文 | 彭淑英，繆智昕

海洋大氣環(huán)境具有高溫高濕特點，空氣中含有大量鹽霧，其組成與海水相似，且比海水含有更多的溶解氧，其中的氯離子具有較高的導(dǎo)電率，易在金屬表面形成微電池和宏電池，增加腐蝕的活性，破壞金屬表面的鈍化膜，材料的腐蝕和性能下降速率遠比在陸上大氣環(huán)境中快。海上平臺上存在大量以鋼鐵為主的金屬構(gòu)件，如主變的油箱外殼、散熱片、開關(guān)柜、控制保護屏的外殼等，鹽霧對電氣設(shè)備金屬外殼壽命的影響巨大。這是因為鹽霧具有導(dǎo)電特性，海洋大氣環(huán)境下，空氣的絕緣水平有所降低，同時鹽霧沉積在電氣設(shè)備表面，在電磁場作用下，沉積物被電離形成導(dǎo)電薄膜，降低了電氣設(shè)備的絕緣水平，因此，電氣設(shè)備的故障率會增加。

解決此類問題首先是避免電氣設(shè)備直接暴露在海洋大氣環(huán)境中，控制繼保屏、開關(guān)柜、GIS等設(shè)備均應(yīng)布置在相對封閉環(huán)境中，散熱主要是以空調(diào)為主，通風(fēng)為輔。為防止室外空氣對電氣等設(shè)備的鹽霧腐蝕，房間需維持正壓，這種給房間有組織的機械加壓送風(fēng)、自然排風(fēng)系統(tǒng)，稱為“正壓送風(fēng)系統(tǒng)”。

目前我國對于海上升壓站的正壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計缺乏深入細致的研究。海上升壓站的正壓送風(fēng)系統(tǒng)存在計算方法不夠準(zhǔn)確等問題，為解決這些問題，本文以某項目海上升壓站正壓通風(fēng)為例，對送風(fēng)量和正壓送風(fēng)系統(tǒng)壓差控制設(shè)計的計算方法進行分析探討，并給出適合的送風(fēng)量設(shè)計和壓差控制方式。

項目概況

本文選取某海上平臺升壓站項目為研究對象，該升壓站位于東海海域，平臺分為三層。底層為電纜夾層，敞開布置，不作送風(fēng)處理；二層主要為柴油發(fā)電機室、35kV配電裝置室、應(yīng)急配電屏室、站用配電屏室、GIS室、細水噴霧泵房等，設(shè)置一套正壓送風(fēng)系統(tǒng)；三層主要為繼保室、通風(fēng)機房2、通風(fēng)機房1、應(yīng)急生活間等，設(shè)置一套正壓送風(fēng)系統(tǒng)。室外海風(fēng)均經(jīng)鹽霧過濾、降溫除濕后送入各房間。各房間參數(shù)設(shè)定見表1。

送風(fēng)量設(shè)計

為滿足上述室內(nèi)正壓設(shè)計參數(shù)，需采用正確計算方法，通過計算選取適合的送風(fēng)量，使室內(nèi)保持所要求的正壓值。

通常室內(nèi)正壓值需要高于室外風(fēng)壓10Pa以上，才能保證室外腐蝕性空氣不能進入房間。該海上風(fēng)電場場址室外平均風(fēng)速為7～8m/s，室外風(fēng)壓按35～40Pa考慮。室內(nèi)壓力值過低，不能滿足安全要求；壓力值過高，又會影響門窗開啟等操作。通常正壓值控制在25～70Pa左右，一般為50Pa。有易燃易爆氣體或有危害氣體的艙室，其正壓值應(yīng)低于相鄰艙室至少5Pa。通過氣動壓力調(diào)節(jié)閥或重力平衡風(fēng)閘的控制，來維持房間正壓。房間正壓送風(fēng)量需滿足房間維持正壓所需風(fēng)量，以及滿足過渡季和冬季排除室內(nèi)余熱所需風(fēng)量。

表1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

目前計算維持正壓所需風(fēng)量最常用的方法有縫隙法、換氣次數(shù)法、消除房間余熱法。下面用這三種方法進行計算和分析，找出適合海上升壓站正壓送風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量取值。

一、縫隙法

采用縫隙法計算風(fēng)量，既考慮了房間維護結(jié)構(gòu)的氣密性，又考慮了室內(nèi)維持一定的正壓值。

根據(jù)《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》第二版，門關(guān)閉時，保持一定壓差所需的風(fēng)量：

式中，Ly為按壓差法計算的加壓風(fēng)量，m3/h；A為門縫的縫隙面積，m2；Δp為加壓區(qū)與非加壓區(qū)的壓差，Pa；b為指數(shù)，對于門縫取2；0.827為計算常數(shù)；1.25為不嚴(yán)密處附加系數(shù)。

