淺析鉆井船空調和通風系統

吳 駿，謝春明，陳佳明

● （中遠船務工程集團有限公司，遼寧大連 116600）

淺析鉆井船空調和通風系統

吳 駿，謝春明，陳佳明

● （中遠船務工程集團有限公司，遼寧大連 116600）

目前鉆井船已經越來越廣泛地應用在石油勘探和深水鉆井作業中，且極大地提高了深海鉆井作業的安全性和靈活性。本文將結合在建的超深水船型鉆井平臺，分析闡述空調通風系統在各個區域的應用以及設計思路。

鉆井船；動力定位；通風系統；空調系統；熱量回收

0 引言

不論何種船型，空調與通風技術狀態對旅客舒適感、船員健康，以及機械、系統和設備的無故障運行均具有持久的影響。要為所需目的隨時隨地提供合適的氣候環境，就必須擁有高度的技術創造性和豐富的經驗。對于鉆井船而言，則對空調與通風系統提出更高的要求，尤其在節能性和自動控制等方面。本文將結合在建項目概述一下空調在超深水鉆井船上的應用。

1 項目簡介

在建的“大連開拓者號”鉆井船入DNV級，取船級符號＋1A1，"Ship Shaped Drilling Unit,DRILL,DYNPOS-AUTRO[1,2],E0,HELDK SH,CRANE,F-AMC,ICS。它是滿足DNV船級社三級動力定位要求，并根據國際一級海工建造標準建造的、適應惡劣海況環境的超深水型鉆井船，工作水深為一萬英尺，鉆深為三萬英尺。下文將結合本項目描述空調和通風系統的實際設計應用情況。

2 機艙通風空調系統

根據DP3動力定位以及建造規格書要求，本船動力模塊位于主甲板之上，共配備 8臺型號為WARTSILA 16V32的主發電兼應急發電機組，每臺輸出功率為：7.2MW/9MVA 50Hz。由4個帶A60防火分隔的機艙（A、B、C、D）組成，每個機艙內裝備兩臺主發電機組。全船共配備4段11kV的9MVA/7.2MW主配電板，分別位于機艙頂部的4個帶A60防火分隔的電氣設備間內，每段獨立配電板分別連接到位于同一機艙內的兩臺主發電機組上[3]。

2.1 機艙通風系統

每個機艙的通風系統獨立設置，分別配備2臺供風機和2臺排風機，風機選取2×50%容量。根據DP3動力定位的要求，任意設備及艙室的單點失效不會影響其它機艙通風系統的運行，并且 2×50%的風機配置也可最大限度降低因單個設備故障對于機艙通風的影響。

在機艙供風口和排風口設置防火風閘，以保證在內部發生火情或外部產生可燃氣體、有毒氣體時關閉防火風閘，將對應區域隔離，避免火情或氣體擴散。其中防火風閘通過全船火氣系統控制，根據對應感煙探頭和火氣探頭的反饋來進行關斷控制。

機艙通風系統如圖1所示。

圖1 機艙通風系統流程圖

當前，各國船東逐步將節能環保性能作為船舶的重要指標，在各個系統的設計中都應有所體現。該鉆井船的機艙風機都配有變頻器進行控制，通過傳感器檢測機艙內溫度和壓力情況，調節風機轉速，既可以保證內部穩定的工作環境，又可以在主機不同工況下變頻調速達到節約能源的效果。

其中溫度傳感器控制排風機的轉速，根據機艙內的溫度調節風量；壓力傳感器控制供風機的轉速，根據機艙內與外界壓差調節風量。

當機艙內 2臺主機均處于停機狀態時，或機艙內溫度低于35℃時（外界溫度處于冬季等低溫工況），機艙風機轉速最低，供排風處于最小風量狀態。當機艙內溫度升高（高于35℃），排風機轉速提高，排風風量增大，對應機艙內壓差降低，使供風機轉速對應提高，供風風量增大，以維持機艙內50Pa的正壓。當機艙溫度達到或高于45℃時，機艙風機轉速最高，供排風處于最大風量狀態。

機艙風機控制原理如圖2。

圖2 機艙通風控制系統

2.2 機艙備用冷卻系統

機艙內除了布置通風系統外，可考慮增加風機盤管冷卻系統，作為機艙內冷卻的備用系統。

風機盤管采用主機淡水冷卻系統進行冷卻，在機艙通風完全停止的情況下，通過風機盤管的冷卻作用，維持機艙的溫度不超過50℃，保證發電機的正常運轉。此系統僅限于主機設置單獨燃燒空氣管路的機艙。

關于風機盤管的設計是在常規鉆井船上沒有的系統，其主要作用是當外部遇到井噴或是嚴重的危險氣體蔓延的情況下，需要關閉整個機艙的進排風系統，從而啟動運行的一個特殊的機艙通風保護系統。

