中油（新疆）石油工程設計有限公司      相海杰   孫國成   賀吉濤

摘   要：針對國內高壓變頻室的室內通風設計，在大部分項目中均有設計，常采用的方法是“通風次數法”或“熱平衡法”計算風量^[3]，認為其完全滿足室內設備運行環境溫度及風量要求進行設計，此種計算方法簡單，其適用于電負荷較小、通風量小的項目上。針對于沙漠地區天然氣處理站缺水、缺電、室外沙塵天氣較多的的情況，高壓變頻室電負荷大、通風量大如何設計才能保證高壓變頻室正常供電要求尤為重要，本文通過對國內幾種大型項目高壓變頻室的設計方案進行探討，選擇適合沙漠地區變配電間的設計思路。

關鍵詞：高壓變頻室；沙漠地區；設計思路

       0   引言 

       沙漠地區泛指戈壁灘、荒漠、沙漠，其地表面覆蓋大片流沙，分布各種沙丘，在大風的作用下，易形成風沙彌漫，空氣中含塵量高。沙漠地區的氣候干燥、冬冷夏熱、降水量少、蒸發量大、植被貧乏、氣象條件惡劣^[2]。

       在沙漠地區高壓變頻室采暖通風和空氣調節設計，要結合沙漠地區惡劣的氣候特性及人煙稀少、交通不便、用電負荷緊張等特點，除滿足《建筑設計防火規范》、《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》、《石油化工供暖通風與空氣調節設計規范》、《20kV及以下變電所設計規范》，還應考慮防沙塵措施，因地制宜進行設計。

       本文以新疆某地區天然氣處理站內高壓變頻室間的夏季溫度高、冬季溫度低、沙漠沙塵天氣多的特點，在國內已建高壓變頻室采暖通風與空氣調節設計的基礎上，提出一種適合新疆沙漠地區投資少、能耗低、運行費用低的采暖通風與空氣調節設計思路，為以后的高壓變頻室設計提供參考。

       1   高壓變頻室采暖通風與空氣調節傳統設計思路

       1.1   傳統工藝設計思路

       1.1.1   空調冷卻設計思路

       在江蘇南部某電廠高壓配電室，該變頻室的變頻器、干式變壓器、變壓器柜、單元柜的發熱量大、通風量大，若將這些熱量直接散入到室內，夏季會造成室內溫度過高（溫度升高至設備元件耐溫上限溫度，一般是55~75℃），常規變頻室電氣設備運行要求維持夏季溫度一般不高于35℃。為避免發生由溫度損害引起的故障，影響設備的正常運行，高壓配電室采用室內循環，冷暖空調（約90P）冷卻方案，解決夏季室內溫度高，冬季室內溫度低，室內需要通風量大的問題。

圖1   傳統空調技術思路

       1.1.2   空水冷冷卻設計思路

       在河南某電廠高壓配電室，該配電室的變頻器、干式變壓器等單元柜的發熱量大、通風量大，為避免發生由溫度損害引起的故障，影響設備的正常運行，高壓配電室采用室內外循環空水冷冷卻方案，此方案的冷卻風道采用閉式循環，與室外環境隔離，風道設置鼓風機和換熱器，可以避免進口風沙、出口風量少的問題，但需要現場冷卻水源，流量約80m³/h。

圖2   傳統空水冷冷卻工藝技術思路

       1.1.3   空氣過濾室設計思路

       甘肅瓜州某天然氣壓縮處理站高壓變頻室間，地處于戈壁灘，附近無水源，風沙較大，在高壓變頻室間新建風沙過濾室，有效緩解風沙的進入，滿足進風風量要求，同時在風沙過濾室設空氣加熱器滿足冬季室內溫度要求，室內設空調（約10P）,滿足夏季極端天氣降溫要求。

