自升式海洋平台机舱通风系统设计【文献综述】

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毕业论文文献综述计算机科学与技术自升式海洋平台机舱通风系统设计前言由于能源的紧缺，人们开始将目光投向了广袤的海洋，而海上进行油气开采作业必须要建立相应的平台，自升式海洋钻井平台是由一个上层平台和数个能够升降的桩腿所组成的海上平台。这些可升降的柱腿能将平台升到海面以上一定高度，支撑整个平台在海上进行钻井作业。这种平台既要满足拖航移位时的浮性、稳性方面的要求，又要满足作业时着底稳性和强度的要求，以及升降平台和升降桩腿的要求。由于自升式平台可适用于不同海底土壤条件和较大的水深范围，移位灵活方便，便于建造，因而得到了广泛的应用。目前，在海上移动式钻井平台中它仍占绝大多数。我国拥有广阔的海域，其中渤海、南海等海域更是拥有大量的油气，对自升式海洋平台的研究有利于完善现有的技术水平，而对于机舱的通风系统的优化设计也是不可或缺的一个重要部分。机舱内安装有主机、辅机、辅锅炉等机械设备，这些设备在运行时要散发出大量热量。而机舱相对比较狭小，除天窗、舱口和通道外，四周密闭，这就使得机舱成为高温环境，必须通风，造成一定的空气流速将热量带出舱外，使机舱温度降低。机舱中的各种机械设备在工作过程中会散发和泄露出油气和水蒸气，必须及时将其从机舱中排出；机舱管理人员在工作时不断吸入新鲜空气，呼出二氧化碳，使机舱空气中的二氧化碳含量增加，因此要利用通风保证机舱中的空气具有符合要求的成分；主机、辅机、辅锅炉等热力机械在运行时要消耗一定量的空气，因此要供给足够的空气量，以保证燃料充分燃烧，提高热效率。机舱通风管路的任务，是降低机舱的温度、排除机舱内的油气和水蒸气、向机舱供应充足的新鲜空气，从而保证动力装置的正常工作，以及改善机舱管理人员的工作和卫生条件。为此，大中型船舶的机舱中都有比较完备的通风管路，即使是没有专门通风管路的小型船舶机舱，也要利用天窗、舱口、通道以及通风头等进行自然通风。通风方式一般分为自然通风和机械通风两大类。从通风对舱室的流向看，又有送风和排风之分。 系统对管路布置的要求（1）应保证机舱内有足够的通风量，以满足管理人员和机械设备的需要。（2）机舱内各设备及工作处所的通风量，应根据需要予以合理分配。（3）应保证能顺利和充分地进行通风换气，尽量避免死角和减少外界的干扰和影响。（4）气流组织和管路安排应合理、通风管路应尽量占据空间小，对其他管路影响小。（5）设备要简单，管路尽量短，弯头尽可能少。机舱通风的气流组织气流组织得好坏对通风换气的顺利进行、风量的均匀和合理分配，以及管理人员的工作等都有很大影响，因此在布置通风管路时，必须注意以下几点：（1）为达到机舱通风降温的目的，应采用重点局部通风，即将舱外新鲜空气以较高速度送至主要工作场所，而且应与排气管道组成良好的气流系统。（2）机舱中的高温层、油气和水蒸气都在上部，故送风区应在高温层下面，排风区在其上面，这样就不会将上面的热空气带入工作区域。对于没有明显高温层的机舱，排风区也应高于送风区。（3）舱外新鲜空气应送到需要通风的地方。送风要保证一定的通风量，使工作地带的温度不超过舱外温度5~8℃，而且要保证一定的风速，因而送风的主要方式是横向强力送风。（4）不要将高速空气吹向机器，否则将加速机器余热的扩散而使工作地区的气温上升。气流的路线应该先吹至工作人员，逐渐扩散后再接触到机器，气流吸热加温后即自然上升。各种规范主机和辅机舱的送风和排风应统一执行作为上级规范的SOLAS规范。送风机的风量送风机风量按计算确定，此时应考虑从机舱进口百叶窗、经消声接头到出口吸入侧和压出侧的全部流阻所造成的总压力损失Δp。