聯(lián)合裝置中心控制室的布局探討

曹光

(中石化寧波工程有限公司，浙江寧波315103)

隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，石油化工企業(yè)逐步趨向于裝置多樣化、規(guī)模大型化、生產(chǎn)高度自動(dòng)化。中心控制室作為全廠生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)過(guò)程控制的中樞，隨著工廠對(duì)管控一體化的要求越來(lái)越高，從而使中心控制室的規(guī)模越來(lái)越大。

本文以某項(xiàng)目大型中心控制室為例，詳細(xì)解析了功能分區(qū)和設(shè)備用房布置的原則，提出以人為本，為員工創(chuàng)造健康、舒適、安全、高效工作環(huán)境的設(shè)計(jì)理念，為類似項(xiàng)目中心控制室設(shè)計(jì)提供借鑒。中心控制室作為工藝過(guò)程控制、保證生產(chǎn)安全的中樞裝置，除應(yīng)滿足控制系統(tǒng)所需的操作室、機(jī)柜間外，還需設(shè)置全廠生產(chǎn)調(diào)度中心、全廠電力調(diào)度中心以及為控制系統(tǒng)服務(wù)的設(shè)備用房和生活用房。按照規(guī)模、占地、功能進(jìn)行劃分，該項(xiàng)目中心控制室屬于大型抗爆結(jié)構(gòu)。

1 中心控制室設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素

1.1 總平面布置

該項(xiàng)目中心控制室位于生產(chǎn)管理服務(wù)區(qū)，鄰近廠區(qū)主要道路及廠區(qū)主大門(mén)，北側(cè)為中心化驗(yàn)室，東側(cè)為生產(chǎn)管理綜合樓，南側(cè)為易燃易爆裝置區(qū)，故主入口設(shè)置在北面；次入口設(shè)置在東側(cè)；而面向裝置的南側(cè)出入口、東側(cè)室外疏散樓梯面向裝置側(cè)均設(shè)置了抗爆擋墻，以保護(hù)事故狀態(tài)下人員疏散的安全；人員出入口均設(shè)置了抗爆前室，抗爆前室內(nèi)外門(mén)具備不同時(shí)開(kāi)啟的聯(lián)鎖功能，且該功能與消防信號(hào)互相聯(lián)鎖；抗爆外門(mén)設(shè)有門(mén)鏡，用以觀察室外情況。

為了使中心控制室能安全、可靠、有效地發(fā)揮作用，并保證人員的安全，其總平面布置應(yīng)根據(jù)廠區(qū)總體規(guī)劃、中心控制室功能分區(qū)和進(jìn)線方向進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)。

1)中心控制室與其他建構(gòu)筑物或裝置的防火間距應(yīng)滿足GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

2)抗爆中心控制室應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，不得與非抗爆建筑物合并建造；應(yīng)至少在2個(gè)方向設(shè)置人員的安全出口，且不得直接面向甲、乙類工藝裝置。

3)中心控制室應(yīng)位于各類爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所之外，爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所包括氣體爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所和粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所。

4)由于中心控制室內(nèi)控制系統(tǒng)屬于電子系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境的要求較高，持續(xù)的振動(dòng)或電磁波容易干擾控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此應(yīng)遠(yuǎn)離上述干擾源。

5)中心控制室內(nèi)的控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制全廠各工藝生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行，因此中心控制室宜布置在行政管理區(qū)，并且位置相對(duì)獨(dú)立。

1.2 結(jié)構(gòu)形式

按照中心控制室的設(shè)置及功能要求，并根據(jù)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確定中心控制室是否需要抗爆設(shè)計(jì)，采用抗爆設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行。根據(jù)中心控制室相鄰爆炸危險(xiǎn)裝置在設(shè)計(jì)的生命周期內(nèi)可能發(fā)生爆炸的概率、類型及可能產(chǎn)生的破壞特征進(jìn)行安全評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)分析。該項(xiàng)目中心控制室與MTO裝置紅線距離為168.45 mm，通過(guò)模擬計(jì)算，當(dāng)MTO裝置發(fā)生爆炸時(shí)，距離中心控制室的爆炸沖擊波入射超壓為20 kPa，正壓持續(xù)時(shí)間21 ms。經(jīng)安全評(píng)估確定，該項(xiàng)目中心控制室采用鋼筋混凝土框架-抗爆墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)值沖擊波峰值入射超壓21 kPa，正壓作用時(shí)間100 ms計(jì)算，屋面采用大型的焊接H型鋼梁及壓型鋼板組合屋面，實(shí)現(xiàn)了大跨度的抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。經(jīng)核算，完全滿足了對(duì)應(yīng)沖擊波作用下的承載力和變形要求。

1.3 功能分區(qū)及布置

1.3.1功能分區(qū)

該項(xiàng)目中心控制室的功能分區(qū)包括：

1)中心控制室一層平面按功能劃分為操作室、設(shè)備用房區(qū)和輔助用房區(qū)。操作室位于建筑中央，一、二層通高設(shè)置；設(shè)備用房區(qū)位于建筑西側(cè)及北側(cè)，包括機(jī)柜間、空調(diào)機(jī)房、配電室及UPS室、通風(fēng)機(jī)房等；輔助用房區(qū)位于操作室南側(cè)及北側(cè)，包括辦公、更衣、交接班室及輔助生活房間。

