海上平台暖通空调系统HVAC设计手册.docx

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海上平台暖通空调系统HVAC设计手册

海上平台暖通空调系统（HVAC）

设计手册（99版）

中海石油生产研究中心

机电部

前言

由于我国目前还没有出版一本关于海洋石油平台上采暖、通风和空调的设计手册或标准规范。

因此，我们在总结以往设计经验、参考国外和国内有关资料的基础上,编制了这本设计手册，以供我们在设计中参考.

由于我们的经验有限，文中难免有不完整或不妥之处，希望有关专家和使用者提供宝贵意见，以便我们进一步修改和完善。

中国海洋石油生产研究中心

机电部

编制王雅君

校对赵虹

审核王建丰

一九九九年八月

1概述

1.1定义

1。

2范围

2HVAC设计采用的标准和规范

3HVAC设计的条件

3。

1室内外环境条件的确定

3。

2其它有关资料的准备

4空调负荷计算

4.1夏季空调得热量计算

4.2冬季围护结构热损失计算

4.3空调送风量计算

4.4空调新风量计算

4.5排风量计算

4.6空调热负荷计算

4.7空调装置制冷量确定

5空调系统设计

5。

1空调方式选择

5.2空调区域范围

5.3新风和回风系统设计

5.4排风系统设计

5.5空调设备与材料

6空调系统的控制和保护

6.1温湿度控制

6.2室内外压差控制

6.3安全保护措施

7平台的安全通风设计

7.1平台上通风系统的作用

7.2平台上需要通风的区域

7.3通风方式选择

7。

4通风量计算

7.5风管截面选择

7。

6气流组织

7.7风机的选择

7.8安全通风的保护措施

7.9风管设计注意事项

7.10控制与动力供应

8平台上典型房间的通风举例

8.1燃气轮机罩和燃气轮机间的通风

8.2柴油发电机房的通风

8。

3蓄电池室的通风

8.4空调机房的通风

8。

5消防泵房和泡沫站的通风

8.6变压器间的通风

8。

7配电室（开关间）的通风

8.8锅炉舱的通风

8.9厨房的通风

9小型冷库设计

9。

1小型冷库的组成和主要参数

9。

2冷库库容的确定

9.3冷库的结构

9。

4冷库负荷计算

9.5制冷机组的选择和控制

10HVAC规格书编制

10.1HVAC规格书的范围

10。

2HVAC规格书的内容简介

11本手册编制所参考的资料

12附图

附图1直接蒸发式空调系统

（1）

附图2直接蒸发式空调系统

（2）

附图3间接冷却式中央空气处理空调系统

附图4间接冷却式末端空气处理空调系统

（1）

附图5间接冷却式末端空气处理空调系统

（2）

附图6典型正压房间HVAC系统控制图

附图7危险区和非危险区的通风和门的布置图

1.概述

1.1定义

HVAC—即Heating,VentilationandAir-conditioning的缩写，意为采暖、通

风和空气调节。

采暖（Heating）——加热一个确定的房间或区域的空气或加热送风用的空气.

通风（Ventilation）-—在确定的房间或区域换气以控制空气量和内部压力,

并排除余热.

空调（Air—conditioning）-—控制某一特定空间的温度、湿度和压力，以满足

工艺要求和人体舒适要求。

自然通风（NaturalVentilation）—-利用房间内外空气密度差引起的热压或风

力造成的风压来促使空气流动而进行的通风换气。

机械通风（MechanicalVentilation）—-通过风机或压缩机来实现的强制通风。

新风（FreshAir）--来自安全区的室外风。

处理过的空气（ConditionedAir）--指被过滤、加热、冷却、加湿或去湿后

达到一定空调要求的空气。

送风（SupplyAir）—-空气被引导送到某区域的通风系统。

回风（ReturnAir）-—空气从一个区域排出又回到通风装置的通风系统。

换气（AirChanges）——通风机使被通风区每小时置换的空气量为其容积的

倍数，常指换气次数.

危险区（HazardousArea）--指可能出现火灾或爆炸的区域。

一般分为三

个区：

0类区—指正常操作条件下，连续地出现达到引燃或爆炸浓度的可燃

气体或蒸汽的区域。

1类区-指正常操作条件下,断续地或周期性地出现达到引燃或爆炸

浓度的可燃气体或蒸汽的区域.

2类区-指正常操作条件下,不太可能出现达到引燃或爆炸浓度的可

燃气体或蒸汽，但在不正常操作条件下,有可能出现达到引

燃或爆炸浓度的可燃气体或蒸汽的区域.

