海上平臺中央空調冷凝器穿孔研究

謝永藝

摘要：海上平臺中央空調冷凝器穿孔現象時有發(fā)生，對海上平臺設備的正常運行造成一定影響。本文將圍繞海上平臺中央空調冷凝器穿孔問題進行闡述，詳細分析產生穿孔問題原因，結合冷凝器運行的實際情況提出有效解決方案，旨在為日后研究工作的順利進行奠定基礎。

關鍵詞：海上平臺;中央空調;冷凝器穿孔;換熱管材

前言：海上平臺中央空調冷凝器換熱管穿孔將會影響中央空調系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，在對冷凝器穿孔產生的原因進行分析的過程中，需要從換熱管材、換熱管壁厚以及高速海水沖刷等幾個方面進行分析，以此保證海上平臺配電間與中控設備的順利運行，使之適應海上平臺中央空調系統(tǒng)運行的實際需要。

1.海上平臺中央空調冷凝器穿孔問題

海上平臺中央空調是固定平臺上生產、生活的關鍵，改善了人們的工作以及生活環(huán)境，建立局部氣候的調節(jié)體系，在了解相關建筑物之間的溫度與濕度的過程中主要是通過制冷體系來實現的。海上固定平臺環(huán)境較為惡劣，會受到高溫、潮濕、鹽分等因素的影響，一定程度上增加了中央空調系統(tǒng)出現故障的概率。

以某海上平臺中央空調系統(tǒng)為例進行分析，為了滿足平臺生活樓、組塊區(qū)域工作及生活環(huán)境的實際需要，主要采用冷媒水冷卻方式，包括三套冷水機組，為3×50%，每套機組冷量為整個系統(tǒng)制冷量的50%，1套定壓補水裝置，包括7套中央空調裝置，其中生活樓AHU1三套3×50%、組塊AHU2二臺2×100%、AHU3二臺2×100%。操作人員在巡檢的過程中發(fā)現冷水機組CLS-600機組在運行的過程中主要呈現出以下問題：第一，A機、B機出現海水殼管式冷凝器內漏，海水進入機組氟路系統(tǒng)，導致機組主要部件壓縮機、干燥過濾器以及傳感器出現損壞問題，對機組的正常運轉造成影響。第二，是在夏季工況時，各控制箱運行溫度高，電氣元器件容易發(fā)熱損壞。

2.海上平臺中央空調冷凝器穿孔問題產生的原因

2.1換熱管材分析

對海上平臺中央空調冷凝器穿孔問題產生的原因進行分析，首先從換熱管材角度進行研究，當前冷凝器換熱管材的材質具有較強的可靠性，主要成分為白銅。在對白銅的成分進行檢驗的過程中，與標準進行比較，當發(fā)現二者之間處于不一致的狀態(tài)時，該冷凝器換熱器在長期運行的狀態(tài)將會產生腐蝕，增加了穿孔發(fā)生的概率。在對冷凝器換熱管材質進行檢驗的過程中，要對其進行能譜分析，在此環(huán)節(jié)中借助掃描電鏡以及能譜儀進行操作，對樣品中合金元素Ni+Co、Fe、Mn、等元素進行檢查，并與規(guī)定的標準數值進行比較。

2.2換熱管壁厚分析

在對換熱器臂厚進行分析的過程中，注重收集招標文件，要求冷凝器換熱銅管材質為B30，壁厚至少為2mm，而此時的冷凝器換熱銅管實際壁厚小于招標文件的厚度，空調廠家送審文件外形圖以及換熱管壁厚計算書中均明確冷凝器換熱銅管壁厚為2mm，但是空調廠家實際采購的冷凝器圖紙中明確標注銅管壁厚為1.5mm，與招標文件及送審文件不符，一定程度上增加了冷凝器換熱管穿孔問題的發(fā)生概率。

