海洋石油161中央空调控制回路改造

王鹏,曲双杰,李丙焱,王昊,郑庆军

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司 天津作业公司,天津 300452)

海洋石油161生活楼设有2台中央空调机组，型号为CZFK-200，压缩机型号为BITZER，使用的冷冻油为BSE170，集制冷、加热、通风于一体，能调节生活楼内空气新鲜度、温度以及湿度，使在平台上工作的人员能有一个相对舒适的生活环境。2台空调1用1备，分别具有独立的电气控制箱，通过手动切换实现互为备用。夏季工况下机组切换后，为保护压缩机不受损伤，需要等待8 h才能启动制冷模式。在等待期间，生活楼内温度及湿度无法得到有效控制，墙壁、地面、设备表面结露严重，对人员及设备安全有严重影响。因此，需要在不改变主、备机主回路电气互锁的前提下，对中央空调控制回路进行改造，使主、备的压缩机冷冻机油加热器处于可同时加热状态，从而实现夏季工况下机组切换后能立即启动空调压缩机，实现快速制冷，保障生活楼内的人员及设备始终处于良好环境中。

1 现有问题分析

1.1 中央空调夏季工况的运行原理

中央空调在夏季工况下工作于制冷模式。低压蒸汽制冷剂由压缩机吸入，经过压缩机压缩成高温高压气体，然后排入冷凝器内，在冷凝器中被冷凝成高温高压液体，再到膨胀阀节流成低温低压的液体后进入蒸发器，在蒸发器内吸收流过蒸发器的空气热量，蒸发成低温低压的汽体，再被压缩机吸入进入循环。室外的新风和来自生活楼的回风在新回风混合箱内混合后，经过空气过滤器过滤，再经过蒸发器，在蒸发器处降温、冷凝，析出空气中的水分后到达送风静压箱，被离心送风机增压后通过风管送至各个房间，空气循环原理可见图1。如此，源源不断地向生活楼内输送低温、干燥的冷却空气，保持生活楼内温湿度适宜，空气清新，给平台人员营造适宜的工作、生活环境。

图1 夏季工况下中央空调空气循环示意

1.2 中央空调夏季工况的运行特点

2台中央空调1用1备，分别具有独立的电控箱、主回路和控制回路，可以通过手动切换实现互为备用。且在电路上存在互锁关系，即当选择开关“SA”选择A机组时，B机组的欠压线圈处于失电状态，B机组的主电源开关是无法完成合闸的；当选择开关“SA”选择B机组时，A机组的欠压线圈处于失电状态，A机组的主电源开关是无法完成合闸的。中央空调A、B机组主回路电路图及机组选择控制原理见图2、3。

图2 中央空调A、B机组主回路电路

图3 中央空调A、B机组选择控制原理示意

只有在机组切换完成后，冷冻机油的加热器才能投入使用。在机组启动制冷模式前，必须保证压缩机冷冻机油加热8 h以上。冷冻机油的作用是对压缩机的轴承进行润滑，减少摩擦力，同时将摩擦产生的热量带走，冷却轴承。冷冻机油的油温过低，会使油的黏度增加，从而使油膜润滑摩擦力增大，轴承耗功率增加。此外，还会使油膜变厚，造成因油膜振动引起压缩机振动。因此，必须保证压缩机冷冻机油的油温在合适的范围内。

改造前中央空调冷冻机油加热器控制原理见图4。

图4 中央空调冷冻机油加热器控制原理示意

1.3 夏季工况下切换空调的影响

夏季海上平台室外温度高，湿度大，中央空调压缩机未运行时，离心送风机把室外湿热的空气带进生活楼内，会对人员、设备造成不同程度的影响。

1)对人员的影响。高温会影响白班人员在室内的工作和夜班人员正常的休息；室外的湿气被带入各个房间，造成人员的床铺、被褥被浸湿，易导致床铺、被褥发霉，滋生细菌，影响人员的健康状态；大量的湿气也会使室内地板变得潮湿，加大了人员滑倒摔伤的风险。

2)对设备的影响。生活楼内有UPS系统，火气系统，中控系统，通讯系统等设备，对环境的温、湿度要求高。一旦生活内的温度变高、湿度变大，不仅影响设备的性能和稳定运行，也会缩短设备使用寿命。

2 改进方案

2.1 方案比对

为了不影响生活楼内人员的正常办公、作息，以及厨房人员的工作，在一组中央空调出现故障时，必须保证另1组中央空调能及时投入使用，并启动制冷模式。通过研究分析共有3个方案供选择实施。

