周 琦

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 200032）

0 前言

隨著國家能源需求的不斷增長，以及南海深水區(qū)域石油的開采開發(fā)，用于海上石油開采的平臺和其他輔助船舶的設(shè)計(jì)建造也會日益增多。由于石油平臺以及深海區(qū)域的工程船舶上船員和專業(yè)施工人員眾多，設(shè)計(jì)人員有必要掌握這類船舶的空調(diào)通風(fēng)的設(shè)計(jì)理念，為海上工作人員提供良好的生活環(huán)境。

本文介紹了中國海洋石油總公司3000 m水深石油開采項(xiàng)目中深水鋪管船的空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 船舶概況

深水鋪管船是具有三級動力定位能力的雙層甲板鋪管船，能夠在水深達(dá)3000 m時(shí)敷設(shè)管線，船上共有389個(gè)船員和作業(yè)人員。該船的空調(diào)主要服務(wù)的場所為駕駛甲板 （包括3個(gè)駕駛控制室）、4層甲板（B、C、D、E）人員居住艙室、A 甲板首部的餐飲和更衣區(qū)域、平臺甲板的首部娛樂區(qū)域等，以及眾多的辦公室、控制室和變頻變壓器間等有溫度要求的設(shè)備艙室。

2 方案確定

GUSTO的一輪設(shè)計(jì)對于中央空調(diào)系統(tǒng)只有簡單的設(shè)計(jì)要求的描述，設(shè)備清單中沒有空調(diào)設(shè)備配置情況，按照國外慣例，中央空調(diào)系統(tǒng)由專業(yè)空調(diào)廠商設(shè)計(jì)。在這種情況下，我們主要做了如下工作：

1）與船東確定全船空調(diào)的型式。人員較多的船舶居住活動區(qū)域的中央空調(diào)一般采用冷水機(jī)組＋中央熱交換機(jī)組＋風(fēng)機(jī)盤管的型式比較合適。一輪設(shè)計(jì)采用的是直接蒸發(fā)集中送風(fēng)的中央空調(diào)型式，經(jīng)與船東溝通后，決定居住區(qū)域的空調(diào)主要采用冷水機(jī)組＋熱交換器型式。由于該船是大型工程船舶，有7個(gè)推進(jìn)器和大型焊接鋪管區(qū)域，因此有很多變頻器間和控制室，這些艙室使用工況、使用時(shí)間和新風(fēng)比等要素都與居住區(qū)域不同，對空調(diào)的要求也不同，所以我們決定采用水冷的立柜式空調(diào)。全船空調(diào)的冷卻水為中央冷卻淡水。

2）與船東確定空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)：原規(guī)格書要求中央空調(diào)環(huán)境溫度為45℃（濕度70%），同時(shí)新風(fēng)比為50%。我們以往設(shè)計(jì)采用的環(huán)境溫度為35℃（濕度70%），如果根據(jù)規(guī)格書的參數(shù)，按照焓值差估算會比35℃（濕度70%時(shí)）的制冷量增加約80%。同時(shí)，我們查找了相關(guān)資料，在海上出現(xiàn)環(huán)境溫度為45℃的現(xiàn)象很少，在中東等地方的港口如果出現(xiàn)了40℃以上高溫時(shí)，其相對濕度只有50%，而這樣其焓值會比濕度70%時(shí)小很多。同時(shí)新風(fēng)比50%（就一般艙室而言）也遠(yuǎn)高于ISO 7547每人28.8 m3/h的要求，若2個(gè)要求都取最高值，設(shè)備的配置會很浪費(fèi)，而且相應(yīng)冷卻水的配置、鍋爐的配置都要提高，不是很合理。確定中央空調(diào)以環(huán)境溫度為40℃（濕度70%）、新風(fēng)比為50%的參數(shù)設(shè)計(jì)，若出現(xiàn)環(huán)境溫度為45℃的情況，可適當(dāng)降低新風(fēng)比，以確保艙室溫度達(dá)到使用要求。

3）在完成以上工作后，我們著手進(jìn)行居住區(qū)域空調(diào)冷量的估算，以確定冷水機(jī)組的總制冷量、每層甲板或某個(gè)區(qū)域（如廚房、餐廳等）各自所需的冷量，然后依據(jù)這些數(shù)據(jù)構(gòu)建中央空調(diào)基本的框架，即幾套冷水機(jī)組（設(shè)置了3套負(fù)荷為總量50%的機(jī)組）、幾臺中央熱交換器、哪些區(qū)域采用風(fēng)機(jī)盤管等。

4）由于一輪設(shè)計(jì)的總布置圖設(shè)計(jì)了左右2個(gè)很大的空調(diào)機(jī)室和很大的送風(fēng)管弄，與我們確定的冷水機(jī)組型式不匹配，于是就開始與總體設(shè)計(jì)師協(xié)調(diào)，取消原來的空調(diào)機(jī)室和管弄，在相應(yīng)的一些甲板增設(shè)若干間空調(diào)機(jī)室，用于布置間接式空調(diào)器，冷水機(jī)組則放在平臺甲板區(qū)域。

