海上平台中央空调冷凝器穿孔研究

谢永艺

摘要：海上平台中央空调冷凝器穿孔现象时有发生，对海上平台设备的正常运行造成一定影响。本文将围绕海上平台中央空调冷凝器穿孔问题进行阐述，详细分析产生穿孔问题原因，结合冷凝器运行的实际情况提出有效解决方案，旨在为日后研究工作的顺利进行奠定基础。

关键词：海上平台;中央空调;冷凝器穿孔;换热管材

前言：海上平台中央空调冷凝器换热管穿孔将会影响中央空调系统的平稳运行，在对冷凝器穿孔产生的原因进行分析的过程中，需要从换热管材、换热管壁厚以及高速海水冲刷等几个方面进行分析，以此保证海上平台配电间与中控设备的顺利运行，使之适应海上平台中央空调系统运行的实际需要。

1.海上平台中央空调冷凝器穿孔问题

海上平台中央空调是固定平台上生产、生活的关键，改善了人们的工作以及生活环境，建立局部气候的调节体系，在了解相关建筑物之间的温度与湿度的过程中主要是通过制冷体系来实现的。海上固定平台环境较为恶劣，会受到高温、潮湿、盐分等因素的影响，一定程度上增加了中央空调系统出现故障的概率。

以某海上平台中央空调系统为例进行分析，为了满足平台生活楼、组块区域工作及生活环境的实际需要，主要采用冷媒水冷却方式，包括三套冷水机组，为3×50%，每套机组冷量为整个系统制冷量的50%，1套定压补水装置，包括7套中央空调装置，其中生活楼AHU1三套3×50%、组块AHU2二台2×100%、AHU3二台2×100%。操作人员在巡检的过程中发现冷水机组CLS-600机组在运行的过程中主要呈现出以下问题：第一，A机、B机出现海水壳管式冷凝器内漏，海水进入机组氟路系统，导致机组主要部件压缩机、干燥过滤器以及传感器出现损坏问题，对机组的正常运转造成影响。第二，是在夏季工况时，各控制箱运行温度高，电气元器件容易发热损坏。

2.海上平台中央空调冷凝器穿孔问题产生的原因

2.1换热管材分析

对海上平台中央空调冷凝器穿孔问题产生的原因进行分析，首先从换热管材角度进行研究，当前冷凝器换热管材的材质具有较强的可靠性，主要成分为白铜。在对白铜的成分进行检验的过程中，与标准进行比较，当发现二者之间处于不一致的状态时，该冷凝器换热器在长期运行的状态将会产生腐蚀，增加了穿孔发生的概率。在对冷凝器换热管材质进行检验的过程中，要对其进行能谱分析，在此环节中借助扫描电镜以及能谱仪进行操作，对样品中合金元素Ni+Co、Fe、Mn、等元素进行检查，并与规定的标准数值进行比较。

2.2换热管壁厚分析

在对换热器臂厚进行分析的过程中，注重收集招标文件，要求冷凝器换热铜管材质为B30，壁厚至少为2mm，而此时的冷凝器换热铜管实际壁厚小于招标文件的厚度，空调厂家送审文件外形图以及换热管壁厚计算书中均明确冷凝器换热铜管壁厚为2mm，但是空调厂家实际采购的冷凝器图纸中明确标注铜管壁厚为1.5mm，与招标文件及送审文件不符，一定程度上增加了冷凝器换热管穿孔问题的发生概率。

2.3高速海水冲刷分析

2.3.1高速海水冲刷现场调研

海上平台中央空调冷凝器穿孔问题的产生与高速海水冲刷有关，此时及时获取中央空调厂家分析的报告，专业人员到现场进行实际的勘察，对冷水机组海水实际进出口温差进行测量，其中进出口温差约为1℃，此时的双系统均为100%满负荷，对实际流量进行测试，为660m3/h，并与设计流量进行对比，其中设计流量为165m3/h，可以发现实际的流量以及超过了设计的流量。在对冷却水流量进行计算的过程中，需要对冷却水的进出水温差、水的比热容、机组冷凝负荷进行确认，将其分别设定为、、，并按照计算Qm=Q×3.6//⊿t=770kW×3.6/4.2kJ/kg·℃/1℃·3.6=660m3/h，以此得出实际的流量值。

对中央空调厂家分析报告进行分析，其中海水冷凝器中共包含两个流程，整合单个流程的管数，分别为152根、154根，規格为B30外螺纹高效换热管，对该换热管的参数进行整合，其中换热管的面积与内径进行掌握，分别为15.88×2.0mm、11.88mm。在计算单流程截面面积的过程中，将公式S=πr2应用其中，将数值带入可得S=3.14159×（0.01188÷2）2×152=0.01685m2。在计算实际管内海水流速的过程中，借助公式进行计算，将数值带入其中，得出v=10.88m/s，而船舶设计手册中所规定的管内流速在1.5m/s～2.5m/s，可以总结出，冷水机组海水冷凝器腐蚀穿孔问题主要是由于换热管内海水流速超过最大允许流速，导致管壁长期被冲刷而腐蚀穿孔内漏。