1.2范围

任何一个海上平台或生产油轮都离不开HVAC系统，它是平台或生产船上的工作人员有一个良好舒适的生活环境，生产设施有一个安全可靠的操作环境的重要保证。

本文主要对海上平台或生产船上的HVAC系统的设计、设备选择、控制等方面加以介绍.

2.HVAC设计采用的标准和规范

平台上HVAC设计采用的标准有国际标准和国内标准，常用的如下:

（1）ISO/DIS15138石油天然气工业——海上生产安装—采暖通风与空调（PetroleumandNaturalGasIndustries–OffshoreProductionInstallations–Heating,VentilationandAir–Conditioning）

（2）ANSI/ASHRAE15-94机械制冷的安全规范（SafetyCodeforMechanicalRefrigeration）

（3）ANSI/ASHRAE26—96船上机械制冷和空调安装（Mechanical

RefrigerationandAir–ConditioningInstallationsAboardShip）

（4）ANSI/NFPA90A-1996空调和通风系统的安装（InstallationofAirConditioningandVentilationSystem）

（5）GB/T13409-1992船舶起居处所空气调节与通风设计参数和计算方法

（6）海上固定平台安全规则

（SafetyRulesforOffshoreFixedPlatforms）

（7）GBJ243—82通风与空调工程施工与验收规范

（8）GBJ66-84制冷设备安装工程与验收规范

3HVAC设计的条件

3.1室内外环境条件的确定

室内外环境条件包括:

·冬夏季室外干球温度及相对湿度;

·冬夏季室内设计计算温度及相对湿度;

·冬夏季室外主导风向和风速;

·冬夏季海水水温;

·平台所在位置的经纬度

3.1.1室外气象资料一般由业主提供，如无确切资料,可参考下列各海区资料：

海区季节温度相对湿度焓值

℃％KJ/Kg（Kcal/Kg）

勃海夏季328087。

1（20。

8）

（东海）冬季—1050-7.5（-1.8）

（黄海）

南海夏季357091。

6（21。

9）

冬季57515。

2（3。

6）

3.1.2室内计算参数的确定

区域房间名称温度（℃）相对湿度噪音控制

最小最高（％）db（A）

有人工作区控制室192450±1045

通讯室192450±1040

实验室192450±1050

工作间192450±1060

无人工作区配电间53530～7070

电池间153530～770

变压器间53530～7070

应急发电机间53530～7070

消防泵房53530～7070

生活模块生活舱室192450±1040

餐厅192450±1050

走廊厕所162550±1050

厨房储藏162550±1050

干食品储藏162550±1050

医务室212550±1040

设备间103550±1065

开关室103550±1065

3.2其他有关资料的准备

3.2。

1下列资料由业主，项目负责人，有关专业负责人提供给HVAC专业：

·平台各层平面布置图,立面图；

·平台各层防火区划分图,危险区划分图;

·平台各房间防火要求；

·围护结构特性，包括门窗、天棚、地板等的尺寸、结构等;

·围护物内灯光、电器设备的数量、负荷及使用情况；

·房间内的人数、房间类型等;

·有关专业对HVAC专业所提出的要求.

3.2.2HVAC专业应向有关专业提供以下资料:

·向总图、电气、仪表、安全、配管等专业提供HVAC平面布置图;

·向电气专业提供HVAC设备电负荷汇总表；

·向舾装专业提供HVAC管道穿墙留洞图；

·向配管专业提供空调机配管要求；

·向仪表专业及安全专业提供防火阀位置数量及控制要求；

·向结构专业提供重量要求.

4.空调负荷计算

平台上空调房间的热负荷计算方法及选用的参数可参见国家标准GB/T13409—92《船舶起居处所空气调节与通风设计参数和计算方法》。

这里只简单地介绍一下。

4.1夏季空调得热量计算

Q1=q1+q2+q3+q4W

式中：

Q1－空调得热量传热量，W

q1－围护结构的传热量,W

q2－人体发热量,W

q3－照明热量,W

q4－设备发热量，W

4.2冬季围护结构热损失计算：

Qd=K·A·△t+Kg·Ag·△tW

式中:

Qd－冬季围护结构热损失，W

K－围护结构传热系数,W/m2k

Kg－玻璃窗传热系数，W/m2k

A－围护结构面积,m2

Ag－玻璃窗面积，m2

△t－室内外温差,K

4.3空调送风量计算

空调送风量按下式计算：

Q1

V=—-——-———m3/h

1.288×1.163△t

式中:

V–空调送风量,m3/h

Q1–夏季空调得热量或冬季热损失,W

△t–室内外温差,夏季一般取10K，冬季≤23K

夏季和冬季送风量计算后，空调送风量取其中的大者,同时还要满足新鲜空

气量和换气次数要求。

4.4空调新风量计算

空调负荷计算的新风量可依据以下几个方面综合考虑，取其大者：

·满足卫生要求,每个人每小时的新鲜空气量不少于30立方米;

·空调总送风量的10%；

·满足房间的正压要求，即有正压要求的房间要有相对于室外25～70Pa的

正压值,一般设计按50Pa计算.