方案一。从生活楼照明盘或MCC正常照明盘引一路220 V电源，作为2台机组冷冻机油加热器的电源，通过机组自带的冷冻机油加热器开关手动控制冷冻机油加热器的起停，即在压缩机启动时，手动断开冷冻机油加热器开关；在压缩机停止时，手动打开冷冻机油加热器开关。方案一的电气控制原理见图5。

图5 方案一电气控制原理

方案二。将A/B机组断路器上口的380 V电源，通过1台380/200 V的变压器变压，输出220 V的电压，用作控制2台机组冷冻机油加热器起停的电源。将原控制回路中冷冻机油加热器的控制部分保持不变，只是给这部分电路单独供给一路电源，任意1机组运行时，另1机组的冷冻机油加热始终处于加热状态。而且运行机组的冷冻机油加热器在压缩机启动后，也能自动停止加热；在压缩机停止后，能自动开始加热。

方案三。备用机组的压缩机冷冻机油加热器一旦投入使用，就会使冷冻机油加热器始终处于加热状态。长期加热会使压缩机内部热量集聚，温度持续升高，导致压缩机内部的高温保护器触发，即使切换至备用机组，备用机组的压缩机也无法正常启动。为了解决这个问题，在方案二的基础上，在冷冻机油加热器的控制回路再增加一个多功能定时器，实现备用机组压缩机冷冻机油加热器的定时启动、停止，既可保证了冷冻机油能时刻保持合适的温度，也避免发生冷冻机油被过度加热的情况。方案三的电气控制原理见图6。

图6 方案三电气控制原理示意

对比3个方案，方案一需要从照明盘单独敷设电缆，工作量大、操作不方便；方案二是对控制回路进行改动，施工都是在控制柜内完成，缺点是备用机组的冷冻机油加热器始终处于加热状态，长期加热停滞不动的冷冻机油，会造成局部高温、结焦；方案三是在方案二的基础上，使备用机组的冷冻机油加热器分时、自动启停，既满足厂家手册中的使用要求，也可避免加热器长期加热导致冷冻机油过热、结焦等问题的发生。

综上所述，综合考虑操作、功能和安全性，方案三更具优势，因此选择方案三为最终实施方案。

2.2 改进计划

分析控制原理，讨论分析改动是否会对原控制系统造成不良影响。确认无误后，准备相关物料，对中央空调控制回路进行改造。

首先拆除两台机组的冷冻机油加热器控制回路电源；安装1台380/220 V的变压器，给冷冻机油加热器供电，实现中央空调A、B机组的断路器在未合闸时，两台机组的冷冻机油加热也能启动工作，给空调压缩机油进行预加热。最后接入多功能定时器，实现对加热器的分时启停控制。

2.3 具体实施内容

准备所需备件及物料，见表1。

表1 备件及物料统计表

按照方案三的控制原理，在中央空调现场控制柜内固定安装备件，完成敷线、接线，并设置多功能定时器DHC8的开、关时间。设定内容如下：星期一到星期日每天00:00—02：00为OFF，02:00—12:00为ON，12:00—14：00为OFF，14:00-24:00为ON，并按下“开/自动/关”键使最下行显示开/自动(ON AUTO)或自动/关(AUTO OFF)。将冷冻机油加热器的选择开关旋至“开”的位置，在两机组压缩机的控制接触器4KM1未得电时，当定时器的时钟走到设定为ON的时间段，定时器的常开触点T01、T02变为常闭触点，冷冻机油加热器开始加热；当定时器的时钟走到设定为OFF的时间段，定时器的闭合的触点变为常开触点，冷冻机油加热器停止加热。最终实现每天对压缩机冷冻机油加热2次，每次持续8 h。

3 效果验证

现场施工结束后，根据设计图纸对改造后的线路进行检查确认，检查有无接线松动、接线错误、设备选型错误、布线不满足要求等问题。

检查无误后，送电测试。在定时器设定的时间段，检查备用机组的冷冻机油加热器运行状态。发现设定时间段内，加热器能准确启动、停止。同时对压缩机底部分时进行测温，温度始终保持在25 ℃左右，满足压缩机随时启动的要求。手动切换至备用机组制冷模式，机组能正常启动，并运行正常。

综上所述，在1组中央空调发生故障时，另1组可以立即切换至制冷模式，能实现保障生活楼内人员及设备的温湿度要求。

4 结论

在原设计中，中央空调A/B机组共用一套主电源，在电气关系上互为备用，且互锁。但夏季工况下，压缩机启动前必须经过规定时间的加热才能投入运行，其主电源上的互锁关系制约了机组实时切换功能的实现。在不改变A/B机组主回路电气互锁保护的前提下，提出的解决方案实现了夏季工况下备用机组能实时切换至制冷模式。建议对此类有备用机组的装置，应在设计初期考虑切换时的制约因素，将该部分设置在公用回路，避免此类问题对现场实际生产的影响。