一、技术来源
伊拉克巴德拉原油外输管道工程为中国石油天然气管道局的EPC工程。伊拉克夏季气候特点是：环境温度高，昼夜温差大，地温高。合同规定RTU阀室设备间运行温度不超过40℃，设备间可采用以太阳能为动力源的空调降温方案，也可接受其他经过论证的可靠设计方案。由于RTU阀室附近无外电依托，一般解决该类阀室设备间的冷却有两种方案：全地下设备间和设置太阳能为动力源的空调降温方案。项目组根据实施条件做了分析，以上两个设计方案均不能满足项目要求。
鉴于此，项目组自主研发了一种将重力循环与蓄冷系统结合形成的被动式冷却技术，将其用于长输管道RTU阀室设备间冷却。
二、基本原理
白天，室外环境温度高于室内温度时，室外换热器是室外循环的加热中心，此时高温水由于密度较低聚集在室外换热器中，阻断了室外系统的正常循环，室外循环停止。同时，水箱内的水为分层状态(温度低、密度大的水在底部;温度高、密度小的水在顶部)，在室内换热器与水箱形成的重力循环回路的作用下，室内电气设备散热及通过维护结构的传热量通过室内换热器蓄集在水箱内，导致蓄冷水箱内水的温度逐渐升高。在夜晚室外环境温度低于室内温度时，室外换热器通过与空气进行热交换，获得温度低、密度大的水，而此时室内换热器及水箱由于白天吸收了设备及围护结构的散热量变为温度高、密度小的水，室内、室外循环均处于运行状态，通过密度差将室内热流体送到室外散热，变为冷流体后回到水箱存储。第2天重复这个过程，这就是被动式冷却的原理。
三、工艺过程
被动式冷却系统设计步骤:(1)确定设计输入参数(主要输入参数有：历年最热日前一晚室外平均温度;室内设计温度;室内设备持续发热量;维护结构冷负荷;(2)设备选型和温度模拟校核计算;(3)被动式冷却系统与设备间的橇装化设计。
四、技术特点
(1)将重力循环与蓄冷系统结合形成被动式冷却技术用于无外接电源且昼夜温差大的地区的油气管道工程RTU阀室设备间冷却。
(2)利用流体温差△t≥5℃形成闭式蓄冷系统的循环动力，实现循环换热，运行过程为“零”能耗。
(3)为准确计算RTU阀室被动式冷却系统的工艺参数，利用CFD模拟太阳辐射对围护结构表面温度场影响以提高冷负荷计算的精度，采用INTERSIM可靠性分析软件校核冷却效果。
五、技术水平
对于高温无外接电源地区，首次采用重力循环与蓄冷系统结合形成的被动式冷却技术，解决RTU阀室设备间超温难题，填补了国内行业技术空白，技术水平处于国内领先。
六、能源消耗
系统初始运行充水量大约8吨，此后无水量消耗，无电能消耗。
七、节能减排状况
与太阳能空调方案相比，单个阀室年运行能耗节约：1728kW·h。
八、技术应用条件
适用于无外接电源且昼夜温差大的地区的油气管道工程RTU阀室设备间的冷却。
九、应用实例
(1)2013年用于伊拉克巴德拉原油外输管道工程，7座RTU阀室、1座收球站及2座Tie-In站，共计10套被动式冷却系统。
(2)2014年用于伊拉克格拉夫原油外输管道工程，6座RTU阀室、1座发球站、1座收球站，共计8套被动式冷却系统。
(3)2018年即将用在尼日利亚AKK天然气管道工程，22座RTU阀室、2座清管站，共计24套被动式冷却系统。
十、经济效益
设备投资：采用被动式冷却方案，单个阀室节省投资大约13.7万美元，已投入使用的18个RTU阀室共节省投资246.6万美元。
建筑面积：典型设备间节省建筑面积14m2，18座阀室大约节省建筑面积252m2。
占地面积：单个阀室节省占地面积：1000～2000 m2，18座阀室节省占地面积：18000～36000m2。
运行能耗：空调方案设备运行大约需要耗电1.2kW，每年的4～9月份为高温时段，按空调白天运行8小时计算，共运行1440小时，总运行能耗约1728kW。而被动式冷却方案系统运行没有能耗。
(来源：中国石油和化工勘察设计协会) |
