集中空調(diào)系統(tǒng)在海洋固定平臺模塊鉆機(jī)上的應(yīng)用研究

羅立臣 許瑞杰 馬冬輝

（天津中海油工程設(shè)計(jì)有限公司 天津300452）

引 言

目前，海洋固定平臺模塊鉆機(jī)廣泛運(yùn)用交流變頻驅(qū)動技術(shù)，使得用電設(shè)備質(zhì)量更輕、尺寸更小、更易操作、效率更高，而為這些設(shè)備變電和配電的房間提供安全可靠的工作環(huán)境，已成為模塊鉆機(jī)平穩(wěn)安全工作的重要保障。此外，為操作人員在其內(nèi)部作業(yè)和休息的房間提供一個舒適的工作環(huán)境也至關(guān)重要，因此，能否正確設(shè)計(jì)模塊鉆機(jī)的房間制冷方案和空調(diào)選型是模塊鉆機(jī)設(shè)計(jì)的一個重要環(huán)節(jié)。

1 海洋模塊鉆機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的分類、特點(diǎn)及現(xiàn)狀

1.1 海洋模塊鉆機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的分類

海洋模塊鉆機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)主要分為兩種：一種是集中式空調(diào)系統(tǒng)，另一種是分體空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)不同的冷卻方式，可分為風(fēng)冷空調(diào)和水冷空調(diào)［2］。由于集中空調(diào)機(jī)組散熱量大，所以通常采用冷卻效果較好的水冷空調(diào)機(jī)組，用海水進(jìn)行冷卻。分體空調(diào)由于數(shù)量較多，布置分散，冷卻海水管線布置比較困難，且單臺空調(diào)機(jī)組散熱量小，所以一般分體空調(diào)采用風(fēng)冷進(jìn)行冷卻。

1.2 海洋模塊鉆機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

海洋模塊鉆機(jī)空調(diào)系統(tǒng)主要為電氣房間和工作間制冷，如變壓器間、配電間等。由于模塊鉆機(jī)交流變頻設(shè)備具有熱負(fù)荷大、負(fù)載變化頻繁等特點(diǎn)，所以模塊鉆機(jī)空調(diào)系統(tǒng)具有制冷量大、新風(fēng)量小、風(fēng)機(jī)靜壓大以及制冷量變化頻繁等特點(diǎn)。

由于模塊鉆機(jī)房間布置比較分散，使用集中空調(diào)系統(tǒng)會導(dǎo)致通風(fēng)管道布置困難,制冷量損耗大，所以目前絕大部分海洋模塊鉆機(jī)都采用分體空調(diào)。

2 海洋模塊鉆機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的方案對比

2.1 項(xiàng)目介紹

陸豐7-2模塊鉆機(jī)是一臺7 000 m的交流變頻模塊鉆機(jī)，在前期設(shè)計(jì)時，根據(jù)功能劃分的原則將電氣間及工作間劃分到同一模塊，這為LF7-2模塊鉆機(jī)采用集中空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。LF7-2模塊鉆機(jī)上的空調(diào)系統(tǒng)主要為DSM模塊中層的電氣間及工作間制冷，經(jīng)計(jì)算空調(diào)機(jī)組總制冷量為570 kW。前期制定了兩種空調(diào)選型方案：一種為選用2臺制冷量為300 kW的水冷集中空調(diào)；另一種是選用38臺制冷量為15 kW的風(fēng)冷分體空調(diào)。

2.2 費(fèi) 用

2.2.1 初始投資

陸豐7-2模塊鉆機(jī)選用2臺制冷量為300 kW的集中空調(diào)，機(jī)組及風(fēng)閘、風(fēng)管等散料的價格約為220萬元人民幣；使用38臺制冷量為15 kW的風(fēng)冷分體空調(diào)，單臺分體空調(diào)約為10萬元人民幣（咨詢相同廠家），總價約為380萬元。使用集中空調(diào)可以比分體空調(diào)節(jié)省約為160萬元（參見圖1）。

圖1 集中空調(diào)、分體空調(diào)初始投資費(fèi)用比較圖

2.2.2 運(yùn)行費(fèi)用

影響運(yùn)行費(fèi)用的因素除維修費(fèi)用外，最主要的是耗電量。兩臺集中空調(diào)的耗電量為2×100 kW總耗電量為200 kW；38臺分體空調(diào)的耗電量為38×7.5 kW，總耗電量為285 kW。通過對比可以得出使用集中空調(diào)更加節(jié)能（參見圖2）。

圖2 集中空調(diào)、分體空調(diào)耗電量對比圖

2.3 能效比

能效比即COP是衡量空調(diào)工作效率的重要指標(biāo)。 COP值就是空調(diào)機(jī)組制冷量與空調(diào)機(jī)組用電量之比。COP值越大，說明機(jī)組效率越高，也就越省電。根據(jù)目前實(shí)施的空調(diào)行業(yè)新的國家能效標(biāo)準(zhǔn)GB 12021.3-2010 《房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級》 ，依據(jù)空調(diào)器能效比的大小確定，分成1、2、3三個等級，1級表示能效最高［1］。能效比為3.4以上者為1級，目前船用分體空調(diào)制冷工況的COP值在2.0左右，也就是說當(dāng)COP=2.0時，即輸入1 kW的電能只能產(chǎn)生2 kW的制冷量。

