海上平臺電池間通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

張勇青,王成甲，張勇亮,王 雨

(1.海洋石油工程股份有限公司,天津 300451；2.中海油東方石化有限責(zé)任公司,海南 東方 572600；3.中國石油青海油田分公司,青海 花土溝 736202)

海上平臺電池間通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

張勇青1,王成甲1，張勇亮2,王 雨3

(1.海洋石油工程股份有限公司,天津 300451；2.中海油東方石化有限責(zé)任公司,海南 東方 572600；3.中國石油青海油田分公司,青海 花土溝 736202)

基于海上平臺電池間的復(fù)雜性及特殊性，文章以QHD32-6綜合調(diào)整項目為實例，詳細(xì)介紹了電池間通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計方案，并針對常規(guī)電池間排風(fēng)量的計算原則進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的方案既保證了排除和稀釋蓄電池充放電時所產(chǎn)生的熱量和易爆氣體，又達(dá)到了節(jié)約能源的目的。該研究工作為今后海上平臺暖通空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計提供了參考，對海洋工程領(lǐng)域中的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計完善具有一定意義。

電池間；通風(fēng)方案；排風(fēng)量計算；優(yōu)化

海上平臺的所有數(shù)據(jù)和信息都是由中央控制系統(tǒng)和消防系統(tǒng)來控制、處理、分析和儲存，如果這些設(shè)備在運(yùn)行過程中突然斷電，不但造成數(shù)據(jù)和信息丟失；甚至引發(fā)重大安全事故。不間斷電源(UPS)為這些供電要求質(zhì)量高，而且不能中斷供電的負(fù)載提供不間斷電源，它是海上油氣田供電系統(tǒng)的重要組成部分。蓄電池作為UPS系統(tǒng)的重要組成部分和最后一道電源保障，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到UPS系統(tǒng)的可靠程度。蓄電池在正常充放電時會產(chǎn)生熱量和易爆氣體(氫氣)，并且蓄電池的容量受周圍溫度影響較大，因此，儲存蓄電池的電池間的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計極其重要。

1 電池間通風(fēng)方案設(shè)計

1.1 項目概況

秦皇島32-6 綜合調(diào)整項目位于我國渤海海域，共包含4個平臺。平臺常年處于相對濕度大、含鹽濃度高的環(huán)境中，項目周邊環(huán)境溫度為-13～32 ℃，相對濕度為45%～70%。

1.2 室內(nèi)參數(shù)的確定

海上平臺電池間室內(nèi)環(huán)境溫度必須保障蓄電池的正常運(yùn)行和房間內(nèi)FM200滅火劑的正常釋放。蓄電池長期在低溫下運(yùn)行時容量會有所降低，當(dāng)在-15 ℃以下使用時，蓄電池化學(xué)成分將發(fā)生變化而不能充電。為避免蓄電池容量受房間內(nèi)溫度過低導(dǎo)致?lián)p耗較大，電池間內(nèi)的最低溫度必須得到保障。另外，電池間采用FM200消防系統(tǒng)，安全專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(GB 50370—2005)要求，F(xiàn)M200安全釋放的最低溫度要求為-10 ℃。

綜合以上因素，經(jīng)過蓄電池生產(chǎn)廠家確認(rèn)后，設(shè)計人員將本項目電池間室內(nèi)環(huán)境參數(shù)確定為5～45 ℃(注：電池間內(nèi)配備電熱風(fēng)機(jī)保證冬季室內(nèi)最低溫度不低于5 ℃)。

1.3 電氣防爆和防護(hù)等級的確定

由于蓄電池充放電時會釋放易爆氣體(氫氣)，因此本項目電池間屬于二類危險區(qū)，電氣設(shè)備應(yīng)選用防爆型，防爆等級為Exd II CT4。

由于電池間通風(fēng)設(shè)備長期處于海洋潮濕環(huán)境中，所以室內(nèi)運(yùn)行設(shè)備防護(hù)等級為IP23，室外運(yùn)行設(shè)備防護(hù)等級為IP56。

1.4 通風(fēng)方式的確定

《海上固定平臺安全規(guī)則》7.7.2.7規(guī)定：總充電功率小于或等于2 kW的蓄電池間可采用自然通風(fēng)，其出風(fēng)管應(yīng)通至露天甲板；總充電功率大于2 kW的蓄電池間應(yīng)采用機(jī)械通風(fēng)，其通風(fēng)裝置應(yīng)為防爆型[1]。

由于海上平臺的蓄電池容量均大于2 kW，故電池間的通風(fēng)方式為機(jī)械通風(fēng)，房間內(nèi)設(shè)置2臺離心式排風(fēng)機(jī)排除房間內(nèi)易爆氣體，另設(shè)置1個自然進(jìn)風(fēng)口滿足室內(nèi)空氣的循環(huán)要求，房間內(nèi)部設(shè)置1臺熱風(fēng)機(jī)保證房間溫度符合要求。

為避免危險氣體影響相鄰非危險區(qū)，電池間按照負(fù)壓設(shè)計(機(jī)械排風(fēng)/自然進(jìn)風(fēng))，進(jìn)風(fēng)管道和排風(fēng)管道上均裝有防火風(fēng)閘，以滿足釋放滅火介質(zhì)前的遙控關(guān)閉要求。