2)中心控制室二層平面按功能劃分為操作室(上空)、設(shè)備用房區(qū)、調(diào)度區(qū)和輔助用房區(qū)。設(shè)備用房區(qū)即空調(diào)機(jī)房位于建筑西南角；調(diào)度區(qū)位于操作室北側(cè)，可通過(guò)觀察窗和參觀走廊直接觀察操作室的生產(chǎn)控制情況；輔助用房區(qū)圍繞操作室布置，包括辦公、值班、會(huì)議等。

3)中心控制室的平面設(shè)計(jì)，受設(shè)備用房布置及各專業(yè)布線影響，需要在有限空間內(nèi)，協(xié)調(diào)和整合各類需求，優(yōu)化出合理的功能分區(qū)。抗爆中心控制室作為無(wú)窗建筑，室內(nèi)操作人員密集，設(shè)備昂貴，其控制系統(tǒng)對(duì)安全生產(chǎn)起到關(guān)鍵作用，雖定性為丁類廠房，但因其內(nèi)部綜合了操作控制、辦公、會(huì)議、值班、更衣、用餐等多種功能，故耐火極限確定為二級(jí)，防火分區(qū)及安全疏散參照公共建筑的要求設(shè)計(jì)。

1.3.2操作室布局

操作室內(nèi)的主要設(shè)備包括操作臺(tái)和大屏顯示墻，大屏顯示墻的中心點(diǎn)為視覺(jué)中心，視線方向來(lái)自操作人員、調(diào)度中心工作人員以及參觀人員，設(shè)計(jì)需確保人員合理的視覺(jué)角度和距離。

該項(xiàng)目中心控制室的操作室大屏顯示墻布置于南側(cè)墻面，提供高清大畫(huà)面的顯示，背后設(shè)有設(shè)備走廊，供顯示墻專用維護(hù)檢修使用。操作臺(tái)布置按照操作人員正常操作時(shí)的人體視覺(jué)范圍、分辨率等要求，按生產(chǎn)裝置劃分區(qū)域，采用多排折線式布局，在各自區(qū)域內(nèi)采用通長(zhǎng)式布局，桌面尺寸滿足操作員正常操作區(qū)、有效操作區(qū)的操作要求；顯示器采用雙屏設(shè)計(jì)，鍵盤(pán)采用桌面嵌入式，操作臺(tái)下部設(shè)有后開(kāi)門(mén)的底柜，滿足設(shè)備通風(fēng)散熱需求。

操作室安全出口位于操作臺(tái)兩側(cè)和后側(cè)，避免操作員面向房間出入口，干擾操作員注意力。

1.3.3機(jī)柜間布置及進(jìn)線

中心控制室的南向?yàn)橐兹家妆b置區(qū)，綜合考慮全廠管廊的布置及各專業(yè)進(jìn)線要求，確定將機(jī)柜間布置在中心控制室西側(cè)。通信光纜下管廊后通過(guò)電纜溝進(jìn)入機(jī)柜間，使得進(jìn)線最便捷，電纜穿墻洞口高于室外地坪以上；同時(shí)位于機(jī)柜間室內(nèi)基礎(chǔ)地面以上，防靜電活動(dòng)地板以下，采用專用電纜穿墻抗爆密閉模塊封堵，室外電纜溝溝底設(shè)有排水設(shè)施，溝內(nèi)充砂，滿足了進(jìn)線口抗爆、防火、防水、防塵的要求。

機(jī)柜間內(nèi)按照機(jī)柜功能及配線原則布置機(jī)柜，將DCS機(jī)柜、端子柜、配電柜、繼電器柜、安全柵柜等成排布置，并留有安裝、檢查和維修所需的足夠空間；地面采用全鋼防靜電活動(dòng)地板，并設(shè)置防靜電接地措施；吊頂采用礦棉裝飾石膏板，吊頂凈高保證了機(jī)柜頂部氣流的通暢。

1.3.4其他功能用房

該項(xiàng)目中心控制室除上述功能區(qū)域外，還包括了UPS室，空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)專設(shè)機(jī)房，消防控制室。

1)UPS除了保障操作室和機(jī)柜間主要設(shè)備的用電需求外，同時(shí)也為空調(diào)、照明、安全消防系統(tǒng)等附屬設(shè)施提供用電。UPS提供穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量電源，保證電網(wǎng)斷電時(shí)控制系統(tǒng)仍能正常工作，因此UPS室應(yīng)設(shè)置在用電集中的機(jī)柜間和操作室鄰近。

2)操作室、機(jī)柜間對(duì)溫濕度及潔凈度要求較高，常年需要空氣調(diào)節(jié)，同時(shí)操作室、機(jī)柜間兩個(gè)區(qū)域發(fā)熱量都比較大。因此針對(duì)操作室、柜間各設(shè)計(jì)選用了1套風(fēng)冷恒溫恒濕型空調(diào)機(jī)；空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)放置在專設(shè)機(jī)房?jī)?nèi)。

