浅谈风力发电海上升压站正压送风系统设计方法

文 | 彭淑英，缪智昕

海洋大气环境具有高温高湿特点，空气中含有大量盐雾，其组成与海水相似，且比海水含有更多的溶解氧，其中的氯离子具有较高的导电率，易在金属表面形成微电池和宏电池，增加腐蚀的活性，破坏金属表面的钝化膜，材料的腐蚀和性能下降速率远比在陆上大气环境中快。海上平台上存在大量以钢铁为主的金属构件，如主变的油箱外壳、散热片、开关柜、控制保护屏的外壳等，盐雾对电气设备金属外壳寿命的影响巨大。这是因为盐雾具有导电特性，海洋大气环境下，空气的绝缘水平有所降低，同时盐雾沉积在电气设备表面，在电磁场作用下，沉积物被电离形成导电薄膜，降低了电气设备的绝缘水平，因此，电气设备的故障率会增加。

解决此类问题首先是避免电气设备直接暴露在海洋大气环境中，控制继保屏、开关柜、GIS等设备均应布置在相对封闭环境中，散热主要是以空调为主，通风为辅。为防止室外空气对电气等设备的盐雾腐蚀，房间需维持正压，这种给房间有组织的机械加压送风、自然排风系统，称为“正压送风系统”。

目前我国对于海上升压站的正压送风系统设计缺乏深入细致的研究。海上升压站的正压送风系统存在计算方法不够准确等问题，为解决这些问题，本文以某项目海上升压站正压通风为例，对送风量和正压送风系统压差控制设计的计算方法进行分析探讨，并给出适合的送风量设计和压差控制方式。

项目概况

本文选取某海上平台升压站项目为研究对象，该升压站位于东海海域，平台分为三层。底层为电缆夹层，敞开布置，不作送风处理；二层主要为柴油发电机室、35kV配电装置室、应急配电屏室、站用配电屏室、GIS室、细水喷雾泵房等，设置一套正压送风系统；三层主要为继保室、通风机房2、通风机房1、应急生活间等，设置一套正压送风系统。室外海风均经盐雾过滤、降温除湿后送入各房间。各房间参数设定见表1。

送风量设计

为满足上述室内正压设计参数，需采用正确计算方法，通过计算选取适合的送风量，使室内保持所要求的正压值。

通常室内正压值需要高于室外风压10Pa以上，才能保证室外腐蚀性空气不能进入房间。该海上风电场场址室外平均风速为7～8m/s，室外风压按35～40Pa考虑。室内压力值过低，不能满足安全要求；压力值过高，又会影响门窗开启等操作。通常正压值控制在25～70Pa左右，一般为50Pa。有易燃易爆气体或有危害气体的舱室，其正压值应低于相邻舱室至少5Pa。通过气动压力调节阀或重力平衡风闸的控制，来维持房间正压。房间正压送风量需满足房间维持正压所需风量，以及满足过渡季和冬季排除室内余热所需风量。

表1 室内设计参数

目前计算维持正压所需风量最常用的方法有缝隙法、换气次数法、消除房间余热法。下面用这三种方法进行计算和分析，找出适合海上升压站正压送风系统的风量取值。

一、缝隙法

采用缝隙法计算风量，既考虑了房间维护结构的气密性，又考虑了室内维持一定的正压值。

根据《实用供热空调设计手册》第二版，门关闭时，保持一定压差所需的风量：

式中，Ly为按压差法计算的加压风量，m3/h；A为门缝的缝隙面积，m2；Δp为加压区与非加压区的压差，Pa；b为指数，对于门缝取2；0.827为计算常数；1.25为不严密处附加系数。

门缝的缝隙面积按“缝长×缝宽”进行计算。而缝宽在系统设计时是一个不确定值，它与门的形式、加工质量、安装质量、使用情况等因素有关，因此只能按一般情况估计。本次缝宽取值为2～4mm。各房间根据缝隙法计算送风量（表2）。

表2 根据缝隙法计算送风量Ly（m3/h)

二、换气次数法

压差风量的大小与房间围护结构的气密性及维持压差值大小有关，对于相同大小的房间，由于门窗的数量及形式的不同，气密性不同，导致渗漏风量也不同，故维持同样大小的压差值所需风量有所差异。因此，在选取换气次数时，对于气密性差的房间取上限，气密性较好的房间取值可小一些。换气次数法按表3计算，送风量Lh结果如表4所示。

表3 保持室内正压所需换气次数（1/h）

表4 根据换气次数法计算送风量Lh（m3/h）

三、排除房间余热法

电气设备房间发热量是由电气专业提供，过渡季正压系统送风排除室内余热，根据《海洋平台暖通系统设计方法》QHS3008－2002，送风量计算公式如下：

式中，Lq为送风量，m3/h；Q为设备散热量，kW；Δt为室内外温差，室外温度取16℃；

根据排除房间余热法计算送风量（表5）。

四、三种计算方法结果分析

各房间设计风量Ls，详见表6。各房间正压送风量取值均按上述计算风量中较大值选取，总风量需考虑系统漏风量，乘以1.05～1.1的漏风系数。总风量根据计算结果取整数，得出二层正压送风系统总风量为16000 m3/h，三层正压送风系统总风量为14000 m3/h。

