深水鋪管船空調系統(tǒng)簡介

周 琦

（上海船舶研究設計院，上海 200032）

0 前言

隨著國家能源需求的不斷增長，以及南海深水區(qū)域石油的開采開發(fā)，用于海上石油開采的平臺和其他輔助船舶的設計建造也會日益增多。由于石油平臺以及深海區(qū)域的工程船舶上船員和專業(yè)施工人員眾多，設計人員有必要掌握這類船舶的空調通風的設計理念，為海上工作人員提供良好的生活環(huán)境。

本文介紹了中國海洋石油總公司3000 m水深石油開采項目中深水鋪管船的空調系統(tǒng)的設計。

1 船舶概況

深水鋪管船是具有三級動力定位能力的雙層甲板鋪管船，能夠在水深達3000 m時敷設管線，船上共有389個船員和作業(yè)人員。該船的空調主要服務的場所為駕駛甲板 （包括3個駕駛控制室）、4層甲板（B、C、D、E）人員居住艙室、A 甲板首部的餐飲和更衣區(qū)域、平臺甲板的首部娛樂區(qū)域等，以及眾多的辦公室、控制室和變頻變壓器間等有溫度要求的設備艙室。

2 方案確定

GUSTO的一輪設計對于中央空調系統(tǒng)只有簡單的設計要求的描述，設備清單中沒有空調設備配置情況，按照國外慣例，中央空調系統(tǒng)由專業(yè)空調廠商設計。在這種情況下，我們主要做了如下工作：

1）與船東確定全船空調的型式。人員較多的船舶居住活動區(qū)域的中央空調一般采用冷水機組＋中央熱交換機組＋風機盤管的型式比較合適。一輪設計采用的是直接蒸發(fā)集中送風的中央空調型式，經(jīng)與船東溝通后，決定居住區(qū)域的空調主要采用冷水機組＋熱交換器型式。由于該船是大型工程船舶，有7個推進器和大型焊接鋪管區(qū)域，因此有很多變頻器間和控制室，這些艙室使用工況、使用時間和新風比等要素都與居住區(qū)域不同，對空調的要求也不同，所以我們決定采用水冷的立柜式空調。全船空調的冷卻水為中央冷卻淡水。

2）與船東確定空調系統(tǒng)的設計參數(shù)：原規(guī)格書要求中央空調環(huán)境溫度為45℃（濕度70%），同時新風比為50%。我們以往設計采用的環(huán)境溫度為35℃（濕度70%），如果根據(jù)規(guī)格書的參數(shù)，按照焓值差估算會比35℃（濕度70%時）的制冷量增加約80%。同時，我們查找了相關資料，在海上出現(xiàn)環(huán)境溫度為45℃的現(xiàn)象很少，在中東等地方的港口如果出現(xiàn)了40℃以上高溫時，其相對濕度只有50%，而這樣其焓值會比濕度70%時小很多。同時新風比50%（就一般艙室而言）也遠高于ISO 7547每人28.8 m3/h的要求，若2個要求都取最高值，設備的配置會很浪費，而且相應冷卻水的配置、鍋爐的配置都要提高，不是很合理。確定中央空調以環(huán)境溫度為40℃（濕度70%）、新風比為50%的參數(shù)設計，若出現(xiàn)環(huán)境溫度為45℃的情況，可適當降低新風比，以確保艙室溫度達到使用要求。

3）在完成以上工作后，我們著手進行居住區(qū)域空調冷量的估算，以確定冷水機組的總制冷量、每層甲板或某個區(qū)域（如廚房、餐廳等）各自所需的冷量，然后依據(jù)這些數(shù)據(jù)構建中央空調基本的框架，即幾套冷水機組（設置了3套負荷為總量50%的機組）、幾臺中央熱交換器、哪些區(qū)域采用風機盤管等。

4）由于一輪設計的總布置圖設計了左右2個很大的空調機室和很大的送風管弄，與我們確定的冷水機組型式不匹配，于是就開始與總體設計師協(xié)調，取消原來的空調機室和管弄，在相應的一些甲板增設若干間空調機室，用于布置間接式空調器，冷水機組則放在平臺甲板區(qū)域。