注意:

上面的新风量只是最热季节的空调要求的最小新风量。

随着季节的变换，新风量要有改变。

在过度季节,新风量可能达到总风量的50%到100%,因此，新风管道或新风机的设计不能以最小新风量为基础

4.5排风量计算

生活楼内医务室和厕所间一般设独立的排风系统,直接排到室外。

其设计排风量比空调送风量大20％，同时要满足换气次数要求。

厨房需设独立排风系统。

换气次数参见表7。

1。

4.6空调热负荷计算：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5

式中：

Q－空调总热负荷，W

Q1－空调得热量,W

Q2－风机热量,W

Q3－送风管空气温升热量,W

Q4－回风管温升热量，W

Q5－新鲜空气热量,W

4.6.1空调风机热量

HV

Q2=—----—W

3600*n

式中:

Q2－空调风机热量，W

H－风机全压头,Pa

V－风机风量,m3/h

n－风机全压效率。

4.6.2空调送风管内空气温升热量

Q3=0。

288＊1。

163V*2

=0。

67VW

式中:

V－空调总风量，m3/h

4.6.3空调回风温升热量

Q4=0。

288*1.163（1-a）V*2

=0.67（1—a）VW

式中:

Q4－空调回风温升热量,W

a－新鲜空气比例

V－空调总风量，m3/h

4.6.4新鲜空气热量

Q5=1。

163a·r·V（ia—in）W

式中：

Q5－新鲜空气热量,W

a－新鲜空气比例

r－空气密度,Kg/m3

V－空调总风量,m3/h

ia－室外空气焓值，Kcal/kg

in－室内空气焓值，Kcal/kg

夏季降温工况新鲜空气显热量，按下式计算：

Q5s=1。

163＊0.288aV（ta-tn）W

式中:

Q5s－夏季降温工况新鲜空气显热量，W

a－新鲜空气比例

V－空调总风量，m3/h

ta－夏季室外设计温度,℃

tn－夏季室内设计温度，℃

冬季采暖工况，加热新鲜空气热量按下式计算:

Q5'=1。

163*0。

288arV（in’－ia’）

式中：

Q5’－冬季采暖工况,加热新鲜空气热量,W

a－新鲜空气比例

r－空气密度，Kg/m3

V－空调总风量,m3/h

ia’－室外空气焓值，Kcal/kg

in'－室内空气焓值，Kcal/kg

4.7空调装置制冷量确定

直接蒸发式空调装置制冷量按下式计算:

Qs=1。

1·Q/1000,KW

其中：

Qs—空调装置制冷量,KW

Q—空调总热负荷，W

间接式空调装置冷水机组制冷量按下式计算：

Qs=1。

15·（Q/1000+Qp）KW

式中:

Qs—空调装置制冷量,KW

Q—空调总热负荷，W

Qp-冷水泵的轴功率，KW

5空调系统设计

5.1空调方式选择

空调系统一般有两种方式：

一种是直接蒸发式，一种是间接冷却式。

5.1.1直接蒸发式空调系统

直接蒸发式空调系统包括空气过滤器、冷却盘管、风机、电加热器、和压缩冷凝机组及连接管道。

要处理的空气直接通过充满制冷剂的盘管表面,由送风机经风管送往各房间.各房间回来的空气又经过风管回到空调机房内与新风混合经过过滤器后，再经过冷却盘管或加热器处理后送出。

压缩冷凝机组和空气处理装置可以在空调机房内单独布置，也可以组合在一起称为整体式空调机组.整体式空调机组可以放到底层空调机房内，也可以放到屋顶上，直升飞机平台下。

见附图1和2。

已建成的JZ20—2平台的生活模块空调系统就是采用的这种系统,

5.1.2间接冷却式空调系统

间接冷却式空调系统一般包括冷水机组、冷媒水循环泵和空气处理装置。

空气处理装置可分为中央处理装置和末端处理装置.

