FPSO生活模塊空調通風系統設計

曾偉

摘 要：本文結合“瑪麗卡”FPSO 項目，總結了FPSO生活模塊空調通風系統的設計特點，并提出了優化設計的建議。

關鍵詞：FPSO； 生活模塊； 空調通風系統設計

中圖分類號：U664.86 文獻標識碼：A

HVAC System Design and Considerations for FPSO Living Quarters

ZENG Wei

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： Take FPSO Maricá project as example. This paper summarizes the design features of HVAC system for FPSO living Quarters and offers optimized design proposal.

Key words： FPSO； accommodation； HVAC system design

1 前言

生活模塊是浮式生產儲油裝置（FPSO）不可或缺的組成部分，它為油田管理人員與生產作業人員提供舒適的工作生活及娛樂設施；同時它也是整個FPSO的控制中心，用于監視、控制FPSO工作和上部模塊工藝處理的操作。

生活模塊需配置良好的空調通風系統，以便FPSO上管理及作業人員提供安全、舒適的工作及生活條件，為電氣設備提供安全、可靠的工作環境。

本文結合“瑪麗卡”FPSO 項目生活模塊空調通風系統的設計實踐，分析FPSO生活模塊空調通風系統的設計特點。

2 生活模塊空調通風系統設計特點

2.1 空調通風系統的安全性

FPSO作為海上油（氣）田的生產處理加工廠，各油氣水處理模塊、油儲存艙、原油卸載區域等都會出現具有可燃性和爆炸性的液體及氣體，因此FPSO也被比喻成一枚定時炸彈，其危險性由此可見一斑。由于FPSO主甲板空間有限，生產工藝模塊眾多，這些模塊都處于危險油氣之間。

圖1是“瑪麗卡”FPSO主甲板布置示意圖，生活模塊布置在船尾，其前方是各油氣水處理模塊、油儲存艙，后方是原油外輸裝置，生活模塊處在危險氣體的包圍之中。

在原油生產及外輸過程中有少量的可燃性氣體泄漏是難免的，如果在生產過程中發生意外，則可能會有較大量的可燃氣體和有刺激性氣味氣體泄漏。針對上述情況，生活模塊空調通風系統的設計應從安全入手，采取一系列安全措施，消除或減小可燃氣體及有刺激性氣味氣體對生活模塊的影響。

（1）為阻止少量可燃氣體及有刺激性氣味的氣體從房間門、窗進入生活模塊，空調通風系統需保證生活模塊房間內處于正壓狀態；廚房、洗衣間、醫務室、吸煙室、儲藏間等空氣質量較差的房間，相對于居住區維持負壓狀態，但仍需高于外界大氣壓力。正負壓值應控制在一定范圍之內，過低不能滿足安全上的要求，過高會影響門窗開啟等正常操作。“瑪麗卡”FPSO生活模塊房間壓力設計，如表1所示。

（2）為了預防可燃氣體從進風口進入生活模塊，所有的進風口需安裝氣體探測器并接FPSO的火氣監控系統。當可燃氣體或有刺激性氣味的氣體達到一定濃度時，探測系統將報警或自動關閉進出風口；當風口氣體濃度降低，不足以產生危害時，氣體探測器停止輸出報警信號，同時進出風口開啟，恢復正常的空調通風狀態；

（3）生活模塊通風進口和開口不能面向貨物區域，進風口和排風口應布置在遠離危險區域的安全區內，且與危險區內機械出風口的距離不小于4.5 m。鑒于上述要求，由于“瑪麗卡”FPSO生活模塊前后都是貨物區域，所以空調新風口只能布置在生活模塊的外側（詳見圖1）；

（4）生活模塊空調系統新風口、回風口、總送風管都應安裝防火閥，所有通風進出口及穿過不同防火區艙壁的風管也應安裝防火閥。防火閥不僅能就地控制，還需在中央控制室的火災盤自動控制。

2.2 空調通風系統的可靠性

生活模塊作為FPSO的生活中心和控制指揮中心，空調通風系統是其關鍵系統之一，一旦出問題將導致整個生活模塊的癱瘓，甚至引起FPSO的停產，因此空調通風系統的可靠性顯得尤為重要。

在空調系統設計中，主要通過下述方法來保證其可靠性：

（1）空調通風系統設備要保證工作時高度可靠，關鍵的空調通風設備采用N+1的原則考慮備用。如為“瑪麗卡”FPSO生活模塊空調器提供冷媒水的冷水機組和冷媒水泵，采用的是3x50%的配置；

（2）生活模塊內設計了一些重要的電氣設備間，包括中央控制室、無線電室、生活區設備房、計算機設備房、通訊設備室等。這些電氣設備間內布置了大量的電氣控制設備作為FPSO操控的主要場所。為了保障這些重要房間設備能正常不間斷工作，除配置中央空調系統外，還需設獨立的應急備用空調系統。“瑪麗卡”FPSO各重要房間應急空調系統采用的是風冷式空調柜機，機組電源由應急電源供給；

