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

隨著近年來國際石油價(jià)格快速攀升，世界各產(chǎn)油國加大石油開發(fā)力度，自然環(huán)境極為惡劣的地區(qū)（如靠近北極圈、非洲沙漠地區(qū)等）也成為石油開發(fā)區(qū)塊，這樣石油開發(fā)人員的生活保障成為亟待解決的問題。為此，筆者對(duì)極端環(huán)境溫度 （極端低溫和極端高溫）下模塊式野營房的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

1 整體設(shè)計(jì)

為了便于極端環(huán)境溫度下石油開發(fā)人員的生活和工作，筆者采用模塊式野營房整體設(shè)計(jì)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(yīng)惡劣自然環(huán)境的能力。模塊式野營房分為住宿區(qū)、餐飲區(qū)、娛樂區(qū)和衛(wèi)生洗漱區(qū)等區(qū)域，各區(qū)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(cè)的雙開門開啟成90°作為硬連接，再使用柔性軟連接將整個(gè)走道密封成非常嚴(yán)實(shí)的部分，從而起到了防風(fēng)保暖的作用［1］。此外，公用走道內(nèi)設(shè)有照明燈、緊急逃生指示燈、采暖裝置和消防設(shè)施，保證了野營房基地安全性、舒適性和密封性，同時(shí)有效減少了熱量流失，降低了能耗和運(yùn)行成本。

圖1 模塊式野營房整體設(shè)計(jì)圖

2 關(guān)鍵組成部分的具體設(shè)計(jì)

2.1 保溫材料

由于常規(guī)保溫材料受墻體厚度限制，無法滿足極端環(huán)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(qū)營房專用保溫材料。該保溫材料 （密度為50kg／m3，導(dǎo)熱系數(shù)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(jīng)過高溫熔融后，由高速離心設(shè)備制成無機(jī)纖維，同時(shí)均勻加入一定比例的粘結(jié)劑、防塵油、硅油等，使其具有防水、防腐、不發(fā)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(shù)大、導(dǎo)熱系數(shù)小、不燃且阻燃和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，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(tǒng)的高寒地區(qū)營房內(nèi)一般利用壁掛式電暖器采暖，該采暖方式存在室內(nèi)上下溫差大、溫度不均勻、容易發(fā)生故障且不安全等缺陷。為此，極端環(huán)境溫度下模塊式野營房采用目前較為先進(jìn)的遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱壁畫供暖系統(tǒng)進(jìn)行采暖。該系統(tǒng)以發(fā)射波長8.5μm遠(yuǎn)紅外波的碳纖維電熱板作為發(fā)熱材料，其具有如下特點(diǎn)：

1）節(jié)能環(huán)保 作為恒溫控制頻繁啟動(dòng)的電熱產(chǎn)品，遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱板的電熱轉(zhuǎn)換率接近于99%，較其他電熱產(chǎn)品節(jié)電30%上。

2）采暖均衡 在低溫輻射條件下，室內(nèi)空氣的對(duì)流幅度降低，使室內(nèi)無冷點(diǎn)和熱點(diǎn)，因而室內(nèi)溫度均衡。

3）經(jīng)濟(jì)美觀 該系統(tǒng)使用壽命長，耗電量低而發(fā)熱量大，僅為普通空調(diào)采暖耗能的1／3。同時(shí)，該系統(tǒng)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(qiáng)。

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(huán)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(huán)境溫度下工作性能穩(wěn)定，解決了電氣設(shè)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(huán)境溫度下容易老化碎裂，因而極端環(huán)境溫度下模塊式野營房的供水系統(tǒng)全部使用硅膠軟管，排水系統(tǒng)全部使用鋼管，外纏自動(dòng)控溫伴熱電纜，同時(shí)最外層加裝聚氨酯發(fā)泡管起隔熱保溫作用。

2.5 焊接工藝

目前，建筑鋼結(jié)構(gòu)的冬季施工越來越普遍，由于焊接作業(yè)環(huán)境對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量影響很大，因而冬季低溫焊接技術(shù)對(duì)焊接質(zhì)量的控制尤為重要。環(huán)境溫度對(duì)焊接造成的影響表現(xiàn)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(yù)熱效果變差。即在低溫環(huán)境下使用相同的熱源和時(shí)間，不能達(dá)到常溫下焊接的預(yù)熱效果；③焊接殘余應(yīng)力的作用加劇。為此，極端環(huán)境溫度下模塊式野營房組焊過程中應(yīng)采取如下措施。

1）優(yōu)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(shí)焊縫金屬具有良好的沖擊韌性，可進(jìn)行全位置焊接。

2）焊前防護(hù) 在焊接作業(yè)區(qū)域搭防護(hù)棚，使焊接區(qū)域形成相對(duì)封閉的空間，從而減少熱量的損失，同時(shí)氣體保護(hù)焊氣瓶也應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行保溫。此外，鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接施工前，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，一般情況下焊接施工環(huán)境溫度不宜低于-15℃。

3）采用合理的焊接措施 焊前對(duì)焊件清除鐵銹、油污、水份等，焊接時(shí)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(yù)熱條件。此外，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接層間溫度，具體做法如下：焊前焊條需要經(jīng)過350℃烘焙1h，隨烘隨用；加熱區(qū)域不小于100㎜范圍，且焊接層間溫度應(yīng)不低于預(yù)熱溫度。

4）焊接后熱及保溫 焊接后需要及時(shí)對(duì)焊接接頭進(jìn)行后熱保溫處理，這樣有利于擴(kuò)散氫氣的逸出，防止由于溫度降速過快而引起冷裂紋，同時(shí)適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟冗€可以起到降低預(yù)熱溫度的作用。

3 結(jié)語

2010年華北油田飛達(dá)石油設(shè)備有限公司研制的模塊式野營房被開發(fā)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(huán)保性和舒適性，能夠很好地適應(yīng)北極地區(qū)的極端低溫環(huán)境，獲得了用戶的好評(píng)，因而具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

［1］張小軍，張玉泉，許新雷，等 .野營房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制造工藝 ［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，37（5）：23-25.

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