CN112949052A - 海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法 - Google Patents

Abstract

一种海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，包括：一：获取电池间和应急机间尺寸；二：获取电池间或应急机间的设计温度和室外最低温度；三：建立电池间设计温度的模型；四：在极寒失电工况下，电池间向外界传热量又从应急机间吸热的工况；五：对电池间传热量公式：q_总＝q_显热；q_显热＝q_{结构传热量}+q_{换气次数带来的新风负荷}；六：传热量公式：q_总＝q_{结构传热量}＝K×A×Δt；七：电池间内介质相对温度下的焓值公式；Q＝C×M×ΔT；本发明既能评估出极寒失电工况下，房间温度降低的数值；还能通过温降数值对比，调整设施；保证了海洋石油平台设备设施的安全平稳运行。

Description

海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法

技术领域

本发明属于海洋石油工程领域，尤其涉及海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法。

背景技术

目前，海洋石油平台作为海上油气开采重要设施，在各个方面设计之初，便会考虑其在各种工况条件下，如何保证海洋石油平台上各个设备设施的平稳运行。

常规的海洋石油平台上房间暖通空调的设计，主要考虑的是海洋石油平台连续正常供电、设备设施平稳运行的正常工况。但是，在海洋石油平台实际生产运营过程中，存在着在极寒温度下，海洋石油平台发电***失电的工况，而恢复供电前30分钟内，仅靠电池间的不间断电源为关键控制***进行供电的工况(以下简称：极寒失电工况)。在极寒失电工况下，30分钟时间节点上，海洋石油平台各个重要房间的温度会降低多少，将直接影响房间内，设备设施的设计选型以及设备设施的是否能够平稳运行。故此，在极寒失电工况下，房间温度的下降，便显得极为重要。

发明内容

本发明目的在于提供一种海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法,以解决海洋石油平台极寒失电工况下，对房间温度降低多少如何进行评估的技术问题。

为实现上述目的，本发明的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法的具体技术方案如下：

一种海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，采用以下步骤：

第一步：查阅海洋石油平台的资料，以获取电池间或应急机间布置的资料；并得到电池间尺寸、应急机间尺寸；

第二步：查阅标准和资料，以获取电池间或应急机间的设计温度和冬季室外最低温度；

第三步：对电池间的工况进行分析，并建立电池间设计温度的模型；

第四步：对电池间的工况进行分析为；电池间在极寒失电工况条件下，处于既向外界传热量，即：北侧以外其他接触面，又从北侧应急机间吸热的工况；

第五步：对电池间传热量的计算所采用的公式为：

q_总＝q_显热 (1)

q_显热＝q_{结构传热量}+q_{换气次数带来的新风负荷} (2)；

第六步：使用导热公式简化传热量所采用的公式为：

q_总＝q_{结构传热量}＝K×A×Δt (3)

第七步：计算电池间内介质的相对温度下的焓值，电池间内介质指房间内的气体、液体和固体；相对温度下指室内外温差所采用的公式为；

Q＝C×M×ΔT (4)。

进一步，所述电池间尺寸为:宽×长×高，即为：2m×5m×4m；应急机间尺寸为:宽×长×高，即为：6m×5m×4m。

进一步，所述电池间在冬季室内设计温度6为-10℃；北侧应急机间冬季室内设计温度为-5℃；冬季室外最低温度5为-25℃。

进一步，所述第四步中，对电池房间的工况具体分析为：在失电工况下，所有房间不存在内加热源；故后续冬季负荷计算暂不考虑对相邻房间传热。

进一步，所述第五步中，各种潜热和设备发热量作为热源；冬季时，不作为计算负荷，不需考虑；极寒失电工况时，换气风机和加热器处于不工作状态；故，q_{换气次数带来的新风负荷}为0，也不需考虑。

进一步，所述第六步中，公式(3)的具体说明为：

q_总：传热量，单位为瓦(W)；

K：结构传热系数，单位为瓦每平方米开尔文，即：W/m₂·K；

A：面积，单位为平方米(m₂)；

Δt：室内外温差，单位为开尔文(K)。

进一步，所述第七步中，公式(4)的具体说明为：

Q：相对温度下的焓值；C：物体的比热容；M：物体的质量；ΔT：室内外温差；且液体主要为电解液；固体主要为金属钢材。

进一步，所述第四步中，计算极寒失电工况下，在30分钟时间节点上，电池间温降和房间温度；若电池间温降和房间温度幅度小于1则结束计算；若电池间温降和房间温度幅度大于1则重复第一步至第三步继续计算。

进一步，所述电池间在整个失电、传热、温降状态下，随着时间变化，室内温度始终保持着平衡的状态；房间内所有介质的相对焓值在减小的过程中，都均衡地反映在的温度和温降参数上，30分钟结构传热量对房间内介质相对温度下焓值的占比0.677％，即为房间温降比例。