2.3高速海水沖刷分析

2.3.1高速海水沖刷現場調研

海上平臺中央空調冷凝器穿孔問題的產生與高速海水沖刷有關，此時及時獲取中央空調廠家分析的報告，專業(yè)人員到現場進行實際的勘察，對冷水機組海水實際進出口溫差進行測量，其中進出口溫差約為1℃，此時的雙系統(tǒng)均為100%滿負荷，對實際流量進行測試，為660m3/h，并與設計流量進行對比，其中設計流量為165m3/h，可以發(fā)現實際的流量以及超過了設計的流量。在對冷卻水流量進行計算的過程中，需要對冷卻水的進出水溫差、水的比熱容、機組冷凝負荷進行確認，將其分別設定為、、，并按照計算Qm=Q×3.6//⊿t=770kW×3.6/4.2kJ/kg·℃/1℃·3.6=660m3/h，以此得出實際的流量值。

對中央空調廠家分析報告進行分析，其中海水冷凝器中共包含兩個流程，整合單個流程的管數，分別為152根、154根，規(guī)格為B30外螺紋高效換熱管，對該換熱管的參數進行整合，其中換熱管的面積與內徑進行掌握，分別為15.88×2.0mm、11.88mm。在計算單流程截面面積的過程中，將公式S=πr2應用其中，將數值帶入可得S=3.14159×（0.01188÷2）2×152=0.01685m2。在計算實際管內海水流速的過程中，借助公式進行計算，將數值帶入其中，得出v=10.88m/s，而船舶設計手冊中所規(guī)定的管內流速在1.5m/s～2.5m/s，可以總結出，冷水機組海水冷凝器腐蝕穿孔問題主要是由于換熱管內海水流速超過最大允許流速，導致管壁長期被沖刷而腐蝕穿孔內漏。

2.3.2現場調研分析

在對海上平臺中央空調制冷劑冷卻系統(tǒng)進行分析的過程中可以發(fā)現主要以開式海水冷卻的形式存在，需要對海水進行加壓處理，在此環(huán)節(jié)中主要是借助海水提升泵來實現，并與海水過濾器進行有效的連接，將海水中存在的懸浮雜質清除掉，對經過處理過后的海水流向冷凝器的過程進行監(jiān)測，主要是通過并聯管線完成的，并聯管線的材質為玻璃鋼。此時關注冷凝器中低溫海水與高溫制冷劑氣體之間的狀態(tài)，保證二者實現熱交換，此時經過熱交換的海水主要為高溫海水，并將其排放到海水中，此時的高溫制冷劑氣體在冷凝的作用下轉變?yōu)槌匾后w，針對在實際設計過程中存在的海水流量超設計的原因進行分析，注重整合海水系統(tǒng)，在對海水濾器下游用戶進行調查的過程中可以發(fā)現主要以并聯布置為主[1]。

2.3.3海水流量超設計的原因

針對海水流量超設計的現象，需要對下游用戶的并聯管路進行了解。在此環(huán)節(jié)中注重整合主管的質量流量以及各分支管路的質量流量情況，可以發(fā)現前者為后者的之和。對分支管路的阻力進行測量，發(fā)現呈現出一致性。其中影響各分支管路的阻力因素較多，要充分結合管道長度以及直徑、流體流速等參數信息，在對冷水機組與提升海水泵的位置進行確認時，高度在整個海上平臺的最下層甲板上，此時的冷水機組與排海管線處于連接的狀態(tài)，經過換熱處理后的海水直接流入到排海管線當中。海水入口管線和出口管線長度較短，此時對海水的余壓進行分析，主要消耗在入口青銅截止閥上，該青銅閥始終處于運行的狀態(tài)，將會出現冷水機組海水流量存在超過設計的現象。為此，要在日常維護的過程中對中央空調入口青銅截止閥記性及時的調節(jié)，可以有效的降低入口海水壓力，保證海上平臺中央空調系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