3)消防控制室是發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、發(fā)出報(bào)警、引導(dǎo)疏散等的處理中心，也是實(shí)施滅火救災(zāi)的指揮中心。根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，在中心控制室主出入口附近設(shè)置了消防控制室，并按照規(guī)范要求在消防控制室內(nèi)設(shè)置消防報(bào)警系統(tǒng)(FAS)，緊急廣播系統(tǒng)(PAS)及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，并統(tǒng)一納入全廠性火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)環(huán)形網(wǎng)。

2 人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)理念

人機(jī)工程學(xué)就是把人-機(jī)-環(huán)境作為研究的基本對(duì)象，運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)和其他有關(guān)學(xué)科的知識(shí)，根據(jù)人和機(jī)器的條件和特點(diǎn)，合理分配人和機(jī)器承擔(dān)的操作職能，并使之相互適應(yīng)，從而為人創(chuàng)造出舒適和安全的工作環(huán)境，使工效達(dá)到最優(yōu)的一門(mén)綜合性學(xué)科。以人為本，用人機(jī)工程學(xué)理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)，通過(guò)色彩的搭配、材料的選擇、燈光的設(shè)計(jì)、聲學(xué)噪音的控制等進(jìn)行全方位綜合設(shè)計(jì)，突破并改變了傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)沉悶拘束的辦公氛圍，營(yíng)造出健康、舒適、安全、高效的工作場(chǎng)所。

2.2 材料與色彩

操作室材料應(yīng)選用健康環(huán)保的優(yōu)質(zhì)建材，地面宜采用不易起灰塵的防滑材料；室內(nèi)墻面應(yīng)不積灰、不反光，墻壁顏色宜為淺色，色澤自然；操作室吊頂高度應(yīng)與房間平面尺寸協(xié)調(diào)，不應(yīng)產(chǎn)生壓抑感。

色彩的不同波長(zhǎng)會(huì)直接或間接地影響人的情緒、精神和心理活動(dòng)，適當(dāng)?shù)纳逝渲?，可以改善工作環(huán)境，提高操作人員注意力，減輕疲勞。操作室為全天有人值守的無(wú)窗密閉空間，其色彩設(shè)計(jì)應(yīng)滿足其自身的特點(diǎn)，避免操作人員長(zhǎng)期在內(nèi)工作而產(chǎn)生的生理和心理疲勞；內(nèi)基調(diào)以淺色調(diào)為主，在重點(diǎn)部位加點(diǎn)暖色，利用補(bǔ)色效應(yīng)，讓操作人員在視覺(jué)上得到短暫休息，從而提高注意力和工作效率，同時(shí)增加控制室色彩的層次和變化，豐富空間效果。

2.3 環(huán)境設(shè)計(jì)

中心控制室環(huán)境設(shè)計(jì)應(yīng)符合工廠所在地區(qū)的氣候特點(diǎn)和抗爆建筑的特殊性，重要房間、一般房間的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)分開(kāi)設(shè)置，重要房間采用恒溫恒濕的全空氣空調(diào)系統(tǒng)，其他房間采用舒適性空調(diào)系統(tǒng)，冬季采用供熱采暖方式。照明采用分散控制方式的人工照明，在屏幕上不應(yīng)產(chǎn)生反光和眩光，不應(yīng)影響操作員對(duì)顯示屏的讀取，在滿足基本照度條件下，工作區(qū)域環(huán)境照明應(yīng)合理選擇。操作室聲學(xué)設(shè)計(jì)需充分考慮空間大、人流密度高、設(shè)備多、很容易產(chǎn)生回聲和混響的特點(diǎn)，采用吸聲墻面和吸聲吊頂，針對(duì)大空間的回聲反射吸收以及人說(shuō)話聲、機(jī)器噪音等做吸聲處理，最大程度地減少混響對(duì)操作人員日常工作的影響，提高聲場(chǎng)的質(zhì)量，保證人員交流的聲音清晰。

3 投用效果

該項(xiàng)目中心控制室自投運(yùn)以來(lái)，根據(jù)業(yè)主反饋，中心控制室的布局合理，控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、安全，室內(nèi)環(huán)境健康、舒適、安全、高效，為裝置的正常運(yùn)行起到了良好的保駕護(hù)航作用，贏得了大家的普遍認(rèn)可和贊譽(yù)，達(dá)到了預(yù)期效果，為后續(xù)聯(lián)合裝置中心控制室的建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

聯(lián)合裝置中心控制室作為管控一體化的中心，屬第一類全廠性重要設(shè)施。在設(shè)計(jì)時(shí)不僅需要滿足保護(hù)其內(nèi)部人員及控制設(shè)備的要求，還需確保對(duì)全廠生產(chǎn)裝置進(jìn)行生產(chǎn)操作和過(guò)程控制的需求，且在事故狀態(tài)下能夠及時(shí)采取應(yīng)急措施。