極端環境溫度下模塊式野營房的設計

張懷志，于書清 （中石油華北油田分公司飛達石油設備有限公司，河北 滄州061000）

隨著近年來國際石油價格快速攀升，世界各產油國加大石油開發力度，自然環境極為惡劣的地區（如靠近北極圈、非洲沙漠地區等）也成為石油開發區塊，這樣石油開發人員的生活保障成為亟待解決的問題。為此，筆者對極端環境溫度 （極端低溫和極端高溫）下模塊式野營房的設計進行了研究。

1 整體設計

為了便于極端環境溫度下石油開發人員的生活和工作，筆者采用模塊式野營房整體設計方案（見圖1），這樣使用者不用走出室外便可自由出入各野營房，從而提高了適應惡劣自然環境的能力。模塊式野營房分為住宿區、餐飲區、娛樂區和衛生洗漱區等區域，各區域間通過公用走道連接，每棟房之間通過走道箱連接，走道箱是將野營房一側的雙開門開啟成90°作為硬連接，再使用柔性軟連接將整個走道密封成非常嚴實的部分，從而起到了防風保暖的作用［1］。此外，公用走道內設有照明燈、緊急逃生指示燈、采暖裝置和消防設施，保證了野營房基地安全性、舒適性和密封性，同時有效減少了熱量流失，降低了能耗和運行成本。

圖1 模塊式野營房整體設計圖

2 關鍵組成部分的具體設計

2.1 保溫材料

由于常規保溫材料受墻體厚度限制，無法滿足極端環境溫度下的保溫性能需要。為解決上述問題，選用高密度高熱阻值阻燃型玻璃棉作為高寒地區營房專用保溫材料。該保溫材料 （密度為50kg／m3，導熱系數在0.030～0.044W／（m·K），使用溫度在-120～400℃，采用以玄武巖為主要原料的玻璃巖棉板，其制作工藝是將原料經過高溫熔融后，由高速離心設備制成無機纖維，同時均勻加入一定比例的粘結劑、防塵油、硅油等，使其具有防水、防腐、不發霉和不生蟲的特性，能有效地阻止冷凝，并具有重量輕、吸聲系數大、導熱系數小、不燃且阻燃和化學穩定性好等特點，從而大大提高了房屋的整體保溫隔熱功效。

2.2 采暖方式

傳統的高寒地區營房內一般利用壁掛式電暖器采暖，該采暖方式存在室內上下溫差大、溫度不均勻、容易發生故障且不安全等缺陷。為此，極端環境溫度下模塊式野營房采用目前較為先進的遠紅外碳纖維電熱壁畫供暖系統進行采暖。該系統以發射波長8.5μm遠紅外波的碳纖維電熱板作為發熱材料，其具有如下特點：

1）節能環保 作為恒溫控制頻繁啟動的電熱產品，遠紅外碳纖維電熱板的電熱轉換率接近于99%，較其他電熱產品節電30%上。

2）采暖均衡 在低溫輻射條件下，室內空氣的對流幅度降低，使室內無冷點和熱點，因而室內溫度均衡。

3）經濟美觀 該系統使用壽命長，耗電量低而發熱量大，僅為普通空調采暖耗能的1／3。同時，該系統外覆各種彩色裝飾畫 （如中外名畫、精美攝影等），因而裝飾性極強。

2.3 極端溫度電器件

普通電源插接裝置的耐高低溫范圍是-40～65℃，考慮到極端環境溫度下模塊式野營房的特殊要求，決定選用-60～70℃溫度范圍的電源插接裝置。此外，所有電纜均采用硅橡膠低溫電纜 （工作溫度為-60～180℃），其在極端環境溫度下工作性能穩定，解決了電氣設備安全性的問題。

2.4 供排水材料

由于普通橡膠和PVC管在極端環境溫度下容易老化碎裂，因而極端環境溫度下模塊式野營房的供水系統全部使用硅膠軟管，排水系統全部使用鋼管，外纏自動控溫伴熱電纜，同時最外層加裝聚氨酯發泡管起隔熱保溫作用。

2.5 焊接工藝

目前，建筑鋼結構的冬季施工越來越普遍，由于焊接作業環境對鋼結構的焊接質量影響很大，因而冬季低溫焊接技術對焊接質量的控制尤為重要。環境溫度對焊接造成的影響表現如下：①隨著焊接頭冷卻速度增加，焊接冷裂紋敏感性也隨之增加；②預熱效果變差。即在低溫環境下使用相同的熱源和時間，不能達到常溫下焊接的預熱效果；③焊接殘余應力的作用加劇。為此，極端環境溫度下模塊式野營房組焊過程中應采取如下措施。

1）優選焊材 采用THW707Ni（E5515-C1）低溫焊條，該焊條屬于低氫鈉型且藥皮含Ni的低溫鋼焊條，其在-70℃時焊縫金屬具有良好的沖擊韌性，可進行全位置焊接。

2）焊前防護 在焊接作業區域搭防護棚，使焊接區域形成相對封閉的空間，從而減少熱量的損失，同時氣體保護焊氣瓶也應采取相應措施進行保溫。此外，鋼結構低溫焊接施工前，應根據實際情況做好焊接工藝評定試驗，一般情況下焊接施工環境溫度不宜低于-15℃。

3）采用合理的焊接措施 焊前對焊件清除鐵銹、油污、水份等，焊接時必須短弧操作，以窄焊道為宜。通過加大定位焊的熱輸入，增大焊縫截面和長度，并采用與正式焊接相同的預熱條件。此外，應嚴格控制焊接層間溫度，具體做法如下：焊前焊條需要經過350℃烘焙1h，隨烘隨用；加熱區域不小于100㎜范圍，且焊接層間溫度應不低于預熱溫度。

4）焊接后熱及保溫 焊接后需要及時對焊接接頭進行后熱保溫處理，這樣有利于擴散氫氣的逸出，防止由于溫度降速過快而引起冷裂紋，同時適當的后熱溫度還可以起到降低預熱溫度的作用。

3 結語

2010年華北油田飛達石油設備有限公司研制的模塊式野營房被開發北極永凍層半永凍層石油的俄羅斯JWE鉆井公司首次采用。近幾年使用效果表明，該模塊式野營房具有良好的安全性、環保性和舒適性，能夠很好地適應北極地區的極端低溫環境，獲得了用戶的好評，因而具有廣闊的市場應用前景。

［1］張小軍，張玉泉，許新雷，等 .野營房的結構設計及其制造工藝 ［J］.石油礦場機械，2008，37（5）：23-25.

［2］于德華 .新型野營房設計及制作工藝 ［J］.科技資訊，2011，9（7）：34-35.