进一步，所述第三步中，模型是依据电池间在冬季室内设计温度为-10℃时，应急机间冬季室内设计温度为-5℃时，热传递至冬季室外最低温度为-25℃时建立的。

本发明的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法具有以下优点：

本发明在海洋石油平台设计时，不仅能够解决在缺少极寒失电工况下，房间温度降低的评估问题，最终评估出极寒失电工况下，房间温度降低的数值；而且，还能够通过温降数值对比，调整设备设施选型，填补设计缺陷，进而，为后续项目中推广应用，提供理论基础和数据依据，最终保证了海洋石油平台设备设施的安全平稳运行。

附图说明

图1为本发明整体结构流程示意图。

图2为本发明电池间设计温度的模型流程示意图。

图中标记说明：

1、海洋石油平台；2、电池间；3、应急机间；4、设计温度；5、冬季室外最低温度；6、冬季室内设计温度；7、模型；8、传热量。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明采用以下步骤：

第一步：查阅海洋石油平台1的资料，以获取电池间2或应急机间3布置的资料；并得到电池间2尺寸为:宽×长×高，即为：2m×5m×4m；应急机间3尺寸为:宽×长×高，即为：6m×5m×4m。

第二步：查阅标准和资料，以获取电池间2或应急机间3的设计温度4和冬季室外最低温度5；

根据《Q/HS 3008-2016海上平台采暖通风空调冷库***设计方法》规定，电池间2在冬季室内设计温度6为-10℃；北侧应急机间3冬季室内设计温度6为-5℃；冬季室外最低温度5为-25℃；

第三步：对电池间2的工况进行分析，并建立电池间2设计温度的模型7；

如图2所示，模型7的建立是依据电池间2在冬季室内设计温度6为-10℃时，应急机间3冬季室内设计温度6为-5℃时，热传递至冬季室外最低温度5为-25℃时建立的。

第四步：对电池间2的工况进行分析

①电池间2在极寒失电工况条件下，处于既向外界传热量8(即：北侧以外其他接触面)，又从北侧应急机间3吸热的工况；

②由于在失电工况下，所有房间不存在内加热源，如考虑相邻房间互相传热，则传热温差和传热时间均为变量，且容易对计算结果产生影响，故后续冬季负荷计算暂不考虑相邻房间传热。

第五步：对电池间2传热量8的计算所采用的公式为：

q_总＝q_显热 (1)

q_显热＝q_{结构传热量}+q_{换气次数带来的新风负荷} (2)；

注：各种潜热和设备发热量作为热源；冬季时，不作为计算负荷，不需考虑；极寒失电工况时，换气风机和加热器处于不工作状态。故，q_{换气次数带来的新风负荷}为0，也不需考虑。

第六步：使用导热公式简化传热量8计算所采用的公式为：

q_总＝q_{结构传热量}＝K×A×Δt (3)

其中，

q_总：传热量，单位为瓦(W)；

K：结构传热系数，单位为瓦每平方米开尔文[W/(m₂·K)]；

A：面积，单位为平方米(m₂)；

Δt：室内外温差，单位为开尔文(K)。

第七步：计算电池间2内介质的相对温度下的焓值，电池间2内介质指房间内的气体、液体和固体；相对温度下指室内外温差所采用的公式为；

Q＝C×M×ΔT (4)

具体计算电池间2如下面表1所示，

表1

其中，q_总传热量8为732瓦，即每秒通过结果传热为732焦耳。

1.计算30分钟，并通过结构传热总量Q(J)。

根据热量和功率计算公式：Q(热量：J)＝p(瓦:w)×t(秒:s)，可得：

30分钟通过结构传热总量Q(KJ)＝732×60×30÷1000＝1317.6KJ

2.计算房间内介质的相对温度下的焓值。房间内介质指房间内的气体、液体(水)和固体(金属)；相对温度下指室内外温差。

依据公式：Q＝C×M×ΔT(4)

其中，

Q：相对温度下的焓值；

C：物体的比热容；

M：物体的质量；

ΔT：室内外温差。

1)电池间2内液体相对焓值计算：

液体主要为电解液，物性与水相近，液体体积为1.36m₃，比热为4.2kJ/(kg·℃)，密度为1000kg/m₃。依据公式计算得到液体相对焓值为85680KJ。

2)电池间2内固体相对焓值计算：

固体主要为金属钢材，体积按房间体积的5％取值为2m₃，比热为0.46kJ/(kg·℃)，密度为7850kg/m₃。依据公示计算得到固体金属相对焓值为108330KJ。

3)电池间2内气体相对焓值计算：

体积按房间除去金属和液体体积后的剩余空间，计算取值为36.64m3，比热为1.005kJ/(kg·℃)，密度为1.2kg/m₃。依据公示计算得到固体金属相对焓值为662.818KJ。