2.3.2现场调研分析

在对海上平台中央空调制冷剂冷却系统进行分析的过程中可以发现主要以开式海水冷却的形式存在，需要对海水进行加压处理，在此环节中主要是借助海水提升泵来实现，并与海水过滤器进行有效的连接，将海水中存在的悬浮杂质清除掉，对经过处理过后的海水流向冷凝器的过程进行监测，主要是通过并联管线完成的，并联管线的材质为玻璃钢。此时关注冷凝器中低温海水与高温制冷剂气体之间的状态，保证二者实现热交换，此时经过热交换的海水主要为高温海水，并将其排放到海水中，此时的高温制冷剂气体在冷凝的作用下转变为常温液体，针对在实际设计过程中存在的海水流量超设计的原因进行分析，注重整合海水系统，在对海水滤器下游用户进行调查的过程中可以发现主要以并联布置为主[1]。

2.3.3海水流量超设计的原因

针对海水流量超设计的现象，需要对下游用户的并联管路进行了解。在此环节中注重整合主管的质量流量以及各分支管路的质量流量情况，可以发现前者为后者的之和。对分支管路的阻力进行测量，发现呈现出一致性。其中影响各分支管路的阻力因素较多，要充分结合管道长度以及直径、流体流速等参数信息，在对冷水机组与提升海水泵的位置进行确认时，高度在整个海上平台的最下层甲板上，此时的冷水机组与排海管线处于连接的状态，经过换热处理后的海水直接流入到排海管线当中。海水入口管线和出口管线长度较短，此时对海水的余压进行分析，主要消耗在入口青铜截止阀上，该青铜阀始终处于运行的状态，将会出现冷水机组海水流量存在超过设计的现象。为此，要在日常维护的过程中对中央空调入口青铜截止阀记性及时的调节，可以有效的降低入口海水压力，保证海上平台中央空调系统的平稳运行。

3.海上平台中央空调冷凝器穿孔解决对策

3.1换热管维修

在处理海上平台中央空调冷凝器穿孔问题的过程中，需要注重做好换热管的维修工作，维修技术人员需要及时做好现场的勘察工作，在对出现穿孔的换热器进行确认的过程中，主要是通过内窥镜来实现的，为了保证冷凝器处于正常运行的状态，需要借助氮气进行保压测试，将其控制在1.5MPA，借助该方式可以全方位的对换热器存在穿孔问题进行准确定位。为此，需要对存在穿孔的换热器进行及时的处理，对换热器的规格进行确认，选择与之相同的换热管，并安装在原管板上，主要以胀接为主。在换热器管程处理的过程中，将与海盐都相同的盐水准备好，对其进行浸泡处理，并设定好浸泡的时间，一般2天为最佳，此时关注管程与管壳的状态，进行保压试验，控制好保压试验的压力，要将前者控制在1.38MPA，后者控制在2.76MPA，并安排专业人员对保压试验的全过程进行实时的监测，及时发现在试验过程中存在的漏洞，检验合格后方可使用，将其安装至中央空调的内部。同时，还可以在中央空调系统中增加制冷剂压力监控报警功能，借助空调PLC实现数据之间的传输，将数据传输端程序进行修改，将对应寄存器数据更改为1#机组制冷剂高压值和2#机组制冷剂高压值，修改画面，将中控画面对应的描述一并修改，并增加报警描述，在压力降低至4bar以下后，中控便产生报警，此时及时采取措施泄放隔离海水[2]。

3.2海水流量控制

解决好海上平台中央空调冷凝器穿孔问题，需要对海水流量进行控制，从源头上进行解决。在此环节中，关注海水冷凝器出口以及入口的截止阀，并降低调节的工作量，借助节流孔板的作用，将其安装在海水进出口管线上，使得进入冷凝器的海水的量符合系统需要。对冷水机组海水管线的材质进行了解，主要为玻璃钢材质，其中管线法兰标准ASME B16.5，管线磅级、管线公称直径分别为150Lb、6mm。对节流孔板的位置进行准确的定位，通常将其保持为海水入口立管的状态，注重整合上述基础数据，做好节流孔板的选型以及材质检查工作，前者主要为单级，后者為520型，将节流孔板准确的夹在法兰之间，此时对技术人员的专业化水平要求较高，要结合操维空间的实际情况进行分析，随即加装阀门、节流孔板、管线切割、焊接、支架制作、油漆恢复等程序，针对在调整过程中存在不足之处进行及时的整改，在对加装节流孔板后的海水压力进行测试时，可以发现海水的压力被控制在2bar，流量也呈现出明显下降的趋势，降低至160m3/h左右。为此，综合分析，对中央空调冷却海水进出口管线进行加装阀门、节流孔板可解决海水压力、流量过大的问题，保证海上中央空调系统的平稳运行。

结论：解决好海上平台中央空调冷凝器穿孔问题的方案具有多样性，在此环节中要充分结合海上平台中央空调运行的实际情况，注重做好换热管的维修以及海水流量的控制。在此环节中要求相关的维修人员注重提升自身的专业水平，及时发现冷凝器穿孔问题，以此保证海上平台中央空调系统的平稳运行。

参考文献：

[1]张勇青，魏占彪，邓婷，等.海上平台中央空调冷凝器穿孔分析与对策探讨[J].中国修船，2018，31（06）：49-51.

[2]郭勇.中央空调风量平衡在海洋石油平台中的应用[J].石油和化工设备，2018，21（03）：44-46.