沙漠地区高压变频室采暖通风与空气调节设计探讨

中油（新疆）石油工程设计有限公司      相海杰   孙国成   贺吉涛

摘   要：针对国内高压变频室的室内通风设计，在大部分项目中均有设计，常采用的方法是“通风次数法”或“热平衡法”计算风量^[3]，认为其完全满足室内设备运行环境温度及风量要求进行设计，此种计算方法简单，其适用于电负荷较小、通风量小的项目上。针对于沙漠地区天然气处理站缺水、缺电、室外沙尘天气较多的的情况，高压变频室电负荷大、通风量大如何设计才能保证高压变频室正常供电要求尤为重要，本文通过对国内几种大型项目高压变频室的设计方案进行探讨，选择适合沙漠地区变配电间的设计思路。

关键词：高压变频室；沙漠地区；设计思路

       0   引言 

       沙漠地区泛指戈壁滩、荒漠、沙漠，其地表面覆盖大片流沙，分布各种沙丘，在大风的作用下，易形成风沙弥漫，空气中含尘量高。沙漠地区的气候干燥、冬冷夏热、降水量少、蒸发量大、植被贫乏、气象条件恶劣^[2]。

       在沙漠地区高压变频室采暖通风和空气调节设计，要结合沙漠地区恶劣的气候特性及人烟稀少、交通不便、用电负荷紧张等特点，除满足《建筑设计防火规范》、《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》、《石油化工供暖通风与空气调节设计规范》、《20kV及以下变电所设计规范》，还应考虑防沙尘措施，因地制宜进行设计。

       本文以新疆某地区天然气处理站内高压变频室间的夏季温度高、冬季温度低、沙漠沙尘天气多的特点，在国内已建高压变频室采暖通风与空气调节设计的基础上，提出一种适合新疆沙漠地区投资少、能耗低、运行费用低的采暖通风与空气调节设计思路，为以后的高压变频室设计提供参考。

       1   高压变频室采暖通风与空气调节传统设计思路

       1.1   传统工艺设计思路

       1.1.1   空调冷却设计思路

       在江苏南部某电厂高压配电室，该变频室的变频器、干式变压器、变压器柜、单元柜的发热量大、通风量大，若将这些热量直接散入到室内，夏季会造成室内温度过高（温度升高至设备元件耐温上限温度，一般是55~75℃），常规变频室电气设备运行要求维持夏季温度一般不高于35℃。为避免发生由温度损害引起的故障，影响设备的正常运行，高压配电室采用室内循环，冷暖空调（约90P）冷却方案，解决夏季室内温度高，冬季室内温度低，室内需要通风量大的问题。

图1   传统空调技术思路

       1.1.2   空水冷冷却设计思路

       在河南某电厂高压配电室，该配电室的变频器、干式变压器等单元柜的发热量大、通风量大，为避免发生由温度损害引起的故障，影响设备的正常运行，高压配电室采用室内外循环空水冷冷却方案，此方案的冷却风道采用闭式循环，与室外环境隔离，风道设置鼓风机和换热器，可以避免进口风沙、出口风量少的问题，但需要现场冷却水源，流量约80m³/h。

图2   传统空水冷冷却工艺技术思路

       1.1.3   空气过滤室设计思路

       甘肃瓜州某天然气压缩处理站高压变频室间，地处于戈壁滩，附近无水源，风沙较大，在高压变频室间新建风沙过滤室，有效缓解风沙的进入，满足进风风量要求，同时在风沙过滤室设空气加热器满足冬季室内温度要求，室内设空调（约10P）,满足夏季极端天气降温要求。