完成上述工作后，開始編制詳細設計空調系統(tǒng)規(guī)格書。依據(jù)該規(guī)格書，我們與專業(yè)空調廠商就該船的空調系統(tǒng)具體方案進行協(xié)調，結合該船的布置情況確認各個艙室空調型式，基本如下：

a）居住艙室和普通辦公室：

中央熱交換器集中送風（50%新風）。

b）駕駛室、DP控制室和會議室：

中央熱交換器集中送滿足標準的新風＋風機盤管＋風冷立柜式空調。這樣設計，送風管尺寸較小，同時駕駛室是對外界溫度最敏感的場所，若碰到最惡劣的情況則再用立柜式空調來滿足使用要求。

c）大、小餐廳：

單獨的中央熱交換器集中送風（50%新風）＋風機盤管。這樣設計，使餐廳也可回風，節(jié)約能量。風機盤管可根據(jù)餐廳人員的多少選擇開關。

d）廚房：

單獨全新風熱交換器集中送風。

e）平臺甲板的娛樂場所（電影廳、健身房等）：

全新風熱交換器集中送新風＋風機盤管。

在確定了全部艙室的配置后，由空調廠商對各個分區(qū)進行暖通負荷的計算。在確定冷水機組冷量時，我們將各個分區(qū)負荷計算結果疊加后乘以一個同時使用系數(shù)，并考慮了一定備用能力，最終確定了中央空調的總量。

總之，根據(jù)各類艙室的使用工況，并結合冷水機組配置的靈活性，以節(jié)約能源為出發(fā)點進行配置，可以使中央空調系統(tǒng)既完全滿足各艙室要求，又具備了經(jīng)濟、合理的總負荷量。

3 系統(tǒng)配置

最終該船空調系統(tǒng)的配置情況如下：

1）首部居住區(qū)域：總制冷量為2350 kW，設置3套進口船用半封閉螺桿式冷水機組，每套機組制冷量 1178 kW （備用 1套），制冷劑采用 134 a。 配置 3臺冷媒水泵（3×50%，備用 1臺），每臺排量220 m3/h，將冷媒水送至各中央熱交換空調機組和風機盤管。冷媒水的供/回水溫度為6℃/11℃?？照{系統(tǒng)的熱源為90℃的熱水，通過2臺（1臺備用）板式熱交換器與冷媒水進行熱交換，將冷媒水加熱至60℃，然后送至各中央熱交換空調機組和風機盤管。

考慮到空調區(qū)域劃分的合理性，將整個空調區(qū)域按各層甲板以及艙室性質進行劃分，設置若干臺中央熱交換空調機組及若干風機盤管，中央熱交換空調機組數(shù)據(jù)見表1。

同時，分別在駕駛室、DP控制室、餐廳、平臺甲板娛樂艙室、其他首部區(qū)域的辦公室等根據(jù)各自艙室的負荷配置了不同冷量和數(shù)量的風機盤管，共52臺。

以上這些設備都由一套冷媒水管系為其提供冷媒水，由于這些熱交換器分布在不同甲板，其中最大的高度差大于35 m，所以，為了確保每個熱交換器都能正常工作，我們在每個中央熱交換空調機組和風機盤管的冷媒水回水管路上設置了三通流量控制閥，它的作用是根據(jù)回風溫度確定其閥門開度大小，控制冷媒水量。同時，在管路設計時，中央熱交換空調機組和風機盤管分2個管路供水，再將風機盤管按區(qū)域設置為若干供水支管，并將大支管設計成環(huán)路型式，在這些支管以及中央熱交換空調機組的供水管上設置水平衡閥和壓差控制器。這樣整個較為龐大的冷媒水管系就能基本確保每個末端用戶都能得到足夠的冷媒水。

表1 中央熱交換空調機組數(shù)據(jù)表

2）在其他工作艙室、配電板間、集控室以及變頻器間等艙室設置相應的立柜式空調機，其中尤其是一些風冷的變頻器間，根據(jù)變頻器廠家提出的要求，我們都根據(jù)計算為其配備了足夠制冷量的水冷立柜式空調器（共42臺）。

4 結語

3000 m深水鋪管船將是世界最大的鋪管起重船之一，也是目前此類船舶中可搭乘船員最多的一型。這類船舶的暖通多采用冷水機組、中央熱交換機組和風機盤管的型式。設計時，在滿足使用要求的前提下，需要注意住艙、公共場所以及工作艙室（駕駛室等）靈活合理配置，確定經(jīng)濟合適的機組容量，使全船空調系統(tǒng)的經(jīng)濟性和舒適性得以優(yōu)化。