计算的依据是所有原动机、柴油发电机、锅炉和其他机械在额定功率下同时运转所需要的空气。对于轴流式风机，为使吸入段和压出段运行平稳，这些管段的长度应取为风机叶轮直径的5倍。送风机应选可逆转的，从而可作为排风机使用 送风风管送风风管和排风口的布置应该是这样的，即海水不致进入电气或机械装置，空气消耗设备保持有足够的空气，固定工作场所有足够的空气供应，并不超过规定的温度极限，封闭的空间保有足够的空气，确保空气能充分扫过机舱并带走热量。出口风速对封闭空间为1~3m/s,而对固定的工作场所为0.1~0.5m/s。排风排风口尺寸应选为：在自由截面上平均速度最高为6m/s。对于排风量qab适用下式：qab=q-(qdp+qdg)式中，q为按DINISO8861的总风量；qdp为主柴油机的燃烧空气量（m3/s）qdg为辅柴油机的燃烧空气量（m3/s）采用轴带发电机时，qdg=0，但考虑另装一台辅柴油机的情况除外。在机舱内应建立不超过50Pa的正压。若不能排放足够的空气，应考虑设置一排风机，以满足恶劣气候条件和海上航行之所需。机舱中的封闭空间，设有排风机或排风口，使排风流入机舱。分油机舱应具有单独的排风系统。分油机舱的排风应至少每小时换气30次。分油机舱的排风应单独进行，以免气体空气混合物或蒸汽进入机舱的其他部位。在排风管路中应设置易于通达和便于更换的分油器或毛毡过滤器。机舱通风系统的发展已建成的系统自然通风还使用在极小的船上，属例外情形。而主机舱的送风都是在正压下进行的。进入的空气由电动风机送入机舱或其他舱室（辅锅炉舱、泵舱、轴隧），再分配到各个平面，而排风经机舱顶部的风阀或百叶窗排到外面。在高负荷的舱室（分油机舱）中，以及经常有人的机修间内，要设置送风和排风装置。车间和仓库现在已有一部分设置在空调区内。 在大船上，送风机从装有消声器和水分离器的进风室中吸入空气。送入的空气沿风管从上面经机舱井向下供给空气消耗设备和发热设备。主机、锅炉、辅机和空气压缩机等大型的空气消耗设备，直接由风管供给新鲜空气。没有安装在机炉舱（MKR）内的特殊消耗设备，诸如配电板和配电站等，应设有单独的空气过滤器进行空气净化。所有其他的消耗设备和发热设备间接地由输送到下部的新鲜空气供给。进风一直送到机舱最底下部位，并经过轴隧输送，以支持发热后向上对流的自然排风。这种正压通风，至少要装2台大风机，实际上往往要装4台或6台，其中一部分，有时全部都是可逆转的。一般商船以主机功率计，风机的单位驱动功率为5~10W/KW。通常的商船采用垂直结构的机舱，其中可自行调节由下而上的排风流。与此相对的客船和滚装船，其上甲板为旅客而保留或布置贯穿甲板，以便优先安置滚装货物。对于这种水平结构的机舱，一般都需要较强的机舱通风，需要较高的风机驱动单位电功率，达10~20W/KW。因此过去除正压送风外，还加装专门的加压通风系统。现在都采用模块式结构，装有两个在不同压力下工作的系统。Hi-PRESS多喷嘴系统——设有两个独立的系统：一次系统（轴流式风机）送风给主要消耗设备，并冷却主要发热设备。二次系统（离心式风机）送风给位于机舱中的、经常有人的部位，诸如应急控制台、仓库和机修间等。DIRIVENT系统——其一次系统设有一般的轴流式或半轴流式风机，送风给大型的消耗设备和各部分甲板。二次系统设有较高压力（约4000Pa=400mmH2O）的离心式风机用于送风，被安装在较小截面的风管中，所占的机舱空间也较小。二次系统的出风口采用固定的和移动的喷嘴，以便有针对性的送风和导出热量。这样可以避免形成不易通达部位的热点，并将排风沿垂直井道引出。这种系统的主要优点是缩小了进风通道，从而减小所需的空间和重量。但它需要两个系统，这一缺点使投资和运行费用都有所增加。