海洋石油161中央空調控制回路改造

王鵬,曲雙杰,李丙焱,王昊,鄭慶軍

(中海油能源發展股份有限公司 采油服務分公司 天津作業公司,天津 300452)

海洋石油161生活樓設有2臺中央空調機組，型號為CZFK-200，壓縮機型號為BITZER，使用的冷凍油為BSE170，集制冷、加熱、通風于一體，能調節生活樓內空氣新鮮度、溫度以及濕度，使在平臺上工作的人員能有一個相對舒適的生活環境。2臺空調1用1備，分別具有獨立的電氣控制箱，通過手動切換實現互為備用。夏季工況下機組切換后，為保護壓縮機不受損傷，需要等待8 h才能啟動制冷模式。在等待期間，生活樓內溫度及濕度無法得到有效控制，墻壁、地面、設備表面結露嚴重，對人員及設備安全有嚴重影響。因此，需要在不改變主、備機主回路電氣互鎖的前提下，對中央空調控制回路進行改造，使主、備的壓縮機冷凍機油加熱器處于可同時加熱狀態，從而實現夏季工況下機組切換后能立即啟動空調壓縮機，實現快速制冷，保障生活樓內的人員及設備始終處于良好環境中。

1 現有問題分析

1.1 中央空調夏季工況的運行原理

中央空調在夏季工況下工作于制冷模式。低壓蒸汽制冷劑由壓縮機吸入，經過壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，然后排入冷凝器內，在冷凝器中被冷凝成高溫高壓液體，再到膨脹閥節流成低溫低壓的液體后進入蒸發器，在蒸發器內吸收流過蒸發器的空氣熱量，蒸發成低溫低壓的汽體，再被壓縮機吸入進入循環。室外的新風和來自生活樓的回風在新回風混合箱內混合后，經過空氣過濾器過濾，再經過蒸發器，在蒸發器處降溫、冷凝，析出空氣中的水分后到達送風靜壓箱，被離心送風機增壓后通過風管送至各個房間，空氣循環原理可見圖1。如此，源源不斷地向生活樓內輸送低溫、干燥的冷卻空氣，保持生活樓內溫濕度適宜，空氣清新，給平臺人員營造適宜的工作、生活環境。

圖1 夏季工況下中央空調空氣循環示意

1.2 中央空調夏季工況的運行特點

2臺中央空調1用1備，分別具有獨立的電控箱、主回路和控制回路，可以通過手動切換實現互為備用。且在電路上存在互鎖關系，即當選擇開關“SA”選擇A機組時，B機組的欠壓線圈處于失電狀態，B機組的主電源開關是無法完成合閘的；當選擇開關“SA”選擇B機組時，A機組的欠壓線圈處于失電狀態，A機組的主電源開關是無法完成合閘的。中央空調A、B機組主回路電路圖及機組選擇控制原理見圖2、3。

圖2 中央空調A、B機組主回路電路

圖3 中央空調A、B機組選擇控制原理示意

只有在機組切換完成后，冷凍機油的加熱器才能投入使用。在機組啟動制冷模式前，必須保證壓縮機冷凍機油加熱8 h以上。冷凍機油的作用是對壓縮機的軸承進行潤滑，減少摩擦力，同時將摩擦產生的熱量帶走，冷卻軸承。冷凍機油的油溫過低，會使油的黏度增加，從而使油膜潤滑摩擦力增大，軸承耗功率增加。此外，還會使油膜變厚，造成因油膜振動引起壓縮機振動。因此，必須保證壓縮機冷凍機油的油溫在合適的范圍內。

改造前中央空調冷凍機油加熱器控制原理見圖4。

圖4 中央空調冷凍機油加熱器控制原理示意

1.3 夏季工況下切換空調的影響

夏季海上平臺室外溫度高，濕度大，中央空調壓縮機未運行時，離心送風機把室外濕熱的空氣帶進生活樓內，會對人員、設備造成不同程度的影響。

1)對人員的影響。高溫會影響白班人員在室內的工作和夜班人員正常的休息；室外的濕氣被帶入各個房間，造成人員的床鋪、被褥被浸濕，易導致床鋪、被褥發霉，滋生細菌，影響人員的健康狀態；大量的濕氣也會使室內地板變得潮濕，加大了人員滑倒摔傷的風險。

2)對設備的影響。生活樓內有UPS系統，火氣系統，中控系統，通訊系統等設備，對環境的溫、濕度要求高。一旦生活內的溫度變高、濕度變大，不僅影響設備的性能和穩定運行，也會縮短設備使用壽命。

2 改進方案

2.1 方案比對

為了不影響生活樓內人員的正常辦公、作息，以及廚房人員的工作，在一組中央空調出現故障時，必須保證另1組中央空調能及時投入使用，并啟動制冷模式。通過研究分析共有3個方案供選擇實施。

方案一。從生活樓照明盤或MCC正常照明盤引一路220 V電源，作為2臺機組冷凍機油加熱器的電源，通過機組自帶的冷凍機油加熱器開關手動控制冷凍機油加熱器的起停，即在壓縮機啟動時，手動斷開冷凍機油加熱器開關；在壓縮機停止時，手動打開冷凍機油加熱器開關。方案一的電氣控制原理見圖5。