完成上述工作后，開始編制詳細(xì)設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)規(guī)格書。依據(jù)該規(guī)格書，我們與專業(yè)空調(diào)廠商就該船的空調(diào)系統(tǒng)具體方案進(jìn)行協(xié)調(diào)，結(jié)合該船的布置情況確認(rèn)各個(gè)艙室空調(diào)型式，基本如下：

a）居住艙室和普通辦公室：

中央熱交換器集中送風(fēng)（50%新風(fēng)）。

b）駕駛室、DP控制室和會議室：

中央熱交換器集中送滿足標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)＋風(fēng)機(jī)盤管＋風(fēng)冷立柜式空調(diào)。這樣設(shè)計(jì)，送風(fēng)管尺寸較小，同時(shí)駕駛室是對外界溫度最敏感的場所，若碰到最惡劣的情況則再用立柜式空調(diào)來滿足使用要求。

c）大、小餐廳：

單獨(dú)的中央熱交換器集中送風(fēng)（50%新風(fēng)）＋風(fēng)機(jī)盤管。這樣設(shè)計(jì)，使餐廳也可回風(fēng)，節(jié)約能量。風(fēng)機(jī)盤管可根據(jù)餐廳人員的多少選擇開關(guān)。

d）廚房：

單獨(dú)全新風(fēng)熱交換器集中送風(fēng)。

e）平臺甲板的娛樂場所（電影廳、健身房等）：

全新風(fēng)熱交換器集中送新風(fēng)＋風(fēng)機(jī)盤管。

在確定了全部艙室的配置后，由空調(diào)廠商對各個(gè)分區(qū)進(jìn)行暖通負(fù)荷的計(jì)算。在確定冷水機(jī)組冷量時(shí)，我們將各個(gè)分區(qū)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果疊加后乘以一個(gè)同時(shí)使用系數(shù)，并考慮了一定備用能力，最終確定了中央空調(diào)的總量。

總之，根據(jù)各類艙室的使用工況，并結(jié)合冷水機(jī)組配置的靈活性，以節(jié)約能源為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行配置，可以使中央空調(diào)系統(tǒng)既完全滿足各艙室要求，又具備了經(jīng)濟(jì)、合理的總負(fù)荷量。

3 系統(tǒng)配置

最終該船空調(diào)系統(tǒng)的配置情況如下：

1）首部居住區(qū)域：總制冷量為2350 kW，設(shè)置3套進(jìn)口船用半封閉螺桿式冷水機(jī)組，每套機(jī)組制冷量 1178 kW （備用 1套），制冷劑采用 134 a。 配置 3臺冷媒水泵（3×50%，備用 1臺），每臺排量220 m3/h，將冷媒水送至各中央熱交換空調(diào)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管。冷媒水的供/回水溫度為6℃/11℃?？照{(diào)系統(tǒng)的熱源為90℃的熱水，通過2臺（1臺備用）板式熱交換器與冷媒水進(jìn)行熱交換，將冷媒水加熱至60℃，然后送至各中央熱交換空調(diào)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管。

考慮到空調(diào)區(qū)域劃分的合理性，將整個(gè)空調(diào)區(qū)域按各層甲板以及艙室性質(zhì)進(jìn)行劃分，設(shè)置若干臺中央熱交換空調(diào)機(jī)組及若干風(fēng)機(jī)盤管，中央熱交換空調(diào)機(jī)組數(shù)據(jù)見表1。

同時(shí)，分別在駕駛室、DP控制室、餐廳、平臺甲板娛樂艙室、其他首部區(qū)域的辦公室等根據(jù)各自艙室的負(fù)荷配置了不同冷量和數(shù)量的風(fēng)機(jī)盤管，共52臺。

以上這些設(shè)備都由一套冷媒水管系為其提供冷媒水，由于這些熱交換器分布在不同甲板，其中最大的高度差大于35 m，所以，為了確保每個(gè)熱交換器都能正常工作，我們在每個(gè)中央熱交換空調(diào)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管的冷媒水回水管路上設(shè)置了三通流量控制閥，它的作用是根據(jù)回風(fēng)溫度確定其閥門開度大小，控制冷媒水量。同時(shí)，在管路設(shè)計(jì)時(shí)，中央熱交換空調(diào)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管分2個(gè)管路供水，再將風(fēng)機(jī)盤管按區(qū)域設(shè)置為若干供水支管，并將大支管設(shè)計(jì)成環(huán)路型式，在這些支管以及中央熱交換空調(diào)機(jī)組的供水管上設(shè)置水平衡閥和壓差控制器。這樣整個(gè)較為龐大的冷媒水管系就能基本確保每個(gè)末端用戶都能得到足夠的冷媒水。

表1 中央熱交換空調(diào)機(jī)組數(shù)據(jù)表

2）在其他工作艙室、配電板間、集控室以及變頻器間等艙室設(shè)置相應(yīng)的立柜式空調(diào)機(jī)，其中尤其是一些風(fēng)冷的變頻器間，根據(jù)變頻器廠家提出的要求，我們都根據(jù)計(jì)算為其配備了足夠制冷量的水冷立柜式空調(diào)器（共42臺）。

4 結(jié)語

3000 m深水鋪管船將是世界最大的鋪管起重船之一，也是目前此類船舶中可搭乘船員最多的一型。這類船舶的暖通多采用冷水機(jī)組、中央熱交換機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管的型式。設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足使用要求的前提下，需要注意住艙、公共場所以及工作艙室（駕駛室等）靈活合理配置，確定經(jīng)濟(jì)合適的機(jī)組容量，使全船空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和舒適性得以優(yōu)化。