1.5 房間排風(fēng)量的確定

根據(jù)Q/HS 3008—2003《海上平臺暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方法》：機(jī)械通風(fēng)的蓄電池?fù)Q氣次數(shù)一般應(yīng)選30次/小時，還應(yīng)按充電時散發(fā)的熱量進(jìn)行排風(fēng)量計算，然后將兩者進(jìn)行比較取其大者。由于電池散熱量較小，因此在實際設(shè)計時一般取電池間的排氣量按照換氣次數(shù)為30次/小時計算。

但因本項目電池間為保證房間最低溫度，冬季配備了電加熱風(fēng)機(jī)，采用常規(guī)的30次/小時換氣次數(shù)，會導(dǎo)致該房間的新風(fēng)量過大，使得該熱風(fēng)機(jī)加熱負(fù)荷過大，大功率防爆熱風(fēng)機(jī)的采辦及布置均存在困難，而且更會在后期實際運(yùn)行過程中極大程度的耗費(fèi)電能。

為保證完全排除蓄電池充放電時所產(chǎn)生的易爆氣體，同時達(dá)到降低房間新風(fēng)量的目的，設(shè)計人員查找《海上固定平臺安全規(guī)則》、ISO15138—2007等多個國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，最終確定優(yōu)化后的電池間排風(fēng)量設(shè)計原則如下。

1)電池間換氣次數(shù)依據(jù)固定平臺安全規(guī)則進(jìn)行設(shè)計，采用12次/小時。

2)根據(jù)換氣次數(shù)得到的排風(fēng)量與房間內(nèi)氫氣量稀釋至其25%易燃下限所需的排風(fēng)量相比較，二者取大值。

3) 電池間內(nèi)部設(shè)置氫氣探頭并與風(fēng)機(jī)連鎖，當(dāng)室內(nèi)氫氣探測達(dá)到20%L.E.L時，警報器啟動，備用風(fēng)機(jī)同時啟動以加強(qiáng)排風(fēng)，稀釋危險氣體。

本項目經(jīng)過改進(jìn)后的電池間通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案，與傳統(tǒng)設(shè)計方案相比，既保證了排除和稀釋蓄電池充放電時所產(chǎn)生的熱量和易爆氣體，又達(dá)到了節(jié)約能源的目的。以QHD32-6綜合調(diào)整項目新建的4個平臺為例，優(yōu)化后的設(shè)計方案相對于傳統(tǒng)設(shè)計方案，電加熱器每年可節(jié)約8萬千瓦時，按照25年壽命期內(nèi)共可節(jié)約200萬千瓦時，從而大大節(jié)約了能源的損耗，見表1。

表1 4個平臺不同換氣次數(shù)下電池間電熱風(fēng)機(jī)年耗電量對比 kW·h

1.6 通風(fēng)管路布置要點

1)電池間排風(fēng)口用風(fēng)道引至平臺外部，以防止易爆氣體的聚集[2]。

2)電池間內(nèi)氣流組織要考慮氣流從最小污染區(qū)流向最大污染區(qū)，要防止出現(xiàn)死角[2]。

3)《海上固定平臺安全規(guī)則》規(guī)定：電池間進(jìn)風(fēng)口應(yīng)設(shè)于低處(安全區(qū))，排風(fēng)口則應(yīng)盡量設(shè)于高處[1]。

4) GB/T 11799—2008《船用防爆離心通風(fēng)機(jī)》規(guī)定:電池間防爆風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口應(yīng)設(shè)有不銹鋼或黃銅保護(hù)安全防護(hù)網(wǎng)。本項目防爆風(fēng)機(jī)排風(fēng)口和自然進(jìn)風(fēng)口均配備了黃銅保護(hù)網(wǎng)。

5)《海上固定平臺安全規(guī)則》規(guī)定：對于A級和B級防火要求的艙壁，當(dāng)通風(fēng)管凈截面超過0.02 m2時，通艙管件長度應(yīng)至少900 mm，最好在墻壁兩側(cè)各為450 mm[1]。本項目電池間艙壁防火等級為A60，故穿艙件長度為900 mm。

6)為避免風(fēng)速過大帶來的噪音和阻力問題，或風(fēng)速過小造成的初投資增加和布置困難的問題，電池間通風(fēng)管道內(nèi)部風(fēng)速應(yīng)滿足Q/HS 3008—2002《海上平臺暖通空調(diào)設(shè)計方法》。

2 結(jié)束語

電池間通風(fēng)系統(tǒng)的首要問題是安全性，排風(fēng)量的稀釋能力一定要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；其次要考慮到節(jié)約能源的問題，避免過多的浪費(fèi)。本文通過QHD32-6綜合調(diào)整項目為典型實例，系統(tǒng)的介紹了海上電池間通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案，有效地保證了房間內(nèi)部蓄電池的正常工作，對今后類似海上平臺的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計提供了一定的借鑒。

[1] 中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.海上固定平臺安全規(guī)則[M].北京：中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會出版社，2000.

[2] 中國船舶工業(yè)總公司.中國船舶設(shè)計手冊——冷藏、通風(fēng)空調(diào)篇[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.

In view of the complexity and specificity,the design plan of ventilation system is presented for the battery room ,the air volume calculating method is optimized based on the QHD 32-6 project.The optimized plan not only dilutes heat and explosive gas which is generated by battery charge and discharge,but also achieves the purpose of energy conservation.The research provides some references for system design of the offshore platform HVAC systems with guiding significance for such design in the field of marine engineering.

battery room;ventilation plan;air volume calculating;optimize

張勇青(1986-)，男，河南許昌人，工程師，大學(xué)本科， 主要從事海洋石油平臺機(jī)械設(shè)計工作。

TE991.8

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.04.015

2017-02-07