图3   传统空气过滤室技术思路

       1.2   传统高压变频室采暖通风与空气调节工艺缺点

     （1）采用空调冷却降温方式，空调设备投资高，耗电量大；

     （2）采用空水冷冷却方式，鼓风机、换热器投资高，需要循环水量，对于缺水地区不建议采用；

     （3）采用空气风沙过滤室方式，需要新建风沙过滤间，对于已建站区建筑布局紧凑情况来说，无法实现此种方式。

       2   沙漠地区高压变频室采暖通风与空气调节设计新工艺

       新疆某天然气处理站高压变频室间设有变压器柜、单元柜、电抗器柜，设备发热量230kW、通风量5.6×104m³/h，高压变频室前期未做通风及空气调节设计，变频柜散热量直接散入到室内，夏季造成室内温度过高（温度升高至设备元件耐温上限温度，现场实测85℃），导致变频室间停机。常规变频室电气设备运行要求维持夏季温度一般不高于35℃，为避免高压变频室间设备由温度升高引起设备停机故障，影响站区正常生产任务，经与设备厂家沟通和资料查阅，探讨设备耐温极限温度（设备耐温极限85℃）、用电柜的进风品质（要求空气中风沙颗粒直径小于0.05mm）的要求、冬季和夏季室内环境温度（冬季：-5℃以上；夏季：40℃以下）的要求。

       根据高压变频室间发热量大、通风量大、室外风沙大的特点，现对其进行采暖通风与空气调节工艺技术进行探讨。

       2.1   采暖通风

       高压变频室间夏季变频柜、单元柜、电抗柜采用风管进行正常通风散热，关闭变频柜风机出口后端的拉链式蝶阀；变频柜冬季采用风管进行正常通风散热，随着天气温度逐渐降低至-5℃，打开变压器柜风机出口后端拉链式蝶阀，随着室外温度的降低，当室内温度不能保持在-5℃以上，打开单元柜的自带风机出口后端拉链式蝶阀。为防止雨水倒流至变频柜内，风管坡度为0.5%，坡向墙体。

       高压变频室间采用HDQCB板式粗效空气过滤器为变频柜自然补风，当其不满足补风量时启用轴流风机进行机械补风，室内设置2台轴流风机，通风量16000m3/h，轴流风机入口设置空气过滤装置，满足室内设备补风空气品质要求。

       2.2   空气调节

       新疆某地区夏季最高天气温度43.5℃，配电柜通过设备壳体向室内散热量最大为10kW，高压变频室设2台KF-160LW柜式空调，制冷量Q =16kW，满足降低配电柜通过设备壳体向室内散热温度和调节极端高温天气的要求。

图4   高压变频室采暖通风与空气调节新工艺技术思路

注：A–HDQCB板式粗效空气过滤器；B–轴流风机；C–KF-160LW柜式空调

       2.3   技术优点

     （1）高压变频室采用此种工艺适用于沙漠缺水地区；

     （2）高压变频室采用此种工艺相对于采用空调机组工艺可节约初投资23万元，减少年运行费用20万元。

     （3）高压变频室采用此种工艺相对于采用空水冷系统可节约初投资25万元，减少年运行费用8万元，空水冷系统适用于南方多水地区。

     （4）高压变频室采用此种工艺相比较于新建空气过滤室，可减少初投资5万元。

       3   结论

       对于沙漠地区环境温度夏季高（高于40℃）、冬季低（低于-20℃）的变配电间，如果附近无冷缺水源，并且用电负荷紧张情况。通过有效的机械通风与自然排风相结合的复合通风系统来排除室内余热，夏季极端天气情况采用空调降温，保证设备耐温上限要求；冬季低温条件下采用设备散热负荷来提高室内环境温度，达到电气设备运行所需要的室内温度要求。采用此种工艺减少初投资，减少电力消耗，能达到节能、降耗、方便运行管理的目的^[1]。此种技术在新疆某沙漠地区得到实际应用，并运行良好，并在其他地区及国外项目进行了推广应用。

参考文献

       [1] 陈文霞.石化厂变配电间通风设计探讨.石油化工设计，2013,30(1):5–17.

       [2] 马依丹，孙国成，钱忠成.沙漠地区石油地面工程中的采暖通风与空气调节设计.新疆石油科技，2008,1(18):37.

       [3] 林天轮.变配电用通风量计算方法浅析，发电与空调，2014年04月.

备注：本文收录于《建筑环境与能源》2019年5月刊总第21期。
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