圖3   傳統空氣過濾室技術思路

       1.2   傳統高壓變頻室采暖通風與空氣調節工藝缺點

     （1）采用空調冷卻降溫方式，空調設備投資高，耗電量大；

     （2）采用空水冷冷卻方式，鼓風機、換熱器投資高，需要循環水量，對于缺水地區不建議采用；

     （3）采用空氣風沙過濾室方式，需要新建風沙過濾間，對于已建站區建筑布局緊湊情況來說，無法實現此種方式。

       2   沙漠地區高壓變頻室采暖通風與空氣調節設計新工藝

       新疆某天然氣處理站高壓變頻室間設有變壓器柜、單元柜、電抗器柜，設備發熱量230kW、通風量5.6×104m³/h，高壓變頻室前期未做通風及空氣調節設計，變頻柜散熱量直接散入到室內，夏季造成室內溫度過高（溫度升高至設備元件耐溫上限溫度，現場實測85℃），導致變頻室間停機。常規變頻室電氣設備運行要求維持夏季溫度一般不高于35℃，為避免高壓變頻室間設備由溫度升高引起設備停機故障，影響站區正常生產任務，經與設備廠家溝通和資料查閱，探討設備耐溫極限溫度（設備耐溫極限85℃）、用電柜的進風品質（要求空氣中風沙顆粒直徑小于0.05mm）的要求、冬季和夏季室內環境溫度（冬季：-5℃以上；夏季：40℃以下）的要求。

       根據高壓變頻室間發熱量大、通風量大、室外風沙大的特點，現對其進行采暖通風與空氣調節工藝技術進行探討。

       2.1   采暖通風

       高壓變頻室間夏季變頻柜、單元柜、電抗柜采用風管進行正常通風散熱，關閉變頻柜風機出口后端的拉鏈式蝶閥；變頻柜冬季采用風管進行正常通風散熱，隨著天氣溫度逐漸降低至-5℃，打開變壓器柜風機出口后端拉鏈式蝶閥，隨著室外溫度的降低，當室內溫度不能保持在-5℃以上，打開單元柜的自帶風機出口后端拉鏈式蝶閥。為防止雨水倒流至變頻柜內，風管坡度為0.5%，坡向墻體。

       高壓變頻室間采用HDQCB板式粗效空氣過濾器為變頻柜自然補風，當其不滿足補風量時啟用軸流風機進行機械補風，室內設置2臺軸流風機，通風量16000m3/h，軸流風機入口設置空氣過濾裝置，滿足室內設備補風空氣品質要求。

       2.2   空氣調節

       新疆某地區夏季最高天氣溫度43.5℃，配電柜通過設備殼體向室內散熱量最大為10kW，高壓變頻室設2臺KF-160LW柜式空調，制冷量Q =16kW，滿足降低配電柜通過設備殼體向室內散熱溫度和調節極端高溫天氣的要求。

圖4   高壓變頻室采暖通風與空氣調節新工藝技術思路

注：A–HDQCB板式粗效空氣過濾器；B–軸流風機；C–KF-160LW柜式空調

       2.3   技術優點

     （1）高壓變頻室采用此種工藝適用于沙漠缺水地區；

     （2）高壓變頻室采用此種工藝相對于采用空調機組工藝可節約初投資23萬元，減少年運行費用20萬元。

     （3）高壓變頻室采用此種工藝相對于采用空水冷系統可節約初投資25萬元，減少年運行費用8萬元，空水冷系統適用于南方多水地區。

     （4）高壓變頻室采用此種工藝相比較于新建空氣過濾室，可減少初投資5萬元。

       3   結論

       對于沙漠地區環境溫度夏季高（高于40℃）、冬季低（低于-20℃）的變配電間，如果附近無冷缺水源，并且用電負荷緊張情況。通過有效的機械通風與自然排風相結合的復合通風系統來排除室內余熱，夏季極端天氣情況采用空調降溫，保證設備耐溫上限要求；冬季低溫條件下采用設備散熱負荷來提高室內環境溫度，達到電氣設備運行所需要的室內溫度要求。采用此種工藝減少初投資，減少電力消耗，能達到節能、降耗、方便運行管理的目的^[1]。此種技術在新疆某沙漠地區得到實際應用，并運行良好，并在其他地區及國外項目進行了推廣應用。

參考文獻

       [1] 陳文霞.石化廠變配電間通風設計探討.石油化工設計，2013,30(1):5–17.

       [2] 馬依丹，孫國成，錢忠成.沙漠地區石油地面工程中的采暖通風與空氣調節設計.新疆石油科技，2008,1(18):37.

       [3] 林天輪.變配電用通風量計算方法淺析，發電與空調，2014年04月.

備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2019年5月刊總第21期。
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