某油田長輸管道高壓變頻器室通風(fēng)節(jié)能設(shè)計方案

史亞萍

(西安長慶科技工程有限責(zé)任公司,陜西西安710016)

摘要：為解決某油田長輸管道所設(shè)高壓變頻器室現(xiàn)有冷卻降溫系統(tǒng)能耗高的問題，設(shè)計了包裹式通風(fēng)系統(tǒng)，并對其通風(fēng)效果進行了仿真模擬，同時對新舊通風(fēng)系統(tǒng)能耗及工程投資進行了對比，采用包裹式通風(fēng)系統(tǒng)可使變頻器室內(nèi)溫度維持在28～35℃，并且節(jié)約電能及投資。

關(guān)鍵詞：長輸管道;高壓變頻器室;包裹通風(fēng)系統(tǒng);仿真模擬技術(shù);能耗投資對比;設(shè)計注意事項

中圖分類號：TU831.3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-6339 (2015) 05-0471-03

Abstract：In order to solve the issue of energy consumption for ventilation system in high-voltage frequency converter of Oil-field's long-distance oil delivering pipeline，the novel ventilation system was designed and an analogue simulation has been conducted to test the ventilate effect. Meanwhile，the energy consumption and engineering investment of novel and former ventilation system were compared. The indoor temperature maintains between 28℃ to 35℃ when the semi-wrapped ventilation system is adopted，and the electric engrey and investment is saved.

收稿日期2014-08-26修訂稿日期2015-02-03

作者簡介：史亞萍(1968~)，女，大學(xué)，工程師，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計工作。

Ventilate System Energy Economize Designing Scheme for High-voltage Frequency Converter of Oil-field Long-distance PipelineSHI Ya-ping

(Xi′an Changqing Technology Engineering Co.,Ltd.，Xi′an 710016,China)

Key words：long-distance pipeline；high-voltage frequency converter；wrapped ventilation system；simulation technology；energy concumption investment contrast；desing considerations

0引言

根據(jù)工控網(wǎng)“高壓變頻器空-水冷卻與密閉冷卻應(yīng)用對比分析”(2011-08-31)及現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，目前高壓變頻器室常用冷卻降溫方式為

(1)開放式通風(fēng)降溫 變頻器室外墻低處安裝進風(fēng)口用以補風(fēng)，外墻高處安裝軸流風(fēng)機以排出變頻器散發(fā)至室內(nèi)熱量；此方式結(jié)構(gòu)簡單，投資低，但降溫效果取決于當(dāng)?shù)貧夂驐l件。

(2)空調(diào)器密閉冷卻方式 只在變頻器室內(nèi)安裝空調(diào)，適用于小功率高壓變頻器降溫。

(3)空-水冷密閉冷卻高壓變頻器產(chǎn)生的熱量，經(jīng)過風(fēng)管送至室外空冷裝置，經(jīng)處理后的冷風(fēng)再經(jīng)送風(fēng)管道送至室內(nèi)；制冷效果好，但需設(shè)置獨立的冷卻系統(tǒng)，投資高、系統(tǒng)復(fù)雜。

(4)設(shè)備本體水冷卻是非常理想的降溫方法，但對通至變頻器設(shè)備本體里的水系統(tǒng)工藝要求高，安裝復(fù)雜，維護工作量大，存在安全隱患，且該冷卻方式適用于超大功率變頻器。

以上幾種冷卻降溫方式，各有其優(yōu)缺點及適用范圍，對于大功率變頻機組，傾向于使用空-水冷密閉冷卻。

某油田長輸管道所設(shè)高壓變頻器室(輸出軸功率560~933 kW，功率損耗約3%)，采用“開放式通風(fēng)降溫+空調(diào)器冷卻”方式。一、二、四季度采用“開放式通風(fēng)降溫”方式，基本滿足使用要求；但夏季在采用“開放式通風(fēng)降溫”的同時，也開啟空調(diào)器制冷，經(jīng)測試變頻器室室內(nèi)溫度在35～45℃，降溫效率低、能耗大；為解決此問題，進行了新通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計。

1新通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1　新通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)通風(fēng)罩設(shè)計原則，并結(jié)合高壓變頻器結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計了上吸式包裹罩通風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意見圖1，由包裹罩、90°彎管、鋼制風(fēng)管、出風(fēng)彎頭和軸流風(fēng)機等組成。利用包裹罩將排熱裝置包裹起來，在抽吸力作用下，將排熱裝置排出的熱量吸入罩內(nèi)并通過風(fēng)管排至室外[1]。

圖1　包裹罩結(jié)構(gòu)示意圖

1.2　包裹罩系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)確定原則

(1)罩口長度L及寬度W，為變頻器長、寬分別+0.4H1[2]；

(2)H，變頻器高度；

(3)H1，為排熱裝置高度；

(4)H2，罩空間高度，其大小應(yīng)使罩內(nèi)氣流流暢，渦流區(qū)域小，同時考慮建筑層高的影響[3]；

(5)90°彎頭曲率半徑R和最少節(jié)數(shù)[4]；

(6)風(fēng)管長度L1，根據(jù)變頻器室建筑及變頻器結(jié)構(gòu)尺寸等確定。

本次設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)為L-6 938 mm，W-1 770 mm，H-2 286 mm，H1-612 mm，H2-1 000 mm，R-632 mm，L1-4 943 mm。

