也越來越高。設(shè)計(jì)人員可從下幾點(diǎn)出發(fā)，對(duì)FPSO空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化研究：

（1）變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

目前FPSO生活模塊采用的都是定風(fēng)量中央空調(diào)系統(tǒng)，即系統(tǒng)總送風(fēng)量不變，通過改變送風(fēng)溫度來滿足各個(gè)艙室的溫度要求。由于FPSO中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型是按照生活區(qū)的最大負(fù)荷工況選定，而實(shí)際使用過程中，大部分時(shí)間中央空調(diào)系統(tǒng)是在部分負(fù)荷下運(yùn)行，存在著很大的能量浪費(fèi)。

而變風(fēng)量系統(tǒng)是固定送風(fēng)溫度，根據(jù)艙室負(fù)荷情況自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總送風(fēng)量和各空調(diào)房間的送風(fēng)量，因此采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)可降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，它將成為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的未來發(fā)展趨勢(shì)。

（2）CFD模擬技術(shù)在空調(diào)通風(fēng)上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)一定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人喜好對(duì)設(shè)計(jì)有著重要的影響。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的要求提高， 一些先進(jìn)國家開始利用計(jì)算流體力學(xué)方法（簡(jiǎn)稱 CFD），通過建立CFD模型對(duì)艙室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、模擬，分析了解室內(nèi)空氣的流場(chǎng)分布，優(yōu)化空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于此方法具有成本低、周期短等優(yōu)勢(shì)，而且為空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了科學(xué)、直觀的依據(jù)，對(duì)FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)束語

FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于其安全性和可靠性要求區(qū)別于普通船舶，而舒適性要求相似于普通船舶。本文結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐，分析探討了FPSO生活模塊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及特點(diǎn)，希望對(duì)同行們有一定的啟示作用。

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