但是，对于上述机舱空间紧缺的船型，这种方案还是比较理想的。利用小量的高速空气可以输送较大量的空气。若在机舱中敷设这种系统场地不够充裕，则可在机舱中设置利用海水冷却的机舱循环通风系统，以减少总的送风量。这种方案可以节约不少场地，但要增设水-空气换热器，并考虑冷却水的消耗及其平衡。机舱通风系统的设计与动力装置和航行区域有关。在部分负荷、寒冷区域和港口作业时，需要的风量显著下降，船舶轮机人员可以根据偏离设计点的情况明显节省能源的消耗。根据对船舶整个营运寿命中正常运行情况的分析，可以肯定，满足设计点的情况是绝无仅有的。 在设计点上主机以100%功率运行（通常为70%~90%），海水温度为32℃，根据船级或航运公司的设置要求，空气温度为35℃或40℃。但是这种情况再船舶使用中很少碰到，仅能够发生。因此，在设计通风装置时，重要的是要考虑偏离设计点的其他运行条件，以便能在能耗上优化运行。这样不仅能节省电能，还能避免事故，如防止因损坏转子而导致破坏轴流式风机的本体的现象出现。其原因往往是在寒冷气候条件下机舱风管出口关闭或主机空气消耗量下降（河口航行、港口航行）。这样，轴流式风机处在风机特性曲线上禁止的运行范围内（倾覆点上），往往导致空气柱振荡（失速），从而损坏风机转子。当机舱通风系统优化目标明确规定时，机舱通风系统的优化是比较简单的。航运公司、船厂、通风公司和风机制造商等4个单位的利益虽然不同，但可以找到相应的折中解决办法。航运公司追求低的新船建造和运行费用；船厂和通风公司追求低的投资成本；风机制造商宁愿推出具有稳定特性曲线、高效和低运转成本的昂贵风机。因为合同中标的都是出价较低的商号，他们愿意提供多台初始成本较低而运行费用较高的风机。机舱风机属于长期运行的机械，值得指出，上述4方通过协商可以求得折中方案。这种风机通常每年运行8760h购买优质风机所额外支付的费用，往往通过3年的节能运行即可收回。总结本次论文题目自升式海洋平台机舱通风系统设计，所以对机舱通风系统的原理应用与发展等都必须有一定程度的了解。本文主要简单介绍了机舱通风系统的基本原理，已建成的机舱通风系统以及机舱通风系统应满足的一些条件，从而可以对机舱的通风系统进行进一步的优化设计。参考文献[1]（德）迈尔-彼得（德）伯恩哈德主编；王平庚等译.《船舶工程技术手册》上海：上海交通大学出版社，2009[2]郑士君江彦桥合编；《船舶系统》上海：上海海运学院1991[3]于洪亮黄连忠主编《船舶动力装置》大连：大连海事大学出版社2006[4]赫伟建船舶机舱通风速度场温度场数值模拟[D]大连：大连海事大学2005[5]于学兴船舶机舱的自然通风[D]大连：大连海事大学2004 [6]于学兴孙培廷船舶机舱通风系统的设计[J]世界海运2002[7]张学朴浅谈船舶机舱通风设计的改进[J]中国修船2006[8]宁宝东船舶机舱通风和风机的选型[J]船舶2001[9]于国华林宸家船舶建造期间机舱的通风排烟大连；大连造船厂1990[10]Shipbuilding-Engine-roomventationindiesel-enginedships-DesignrequirementandbasisofcalculationsISO88611998[11]CaiWenyuan，ADiseussionAboutDistributionofExhanstingAirfromToPAndBottominGeneralVentilationsysterms，<>[12]WailgYizhen，ReeonstruetionofVentilationSystermtosolvetheshortageofmineairsupply，<>V01.7，No.2，June2002