門縫的縫隙面積按“縫長×縫寬”進行計算。而縫寬在系統(tǒng)設(shè)計時是一個不確定值，它與門的形式、加工質(zhì)量、安裝質(zhì)量、使用情況等因素有關(guān)，因此只能按一般情況估計。本次縫寬取值為2～4mm。各房間根據(jù)縫隙法計算送風(fēng)量（表2）。

表2 根據(jù)縫隙法計算送風(fēng)量Ly（m3/h)

二、換氣次數(shù)法

壓差風(fēng)量的大小與房間圍護結(jié)構(gòu)的氣密性及維持壓差值大小有關(guān)，對于相同大小的房間，由于門窗的數(shù)量及形式的不同，氣密性不同，導(dǎo)致滲漏風(fēng)量也不同，故維持同樣大小的壓差值所需風(fēng)量有所差異。因此，在選取換氣次數(shù)時，對于氣密性差的房間取上限，氣密性較好的房間取值可小一些。換氣次數(shù)法按表3計算，送風(fēng)量Lh結(jié)果如表4所示。

表3 保持室內(nèi)正壓所需換氣次數(shù)（1/h）

表4 根據(jù)換氣次數(shù)法計算送風(fēng)量Lh（m3/h）

三、排除房間余熱法

電氣設(shè)備房間發(fā)熱量是由電氣專業(yè)提供，過渡季正壓系統(tǒng)送風(fēng)排除室內(nèi)余熱，根據(jù)《海洋平臺暖通系統(tǒng)設(shè)計方法》QHS3008－2002，送風(fēng)量計算公式如下：

式中，Lq為送風(fēng)量，m3/h；Q為設(shè)備散熱量，kW；Δt為室內(nèi)外溫差，室外溫度取16℃；

根據(jù)排除房間余熱法計算送風(fēng)量（表5）。

四、三種計算方法結(jié)果分析

各房間設(shè)計風(fēng)量Ls，詳見表6。各房間正壓送風(fēng)量取值均按上述計算風(fēng)量中較大值選取，總風(fēng)量需考慮系統(tǒng)漏風(fēng)量，乘以1.05～1.1的漏風(fēng)系數(shù)?？傦L(fēng)量根據(jù)計算結(jié)果取整數(shù)，得出二層正壓送風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量為16000 m3/h，三層正壓送風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量為14000 m3/h。

從表6中計算看出：（1）對于發(fā)熱量小的房間應(yīng)采用縫隙法計算風(fēng)量，采用換氣次數(shù)法校核風(fēng)量，選取較大值確定風(fēng)量；對房間內(nèi)發(fā)熱量大的房間應(yīng)采用消除余熱法選取風(fēng)量，不需要校核，如35kV開關(guān)柜室和繼電保護室等。（2）房間的換氣次數(shù)與該房間相對外界的壓差大小是沒有關(guān)系的。空間內(nèi)的污染物質(zhì)越多、發(fā)熱量越高，需要的風(fēng)量越大。

正壓控制

本項目房間與外界的壓差是通過余壓閥控制實現(xiàn)的，安裝余壓閥，必須保證房間內(nèi)有足夠的過剩風(fēng)量，即需保證送風(fēng)量大于門縫漏風(fēng)量，因此，余壓閥的選型至關(guān)重要。

一、余壓閥選型

房間通風(fēng)方式采用機械送風(fēng)、自然排風(fēng)方式，根據(jù)《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》第二版，風(fēng)量平衡如下式計算：

式中，Ls為房間送風(fēng)量，m3/h；Lm為門縫漏風(fēng)量，m3/h；Lx為泄壓風(fēng)量，m3/h。

門縫漏風(fēng)量按下式計算：

式中，Lm為按壓差法計算的加壓風(fēng)量，m3/h；A為門縫的縫隙面積，m2；Δp為加壓區(qū)與非加壓區(qū)的壓差，Pa；b為指數(shù)，對于門縫取2；0.827為計算常數(shù)。

余壓閥泄壓面積F按下式計算：

根據(jù)上式計算各房間余壓閥泄壓面積，詳見表7。在正壓送風(fēng)系統(tǒng)中，余壓閥的面積需要精確計算得出，選型過大，就會造成浪費；選型過小，就會存在超壓風(fēng)險。

二、壓差控制方式的選擇

對于本項目，正壓送風(fēng)采用的是新風(fēng)直流系統(tǒng)，送風(fēng)風(fēng)機依據(jù)系統(tǒng)壓差變頻控制。

在每個房間外墻設(shè)置余壓控制閥。余壓控制閥相對于氣動和電動平衡風(fēng)閘、重力平衡風(fēng)閘（余壓閥）具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本低的優(yōu)點，但密閉性較差。經(jīng)綜合考慮各方的要求，房間采用了余壓閥進行正壓控制，其結(jié)構(gòu)參見圖1。P1表示大氣壓力，P2表示艙內(nèi)氣壓，調(diào)節(jié)桿與葉片有一定的夾角，可以提供必要的力矩，以避免P2稍大于P1即會打開風(fēng)閘，擋板則能保證在任何情況下，空氣都只會由艙室流向大氣，而不會出現(xiàn)向室內(nèi)倒灌的情況。

