FPSO生活模块空调通风系统设计

摘 要：本文结合“玛丽卡”fpso 项目，总结了FPSO生活模块空调通风系统的设计特点，并提出了优化设计的建议。

关键词：FPSO； 生活模块； 空调通风系统设计

中图分类号：U664.86 文献标识码：A

HVAC System Design and Considerations for FPSO Living Quarters

ZENG Wei

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： Take FPSO Maricá project as example. This paper summarizes the design features of HVAC system for FPSO living Quarters and offers optimized design proposal.

Key words： FPSO； accommodation； HVAC system design

1 前言

生活模块是浮式生产储油装置（FPSO）不可或缺的组成部分，它为油田管理人员与生产作业人员提供舒适的工作生活及娱乐设施；同时它也是整个FPSO的控制中心，用于监视、控制FPSO工作和上部模块工艺处理的操作。

生活模块需配置良好的空调通风系统，以便FPSO上管理及作业人员提供安全、舒适的工作及生活条件，为电气设备提供安全、可靠的工作环境。

本文结合“玛丽卡”FPSO 项目生活模块空调通风系统的设计实践，分析FPSO生活模块空调通风系统的设计特点。

2 生活模块空调通风系统设计特点

2.1 空调通风系统的安全性

FPSO作为海上油（气）田的生产处理加工厂，各油气水处理模块、油储存舱、原油卸载区域等都会出现具有可燃性和爆炸性的液体及气体，因此FPSO也被比喻成一枚定时炸弹，其危险性由此可见一斑。由于FPSO主甲板空间有限，生产工艺模块众多，这些模块都处于危险油气之间。

图1是“玛丽卡”FPSO主甲板布置示意图，生活模块布置在船尾，其前方是各油气水处理模块、油储存舱，后方是原油外输装置，生活模块处在危险气体的包围之中。

在原油生产及外输过程中有少量的可燃性气体泄漏是难免的，如果在生产过程中发生意外，则可能会有较大量的可燃气体和有刺激性气味气体泄漏。针对上述情况，生活模块空调通风系统的设计应从安全入手，采取一系列安全措施，消除或减小可燃气体及有刺激性气味气体对生活模块的影响。

（1）为阻止少量可燃气体及有刺激性气味的气体从房间门、窗进入生活模块，空调通风系统需保证生活模块房间内处于正压状态；厨房、洗衣间、医务室、吸烟室、储藏间等空气质量较差的房间，相对于居住区维持负压状态，但仍需高于外界大气压力。正负压值应控制在一定范围之内，过低不能满足安全上的要求，过高会影响门窗开启等正常操作。“玛丽卡”FPSO生活模块房间压力设计，如表1所示。

（2）为了预防可燃气体从进风口进入生活模块，所有的进风口需安装气体探测器并接FPSO的火气监控系统。当可燃气体或有刺激性气味的气体达到一定浓度时，探测系统将报警或自动关闭进出风口；当风口气体浓度降低，不足以产生危害时，气体探测器停止输出报警信号，同时进出风口开启，恢复正常的空调通风状态；

（3）生活模块通风进口和开口不能面向货物区域，进风口和排风口应布置在远离危险区域的安全区内，且与危险区内机械出风口的距离不小于4.5 m。鉴于上述要求，由于“玛丽卡”FPSO生活模块前后都是货物区域，所以空调新风口只能布置在生活模块的外侧（详见图1）；

（4）生活模块空调系统新风口、回风口、总送风管都应安装防火阀，所有通风进出口及穿过不同防火区舱壁的风管也应安装防火阀。防火阀不仅能就地控制，还需在中央控制室的火灾盘自动控制。

2.2 空调通风系统的可靠性

生活模块作为FPSO的生活中心和控制指挥中心，空调通风系统是其关键系统之一，一旦出问题将导致整个生活模块的瘫痪，甚至引起FPSO的停产，因此空调通风系统的可靠性显得尤为重要。

在空调系统设计中，主要通过下述方法来保证其可靠性：

（1）空调通风系统设备要保证工作时高度可靠，关键的空调通风设备采用N+1的原则考虑溆谩H缥“玛丽卡”FPSO生活模块空调器提供冷媒水的冷水机组和冷媒水泵，采用的是3x50%的配置；

（2）生活模块内设计了一些重要的电气设备间，包括中央控制室、无线电室、生活区设备房、计算机设备房、通讯设备室等。这些电气设备间内布置了大量的电气控制设备作为FPSO操控的主要场所。为了保障这些重要房间设备能正常不间断工作，除配置中央空调系统外，还需设独立的应急备用空调系统。“玛丽卡”FPSO各重要房间应急空调系统采用的是风冷式空调柜机，机组电源由应急电源供给；

（3） FPSO常年漂浮在海上，环境恶劣、空气湿度大、盐分高、维修保养不便，为了满足FPSO服务周期要求，设备及通风管道的选材需从降低腐蚀方面着重考虑。“玛丽卡”FPSO空调系统的设计使用寿命为25年，所有暴露在室外空气中的风机、空调室外机、通风管道及附件均采用不锈钢材质（316L）。

