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1、 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 一九九九年八月目录 1 概述 1.1 定义1.2 范围2 HVAC设计采用的标准和规范 3 HVAC设计的条件 3.1 室内外环境条件的确
2、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
3、.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10 HVAC规格书编制 10.1 HVAC规格书的范围10.2 HVAC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
4、 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, Ventilation and Air-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
5、， 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（Natural Ventilation）-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（Mechanical Ventilation）-通过风机或压缩机来实现的强制通风。新风（Fresh Air）-来自安全区的室外风。处理过的空气（Conditioned Air）-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（Supply Air）-空气被引导送到某区域的通风系统。回风（Return Air）-
6、空气从一个区域排出又回到通风装置的通风系统。换气（Air Changes）-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（Hazardous Area）- 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H
7、VAC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 /DIS 15138 石油天然气工业海上生产安装采暖通风与空调(Petroleum and Natural Gas IndustriesOffshore Production InstallationsHeating, Ventilation and AirConditioning)(2) A
8、NSI/ASHRAE 15-94 机械制冷的安全规范 (Safety Code for Mechanical Refrigeration)(3) ANSI/ASHRAE 26-96 船上机械制冷和空调安装 (Mechanical Refrigeration and AirConditioning Installations Aboard Ship) (4)ANSI/NFPA 90A-1996 空调和通风系统的安装 ( Installation of Air Conditioning and Ventilation System)(5) GB/T 13409-1992 船舶起居处所空气调节与通风
9、设计参数和计算方法(6) 海上固定平台安全规则(Safety Rules for Offshore Fixed Platforms )(7) GBJ 243-82 通风与空调工程施工与验收规范(8) GBJ 66-84 制冷设备安装工程与验收规范 3 HVAC 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/K
10、g) 勃海 夏季 32 80 87.1 (20.8) （东海） 冬季 -10 50 -7.5 (-1.8) （黄海） 南海 夏季 35 70 91.6 (21.9) 冬季 5 75 15.2 (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 19 24 5010 45 通讯室 19 24 5010 40 实验室 19 24 5010 50 工作间 19 24 5010 60 无人工作区 配电间 5 35 3070 70 电池间 15 35 307 70 变压器间 5 35 3070 70 应急发电机间 5
11、 35 3070 70 消防泵房 5 35 3070 70 生活模块 生活舱室 19 24 5010 40 餐厅 19 24 5010 50 走廊 厕所 16 25 5010 50 厨房 储藏 16 25 5010 50 干食品储藏 16 25 5010 50 医务室 21 25 5010 40 设备间 10 35 5010 65 开关室 10 35 5010 653.2 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
12、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。3.2.2 HVAC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
13、下。 4.1 夏季空调得热量计算 Q1=q1+q2+q3+q4 W 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, W4.2 冬季围护结构热损失计算: Qd= KA t + KgAgt W 式中: Qd冬季围护结构热损失， W K 围护结构传热系数, W/m2 k Kg玻璃窗传热系数, W/m 2k A 围护结构面积, m2 Ag玻璃窗面积 , m2 t室内外温差, K4.3 空调送风量计算空调送风量按下式计算： Q1 V = m3 /h 0. 2881.163t 式中: V 空调送风量， m3 /h Q1 夏季空调得
14、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2570Pa的 正压值，一般设计按50 Pa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
15、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, W4.6.1 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.
16、288*1.163V*2 =0.67V W 式中: V空调总风量, m3/h4.6.3 空调回风温升热量 Q4=0.288*1.163(1-a)V*2 =0.67(1-a)V W 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/h4.6.4 新鲜空气热量 Q5=1.163arV(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*0.288a V (ta-tn) W 式
17、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(inia) 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/kg4.7 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=1.1Q/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
18、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, KW5 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
19、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
20、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
21、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2570Pa，一般设计为50 Pa。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
22、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
23、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
24、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。
25、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
26、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 = nv m3/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
27、于等于30米3/时。 7.4.3按舱内余热计算通风量 Q V = m3/h 02881.163t 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/S3600， 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/s 10m/s LQ等有人区送风 10m/s 6m/s LQ等有人区排风或循环风 7.5m/s 5m/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36最少3次无线电室810一般10餐厅、会议室810810最少5
28、次厨房40606080一般50医务室10201020一般15公共厕所1020一般15浴室、盥洗室1015一般10娱乐室1020一般15锅炉房30注1内燃机舱3040注1蓄电池室30注1主配电室126注1变压器室20注1油泵舱3040制冷机舱氟30，氨40空调机房2016二氧化碳室510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：燃烧设备的排出口直升机发动机的排出口润滑油管、
29、排放管和工艺减压器从钻井、干燥器等灰尘排出口火炬、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
30、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火灾盘自动控制，也能在舱壁的两侧人工控制盘就地控制。防火阀要选用专门的实验室批准的型号。防火阀的型式根据所服务处所不
31、同而选用不同形式。非危险区的通风系统可选用电动型或熔断型，危险处所的通风系统宜选用气动型。平台上的防火阀的控制形式除了应急发电机外，均采用失电关闭型。7.8.3 通风系统设计要保证在任何区域内部着火的情况下，能在区域外部易于到达的地方将通风系统关闭。7.8.4 在通风进口和有可能发生气体泄露的地方要安装气体探测器，在气体达到爆炸下限25%时给予警报。警报器设在就地和中央控制室，当气体达到爆炸下限65%时，通风系统应全部关断。7.8.5 灭火方式不同，防火阀关断方式也不同。对于二氧化碳灭火系统，在系统启动的同时，进出口阀门关断。对于喷洒灭火系统，只关断送风阀门，排风系统要一直连续运转，直到风道中
32、防火阀的熔断丝被火焰熔断，使防火阀关断，以防止火焰扩散。也就是说喷洒灭火房间的排风系统，防火阀只需熔断型。7.8.6 通风管道要尽量避免穿过有可能发生火灾或气体泄露的地区，如果必须穿越这些地区时，管道内的空气应尽可能设计为正压。其管道材料和绝缘材料的防火级别要与该地区相适应。通风管道材料及其绝缘材料均应为不燃材料。7.8.7 管道穿过防火墙或甲板及有不同要求区域时的做法可参照“海上固定平台安全规则”13.2.2.12至13.2.2.19进行。7.8.8 通风系统的室内外压差控制参见6.2节。7.9 风管设计注意事项7.9.1 风管设计的基本要求在保证风量的条件下使风管尽量小，结构尽量简单而阻力
33、尽量小。风管突然扩大和突然缩小的情况要避免，应以渐扩管和渐缩管代替。一般情况下，渐扩管的倾斜度最好不大于1:7。渐缩管的倾斜度不大于1:4。风管必须穿过纵衍等结构时，为了不影响或少影响结构强度，开口要尽量小并处于一定高度。7.9.2 风管中装有热交换时，风速应降低，即风管截面应放大。在截面放大的前后，夹角应小于30o，如大于30o，则应在风管扩大部分装导流叶片。7.9.3 风管紧靠弯头的后面，不宜安装出风口或热交换器。如必须安装，弯头里要装导流叶片使气流均匀。7.9.4 风机进出口处是系统风量最大，风速最高的地方，设计时风机应尽可能装在减振器上，并通过一段软管（帆布或橡胶）与金属风管相连。软管一般100至1