表5 根據(jù)排除房間余熱法計算送風(fēng)量Lq（m3/h)

表6 計算結(jié)果匯總

余壓控制閥初始余壓的設(shè)置：調(diào)整調(diào)節(jié)桿上螺母的位置，可以改變調(diào)節(jié)桿的重心，進而改變打開風(fēng)閘所需的壓差，達到調(diào)整安全區(qū)內(nèi)正壓的目的。重力風(fēng)閘要求單向開啟，且為可調(diào)式，即能調(diào)節(jié)進出口壓差設(shè)定值。其工作條件為25Pa時關(guān)閉，50Pa時打開。要求風(fēng)閘葉片整體隨壓差變化自動擺動靈活，在無壓差或負(fù)壓差時，又能可靠保持關(guān)閉狀態(tài)。每個葉片應(yīng)保證轉(zhuǎn)動靈活。重力風(fēng)閘做成多葉片形式，長度不超過100mm。

三、維持良好的壓差穩(wěn)定性的有效方法

海上升壓平臺的正壓送風(fēng)系統(tǒng)是個系統(tǒng)工程，正壓送風(fēng)量是確保平臺主要電氣設(shè)備壽命的基本條件，除保證各房間的送風(fēng)量合理外，還需要維持房間壓差的穩(wěn)定，避免建造完成后平臺的室內(nèi)環(huán)境條件達不到要求。需要注意以下幾點：

（1）定期更換新風(fēng)濾網(wǎng)，以減少新風(fēng)濾網(wǎng)堵塞造成的壓差降低。

（2）定期更換初效、中效過濾器，以減少送風(fēng)量的波動帶來的壓差混亂。

（3）不要頻繁地開門、關(guān)門，以免自控系統(tǒng)反復(fù)調(diào)節(jié)出現(xiàn)失靈和壓差紊亂。

（4）減少每次開、關(guān)門時間，以免出現(xiàn)風(fēng)量泄漏、壓差降低超過系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍。

（5）關(guān)門必須關(guān)嚴(yán)，否則漏風(fēng)量過大，會造成壓差混亂。

（6）使用自動門，可以設(shè)定開門時間、保持時間、關(guān)門時間，保證壓差不受到很大的波動影響。

（7）定期檢查每一扇門的密封性。

（8）定期檢查現(xiàn)場的壓差裝置及顯示數(shù)據(jù)。

（9）隨時監(jiān)控在線壓差顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，隨時了解平臺現(xiàn)場發(fā)生的狀況，并及時提醒操作人員注意壓差的穩(wěn)定保持。

表7 余壓閥泄壓面積

結(jié)論

目前，實際工程中設(shè)計人員大多是依據(jù)經(jīng)驗按換氣次數(shù)計算每個房間的風(fēng)量。為了給海上升壓平臺提供合適環(huán)境條件，本文對海上升壓站正壓送風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)量計算以及余壓閥設(shè)計進行了分析探討，得出以下結(jié)論：

（1）對海上升壓站項目，送風(fēng)量采用縫隙法計算滲透風(fēng)量，既考慮了房間維護結(jié)構(gòu)的氣密性，又考慮了室內(nèi)維持不同的壓差值。因此采用縫隙法計算比按房間的換氣次數(shù)估算法更為合理和準(zhǔn)確。

（2）電氣設(shè)備房間的送風(fēng)量除滿足房間正壓值要求外，還需滿足過渡季及冬季排除室內(nèi)余熱的要求，因此取縫隙法與消除余熱法兩種計算結(jié)果的較大值作為此房間送風(fēng)量。

（3）對于繼保室及35kV配電裝置室這類發(fā)熱量較大的房間，排除余熱所需風(fēng)量遠大于維持房間正壓所需的風(fēng)量，此類房間的送風(fēng)量可直接取其排除余熱所需風(fēng)量。

（4）對于發(fā)熱量小的房間應(yīng)采用縫隙法計算風(fēng)量、采用換氣次數(shù)法校核風(fēng)量，選取較大值確定風(fēng)量。

（5）升壓平臺的送風(fēng)量是確保平臺主要電氣設(shè)備壽命的基本條件，避免建造完成后平臺的室內(nèi)環(huán)境條件達不到要求。盡量增加房間的密閉性，就能降低未經(jīng)處理的空氣進入房間而導(dǎo)致室內(nèi)污染的風(fēng)險，應(yīng)引起設(shè)計人員的重視。

攝影：孫飛