（3） FPSO常年漂浮在海上，環境惡劣、空氣濕度大、鹽分高、維修保養不便，為了滿足FPSO服務周期要求，設備及通風管道的選材需從降低腐蝕方面著重考慮。“瑪麗卡”FPSO空調系統的設計使用壽命為25年，所有暴露在室外空氣中的風機、空調室外機、通風管道及附件均采用不銹鋼材質（316L）。

2.3 空調通風系統的舒適性

FPSO生活模塊空調系統舒適性是其關鍵設計指標之一，空調通風系統的舒適度體現在室內環境設計參數的確定，主要包括新風量、溫度、濕度和噪聲控制等參數。

FPSO空調通風系統新風量可根據ISO7547選取，在滿足衛生要求的條件下，每人每小時的新鮮空氣量不少于28.8m3，同時最小新風比不小于40%；房間室內溫度、濕度和噪聲等指標，通常可根據ISO15138推薦值選取，同時噪聲控制應滿足IMO決議A.468（XII）的要求。“瑪麗卡”FPSO生活模塊室內環境參數設計值，如表2所列。

3 生活模塊空調通風系統設計

3.1 室外環境條件的確定

FPSO長期服務于某一固定海域，不同于一般普通船舶需按既定航線穿梭于大洋之上，因此其室外參數應根據作業地點的氣象條件確定，一般按照ISO15138的要求進行選取。“瑪麗卡”FPSO服役于巴西桑托斯盆地Lula Alto油氣田，處于亞熱帶地區，無需考慮冬季房間的制熱工況，空調通風系統環境參數只需考慮夏季負荷，溫度取33.1 ℃，相對濕度取76.5%。

3.2 空調負荷計算標準的選用

熱負荷是空調通風系統設計的基本依據，其計算準確性直接關系到空調通風系統設計的成敗。目前船舶領域采用的空調通風系統熱負荷計算標準，主要是針對普通航行船舶，還未有專門的標準對FPSO空調通風系統熱負荷計算進行規定。鑒于這種情況，設計者需要分析已有的計算標準， 從中提取適用于FPSO的內容，從而完成熱負荷計算。

“瑪麗卡”FPSO空調通風系統熱負荷計算方法及基礎數據，主要參考下列手冊及標準：

3.3 空調通風系統主要設備配置

FPSO生活模塊空調通風系統設備選型，是以熱負荷計算結果為依據，選擇合適的廠家設備。“瑪麗卡”FPSO生活模塊空調通風系統主要設備包括：中央空調系統設備、應急空調系統設備和風機等。

（1）“瑪麗卡”FPSO生活模塊采用單風管、間接冷卻式中央空調系統，主要設備包括：提供冷源的冷水機組、冷媒水泵及空調器等。冷水機組、冷媒水泵除了給生活模塊空調器（包括廚房空調器）提供冷源外，還為ENIF模塊用空調器提供冷源，基本參數見表3。

（2）應急空調系統設備包括：為中央控制室、無線電室、生活區設備房、計算機設備房、通訊設備室等房間提供的應急備用空調裝置，基本設備配置參數見表4。

（3）FPSO生活模塊需用到風機的系統包括：廁所、浴室、廚房、病房、健身房、吸煙室、干糧庫、烘衣間和直升機應急設備室等房間的排風，以及廚房獨立的補風系統。廚房設單獨的空調送風，另設機械送風和機械排風；其它房間都采用機械排風，進風來自于中央空調送風管道，或從相鄰房間門下方風柵進入，所配風機的基本參數見表5。

4 設計優化建議

隨著FPSO的不斷向前發展，人們對其空調通風系統的舒適性、經濟性的要求也越來越高。設計人員可從下幾點出發，對FPSO空調通風系統進行設計優化研究：

（1）變風量空調系統的應用

目前FPSO生活模塊采用的都是定風量中央空調系統，即系統總送風量不變，通過改變送風溫度來滿足各個艙室的溫度要求。由于FPSO中央空調系統設計選型是按照生活區的最大負荷工況選定，而實際使用過程中，大部分時間中央空調系統是在部分負荷下運行，存在著很大的能量浪費。

而變風量系統是固定送風溫度，根據艙室負荷情況自動調節系統的總送風量和各空調房間的送風量，因此采用變風量空調系統可降低能耗，實現節能，它將成為空調系統設計的未來發展趨勢。

（2）CFD模擬技術在空調通風上的應用

傳統的FPSO生活模塊空調通風系統設計，是根據一定的設計準則和經驗進行設計，設計人員的經驗和個人喜好對設計有著重要的影響。隨著計算技術的發展和人們對空調通風系統的要求提高， 一些先進國家開始利用計算流體力學方法（簡稱 CFD），通過建立CFD模型對艙室空調通風系統進行仿真、模擬，分析了解室內空氣的流場分布，優化空調通風系統的設計。由于此方法具有成本低、周期短等優勢，而且為空調通風系統的設計和優化提供了科學、直觀的依據，對FPSO生活模塊空調通風系統的設計具有廣闊的應用前景。

5 結束語

FPSO生活模塊空調通風系統的設計，由于其安全性和可靠性要求區別于普通船舶，而舒適性要求相似于普通船舶。本文結合設計實踐，分析探討了FPSO生活模塊空調通風系統的設計要求及特點，希望對同行們有一定的啟示作用。

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