海洋石油161中央空調(diào)控制回路改造

王鵬,曲雙杰,李丙焱,王昊,鄭慶軍

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司 天津作業(yè)公司,天津 300452)

海洋石油161生活樓設(shè)有2臺中央空調(diào)機組，型號為CZFK-200，壓縮機型號為BITZER，使用的冷凍油為BSE170，集制冷、加熱、通風(fēng)于一體，能調(diào)節(jié)生活樓內(nèi)空氣新鮮度、溫度以及濕度，使在平臺上工作的人員能有一個相對舒適的生活環(huán)境。2臺空調(diào)1用1備，分別具有獨立的電氣控制箱，通過手動切換實現(xiàn)互為備用。夏季工況下機組切換后，為保護壓縮機不受損傷，需要等待8 h才能啟動制冷模式。在等待期間，生活樓內(nèi)溫度及濕度無法得到有效控制，墻壁、地面、設(shè)備表面結(jié)露嚴重，對人員及設(shè)備安全有嚴重影響。因此，需要在不改變主、備機主回路電氣互鎖的前提下，對中央空調(diào)控制回路進行改造，使主、備的壓縮機冷凍機油加熱器處于可同時加熱狀態(tài)，從而實現(xiàn)夏季工況下機組切換后能立即啟動空調(diào)壓縮機，實現(xiàn)快速制冷，保障生活樓內(nèi)的人員及設(shè)備始終處于良好環(huán)境中。

1 現(xiàn)有問題分析

1.1 中央空調(diào)夏季工況的運行原理

中央空調(diào)在夏季工況下工作于制冷模式。低壓蒸汽制冷劑由壓縮機吸入，經(jīng)過壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，然后排入冷凝器內(nèi)，在冷凝器中被冷凝成高溫高壓液體，再到膨脹閥節(jié)流成低溫低壓的液體后進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收流過蒸發(fā)器的空氣熱量，蒸發(fā)成低溫低壓的汽體，再被壓縮機吸入進入循環(huán)。室外的新風(fēng)和來自生活樓的回風(fēng)在新回風(fēng)混合箱內(nèi)混合后，經(jīng)過空氣過濾器過濾，再經(jīng)過蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器處降溫、冷凝，析出空氣中的水分后到達送風(fēng)靜壓箱，被離心送風(fēng)機增壓后通過風(fēng)管送至各個房間，空氣循環(huán)原理可見圖1。如此，源源不斷地向生活樓內(nèi)輸送低溫、干燥的冷卻空氣，保持生活樓內(nèi)溫濕度適宜，空氣清新，給平臺人員營造適宜的工作、生活環(huán)境。

圖1 夏季工況下中央空調(diào)空氣循環(huán)示意

1.2 中央空調(diào)夏季工況的運行特點

2臺中央空調(diào)1用1備，分別具有獨立的電控箱、主回路和控制回路，可以通過手動切換實現(xiàn)互為備用。且在電路上存在互鎖關(guān)系，即當(dāng)選擇開關(guān)“SA”選擇A機組時，B機組的欠壓線圈處于失電狀態(tài)，B機組的主電源開關(guān)是無法完成合閘的；當(dāng)選擇開關(guān)“SA”選擇B機組時，A機組的欠壓線圈處于失電狀態(tài)，A機組的主電源開關(guān)是無法完成合閘的。中央空調(diào)A、B機組主回路電路圖及機組選擇控制原理見圖2、3。

圖2 中央空調(diào)A、B機組主回路電路

圖3 中央空調(diào)A、B機組選擇控制原理示意

只有在機組切換完成后，冷凍機油的加熱器才能投入使用。在機組啟動制冷模式前，必須保證壓縮機冷凍機油加熱8 h以上。冷凍機油的作用是對壓縮機的軸承進行潤滑，減少摩擦力，同時將摩擦產(chǎn)生的熱量帶走，冷卻軸承。冷凍機油的油溫過低，會使油的黏度增加，從而使油膜潤滑摩擦力增大，軸承耗功率增加。此外，還會使油膜變厚，造成因油膜振動引起壓縮機振動。因此，必須保證壓縮機冷凍機油的油溫在合適的范圍內(nèi)。