由于在應急的情況下，剪斷海底的鉆管需要一定的時間，同時需要把整個鉆井船在保證有動力的情況下移到一個相對安全的地方。所以在配備了特殊的風機盤管系統后，即便是機艙通風系統不工作，通過風機盤管的作用還可以保證整個機艙運行一段時間，最大限度保證了移船所需要的電力負荷，從而保證了整艘鉆井船的使用壽命和安全。

2.3 機艙配電板間通風空調系統

各個機艙配電板間的通風空調系統完全獨立，任意設備及艙室的單點失效不影響其它配電板通風系統的運行。

通風風量根據規格書要求的最小換氣次數確定換氣量以降低內部空調的制冷量。

因配電板間電氣設備散熱量較大，為保證艙室內維持適宜的工作溫度，對應設置獨立空調柜機，可選風冷或水冷；若選水冷方式，根據船級社動力定位規范要求，水冷柜機的冷卻水源需要彼此獨立，選用對應主機的淡水冷卻系統進行冷卻。

空調冷量根據配電板間內電氣設備散熱量以及新風量來確定，空調選用內循環柜機或高回風比空調器，以便降低空調冷量。

3 鉆井模塊通風空調系統

本船鉆井區模塊分為鉆井通用模塊，泥漿處理模塊，水下控制模塊和立管儲存模塊共 4個模塊。通風空調系統的布置則根據各艙室用途和物理位置進行劃分，相同類型的艙室共用相同的通風空調系統。

對于鉆井區某些艙室：泥漿艙、泥漿處理艙室等，因從海底返回的泥漿會攜帶部分碳氫化合物等可燃氣體，因此該類處所被劃分為危險處所。由此，通風空調系統的設計首先要保證艙室內合適的工作環境溫度，還要通過配置排風系統避免危險處所內可燃性氣體的聚集以及擴散到安全區域。

另外鉆井模塊作為鉆井船最重要的組成部分，該區域的通風空調系統均配置為一用一備，100%冗余設計，以保證即使單臺設備失效系統仍可以繼續運行，最大限度保持該類區域安全穩定的工作環境。

在鉆井區模塊布置在露天開敞甲板的通風空調設備和風管，應優先考慮使用不銹鋼等耐腐蝕性材料作為設備外殼和風管材質，以便提高系統的抗腐蝕性和使用壽命。

4 生活區空調通風系統

生活區為容納180人住艙，共分為9層，采用中央空調系統。空調器布置在生活區上部區域：第八層和第九層。配置2套空調系統，2×100%冗余，以最大限度保證系統運行的可靠性和連續性。

鉆井船的生活區空調系統在生活區的最上部甲板（在駕駛甲板的上部）布置中央空調機組，其主要目的是為了減少機組運行時噪音對生活區艙室的影響，尤其是對居住房間的影響。

該項目要求環境溫度-20℃～+35℃，若采用空調部分回風系統，則空氣質量不佳，并且來自衛生單元等處所的空氣無法用于再循環；若采用全新風空調系統雖然可以保證艙室內空氣質量，但制冷和加熱功率較大，負荷過高。對此我們采用在供風空調和排風空調分別增加一套熱量回收換熱器[4,5]，供風和排風的熱量回收換熱器通過單獨一套水循環系統進行能量回收利用，以便在冬季和夏季極端氣候條件下可以降低制冷和加熱的功率，降低空調系統能耗。如圖3所示。

圖3 機艙通風控制系統

5 結束語

本文概述了通風空調系統在超深水船型鉆井船上各個區域的實際應用。鉆井船上的通風空調系統與普通民船有所不同，在系統冗余設計、自動控制以及設備選型方面都有了更高規格的要求，以便滿足其更為惡劣的工作海況。通風空調系統的設計思路也不是一成不變的，它要根據不同船型的特點、不同的船東要求以及不同艙室布置來綜合考慮。對于系統的設計也要更多的考慮設備的節能指標，控制的自動化程度以及系統的連續運行可靠性。

[1]DNV.Dynamic Positioning Systems[S].Rule for Classification of Ship,2011.

[2]IMO MSC.Circ.645.Guidelines for Vessels with Dynamic Positioning System[S].1994.

[3]劉紹嶺,朱杰,等.動力定位系統在超深水鉆井船上的應用[J].船舶工程,2013(4):67-70.

[4]梅國梁,張珍.船舶中央空調節能技術探討[J].上海造船,2009(1):43-50.

[5]鄭國杰,鄭超瑜,等.船用轉輪除濕空調及其系統方案的比較研究[J].船舶工程,2012(5):39-77.

Application of HVAC System in Drillship

WU Jun,XIE Chun-ming,CHEN Jia-ming
(COSCO Shipyard Group Co.,LTD.,Dalian 116600,China)

Drillship has been widely applied in oil explosion and drilling in deepwater now.It improves the reliability and flexibility of drilling in deepwater extremely.Based on the extra deepwater ship type drill platform,which is being built in shipyard,this paper analyzes and describes the application and general design principle of HVAC system in certain areas.

drillship; dynamic positioning; ventilation system; air conditioning system; heat recovery system

U661.43

A

吳駿（1983-），男，技術工程師。主要從事海洋工程空調通風系統研究設計工作。