一、技術來源
伊拉克巴德拉原油外輸管道工程為中國石油天然氣管道局的EPC工程。伊拉克夏季氣候特點是：環境溫度高，晝夜溫差大，地溫高。合同規定RTU閥室設備間運行溫度不超過40℃，設備間可采用以太陽能為動力源的空調降溫方案，也可接受其他經過論證的可靠設計方案。由于RTU閥室附近無外電依托，一般解決該類閥室設備間的冷卻有兩種方案：全地下設備間和設置太陽能為動力源的空調降溫方案。項目組根據實施條件做了分析，以上兩個設計方案均不能滿足項目要求。
鑒于此，項目組自主研發了一種將重力循環與蓄冷系統結合形成的被動式冷卻技術，將其用于長輸管道RTU閥室設備間冷卻。
二、基本原理
白天，室外環境溫度高于室內溫度時，室外換熱器是室外循環的加熱中心，此時高溫水由于密度較低聚集在室外換熱器中，阻斷了室外系統的正常循環，室外循環停止。同時，水箱內的水為分層狀態(溫度低、密度大的水在底部;溫度高、密度小的水在頂部)，在室內換熱器與水箱形成的重力循環回路的作用下，室內電氣設備散熱及通過維護結構的傳熱量通過室內換熱器蓄集在水箱內，導致蓄冷水箱內水的溫度逐漸升高。在夜晚室外環境溫度低于室內溫度時，室外換熱器通過與空氣進行熱交換，獲得溫度低、密度大的水，而此時室內換熱器及水箱由于白天吸收了設備及圍護結構的散熱量變為溫度高、密度小的水，室內、室外循環均處于運行狀態，通過密度差將室內熱流體送到室外散熱，變為冷流體后回到水箱存儲。第2天重復這個過程，這就是被動式冷卻的原理。
三、工藝過程
被動式冷卻系統設計步驟:(1)確定設計輸入參數(主要輸入參數有：歷年最熱日前一晚室外平均溫度;室內設計溫度;室內設備持續發熱量;維護結構冷負荷;(2)設備選型和溫度模擬校核計算;(3)被動式冷卻系統與設備間的橇裝化設計。
四、技術特點
(1)將重力循環與蓄冷系統結合形成被動式冷卻技術用于無外接電源且晝夜溫差大的地區的油氣管道工程RTU閥室設備間冷卻。
(2)利用流體溫差△t≥5℃形成閉式蓄冷系統的循環動力，實現循環換熱，運行過程為“零”能耗。
(3)為準確計算RTU閥室被動式冷卻系統的工藝參數，利用CFD模擬太陽輻射對圍護結構表面溫度場影響以提高冷負荷計算的精度，采用INTERSIM可靠性分析軟件校核冷卻效果。
五、技術水平
對于高溫無外接電源地區，首次采用重力循環與蓄冷系統結合形成的被動式冷卻技術，解決RTU閥室設備間超溫難題，填補了國內行業技術空白，技術水平處于國內領先。
六、能源消耗
系統初始運行充水量大約8噸，此后無水量消耗，無電能消耗。
七、節能減排狀況
與太陽能空調方案相比，單個閥室年運行能耗節約：1728kW·h。
八、技術應用條件
適用于無外接電源且晝夜溫差大的地區的油氣管道工程RTU閥室設備間的冷卻。
九、應用實例
(1)2013年用于伊拉克巴德拉原油外輸管道工程，7座RTU閥室、1座收球站及2座Tie-In站，共計10套被動式冷卻系統。
(2)2014年用于伊拉克格拉夫原油外輸管道工程，6座RTU閥室、1座發球站、1座收球站，共計8套被動式冷卻系統。
(3)2018年即將用在尼日利亞AKK天然氣管道工程，22座RTU閥室、2座清管站，共計24套被動式冷卻系統。
十、經濟效益
設備投資：采用被動式冷卻方案，單個閥室節省投資大約13.7萬美元，已投入使用的18個RTU閥室共節省投資246.6萬美元。
建筑面積：典型設備間節省建筑面積14m2，18座閥室大約節省建筑面積252m2。
占地面積：單個閥室節省占地面積：1000～2000 m2，18座閥室節省占地面積：18000～36000m2。
運行能耗：空調方案設備運行大約需要耗電1.2kW，每年的4～9月份為高溫時段，按空調白天運行8小時計算，共運行1440小時，總運行能耗約1728kW。而被動式冷卻方案系統運行沒有能耗。
(來源：中國石油和化工勘察設計協會) |
