吳 駿，謝春明，陳佳明

● （中遠(yuǎn)船務(wù)工程集團(tuán)有限公司，遼寧大連 116600）

淺析鉆井船空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)

吳 駿，謝春明，陳佳明

● （中遠(yuǎn)船務(wù)工程集團(tuán)有限公司，遼寧大連 116600）

目前鉆井船已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用在石油勘探和深水鉆井作業(yè)中，且極大地提高了深海鉆井作業(yè)的安全性和靈活性。本文將結(jié)合在建的超深水船型鉆井平臺(tái)，分析闡述空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在各個(gè)區(qū)域的應(yīng)用以及設(shè)計(jì)思路。

鉆井船；動(dòng)力定位；通風(fēng)系統(tǒng)；空調(diào)系統(tǒng)；熱量回收

0 引言

不論何種船型，空調(diào)與通風(fēng)技術(shù)狀態(tài)對(duì)旅客舒適感、船員健康，以及機(jī)械、系統(tǒng)和設(shè)備的無故障運(yùn)行均具有持久的影響。要為所需目的隨時(shí)隨地提供合適的氣候環(huán)境，就必須擁有高度的技術(shù)創(chuàng)造性和豐富的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于鉆井船而言，則對(duì)空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)提出更高的要求，尤其在節(jié)能性和自動(dòng)控制等方面。本文將結(jié)合在建項(xiàng)目概述一下空調(diào)在超深水鉆井船上的應(yīng)用。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

在建的“大連開拓者號(hào)”鉆井船入DNV級(jí)，取船級(jí)符號(hào)＋1A1，"Ship Shaped Drilling Unit,DRILL,DYNPOS-AUTRO[1,2],E0,HELDK SH,CRANE,F-AMC,ICS。它是滿足DNV船級(jí)社三級(jí)動(dòng)力定位要求，并根據(jù)國(guó)際一級(jí)海工建造標(biāo)準(zhǔn)建造的、適應(yīng)惡劣海況環(huán)境的超深水型鉆井船，工作水深為一萬英尺，鉆深為三萬英尺。下文將結(jié)合本項(xiàng)目描述空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用情況。

2 機(jī)艙通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)DP3動(dòng)力定位以及建造規(guī)格書要求，本船動(dòng)力模塊位于主甲板之上，共配備 8臺(tái)型號(hào)為WARTSILA 16V32的主發(fā)電兼應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)輸出功率為：7.2MW/9MVA 50Hz。由4個(gè)帶A60防火分隔的機(jī)艙（A、B、C、D）組成，每個(gè)機(jī)艙內(nèi)裝備兩臺(tái)主發(fā)電機(jī)組。全船共配備4段11kV的9MVA/7.2MW主配電板，分別位于機(jī)艙頂部的4個(gè)帶A60防火分隔的電氣設(shè)備間內(nèi)，每段獨(dú)立配電板分別連接到位于同一機(jī)艙內(nèi)的兩臺(tái)主發(fā)電機(jī)組上[3]。

2.1 機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)

每個(gè)機(jī)艙的通風(fēng)系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，分別配備2臺(tái)供風(fēng)機(jī)和2臺(tái)排風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)選取2×50%容量。根據(jù)DP3動(dòng)力定位的要求，任意設(shè)備及艙室的單點(diǎn)失效不會(huì)影響其它機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行，并且 2×50%的風(fēng)機(jī)配置也可最大限度降低因單個(gè)設(shè)備故障對(duì)于機(jī)艙通風(fēng)的影響。

在機(jī)艙供風(fēng)口和排風(fēng)口設(shè)置防火風(fēng)閘，以保證在內(nèi)部發(fā)生火情或外部產(chǎn)生可燃?xì)怏w、有毒氣體時(shí)關(guān)閉防火風(fēng)閘，將對(duì)應(yīng)區(qū)域隔離，避免火情或氣體擴(kuò)散。其中防火風(fēng)閘通過全船火氣系統(tǒng)控制，根據(jù)對(duì)應(yīng)感煙探頭和火氣探頭的反饋來進(jìn)行關(guān)斷控制。

機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)流程圖

當(dāng)前，各國(guó)船東逐步將節(jié)能環(huán)保性能作為船舶的重要指標(biāo)，在各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都應(yīng)有所體現(xiàn)。該鉆井船的機(jī)艙風(fēng)機(jī)都配有變頻器進(jìn)行控制，通過傳感器檢測(cè)機(jī)艙內(nèi)溫度和壓力情況，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，既可以保證內(nèi)部穩(wěn)定的工作環(huán)境，又可以在主機(jī)不同工況下變頻調(diào)速達(dá)到節(jié)約能源的效果。