改造前中央空調(diào)冷凍機油加熱器控制原理見圖4。

圖4 中央空調(diào)冷凍機油加熱器控制原理示意

1.3 夏季工況下切換空調(diào)的影響

夏季海上平臺室外溫度高，濕度大，中央空調(diào)壓縮機未運行時，離心送風(fēng)機把室外濕熱的空氣帶進生活樓內(nèi)，會對人員、設(shè)備造成不同程度的影響。

1)對人員的影響。高溫會影響白班人員在室內(nèi)的工作和夜班人員正常的休息；室外的濕氣被帶入各個房間，造成人員的床鋪、被褥被浸濕，易導(dǎo)致床鋪、被褥發(fā)霉，滋生細菌，影響人員的健康狀態(tài)；大量的濕氣也會使室內(nèi)地板變得潮濕，加大了人員滑倒摔傷的風(fēng)險。

2)對設(shè)備的影響。生活樓內(nèi)有UPS系統(tǒng)，火氣系統(tǒng)，中控系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)等設(shè)備，對環(huán)境的溫、濕度要求高。一旦生活內(nèi)的溫度變高、濕度變大，不僅影響設(shè)備的性能和穩(wěn)定運行，也會縮短設(shè)備使用壽命。

2 改進方案

2.1 方案比對

為了不影響生活樓內(nèi)人員的正常辦公、作息，以及廚房人員的工作，在一組中央空調(diào)出現(xiàn)故障時，必須保證另1組中央空調(diào)能及時投入使用，并啟動制冷模式。通過研究分析共有3個方案供選擇實施。

方案一。從生活樓照明盤或MCC正常照明盤引一路220 V電源，作為2臺機組冷凍機油加熱器的電源，通過機組自帶的冷凍機油加熱器開關(guān)手動控制冷凍機油加熱器的起停，即在壓縮機啟動時，手動斷開冷凍機油加熱器開關(guān)；在壓縮機停止時，手動打開冷凍機油加熱器開關(guān)。方案一的電氣控制原理見圖5。

圖5 方案一電氣控制原理

方案二。將A/B機組斷路器上口的380 V電源，通過1臺380/200 V的變壓器變壓，輸出220 V的電壓，用作控制2臺機組冷凍機油加熱器起停的電源。將原控制回路中冷凍機油加熱器的控制部分保持不變，只是給這部分電路單獨供給一路電源，任意1機組運行時，另1機組的冷凍機油加熱始終處于加熱狀態(tài)。而且運行機組的冷凍機油加熱器在壓縮機啟動后，也能自動停止加熱；在壓縮機停止后，能自動開始加熱。

方案三。備用機組的壓縮機冷凍機油加熱器一旦投入使用，就會使冷凍機油加熱器始終處于加熱狀態(tài)。長期加熱會使壓縮機內(nèi)部熱量集聚，溫度持續(xù)升高，導(dǎo)致壓縮機內(nèi)部的高溫保護器觸發(fā)，即使切換至備用機組，備用機組的壓縮機也無法正常啟動。為了解決這個問題，在方案二的基礎(chǔ)上，在冷凍機油加熱器的控制回路再增加一個多功能定時器，實現(xiàn)備用機組壓縮機冷凍機油加熱器的定時啟動、停止，既可保證了冷凍機油能時刻保持合適的溫度，也避免發(fā)生冷凍機油被過度加熱的情況。方案三的電氣控制原理見圖6。

圖6 方案三電氣控制原理示意

對比3個方案，方案一需要從照明盤單獨敷設(shè)電纜，工作量大、操作不方便；方案二是對控制回路進行改動，施工都是在控制柜內(nèi)完成，缺點是備用機組的冷凍機油加熱器始終處于加熱狀態(tài)，長期加熱停滯不動的冷凍機油，會造成局部高溫、結(jié)焦；方案三是在方案二的基礎(chǔ)上，使備用機組的冷凍機油加熱器分時、自動啟停，既滿足廠家手冊中的使用要求，也可避免加熱器長期加熱導(dǎo)致冷凍機油過熱、結(jié)焦等問題的發(fā)生。