中央空气处理装置一般集中设置在空调机房内，包括混合段、过滤段、制冷段、加热段和风机段.这种系统的风管布置在竖井管道间和各层吊顶内，包括送风管道和回风管道。

系统的新风管道就近布置在空调机房内，经新风处理机直接与空气处理装置相连接。

（渤海埕北油田A/B平台采用的就是这种系统，见附图3。

）

末端空气处理装置是指风机盘管（或空气处理机）设置于各个要求空调的房间（或区域）内,制冷管道通过管道间送往各房间的风机盘管（或各楼层的空气处理机）。

而新风则由新风管道送往各房间（或各楼层的空气处理机）.（南海西部W11-4石油平台生活模块采用了这种系统,见附图4和附图5。

）

5.2空调区域范围

在海洋石油平台或生产船上，要求空调的区域主要是生活模块和生产辅助区域的主控制室、主配电室、工作间和实验室等。

生产辅助房间一般与生活模块分离，在设计中宜采用独立的空调系统，以确保其空调要求。

5.3新风和回风系统设计

5.3.1空调系统的新风要取自安全区，同时吸风口要加防鸟屏和防火阀.新风通常要经过过滤才可与回风混合。

在寒冷地区，冬季还要经过加热。

在新风量要求很大的空调系统中,也可单独设新风预处理装置，将新风处理后再与回风混合进入空调处理装置。

5.3.2空调系统的回风口一般设在与通风竖井相邻的走廊上，各空调房间的空气经门下隔栅至走廊，再经回风口至回风管道回到空调机房内。

报务室等有防火墙的房间不允许门下设隔栅。

这种房间可以在吊顶内设一连接房间和走廊的管道,在穿越防火墙处加设防火阀。

所有回风口处均要设防火阀。

5.4排风系统设计

5.4.1由于生活模块内为安全区，因此要提供正压通风,维持压力在25~70Pa，一般设计为50Pa.医务室和厕所的排风量要大于送风量20%，并直接排出室外。

5.4.2生活模块内主要排风的房间是厕所、厨房、医务室、浴室、更衣室和盥洗室等.其换气次数见表7.1.

5.4.3厨房排风应设独立补风系统，补风量按30次/小时选取.其它有排风房间的补风均通过走廊补充。

5.5空调设备与材料

5.5.1有加压要求的空调系统的加压风机要有备用，在空调装置不用期间，风机应能提供100％室外风.中心控制室等电气仪表室的空调装置，至少应有50%的备用能力.

5.5.2空调系统的风道可采用高质量镀锌钢板制作,送、回风口可采用带镀层的铝质材料制作。

风道保温材料可选用玻璃棉或岩棉制品，厚度至少50mm。

外壳材料可采用铝合金（0。

7mm）。

5.5.3空调系统中除空调制冷装置外,一般还包括下列设备：

过滤器、流量调节阀、压力释放阀、止回阀、防火防烟阀、电加热器等。

空调系统的所有设备和部件及保温材料都要考虑防腐蚀、防震动、坚固和耐用.

6．空调系统的控制和保护

6。

1温湿度控制

6。

1。

1夏季制冷工况的温度控制一般是通过温度调节器（又称恒温器）感受回风

温度，来控制供液电磁阀调节制冷液的流量。

6.1.2冬季采暖工况是由温度调节器感受送风温度,通过电磁阀自动控制电热器

和新风、回风阀的开度.如果是蒸气加热，则由电磁阀来控制加热盘管的

蒸气量，以调节送风温度。

6。

1。

3冬季湿度的控制，是由恒湿器感受室内湿度控制电磁阀，来控制加湿器的

开停。

6.2室内外压差控制

室内外压差控制是通过压力释放阀和压力控制阀来完成的。

压力释放阀是通过弹簧或重力平衡自动控制叶片开启直到一个预设压力。

而压力控制阀是通过控制系统来完成，一般是气动操作。

典型的空调房间的控制图见附图6。

6.3安全保护措施

6.3。

1电加热器控制回路中有下列安全措施：

·与风机连锁，即风机不开时电加热器不开。

·装有风量开关，即无风时电加热器不开。

·设有超温开关，即温度超过设定值时切断加热器电源。

6.3.2空调系统防火和防爆设施见7。

8节.