从表6中计算看出：（1）对于发热量小的房间应采用缝隙法计算风量，采用换气次数法校核风量，选取较大值确定风量；对房间内发热量大的房间应采用消除余热法选取风量，不需要校核，如35kV开关柜室和继电保护室等。（2）房间的换气次数与该房间相对外界的压差大小是没有关系的。空间内的污染物质越多、发热量越高，需要的风量越大。

正压控制

本项目房间与外界的压差是通过余压阀控制实现的，安装余压阀，必须保证房间内有足够的过剩风量，即需保证送风量大于门缝漏风量，因此，余压阀的选型至关重要。

一、余压阀选型

房间通风方式采用机械送风、自然排风方式，根据《实用供热空调设计手册》第二版，风量平衡如下式计算：

式中，Ls为房间送风量，m3/h；Lm为门缝漏风量，m3/h；Lx为泄压风量，m3/h。

门缝漏风量按下式计算：

式中，Lm为按压差法计算的加压风量，m3/h；A为门缝的缝隙面积，m2；Δp为加压区与非加压区的压差，Pa；b为指数，对于门缝取2；0.827为计算常数。

余压阀泄压面积F按下式计算：

根据上式计算各房间余压阀泄压面积，详见表7。在正压送风系统中，余压阀的面积需要精确计算得出，选型过大，就会造成浪费；选型过小，就会存在超压风险。

二、压差控制方式的选择

对于本项目，正压送风采用的是新风直流系统，送风风机依据系统压差变频控制。

在每个房间外墙设置余压控制阀。余压控制阀相对于气动和电动平衡风闸、重力平衡风闸（余压阀）具有结构简单，安装方便，成本低的优点，但密闭性较差。经综合考虑各方的要求，房间采用了余压阀进行正压控制，其结构参见图1。P1表示大气压力，P2表示舱内气压，调节杆与叶片有一定的夹角，可以提供必要的力矩，以避免P2稍大于P1即会打开风闸，挡板则能保证在任何情况下，空气都只会由舱室流向大气，而不会出现向室内倒灌的情况。

表5 根据排除房间余热法计算送风量Lq（m3/h)

表6 计算结果汇总

余压控制阀初始余压的设置：调整调节杆上螺母的位置，可以改变调节杆的重心，进而改变打开风闸所需的压差，达到调整安全区内正压的目的。重力风闸要求单向开启，且为可调式，即能调节进出口压差设定值。其工作条件为25Pa时关闭，50Pa时打开。要求风闸叶片整体随压差变化自动摆动灵活，在无压差或负压差时，又能可靠保持关闭状态。每个叶片应保证转动灵活。重力风闸做成多叶片形式，长度不超过100mm。

三、维持良好的压差稳定性的有效方法

海上升压平台的正压送风系统是个系统工程，正压送风量是确保平台主要电气设备寿命的基本条件，除保证各房间的送风量合理外，还需要维持房间压差的稳定，避免建造完成后平台的室内环境条件达不到要求。需要注意以下几点：

（1）定期更换新风滤网，以减少新风滤网堵塞造成的压差降低。

（2）定期更换初效、中效过滤器，以减少送风量的波动带来的压差混乱。

（3）不要频繁地开门、关门，以免自控系统反复调节出现失灵和压差紊乱。

（4）减少每次开、关门时间，以免出现风量泄漏、压差降低超过系统的调节范围。

（5）关门必须关严，否则漏风量过大，会造成压差混乱。

（6）使用自动门，可以设定开门时间、保持时间、关门时间，保证压差不受到很大的波动影响。

（7）定期检查每一扇门的密封性。

（8）定期检查现场的压差装置及显示数据。

（9）随时监控在线压差显示系统的数据，随时了解平台现场发生的状况，并及时提醒操作人员注意压差的稳定保持。

表7 余压阀泄压面积

结论

目前，实际工程中设计人员大多是依据经验按换气次数计算每个房间的风量。为了给海上升压平台提供合适环境条件，本文对海上升压站正压送风系统的送风量计算以及余压阀设计进行了分析探讨，得出以下结论：

（1）对海上升压站项目，送风量采用缝隙法计算渗透风量，既考虑了房间维护结构的气密性，又考虑了室内维持不同的压差值。因此采用缝隙法计算比按房间的换气次数估算法更为合理和准确。

（2）电气设备房间的送风量除满足房间正压值要求外，还需满足过渡季及冬季排除室内余热的要求，因此取缝隙法与消除余热法两种计算结果的较大值作为此房间送风量。

（3）对于继保室及35kV配电装置室这类发热量较大的房间，排除余热所需风量远大于维持房间正压所需的风量，此类房间的送风量可直接取其排除余热所需风量。

（4）对于发热量小的房间应采用缝隙法计算风量、采用换气次数法校核风量，选取较大值确定风量。

（5）升压平台的送风量是确保平台主要电气设备寿命的基本条件，避免建造完成后平台的室内环境条件达不到要求。尽量增加房间的密闭性，就能降低未经处理的空气进入房间而导致室内污染的风险，应引起设计人员的重视。

摄影：孙飞