宋力威，尹国占，孟才植

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津，300450）

0 引言

海洋石油平台是我国海洋石油开采的核心设施，但由于其远离陆地的特殊作业条件，环境湿度大、作业空间狭小，对平台设备设施及工作人员健康影响极大。同时房间设备分布密集，散热量大，空气含盐量较高，如果仅使用风机进行散热无法满足设备正常工作环境，导致设备运行异常，缩短使用寿命，因此空调系统对于海洋石油平台的作用是不可替代的。

由于海洋石油平台分体空调需长期不间断连续运行，并且冬季环境恶劣，易出现风机频繁启停、震动高、制冷剂管线容易破损漏氟、热交换过度等问题，此外平台部分室内、外机管线过长、高度落差大，空调制冷效果不佳，因此对于提升船用R134A分体空调连续运行的稳定性是十分有必要的。

1 分体空调结构及原理

随着科技的提升，空调在海洋石油平台上的使用越来越广泛，分为：中央空调、分体空调。而分体空调又分为壁挂式、吊顶式、嵌入式和立柜式空调等[1]，由四部分组成：制冷系统、风路系统、电气系统和箱体和面板[2]，主要包含压缩机、储液罐、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、电磁阀、供液过滤器、轴流风机以及控制电路等部件。

船用分体空调制冷剂常用R134A，其工作原理为压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的液态制冷剂，然后在冷凝器内散热成为低温高压的液态制冷剂，通过室内外机冷媒管线循环到室内在膨胀阀、毛细管的作用下气化为低温低压的气态制冷剂，最后在蒸发器内吸收室内空气中的热量吹出冷风制冷。

图1 分体空调系统原理图

2 分体空调性能提升方案

在海洋石油平台上，分体空调由于工作环境限制需要长时间连续运行，易出现各种各样的问题，对于设备设施的正常运行造成极大的影响，因此需要对分体空调采取相应的改造措施。

2.1 缩短室内外机制冷剂管线长度调整高度落差

海洋石油平台环境复杂，部分分体空调室内、外机连接管线较长、高度落差较大，会增大制冷剂在管线中流动的阻力，产生不同程度的压降，对分体空调压缩机功率、制冷剂温度、压力等都会造成影响，降低分体空调的制冷效果[3]。

船用R134A分体空调的冷媒管线共有两根，一根低压气态管线，一根高压液态管线。高压管线通过膨胀阀连接蒸发器，内部制冷剂以液体为主，低压管线通过压缩机与冷凝器连接，内部制冷剂以气态为主。制冷剂在管线内循环产生的阻力包括水平管线的沿程阻力、垂直管线的静压降和管线弯头、接口等造成的局部阻力（局部阻力较小忽略不计）。

制冷剂的沿程阻力和静压降算法如下：

其中：P1为水平阻力，P2为垂直阻力，f为管线沿程阻力系数，u为制冷剂平均流速，qm为制冷剂质量流量，Re为雷诺系数，v制冷剂比热容,ρ为制冷剂密度，l为管长,d为管内直径[4]。

根据图2可知，制冷剂管线越长、高度落差越大制冷剂压降越大，其中70米水平管的压降是15米管的6.15倍，5米垂直管的压降是3米管的1.82倍。

图2 制冷剂管线长度与压降变化情况

在实际安装过程中空调水平管应不超过20m,垂直管落差不超过10m，并减少制冷剂管线局部弯曲、接头等情况，减小制冷剂的压降，提升分体空调制冷效率。

2.2 降低冷凝器热交换提升低温制冷性能

家用分体空调通常在夏季高温时下才启动制冷模式，但渤海石油平台房间设备散热较大，冬季低温的情况下仍需要进行房间制冷，此时冷凝器换热环境恶劣，制冷剂散热快，冷凝压力急剧降低，大量制冷剂聚集在冷凝器中导致循环量减少，制冷能力衰减严重，解决分体空调低温制冷效果不佳问题的核心在于降低冷凝器热交换能力。

冷凝器对流换热系数计算公式为：

其中，h为冷凝器对流换热系数，V为冷凝翅片最窄处空气流速，D为直径当量，v为空气运动粘度，Re为雷诺系数，n为经验系数（n＜1）[5]。

根据式（6）可知，采取降低空气流速的方法以减小冷凝器对流换热系数，提高冷凝温度和蒸发温度。

2.2.1 添加百叶窗挡风装置

如图所示，在冷凝器外侧安装百叶窗挡风装置，根据气温变化调节百叶窗翅片开度，增强冷凝器外侧进风阻力，降低空气流速，在其他条件不变的情况下，减小对流换热系数h，防止制冷剂快速散热，提高冷凝温度。