其中溫度傳感器控制排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)機(jī)艙內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)風(fēng)量；壓力傳感器控制供風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)機(jī)艙內(nèi)與外界壓差調(diào)節(jié)風(fēng)量。

當(dāng)機(jī)艙內(nèi) 2臺(tái)主機(jī)均處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，或機(jī)艙內(nèi)溫度低于35℃時(shí)（外界溫度處于冬季等低溫工況），機(jī)艙風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速最低，供排風(fēng)處于最小風(fēng)量狀態(tài)。當(dāng)機(jī)艙內(nèi)溫度升高（高于35℃），排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，排風(fēng)風(fēng)量增大，對(duì)應(yīng)機(jī)艙內(nèi)壓差降低，使供風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)提高，供風(fēng)風(fēng)量增大，以維持機(jī)艙內(nèi)50Pa的正壓。當(dāng)機(jī)艙溫度達(dá)到或高于45℃時(shí)，機(jī)艙風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高，供排風(fēng)處于最大風(fēng)量狀態(tài)。

機(jī)艙風(fēng)機(jī)控制原理如圖2。

圖2 機(jī)艙通風(fēng)控制系統(tǒng)

2.2 機(jī)艙備用冷卻系統(tǒng)

機(jī)艙內(nèi)除了布置通風(fēng)系統(tǒng)外，可考慮增加風(fēng)機(jī)盤管冷卻系統(tǒng)，作為機(jī)艙內(nèi)冷卻的備用系統(tǒng)。

風(fēng)機(jī)盤管采用主機(jī)淡水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，在機(jī)艙通風(fēng)完全停止的情況下，通過風(fēng)機(jī)盤管的冷卻作用，維持機(jī)艙的溫度不超過50℃，保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此系統(tǒng)僅限于主機(jī)設(shè)置單獨(dú)燃燒空氣管路的機(jī)艙。

關(guān)于風(fēng)機(jī)盤管的設(shè)計(jì)是在常規(guī)鉆井船上沒有的系統(tǒng)，其主要作用是當(dāng)外部遇到井噴或是嚴(yán)重的危險(xiǎn)氣體蔓延的情況下，需要關(guān)閉整個(gè)機(jī)艙的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)，從而啟動(dòng)運(yùn)行的一個(gè)特殊的機(jī)艙通風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)。

由于在應(yīng)急的情況下，剪斷海底的鉆管需要一定的時(shí)間，同時(shí)需要把整個(gè)鉆井船在保證有動(dòng)力的情況下移到一個(gè)相對(duì)安全的地方。所以在配備了特殊的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)后，即便是機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)不工作，通過風(fēng)機(jī)盤管的作用還可以保證整個(gè)機(jī)艙運(yùn)行一段時(shí)間，最大限度保證了移船所需要的電力負(fù)荷，從而保證了整艘鉆井船的使用壽命和安全。

2.3 機(jī)艙配電板間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

各個(gè)機(jī)艙配電板間的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)完全獨(dú)立，任意設(shè)備及艙室的單點(diǎn)失效不影響其它配電板通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行。

通風(fēng)風(fēng)量根據(jù)規(guī)格書要求的最小換氣次數(shù)確定換氣量以降低內(nèi)部空調(diào)的制冷量。

因配電板間電氣設(shè)備散熱量較大，為保證艙室內(nèi)維持適宜的工作溫度，對(duì)應(yīng)設(shè)置獨(dú)立空調(diào)柜機(jī)，可選風(fēng)冷或水冷；若選水冷方式，根據(jù)船級(jí)社動(dòng)力定位規(guī)范要求，水冷柜機(jī)的冷卻水源需要彼此獨(dú)立，選用對(duì)應(yīng)主機(jī)的淡水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

空調(diào)冷量根據(jù)配電板間內(nèi)電氣設(shè)備散熱量以及新風(fēng)量來確定，空調(diào)選用內(nèi)循環(huán)柜機(jī)或高回風(fēng)比空調(diào)器，以便降低空調(diào)冷量。

3 鉆井模塊通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

本船鉆井區(qū)模塊分為鉆井通用模塊，泥漿處理模塊，水下控制模塊和立管儲(chǔ)存模塊共 4個(gè)模塊。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的布置則根據(jù)各艙室用途和物理位置進(jìn)行劃分，相同類型的艙室共用相同的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。