集中空調(diào)機(jī)組制冷工況的COP值在3.0以上，造成分體空調(diào)和集中空調(diào)COP值巨大差異的原因在于分體空調(diào)靠空氣冷卻壓縮機(jī)，而夏季分體空調(diào)室外機(jī)周圍的空氣溫度可高達(dá)40℃～45℃，且空氣比熱低，冷卻效果較差。天氣越熱，制冷效率越低，耗電量越高。集中空調(diào)機(jī)組是靠海水來冷卻，冷卻水溫度在32℃左右，且水的比熱要遠(yuǎn)大于空氣，冷卻效果要好很多倍，而且水冷空調(diào)運(yùn)行效率受天氣因素影響很小。因此，與上述分體空調(diào)相比，長期運(yùn)行耗電量的差異相當(dāng)顯著。

2.4 舒適性

首先由于受到安裝位置的限制，分體空調(diào)送風(fēng)的氣流不能均勻的傳播到室內(nèi)，送風(fēng)量和送風(fēng)速度也有一定限制，而集中空調(diào)是通過風(fēng)管將冷風(fēng)引到室內(nèi)各處，只要風(fēng)管布置合理，室內(nèi)的溫度就會均勻分布［5］。因此，采用集中空調(diào)從設(shè)計(jì)上保證了溫度的均勻分布，舒適感大大提高。

其次集中空調(diào)和分體空調(diào)的送風(fēng)溫度也有很大差別。分體空調(diào)的送風(fēng)溫度較低，而集中空調(diào)的送風(fēng)溫度則比較接近人體易于接受的溫度，使人在靠近風(fēng)口的部位也不會感到不適。

最后是噪聲問題。 幾十臺分體空調(diào)室外機(jī)同時在平臺上工作，產(chǎn)生的噪聲會相當(dāng)高，特別是當(dāng)噪聲疊加的時候，整個噪聲的頻率會發(fā)生改變，令人更加感到不適。 而集中空調(diào)的噪聲主要集中在空調(diào)設(shè)備布置區(qū)域，不會對空調(diào)房間內(nèi)的人產(chǎn)生大的影響。［4］

2.5 占地面積

集中空調(diào)占地面積比較集中，只是需要在室外有一塊放置設(shè)備的空地，對室內(nèi)空間沒有要求；分體空調(diào)布置比較分散，一般空調(diào)室外機(jī)放在空調(diào)房間的附近，而室內(nèi)也需要空間布置空調(diào)室內(nèi)機(jī)。模塊鉆機(jī)的電氣間的設(shè)備熱負(fù)荷較大（如主配電間、變壓器間等），分體空調(diào)的室內(nèi)機(jī)尺寸會較大，影響電氣間設(shè)備擺放的同時也會造成溫度分布不均影響制冷效果。

2.6 方案對比

通過兩種方案的對比，集中空調(diào)以其費(fèi)用低廉、工作效率高、舒適性強(qiáng)、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)成為LF7-2模塊鉆機(jī)的制冷設(shè)備。最終LF7-2模塊鉆機(jī)選用2臺制冷量為300 kW，風(fēng)量為47 500 m3/h的水冷集中空調(diào)。

表1 方案對比結(jié)果

3 結(jié) 論

通常模塊鉆機(jī)采用分體空調(diào)制冷，但是由于集中空調(diào)具有節(jié)能、舒適、可靠、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的分體空調(diào)被集中空調(diào)取代［3］。現(xiàn)結(jié)合LF7-2模塊鉆機(jī)項(xiàng)目集中空調(diào)的應(yīng)用，對集中空調(diào)在模塊鉆機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行研究。

目前在模塊鉆機(jī)上使用集中空調(diào)還存在一些難點(diǎn)。首先由于海洋鉆機(jī)模塊空間較小，管線和電纜橋架較多，導(dǎo)致集中空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)管布置比較困難；其次由于風(fēng)管布置復(fù)雜增加日后改造和維修的難度等。這些難點(diǎn)需要在設(shè)計(jì)前期統(tǒng)籌考慮，通過前期合理的設(shè)計(jì)和完善布局來克服這些難點(diǎn)。綜合考慮各方面的因素，集中空調(diào)系統(tǒng)將以其節(jié)能、舒適、可靠、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地被運(yùn)用于海洋模塊鉆機(jī)中。

［1］ GB 12021.3-2010.房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

［2］ 海洋石油工程設(shè)計(jì)指南編委會海洋石油工程機(jī)械與設(shè)備設(shè)計(jì)指南第二冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社2007.6.

［3］ 中國海洋石油總公司Q-HS 3008-2002海洋平臺暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法［S］.2003.1.29.

［4］ 陸耀慶，實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.

［5］ 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊（輪機(jī)分冊）［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1999.10.