集中空調系統在海洋固定平臺模塊鉆機上的應用研究

羅立臣 許瑞杰 馬冬輝

（天津中海油工程設計有限公司 天津300452）

引 言

目前，海洋固定平臺模塊鉆機廣泛運用交流變頻驅動技術，使得用電設備質量更輕、尺寸更小、更易操作、效率更高，而為這些設備變電和配電的房間提供安全可靠的工作環境，已成為模塊鉆機平穩安全工作的重要保障。此外，為操作人員在其內部作業和休息的房間提供一個舒適的工作環境也至關重要，因此，能否正確設計模塊鉆機的房間制冷方案和空調選型是模塊鉆機設計的一個重要環節。

1 海洋模塊鉆機空調系統的分類、特點及現狀

1.1 海洋模塊鉆機空調系統的分類

海洋模塊鉆機的空調系統主要分為兩種：一種是集中式空調系統，另一種是分體空調系統。根據不同的冷卻方式，可分為風冷空調和水冷空調［2］。由于集中空調機組散熱量大，所以通常采用冷卻效果較好的水冷空調機組，用海水進行冷卻。分體空調由于數量較多，布置分散，冷卻海水管線布置比較困難，且單臺空調機組散熱量小，所以一般分體空調采用風冷進行冷卻。

1.2 海洋模塊鉆機空調系統的特點

海洋模塊鉆機空調系統主要為電氣房間和工作間制冷，如變壓器間、配電間等。由于模塊鉆機交流變頻設備具有熱負荷大、負載變化頻繁等特點，所以模塊鉆機空調系統具有制冷量大、新風量小、風機靜壓大以及制冷量變化頻繁等特點。

由于模塊鉆機房間布置比較分散，使用集中空調系統會導致通風管道布置困難,制冷量損耗大，所以目前絕大部分海洋模塊鉆機都采用分體空調。

2 海洋模塊鉆機空調系統的方案對比

2.1 項目介紹

陸豐7-2模塊鉆機是一臺7 000 m的交流變頻模塊鉆機，在前期設計時，根據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模塊鉆機采用集中空調系統創造了條件。LF7-2模塊鉆機上的空調系統主要為DSM模塊中層的電氣間及工作間制冷，經計算空調機組總制冷量為570 kW。前期制定了兩種空調選型方案：一種為選用2臺制冷量為300 kW的水冷集中空調；另一種是選用38臺制冷量為15 kW的風冷分體空調。

2.2 費 用

2.2.1 初始投資

陸豐7-2模塊鉆機選用2臺制冷量為300 kW的集中空調，機組及風閘、風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的風冷分體空調，單臺分體空調約為10萬元人民幣（咨詢相同廠家），總價約為380萬元。使用集中空調可以比分體空調節省約為160萬元（參見圖1）。

圖1 集中空調、分體空調初始投資費用比較圖

2.2.2 運行費用

影響運行費用的因素除維修費用外，最主要的是耗電量。兩臺集中空調的耗電量為2×100 kW總耗電量為200 kW；38臺分體空調的耗電量為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更加節能（參見圖2）。

圖2 集中空調、分體空調耗電量對比圖

2.3 能效比

能效比即COP是衡量空調工作效率的重要指標。 COP值就是空調機組制冷量與空調機組用電量之比。COP值越大，說明機組效率越高，也就越省電。根據目前實施的空調行業新的國家能效標準GB 12021.3-2010 《房間空氣調節器能效限定值及能效等級》 ，依據空調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，目前船用分體空調制冷工況的COP值在2.0左右，也就是說當COP=2.0時，即輸入1 kW的電能只能產生2 kW的制冷量。

集中空調機組制冷工況的COP值在3.0以上，造成分體空調和集中空調COP值巨大差異的原因在于分體空調靠空氣冷卻壓縮機，而夏季分體空調室外機周圍的空氣溫度可高達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。集中空調機組是靠海水來冷卻，冷卻水溫度在32℃左右，且水的比熱要遠大于空氣，冷卻效果要好很多倍，而且水冷空調運行效率受天氣因素影響很小。因此，與上述分體空調相比，長期運行耗電量的差異相當顯著。

2.4 舒適性

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

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

最后是噪聲問題。 幾十臺分體空調室外機同時在平臺上工作，產生的噪聲會相當高，特別是當噪聲疊加的時候，整個噪聲的頻率會發生改變，令人更加感到不適。 而集中空調的噪聲主要集中在空調設備布置區域，不會對空調房間內的人產生大的影響。［4］

2.5 占地面積

集中空調占地面積比較集中，只是需要在室外有一塊放置設備的空地，對室內空間沒有要求；分體空調布置比較分散，一般空調室外機放在空調房間的附近，而室內也需要空間布置空調室內機。模塊鉆機的電氣間的設備熱負荷較大（如主配電間、變壓器間等），分體空調的室內機尺寸會較大，影響電氣間設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，集中空調以其費用低廉、工作效率高、舒適性強、占地面積小等優點成為LF7-2模塊鉆機的制冷設備。最終LF7-2模塊鉆機選用2臺制冷量為300 kW，風量為47 500 m3/h的水冷集中空調。

表1 方案對比結果

3 結 論

通常模塊鉆機采用分體空調制冷，但是由于集中空調具有節能、舒適、可靠、運行成本低等優點，越來越多的分體空調被集中空調取代［3］。現結合LF7-2模塊鉆機項目集中空調的應用，對集中空調在模塊鉆機上的應用進行研究。

目前在模塊鉆機上使用集中空調還存在一些難點。首先由于海洋鉆機模塊空間較小，管線和電纜橋架較多，導致集中空調系統的風管布置比較困難；其次由于風管布置復雜增加日后改造和維修的難度等。這些難點需要在設計前期統籌考慮，通過前期合理的設計和完善布局來克服這些難點。綜合考慮各方面的因素，集中空調系統將以其節能、舒適、可靠、運行成本低等優點，越來越多地被運用于海洋模塊鉆機中。

［1］ GB 12021.3-2010.房間空氣調節器能效限定值及能效等級［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［2］ 海洋石油工程設計指南編委會海洋石油工程機械與設備設計指南第二冊［M］.北京：石油工業出版社2007.6.

［3］ 中國海洋石油總公司Q-HS 3008-2002海洋平臺暖通空調系統設計方法［S］.2003.1.29.

［4］ 陸耀慶，實用供熱空調設計手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，1993.

［5］ 中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊（輪機分冊）［M］.北京：國防工業出版社，1999.10.