图3 百叶窗挡风装置示意图

百叶窗挡风装置安装便捷，在缓解分体空调冬季制冷效率低的同时有效防止冷凝翅片处灰尘聚集导致脏堵，减少空调维护保养频率。

2.2.2 限制室外风机启动频率

单位时间流过冷凝翅片的风量越大，冷凝器换热越充分，因此室外风机启动加速换热是造成冬季制冷效果不佳的重要原因。目前海洋平台使用的分体空调一般为定频风机，如果采用变频或变压调速的方法，电路改造复杂，成本较高，因此优先采用限制室外风机启动频率的方法。

在室外机控制板中串入温度开关控制电路，通过冷凝翅片温度变化控制风机的启停，手动设置温控器动作值，当检测温度低于设定值时，抑制风机启动，采用自然散热对冷凝器进行降温；当检测温度高于设定值时，温度开关常开触点闭合，启动风机进行强制降温。

图4 室外风机改造示意图

通过限制风机的启动频率，增大冷凝压力和蒸发压力，达到提升空调低温制冷的效果。此外，采用降低风机启动频率的方法，不仅可以在低温环境下使用，也可以长期保持。压缩机启动时，冷凝器温度在10～50℃变化，可根据气温变化，改变温度开关设定值，防止风机频繁启动，在一定程度上降低室外机震动，避免空调内部软管或管线焊接薄弱处破损导致制冷剂泄漏，减少空调故障。

2.3 安装气液分离器延长压缩机使用寿命

在空调运行时，低温高压的液态制冷剂在蒸发器内吸热蒸发形成高温低压的汽态制冷剂，但往往在实际运行中会出现制冷剂无法完全蒸发的现象，未完全蒸发的制冷剂在压缩机内部迅速升温膨胀，使得压缩机气缸压力骤增，产生液击造成压缩机内部出现不同程度的损伤，甚至严重损坏。

为尽可能的避免液击，保证压缩机的稳定运行，在压缩机吸气口加装气液分离器，防止液态制冷剂进入压缩机，同时为溢流而出的液态制冷剂提供临时的储存空间，降低压缩机的故障率，保证空调长时间运行的稳定性。根据实际经验，安装气液分离器后压缩机寿命可以延长2～3年，具有实际意义。

2.4 喷涂防腐材料防止制冷剂泄漏

分体空调常采用铜或铜铝合金作为制冷剂管线和冷凝器原料，其耐腐蚀性能较铝好。但海风中含有大量NaCl粒子，部分油田还存在微量HS2气体，随着空气流动逐渐吸附沉积至铜管和冷凝器上。当分体空调运行时会在铜管和冷凝器上产生冷凝水，溶解NaCl产生Cl-，Cl-半径小并且穿透性强，易破坏铜表面的氧化膜形成点蚀源，在电化学腐蚀的作用下产生CuCl，CuCl发生水解产生HCl进一步加重腐蚀，导致制冷剂泄漏[6]。

为防止管线、冷凝器点蚀可以在铜管和冷凝器表面喷涂铜管缓蚀剂（如苯骈三氮唑、甲基苯骈三氮唑缓蚀剂）形成一层或者多层保护膜，延长管线和冷凝器的使用寿命。

3 小结

通过对分体空调主要故障问题和工作原理分析，针对性的采取相应措施，减少室内外机管线长度、高度落差、串入温度开关控制电路、安装百叶窗、喷涂铜管缓蚀剂等，降低分体空调故障率，提升分体空调连续运行的稳定性，维持房间设备的最佳工作环境，保障海洋石油的正常开采。

（1）结合实际展开分析，采取针对性措施

结合渤海油田分体空调实际使用情况，对分体空调的报警和故障进行详细分析并锁定根本原因，突破常规，有针对性的采取措施，有效降低了空调故障率。

（2）设计方法简洁有效，改造安装实施便捷

依托平台分体空调自身硬件，完成相关优化性改造。在设计上大胆创新，简洁有效，避免大改大造，施工成本低，将降本增效的理念运用于实际。

（3）现场操作简单，实际效果稳定

在分体空调运行时，只需根据环境温度调节百叶窗翅片角度及温度开关设定值，便可以极大提升空调冬季制冷的效果，维持房间温度恒定，减少人员维护保养和故障维修的次数，并对渤海其他油田分体空调性能提升改造具有实际意义。