綜上所述，綜合考慮操作、功能和安全性，方案三更具優(yōu)勢，因此選擇方案三為最終實施方案。

2.2 改進計劃

分析控制原理，討論分析改動是否會對原控制系統(tǒng)造成不良影響。確認無誤后，準(zhǔn)備相關(guān)物料，對中央空調(diào)控制回路進行改造。

首先拆除兩臺機組的冷凍機油加熱器控制回路電源；安裝1臺380/220 V的變壓器，給冷凍機油加熱器供電，實現(xiàn)中央空調(diào)A、B機組的斷路器在未合閘時，兩臺機組的冷凍機油加熱也能啟動工作，給空調(diào)壓縮機油進行預(yù)加熱。最后接入多功能定時器，實現(xiàn)對加熱器的分時啟?？刂?。

2.3 具體實施內(nèi)容

準(zhǔn)備所需備件及物料，見表1。

表1 備件及物料統(tǒng)計表

按照方案三的控制原理，在中央空調(diào)現(xiàn)場控制柜內(nèi)固定安裝備件，完成敷線、接線，并設(shè)置多功能定時器DHC8的開、關(guān)時間。設(shè)定內(nèi)容如下：星期一到星期日每天00:00—02：00為OFF，02:00—12:00為ON，12:00—14：00為OFF，14:00-24:00為ON，并按下“開/自動/關(guān)”鍵使最下行顯示開/自動(ON AUTO)或自動/關(guān)(AUTO OFF)。將冷凍機油加熱器的選擇開關(guān)旋至“開”的位置，在兩機組壓縮機的控制接觸器4KM1未得電時，當(dāng)定時器的時鐘走到設(shè)定為ON的時間段，定時器的常開觸點T01、T02變?yōu)槌ｉ]觸點，冷凍機油加熱器開始加熱；當(dāng)定時器的時鐘走到設(shè)定為OFF的時間段，定時器的閉合的觸點變?yōu)槌ｉ_觸點，冷凍機油加熱器停止加熱。最終實現(xiàn)每天對壓縮機冷凍機油加熱2次，每次持續(xù)8 h。

3 效果驗證

現(xiàn)場施工結(jié)束后，根據(jù)設(shè)計圖紙對改造后的線路進行檢查確認，檢查有無接線松動、接線錯誤、設(shè)備選型錯誤、布線不滿足要求等問題。

檢查無誤后，送電測試。在定時器設(shè)定的時間段，檢查備用機組的冷凍機油加熱器運行狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)設(shè)定時間段內(nèi)，加熱器能準(zhǔn)確啟動、停止。同時對壓縮機底部分時進行測溫，溫度始終保持在25 ℃左右，滿足壓縮機隨時啟動的要求。手動切換至備用機組制冷模式，機組能正常啟動，并運行正常。

綜上所述，在1組中央空調(diào)發(fā)生故障時，另1組可以立即切換至制冷模式，能實現(xiàn)保障生活樓內(nèi)人員及設(shè)備的溫濕度要求。

4 結(jié)論

在原設(shè)計中，中央空調(diào)A/B機組共用一套主電源，在電氣關(guān)系上互為備用，且互鎖。但夏季工況下，壓縮機啟動前必須經(jīng)過規(guī)定時間的加熱才能投入運行，其主電源上的互鎖關(guān)系制約了機組實時切換功能的實現(xiàn)。在不改變A/B機組主回路電氣互鎖保護的前提下，提出的解決方案實現(xiàn)了夏季工況下備用機組能實時切換至制冷模式。建議對此類有備用機組的裝置，應(yīng)在設(shè)計初期考慮切換時的制約因素，將該部分設(shè)置在公用回路，避免此類問題對現(xiàn)場實際生產(chǎn)的影響。