集中空调系统在海洋固定平台模块钻机上的应用研究

罗立臣 许瑞杰 马冬辉

（天津中海油工程设计有限公司 天津300452）

引 言

目前，海洋固定平台模块钻机广泛运用交流变频驱动技术，使得用电设备质量更轻、尺寸更小、更易操作、效率更高，而为这些设备变电和配电的房间提供安全可靠的工作环境，已成为模块钻机平稳安全工作的重要保障。此外，为操作人员在其内部作业和休息的房间提供一个舒适的工作环境也至关重要，因此，能否正确设计模块钻机的房间制冷方案和空调选型是模块钻机设计的一个重要环节。

1 海洋模块钻机空调系统的分类、特点及现状

1.1 海洋模块钻机空调系统的分类

海洋模块钻机的空调系统主要分为两种：一种是集中式空调系统，另一种是分体空调系统。根据不同的冷却方式，可分为风冷空调和水冷空调［2］。由于集中空调机组散热量大，所以通常采用冷却效果较好的水冷空调机组，用海水进行冷却。分体空调由于数量较多，布置分散，冷却海水管线布置比较困难，且单台空调机组散热量小，所以一般分体空调采用风冷进行冷却。

1.2 海洋模块钻机空调系统的特点

海洋模块钻机空调系统主要为电气房间和工作间制冷，如变压器间、配电间等。由于模块钻机交流变频设备具有热负荷大、负载变化频繁等特点，所以模块钻机空调系统具有制冷量大、新风量小、风机静压大以及制冷量变化频繁等特点。

由于模块钻机房间布置比较分散，使用集中空调系统会导致通风管道布置困难,制冷量损耗大，所以目前绝大部分海洋模块钻机都采用分体空调。

2 海洋模块钻机空调系统的方案对比

2.1 项目介绍

陆丰7-2模块钻机是一台7 000 m的交流变频模块钻机，在前期设计时，根据功能划分的原则将电气间及工作间划分到同一模块，这为LF7-2模块钻机采用集中空调系统创造了条件。LF7-2模块钻机上的空调系统主要为DSM模块中层的电气间及工作间制冷，经计算空调机组总制冷量为570 kW。前期制定了两种空调选型方案：一种为选用2台制冷量为300 kW的水冷集中空调；另一种是选用38台制冷量为15 kW的风冷分体空调。

2.2 费 用

2.2.1 初始投资

陆丰7-2模块钻机选用2台制冷量为300 kW的集中空调，机组及风闸、风管等散料的价格约为220万元人民币；使用38台制冷量为15 kW的风冷分体空调，单台分体空调约为10万元人民币（咨询相同厂家），总价约为380万元。使用集中空调可以比分体空调节省约为160万元（参见图1）。

图1 集中空调、分体空调初始投资费用比较图

2.2.2 运行费用

影响运行费用的因素除维修费用外，最主要的是耗电量。两台集中空调的耗电量为2×100 kW总耗电量为200 kW；38台分体空调的耗电量为38×7.5 kW，总耗电量为285 kW。通过对比可以得出使用集中空调更加节能（参见图2）。

图2 集中空调、分体空调耗电量对比图

2.3 能效比

能效比即COP是衡量空调工作效率的重要指标。 COP值就是空调机组制冷量与空调机组用电量之比。COP值越大，说明机组效率越高，也就越省电。根据目前实施的空调行业新的国家能效标准GB 12021.3-2010 《房间空气调节器能效限定值及能效等级》 ，依据空调器能效比的大小确定，分成1、2、3三个等级，1级表示能效最高［1］。能效比为3.4以上者为1级，目前船用分体空调制冷工况的COP值在2.0左右，也就是说当COP=2.0时，即输入1 kW的电能只能产生2 kW的制冷量。

集中空调机组制冷工况的COP值在3.0以上，造成分体空调和集中空调COP值巨大差异的原因在于分体空调靠空气冷却压缩机，而夏季分体空调室外机周围的空气温度可高达40℃～45℃，且空气比热低，冷却效果较差。天气越热，制冷效率越低，耗电量越高。集中空调机组是靠海水来冷却，冷却水温度在32℃左右，且水的比热要远大于空气，冷却效果要好很多倍，而且水冷空调运行效率受天气因素影响很小。因此，与上述分体空调相比，长期运行耗电量的差异相当显著。

2.4 舒适性

首先由于受到安装位置的限制，分体空调送风的气流不能均匀的传播到室内，送风量和送风速度也有一定限制，而集中空调是通过风管将冷风引到室内各处，只要风管布置合理，室内的温度就会均匀分布［5］。因此，采用集中空调从设计上保证了温度的均匀分布，舒适感大大提高。

其次集中空调和分体空调的送风温度也有很大差别。分体空调的送风温度较低，而集中空调的送风温度则比较接近人体易于接受的温度，使人在靠近风口的部位也不会感到不适。

最后是噪声问题。 几十台分体空调室外机同时在平台上工作，产生的噪声会相当高，特别是当噪声叠加的时候，整个噪声的频率会发生改变，令人更加感到不适。 而集中空调的噪声主要集中在空调设备布置区域，不会对空调房间内的人产生大的影响。［4］

2.5 占地面积

集中空调占地面积比较集中，只是需要在室外有一块放置设备的空地，对室内空间没有要求；分体空调布置比较分散，一般空调室外机放在空调房间的附近，而室内也需要空间布置空调室内机。模块钻机的电气间的设备热负荷较大（如主配电间、变压器间等），分体空调的室内机尺寸会较大，影响电气间设备摆放的同时也会造成温度分布不均影响制冷效果。

2.6 方案对比

通过两种方案的对比，集中空调以其费用低廉、工作效率高、舒适性强、占地面积小等优点成为LF7-2模块钻机的制冷设备。最终LF7-2模块钻机选用2台制冷量为300 kW，风量为47 500 m3/h的水冷集中空调。

表1 方案对比结果

3 结 论

通常模块钻机采用分体空调制冷，但是由于集中空调具有节能、舒适、可靠、运行成本低等优点，越来越多的分体空调被集中空调取代［3］。现结合LF7-2模块钻机项目集中空调的应用，对集中空调在模块钻机上的应用进行研究。

目前在模块钻机上使用集中空调还存在一些难点。首先由于海洋钻机模块空间较小，管线和电缆桥架较多，导致集中空调系统的风管布置比较困难；其次由于风管布置复杂增加日后改造和维修的难度等。这些难点需要在设计前期统筹考虑，通过前期合理的设计和完善布局来克服这些难点。综合考虑各方面的因素，集中空调系统将以其节能、舒适、可靠、运行成本低等优点，越来越多地被运用于海洋模块钻机中。

［1］ GB 12021.3-2010.房间空气调节器能效限定值及能效等级［S］.北京：中国标准出版社，2010.

［2］ 海洋石油工程设计指南编委会海洋石油工程机械与设备设计指南第二册［M］.北京：石油工业出版社2007.6.

［3］ 中国海洋石油总公司Q-HS 3008-2002海洋平台暖通空调系统设计方法［S］.2003.1.29.

［4］ 陆耀庆，实用供热空调设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1993.

［5］ 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册（轮机分册）［M］.北京：国防工业出版社，1999.10.