1.3　通風(fēng)量計算及通風(fēng)設(shè)備選擇

排風(fēng)量按消除余熱所需全面通風(fēng)量公式進行計算[5]，排風(fēng)溫度35℃，進風(fēng)溫度28.2℃。排風(fēng)采用軸流風(fēng)機，并在排風(fēng)量計算結(jié)果的基礎(chǔ)上附加5%～10%的漏風(fēng)率。本次設(shè)計所選軸流風(fēng)機參數(shù)為風(fēng)量10 210 m3/h，全壓75 Pa。

為使室內(nèi)外壓力保持平衡，補風(fēng)量應(yīng)和排風(fēng)量相等。采用防雨防沙百葉風(fēng)口自然進風(fēng)，風(fēng)口總面積為4.43 m2。

經(jīng)計算，通風(fēng)系統(tǒng)總阻力損失17.22 Pa。

2室內(nèi)溫度模擬

2.1　氣候條件選取

該油田所處油氣區(qū)代表性臺站夏季室外空氣參數(shù)見表1[6]。

表1夏季室外計算空氣參數(shù)

代表臺站室外平均風(fēng)速/m·s-1通風(fēng)室外計算相對濕度/[%]通風(fēng)室外計算溫度/℃臺站12.45724.6臺站21.65228.2臺站32.34528.0臺站42.14827.6臺站53.14324.8

夏季通風(fēng)室外計算溫度取5個代表性臺站中的最高值，28.2℃。

2.2　建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備布置

該油田長輸管道高壓變頻器室通用建筑結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)備布置見圖2。

圖2　建筑結(jié)構(gòu)及設(shè)備布置圖

2.3　模擬邊界條件

(1)單臺變頻器散熱量22.4 kW，2臺同時運行，散熱集中在頂部，給定熱流邊界條件為2 900 W/m2；

(2)進風(fēng)口為壓力進口，和外界壓力相等，0 Pa；

(3)進口溫度為夏季通風(fēng)室外計算溫度，28.2℃；

(4)出口外接風(fēng)機，罩喉口處壓力為-57.8 Pa；

(5)外墻考慮傳熱，外界溫度為28.2℃；其他墻體為無滑移、絕熱邊界條件。

2.4　觀測位置及溫度模擬結(jié)果

利用CFD模擬仿真技術(shù)對包裹式通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)效果進行了驗證。

包裹式通風(fēng)系統(tǒng)局部三維模型見圖3。水平方向在排風(fēng)管中心處取截面，垂直方向在罩內(nèi)接近喉口處取截面，對應(yīng)溫度場模擬結(jié)果見圖4(a)、(b)。變頻器室室內(nèi)溫度介于28～35℃之間，滿足其正常運行0～40℃環(huán)境溫度要求。新型通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)降溫效果良好，并且可以省略空調(diào)制冷系統(tǒng)。

圖3　包裹式通風(fēng)系統(tǒng)局部三維模型圖

圖4　溫度場分布圖

3能耗和工程投資對比

對每座變頻器室現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)及新型包裹式通風(fēng)系統(tǒng)7、8、9三月共計92天(每天運行24 h)的運行能耗及初始工程投資進行了對比，結(jié)果見表2。

表2能耗及投資對比表

項目工程投資/萬元運行能耗(×103kWh)優(yōu)點現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)14.421.6包裹式通風(fēng)系統(tǒng)12.43.27省卻了空調(diào)制冷系統(tǒng)

兩者相比，包裹式通風(fēng)系統(tǒng)可節(jié)約投資13.9%、能耗84%，優(yōu)于現(xiàn)有冷卻降溫系統(tǒng)，可在嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)所設(shè)輸出軸功率560~933 kW的10 kV高壓變頻器室推廣應(yīng)用。

4設(shè)計注意事項

(1)變頻器功率柜和單元柜必須分別加裝包裹罩，不能合二為一。

(2)包裹罩與變頻器散熱裝置四周的間距應(yīng)經(jīng)過計算且考慮包裹罩結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項后，合理確定其間隔尺寸。否則，包裹罩從周圍環(huán)境中吸入無效風(fēng)量過多，造成通風(fēng)系統(tǒng)龐大，增加初始投資及運行能耗。

(3)包裹罩高度不僅應(yīng)符合擴張角罩殼擴張角30°～60°要求[8]，還應(yīng)考慮建筑層高影響。有條件時，最好進行模擬仿真驗證，以確定包裹罩最佳高度。

參考文獻

[1]李香玲.某食品企業(yè)上吸式排風(fēng)罩防護效果探討[J].中國工業(yè)醫(yī)學(xué)雜志，2013，26(2)：149，153.

[2]孫一堅.簡明通風(fēng)設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]趙蓉，趙宇，高虹.常用局部排風(fēng)罩調(diào)查及衛(wèi)生學(xué)評價[J].中國衛(wèi)生工程學(xué)，2015，4(5)：273-275.

[4]中華人民共和國建設(shè)部.通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范:GB50243-2002[S].北京：中國計劃出版社，2002.

[5]韓文慶，甘露.220 kV戶內(nèi)變電站通風(fēng)設(shè)計[J].暖通空調(diào)，2011，41(5)：47-49.

[6]中國有色工程設(shè)計研究總院.采暖通風(fēng)與空調(diào)調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范:GB50019-2003[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[7]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑供暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計規(guī)范:GB50736-2012[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[8]金麗娜，艾為學(xué)，李安桂.全國勘察設(shè)計注冊公用設(shè)備工程師暖通空調(diào)專業(yè)考試復(fù)習(xí)教材[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.