2.3 空调通风系统的舒适性

FPSO生活模块空调系统舒适性是其关键设计指标之一，空调通风系统的舒适度体现在室内环境设计参数的确定，主要包括新风量、温度、湿度和噪声控制等参数。

FPSO空调通风系统新风量可根据ISO7547选取，在满足卫生要求的条件下，每人每小时的新鲜空气量不少于28.8m3，同时最小新风比不小于40%；房间室内温度、湿度和噪声等指标，通常可根据ISO15138推荐值选取，同时噪声控制应满足IMO决议A.468（XII）的要求。“玛丽卡”FPSO生活模块室内环境参数设计值，如表2所列。

3 生活模块空调通风系统设计

3.1 室外环境条件的确定

FPSO长期服务于某一固定海域，不同于一般普通船舶需按既定航线穿梭于大洋之上，因此其室外参数应根据作业地点的气象条件确定，一般按照ISO15138的要求进行选取。“玛丽卡”FPSO服役于巴西桑托斯盆地Lula Alto油气田，处于亚热带地区，无需考虑冬季房间的制热工况，空调通风系统环境参数只需考虑夏季负荷，温度取33.1 ℃，相对湿度取76.5%。

3.2 空调负荷计算标准的选用

热负荷是空调通风系统设计的基本依据，其计算准确性直接关系到空调通风系统设计的成败。目前船舶领域采用的空调通风系统热负荷计算标准，主要是针对普通航行船舶，还未有专门的标准对FPSO空调通风系统热负荷计算进行规定。鉴于这种情况，设计者需要分析已有的计算标准， 从中提取适用于FPSO的内容，从而完成热负荷计算。

“玛丽卡”FPSO空调通风系统热负荷计算方法及基础数据，主要参考下列手册及标准：

3.3 空调通风系统主要设备配置

FPSO生活模块空调通风系统设备选型，是以热负荷计算结果为依据，选择合适的厂家设备。“玛丽卡”FPSO生活模块空调通风系统主要设备包括：中央空调系统设备、应急空调系统设备和风机等。

（1）“玛丽卡”FPSO生活模块采用单风管、间接冷却式中央空调系统，主要设备包括：提供冷源的冷水机组、冷媒水泵及空调器等。冷水机组、冷媒水泵除了给生活模块空调器（包括厨房空调器）提供冷源外，还为ENIF模块用空调器提供冷源，基本参数见表3。

（2）应急空调系统设备包括：为中央控制室、无线电室、生活区设备房、计算机设备房、通讯设备室等房间提供的应急备用空调装置，基本设备配置参数见表4。

（3）FPSO生活模块需用到风机的系统包括：厕所、浴室、厨房、病房、健身房、吸烟室、干粮库、烘衣间和直升机应急设备室等房间的排风，以及厨房独立的补风系统。厨房设单独的空调送风，另设机械送风和机械排风；其它房间都采用机械排风，进风来自于中央空调送风管道，或从相邻房间门下方风栅进入，所配风机的基本参数见表5。

4 设计优化建议

随着FPSO的不断向前发展，人们对其空调通风系统的舒适性、经济性的要求也越来越高。设计人员可从下几点出发，对FPSO空调通风系统进行设计优化研究：

（1）变风量空调系统的应用

目前FPSO生活模块采用的都是定风量中央空调系统，即系统总送风量不变，通过改变送风温度来满足各个舱室的温度要求。由于FPSO中央空调系统设计选型是按照生活区的最大负荷工况选定，而实际使用过程中，大部分时间中央空调系统是在部分负荷下运行，存在着很大的能量浪费。

而变风量系统是固定送风温度，根据舱室负荷情况自动调节系统的总送风量和各空调房间的送风量，因此采用变风量空调系统可降低能耗，实现节能，它将成为空调系统设计的未来发展趋势。

（2）CFD模拟技术在空调通风上的应用

传统的FPSO生活模块空调通风系统设计，是根据一定的设计准则和经验进行设计，设计人员的经验和个人喜好对设计有着重要的影响。随着计算技术的发展和人们对空调通风系统的要求提高， 一些先进国家开始利用计算流体力学方法（简称 CFD），通过建立CFD模型对舱室空调通风系统进行仿真、模拟，分析了解室内空气的流场分布，优化空调通风系统的设。由于此方法具有成本低、周期短等优势，而且为空调通风系统的设计和优化提供了科学、直观的依据，对FPSO生活模块空调通风系统的设计具有广阔的应用前景。

5 结束语

FPSO生活模块空调通风系统的设计，由于其安全性和可靠性要求区别于普通船舶，而舒适性要求相似于普通船舶。本文结合设计实践，分析探讨了FPSO生活模块空调通风系统的设计要求及特点，希望对同行们有一定的启示作用。

参考文献

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