6。

3。

3空调机房要做消音处理,风机和空调机基础上要有减振器。

7平台上的安全通风设计

7。

1平台上通风系统的作用

平台上通风的目的主要是控制易燃易爆和有毒气体、蒸汽和灰尘的浓度，并阻止有毒、有害气体扩散到其它区域。

通风的另一个目的是为燃烧提供充足的空气量,例如燃气轮机、柴油发电机和加热炉等设备的用气.通风还要保证平台上合理的压力分配，因此，平台上通风的设计是关系到平台安全的重要因素。

7。

2平台上需要通风的区域

平台上无论生活区域还是生产区域都需要通风.区域不同，通风方式也不同。

是否有良好的通风是平台上划分危险区的重要依据。

7.3通风方式选择

7。

3。

1自然通风:

平台上的敞开区一般作为自然通风区考虑，有50%敞开口的围

护物或装有百叶窗的墙，能保证至少2m/s风速的也可作为自然通风区考虑。

7。

3.2机械通风:

上述以外的其它围护结构的房屋均需机械通风，危险处所的气

压低于相邻处所的气压，即为负压通风；封闭的安全处所的气压高于相邻

危险处所的气压，即为正压通风。

危险处所和非危险处所的通风方案参见附图7。

7.4通风量计算

通风量的计算一般是按每小时换气次数或每小时需要新鲜空气量来决定，有时还要根据排除舱室余热、余湿或有害气体而定.通风量的选择应取下列几项中的最大值：

7.4.1按每小时换气次数计算通风量

V=n·vm3/h

其中V—通风量，m3/h

n—换气次数，次/h

v—通风舱容积，m3

属于1类危险区的通风换气次数应大于每小时20次，属于2类危险区的通风换气次数应大于每小时12次。

一般舱室要求的通风换气次数见表7.1。

7。

4.2按舱内每人需要的新鲜空气量计算，工作人员每人每小时需要新鲜空气

量为大于等于30米3/时。

7.4.3按舱内余热计算通风量

Q

V=———-—-—m3/h

0．288×1。

163△t

式中V-通风量,m3/h

Q—舱内热负荷，W

△t—舱内外温差或允许的舱内温升,K

7.5风管截面选择

风管截面计算:

F=V/S·3600，m2

式中：

F—风管截面，m2

V-风量，m3/h

S-风速，m/s

区域最大风速推荐风速

无人区15m/s10m/s

LQ等有人区送风10m/s6m/s

LQ等有人区排风或循环风7.5m/s5m/s

一般舱室通风换气次数

表7。

1

舱室名称

换气次数

（次/时）

备注

送风

排风

居住舱室

3～6

最少3次

无线电室

8～10

一般10

餐厅、会议室

8～10

8~10

最少5次

厨房

40～60

60~80

一般50

医务室

10～20

10~20

一般15

公共厕所

10~20

一般15

浴室、盥洗室

10～15

一般10

娱乐室

10～20

一般15

锅炉房

30

注1

内燃机舱

30~40

注1

蓄电池室

30

注1

主配电室

12

6

注1

变压器室

〉20

注1

油泵舱

30～40

制冷机舱

氟30，氨40

空调机房

20

16

二氧化碳室

5~10

注1:

该房间除按换气次数计算外，还应按散热等进行详细计算，见7。

4。

3节。

7.6气流组织

7.6.1机械通风的进口要设在非危险区,并距离危险区的机械通风出口至少4。

5米。

空气进口要尽可能朝向主导风向.如有可能新风口最好位于屋顶上并高于屋顶1米。

空气进口要避免的地点:

①燃烧设备的排出口②直升机发动机的排出口③润滑油管、排放管和工艺减压器④从钻井、干燥器等灰尘排出口⑤火炬、支撑架等。

7.6.2机械通风的排出口要考虑风向、风压影响，要保证不发生回流现象。

一般非危险区的排出口设在平台非危险区的一端，而危险区的排出口要设在平台的另一端，要使空气在任何时候、任何天气状况下都不流入进口。

7.6.3气流组织要考虑气流从最小污染区流向最大污染区，要防止出现死角,要防止危险区与非危险区发生交叉污染。

要有效地消除气体、蒸汽和灰尘，同时要使噪音和风量减少到最低水平。

7.6.4气流组织要使非危险区比相邻的危险区至少有50Pa的正压，被封闭的危险区要比周围的非危险区压力低。

7.7风机的选择

7.7.1在非危险区，用于加压的风机要有100％的备用，备用风机在值班室风机发生故障时，应能自动启动。

7.7.2风机的进出口连接要注意使风机特性能达到最大程度的发挥，加压风机宜采用离心风机。

7.7.3接触室外含盐空气的风机的叶轮要用不锈钢制作，所有加压风机的外壳要用镀锌钢板制作。

7.7.4生产区内的通风机宜采用防爆风机。

7.8安全通风的保护措施

7.8.1平台上所有穿越不同防火区的防火墙的风管上及所有通风进出口处均装有防火防烟阀。

7.8.2所有的防火阀都有指示“开”和“关"的标记，所有的防火阀即要能在中控室