對(duì)于鉆井區(qū)某些艙室：泥漿艙、泥漿處理艙室等，因從海底返回的泥漿會(huì)攜帶部分碳?xì)浠衔锏瓤扇細(xì)怏w，因此該類處所被劃分為危險(xiǎn)處所。由此，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要保證艙室內(nèi)合適的工作環(huán)境溫度，還要通過配置排風(fēng)系統(tǒng)避免危險(xiǎn)處所內(nèi)可燃性氣體的聚集以及擴(kuò)散到安全區(qū)域。

另外鉆井模塊作為鉆井船最重要的組成部分，該區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)均配置為一用一備，100%冗余設(shè)計(jì)，以保證即使單臺(tái)設(shè)備失效系統(tǒng)仍可以繼續(xù)運(yùn)行，最大限度保持該類區(qū)域安全穩(wěn)定的工作環(huán)境。

在鉆井區(qū)模塊布置在露天開敞甲板的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備和風(fēng)管，應(yīng)優(yōu)先考慮使用不銹鋼等耐腐蝕性材料作為設(shè)備外殼和風(fēng)管材質(zhì)，以便提高系統(tǒng)的抗腐蝕性和使用壽命。

4 生活區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

生活區(qū)為容納180人住艙，共分為9層，采用中央空調(diào)系統(tǒng)。空調(diào)器布置在生活區(qū)上部區(qū)域：第八層和第九層。配置2套空調(diào)系統(tǒng)，2×100%冗余，以最大限度保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和連續(xù)性。

鉆井船的生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)在生活區(qū)的最上部甲板（在駕駛甲板的上部）布置中央空調(diào)機(jī)組，其主要目的是為了減少機(jī)組運(yùn)行時(shí)噪音對(duì)生活區(qū)艙室的影響，尤其是對(duì)居住房間的影響。

該項(xiàng)目要求環(huán)境溫度-20℃～+35℃，若采用空調(diào)部分回風(fēng)系統(tǒng)，則空氣質(zhì)量不佳，并且來自衛(wèi)生單元等處所的空氣無法用于再循環(huán)；若采用全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)雖然可以保證艙室內(nèi)空氣質(zhì)量，但制冷和加熱功率較大，負(fù)荷過高。對(duì)此我們采用在供風(fēng)空調(diào)和排風(fēng)空調(diào)分別增加一套熱量回收換熱器[4,5]，供風(fēng)和排風(fēng)的熱量回收換熱器通過單獨(dú)一套水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行能量回收利用，以便在冬季和夏季極端氣候條件下可以降低制冷和加熱的功率，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。如圖3所示。

圖3 機(jī)艙通風(fēng)控制系統(tǒng)

5 結(jié)束語

本文概述了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在超深水船型鉆井船上各個(gè)區(qū)域的實(shí)際應(yīng)用。鉆井船上的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與普通民船有所不同，在系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制以及設(shè)備選型方面都有了更高規(guī)格的要求，以便滿足其更為惡劣的工作海況。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路也不是一成不變的，它要根據(jù)不同船型的特點(diǎn)、不同的船東要求以及不同艙室布置來綜合考慮。對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也要更多的考慮設(shè)備的節(jié)能指標(biāo)，控制的自動(dòng)化程度以及系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行可靠性。

[1]DNV.Dynamic Positioning Systems[S].Rule for Classification of Ship,2011.

[2]IMO MSC.Circ.645.Guidelines for Vessels with Dynamic Positioning System[S].1994.

[3]劉紹嶺,朱杰,等.動(dòng)力定位系統(tǒng)在超深水鉆井船上的應(yīng)用[J].船舶工程,2013(4):67-70.

[4]梅國(guó)梁,張珍.船舶中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)探討[J].上海造船,2009(1):43-50.

[5]鄭國(guó)杰,鄭超瑜,等.船用轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)及其系統(tǒng)方案的比較研究[J].船舶工程,2012(5):39-77.

Application of HVAC System in Drillship

WU Jun,XIE Chun-ming,CHEN Jia-ming
(COSCO Shipyard Group Co.,LTD.,Dalian 116600,China)

Drillship has been widely applied in oil explosion and drilling in deepwater now.It improves the reliability and flexibility of drilling in deepwater extremely.Based on the extra deepwater ship type drill platform,which is being built in shipyard,this paper analyzes and describes the application and general design principle of HVAC system in certain areas.

drillship; dynamic positioning; ventilation system; air conditioning system; heat recovery system

U661.43

A

吳駿（1983-），男，技術(shù)工程師。主要從事海洋工程空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)工作。