综上可得，相对温度下的焓值：

Q＝85680KJ+108330KJ+662.818KJ＝194672.82KJ

3.计算30分钟结构传热量对房间内介质相对温度下焓值的占比。

即：1317.6KJ÷194672.82KJ＝0.677％

4.计算极寒失电工况下，30分钟时间节点上，电池间温降和房间温度。

电池间在整个失电、传热、温降状态下，随着时间变化，室内温度始终保持着平衡的状态。房间内所有介质的相对焓值在减小的过程中，都均衡地反映在的温度和温降参数上30分钟结构传热量对房间内介质相对温度下焓值的占比0.677％即为房间温降比例。

由此，可以初算出30分钟时间节点上：

电池间温降为：Δt降＝0.677％×ΔT＝0.677％×-15＝-0.10152℃；

电池间温度为：T30min＝-10+(-0.10152)＝-10.10152℃；

注：由于温降比例仅为0.677％，温降仅为-0.10152℃，相对步骤6中的温差(Δt为-15℃)对Q传热量的影响较小。故此，不需进行复核计算。

通过上述计算，可以得到：在未考虑相邻房间传热、电池间与室外温差逐渐减小、传热量q逐渐减小的情况下，极寒失电工况下30分钟时间节点上，电池间的温降为0.1℃，温度为-10.1℃。

即：此工况下基本可以忽略温降影响。

以上述电池间2温降为例，未计算获得温降数据之前，电池间2内电池按照冬季-25℃进行设备选型和计算，一次投入成本约为100万元人民币。在计算获得温降数据后，电池间2按照冬季房间-10℃的设计温度进行设备选型和计算，一次投入成本约为70万元人民币。仅电池一项便可节约一次投入成本30万元人民币，降低30％成本投入。

上述海洋石油平台、电池间、应急机间、模型为现有技术，未作说明的技术为现有技术，故不再赘述。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，采用以下步骤：

第一步：查阅海洋石油平台的资料，以获取电池间或应急机间布置的资料；并得到电池间尺寸、应急机间尺寸；

第二步：查阅标准和资料，以获取电池间或应急机间的设计温度和冬季室外最低温度；

第三步：对电池间的工况进行分析，并建立电池间设计温度的模型；

第四步：对电池间的工况进行分析为；电池间在极寒失电工况条件下，处于既向外界传热量，即：北侧以外其他接触面，又从北侧应急机间吸热的工况；

第五步：对电池间传热量的计算所采用的公式为：

q_总＝q_显热 (1)

q_显热＝q_{结构传热量}+q_{换气次数带来的新风负荷} (2)；

第六步：使用导热公式简化传热量所采用的公式为：

q_总＝q_{结构传热量}＝K × A × Δt (3)

第七步：计算电池间内介质的相对温度下的焓值，电池间内介质指房间内的气体、液体和固体；相对温度下指室内外温差所采用的公式为；

Q＝C × M × ΔT (4)。

2.根据权利要求1所述的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，所述电池间尺寸为:宽×长×高，即为：2m×5m×4m；应急机间尺寸为:宽×长×高，即为：6m×5m×4m。

3.根据权利要求1或2所述的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，所述电池间在冬季室内设计温度6为-10℃；北侧应急机间冬季室内设计温度为-5℃；冬季室外最低温度5为-25℃。

4.根据权利要求1所述的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，所述第四步中，对电池房间的工况具体分析为：在失电工况下，所有房间不存在内加热源；故后续冬季负荷计算暂不考虑对相邻房间传热。

5.根据权利要求1所述的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，所述第五步中，各种潜热和设备发热量作为热源；冬季时，不作为计算负荷，不需考虑；极寒失电工况时，换气风机和加热器处于不工作状态；故，q_{换气次数带来的新风负荷}为0，也不需考虑。

6.根据权利要求1所述的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，所述第六步中，公式(3)的具体说明为：

q_总：传热量，单位为瓦(W)；

K：结构传热系数，单位为瓦每平方米开尔文，即：W/m₂·K；

A：面积，单位为平方米(m₂)；

Δt：室内外温差，单位为开尔文(K)。

7.根据权利要求1所述的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，所述第七步中，公式(4)的具体说明为：

Q：相对温度下的焓值；C：物体的比热容；M：物体的质量；ΔT：室内外温差；且液体主要为电解液；固体主要为金属钢材。

8.根据权利要求1或4所述的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，所述第四步中，计算极寒失电工况下，在30分钟时间节点上，电池间温降和房间温度；若电池间温降和房间温度幅度小于1则结束计算；若电池间温降和房间温度幅度大于1则重复第一步至第三步继续计算。

9.根据权利要求1所述的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，所述电池间在整个失电、传热、温降状态下，随着时间变化，室内温度始终保持着平衡的状态；房间内所有介质的相对焓值在减小的过程中，都均衡地反映在的温度和温降参数上，30分钟结构传热量对房间内介质相对温度下焓值的占比0.677％，即为房间温降比例。

10.根据权利要求1所述的海洋石油平台极寒失电工况下房间温度降低的评估方法，其特征在于，所述第三步中，模型是依据电池间在冬季室内设计温度为-10℃时，应急机间冬季室内设计温度为-5℃时，热传递至冬季室外最低温度为-25℃时建立的。

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