3.海上平臺中央空調冷凝器穿孔解決對策

3.1換熱管維修

在處理海上平臺中央空調冷凝器穿孔問題的過程中，需要注重做好換熱管的維修工作，維修技術人員需要及時做好現場的勘察工作，在對出現穿孔的換熱器進行確認的過程中，主要是通過內窺鏡來實現的，為了保證冷凝器處于正常運行的狀態(tài)，需要借助氮氣進行保壓測試，將其控制在1.5MPA，借助該方式可以全方位的對換熱器存在穿孔問題進行準確定位。為此，需要對存在穿孔的換熱器進行及時的處理，對換熱器的規(guī)格進行確認，選擇與之相同的換熱管，并安裝在原管板上，主要以脹接為主。在換熱器管程處理的過程中，將與海鹽都相同的鹽水準備好，對其進行浸泡處理，并設定好浸泡的時間，一般2天為最佳，此時關注管程與管殼的狀態(tài)，進行保壓試驗，控制好保壓試驗的壓力，要將前者控制在1.38MPA，后者控制在2.76MPA，并安排專業(yè)人員對保壓試驗的全過程進行實時的監(jiān)測，及時發(fā)現在試驗過程中存在的漏洞，檢驗合格后方可使用，將其安裝至中央空調的內部。同時，還可以在中央空調系統(tǒng)中增加制冷劑壓力監(jiān)控報警功能，借助空調PLC實現數據之間的傳輸，將數據傳輸端程序進行修改，將對應寄存器數據更改為1#機組制冷劑高壓值和2#機組制冷劑高壓值，修改畫面，將中控畫面對應的描述一并修改，并增加報警描述，在壓力降低至4bar以下后，中控便產生報警，此時及時采取措施泄放隔離海水[2]。

3.2海水流量控制

解決好海上平臺中央空調冷凝器穿孔問題，需要對海水流量進行控制，從源頭上進行解決。在此環(huán)節(jié)中，關注海水冷凝器出口以及入口的截止閥，并降低調節(jié)的工作量，借助節(jié)流孔板的作用，將其安裝在海水進出口管線上，使得進入冷凝器的海水的量符合系統(tǒng)需要。對冷水機組海水管線的材質進行了解，主要為玻璃鋼材質，其中管線法蘭標準ASME B16.5，管線磅級、管線公稱直徑分別為150Lb、6mm。對節(jié)流孔板的位置進行準確的定位，通常將其保持為海水入口立管的狀態(tài)，注重整合上述基礎數據，做好節(jié)流孔板的選型以及材質檢查工作，前者主要為單級，后者為520型，將節(jié)流孔板準確的夾在法蘭之間，此時對技術人員的專業(yè)化水平要求較高，要結合操維空間的實際情況進行分析，隨即加裝閥門、節(jié)流孔板、管線切割、焊接、支架制作、油漆恢復等程序，針對在調整過程中存在不足之處進行及時的整改，在對加裝節(jié)流孔板后的海水壓力進行測試時，可以發(fā)現海水的壓力被控制在2bar，流量也呈現出明顯下降的趨勢，降低至160m3/h左右。為此，綜合分析，對中央空調冷卻海水進出口管線進行加裝閥門、節(jié)流孔板可解決海水壓力、流量過大的問題，保證海上中央空調系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

結論：解決好海上平臺中央空調冷凝器穿孔問題的方案具有多樣性，在此環(huán)節(jié)中要充分結合海上平臺中央空調運行的實際情況，注重做好換熱管的維修以及海水流量的控制。在此環(huán)節(jié)中要求相關的維修人員注重提升自身的專業(yè)水平，及時發(fā)現冷凝器穿孔問題，以此保證海上平臺中央空調系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

參考文獻：

[1]張勇青，魏占彪，鄧婷，等.海上平臺中央空調冷凝器穿孔分析與對策探討[J].中國修船，2018，31（06）：49-51.

[2]郭勇.中央空調風量平衡在海洋石油平臺中的應用[J].石油和化工設備，2018，21（03）：44-46.