圖5 方案一電氣控制原理

方案二。將A/B機組斷路器上口的380 V電源，通過1臺380/200 V的變壓器變壓，輸出220 V的電壓，用作控制2臺機組冷凍機油加熱器起停的電源。將原控制回路中冷凍機油加熱器的控制部分保持不變，只是給這部分電路單獨供給一路電源，任意1機組運行時，另1機組的冷凍機油加熱始終處于加熱狀態。而且運行機組的冷凍機油加熱器在壓縮機啟動后，也能自動停止加熱；在壓縮機停止后，能自動開始加熱。

方案三。備用機組的壓縮機冷凍機油加熱器一旦投入使用，就會使冷凍機油加熱器始終處于加熱狀態。長期加熱會使壓縮機內部熱量集聚，溫度持續升高，導致壓縮機內部的高溫保護器觸發，即使切換至備用機組，備用機組的壓縮機也無法正常啟動。為了解決這個問題，在方案二的基礎上，在冷凍機油加熱器的控制回路再增加一個多功能定時器，實現備用機組壓縮機冷凍機油加熱器的定時啟動、停止，既可保證了冷凍機油能時刻保持合適的溫度，也避免發生冷凍機油被過度加熱的情況。方案三的電氣控制原理見圖6。

圖6 方案三電氣控制原理示意

對比3個方案，方案一需要從照明盤單獨敷設電纜，工作量大、操作不方便；方案二是對控制回路進行改動，施工都是在控制柜內完成，缺點是備用機組的冷凍機油加熱器始終處于加熱狀態，長期加熱停滯不動的冷凍機油，會造成局部高溫、結焦；方案三是在方案二的基礎上，使備用機組的冷凍機油加熱器分時、自動啟停，既滿足廠家手冊中的使用要求，也可避免加熱器長期加熱導致冷凍機油過熱、結焦等問題的發生。

綜上所述，綜合考慮操作、功能和安全性，方案三更具優勢，因此選擇方案三為最終實施方案。

2.2 改進計劃

分析控制原理，討論分析改動是否會對原控制系統造成不良影響。確認無誤后，準備相關物料，對中央空調控制回路進行改造。

首先拆除兩臺機組的冷凍機油加熱器控制回路電源；安裝1臺380/220 V的變壓器，給冷凍機油加熱器供電，實現中央空調A、B機組的斷路器在未合閘時，兩臺機組的冷凍機油加熱也能啟動工作，給空調壓縮機油進行預加熱。最后接入多功能定時器，實現對加熱器的分時啟停控制。

2.3 具體實施內容

準備所需備件及物料，見表1。

表1 備件及物料統計表

按照方案三的控制原理，在中央空調現場控制柜內固定安裝備件，完成敷線、接線，并設置多功能定時器DHC8的開、關時間。設定內容如下：星期一到星期日每天00:00—02：00為OFF，02:00—12:00為ON，12:00—14：00為OFF，14:00-24:00為ON，并按下“開/自動/關”鍵使最下行顯示開/自動(ON AUTO)或自動/關(AUTO OFF)。將冷凍機油加熱器的選擇開關旋至“開”的位置，在兩機組壓縮機的控制接觸器4KM1未得電時，當定時器的時鐘走到設定為ON的時間段，定時器的常開觸點T01、T02變為常閉觸點，冷凍機油加熱器開始加熱；當定時器的時鐘走到設定為OFF的時間段，定時器的閉合的觸點變為常開觸點，冷凍機油加熱器停止加熱。最終實現每天對壓縮機冷凍機油加熱2次，每次持續8 h。

3 效果驗證

現場施工結束后，根據設計圖紙對改造后的線路進行檢查確認，檢查有無接線松動、接線錯誤、設備選型錯誤、布線不滿足要求等問題。

檢查無誤后，送電測試。在定時器設定的時間段，檢查備用機組的冷凍機油加熱器運行狀態。發現設定時間段內，加熱器能準確啟動、停止。同時對壓縮機底部分時進行測溫，溫度始終保持在25 ℃左右，滿足壓縮機隨時啟動的要求。手動切換至備用機組制冷模式，機組能正常啟動，并運行正常。

綜上所述，在1組中央空調發生故障時，另1組可以立即切換至制冷模式，能實現保障生活樓內人員及設備的溫濕度要求。

4 結論

在原設計中，中央空調A/B機組共用一套主電源，在電氣關系上互為備用，且互鎖。但夏季工況下，壓縮機啟動前必須經過規定時間的加熱才能投入運行，其主電源上的互鎖關系制約了機組實時切換功能的實現。在不改變A/B機組主回路電氣互鎖保護的前提下，提出的解決方案實現了夏季工況下備用機組能實時切換至制冷模式。建議對此類有備用機組的裝置，應在設計初期考慮切換時的制約因素，將該部分設置在公用回路，避免此類問題對現場實際生產的影響。