石化企業(yè)分析化驗(yàn)室高效通風(fēng)防毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊懷軍，于金寧

（1.中國(guó)石化齊魯分公司，山東淄博 255000 2.中國(guó)石化青島安全工程研究院，山東青島 266104）

分析化驗(yàn)是石化企業(yè)職業(yè)病危害高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)崗位之一，化驗(yàn)室通常設(shè)置由排風(fēng)柜、局部排風(fēng)罩等組成的通風(fēng)系統(tǒng)，用于化驗(yàn)室有毒有害物質(zhì)的控制。石化分析化驗(yàn)室原有通風(fēng)防毒系統(tǒng)多采用集中排風(fēng)，存在“大馬拉小車”、排風(fēng)點(diǎn)相互干擾和無新風(fēng)等問題，排風(fēng)柜和局部排風(fēng)罩控制風(fēng)速不穩(wěn)定、能耗高、污染物控制效果不理想。本文經(jīng)過對(duì)某石化企業(yè)分析化驗(yàn)室原有通風(fēng)防毒設(shè)施的檢測(cè)、分析與評(píng)價(jià)后，提出了基于變風(fēng)量通風(fēng)原理的高效通風(fēng)防毒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期通風(fēng)防毒效果。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選擇某石化企業(yè)分析化驗(yàn)室作為研究對(duì)象，該化驗(yàn)室設(shè)有2個(gè)分析室、1個(gè)色譜室和1個(gè)天平室等，改造前部分房間設(shè)有排風(fēng)柜或排風(fēng)罩。

1.2 研究方法

1.2.1 職業(yè)病危害因素與通風(fēng)設(shè)施效果檢測(cè)

利用職業(yè)衛(wèi)生學(xué)調(diào)查、通風(fēng)防毒設(shè)施檢測(cè)和職業(yè)病危害因素檢測(cè)等方法，對(duì)研究對(duì)象有害物質(zhì)的控制現(xiàn)狀進(jìn)行分析。根據(jù)分析結(jié)果并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室布局、分析化驗(yàn)工況等設(shè)計(jì)基于變風(fēng)量通風(fēng)原理的高效通風(fēng)防毒系統(tǒng)，進(jìn)行工程實(shí)踐后對(duì)高效通風(fēng)防毒系統(tǒng)的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。職業(yè)病危害因素按照《工作場(chǎng)所空氣中有害物質(zhì)監(jiān)測(cè)的采樣規(guī)范》、《工作場(chǎng)所空氣有毒物質(zhì)測(cè)定》等進(jìn)行布點(diǎn)與采樣；通風(fēng)防毒設(shè)施按照《局部排風(fēng)設(shè)施控制風(fēng)速檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》、《排風(fēng)柜》進(jìn)行布點(diǎn)、檢測(cè)與分析。

1.2.2 變風(fēng)量通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

化驗(yàn)室高效通風(fēng)防毒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用變風(fēng)量控制系統(tǒng)，主要包括房間排風(fēng)柜變風(fēng)量控制、萬向罩定風(fēng)量控制、通風(fēng)換氣次數(shù)的控制和房間補(bǔ)風(fēng)的變風(fēng)量控制。

a)排風(fēng)柜風(fēng)量的控制。排風(fēng)柜是化驗(yàn)室控制毒物污染最重要的局部通風(fēng)設(shè)施之一，其操作口面風(fēng)速是主要的技術(shù)性能指標(biāo)，通常取(0.5±0.1)m/s。排風(fēng)柜面風(fēng)速采用流量控制法，即通過監(jiān)測(cè)排風(fēng)柜門的開啟面積來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的控制，具體原理為：排風(fēng)柜門移位傳感器利用附于柜門的可變電阻將柜門的開度信號(hào)變送到調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定的罩面風(fēng)速

υ

計(jì)算出所需風(fēng)量

L

。在排風(fēng)柜分支風(fēng)管設(shè)置流量變送器，將實(shí)時(shí)風(fēng)量

L

變送到調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器比較計(jì)算出所需風(fēng)量

L

和流量變送器測(cè)得的流量

L

，并據(jù)此調(diào)整變風(fēng)量文丘里閥的開度，達(dá)到面風(fēng)速穩(wěn)定的效果。

b)萬向罩定風(fēng)量控制。在與萬向排風(fēng)罩連接的排風(fēng)匯管上設(shè)置與壓力無關(guān)的定風(fēng)量文丘里風(fēng)閥，實(shí)現(xiàn)排風(fēng)匯管壓力變化時(shí)萬向排風(fēng)罩排風(fēng)量保持不變。萬向排風(fēng)罩的排風(fēng)量按150 m/h設(shè)計(jì)。

c)房間通風(fēng)換氣次數(shù)的控制。房間換氣次數(shù)按不小于7次/h設(shè)計(jì)，當(dāng)排風(fēng)柜和萬向罩等通風(fēng)設(shè)施最小排風(fēng)量不能滿足7次/h時(shí)，增加室內(nèi)排風(fēng)口并在與之相連的支管上安裝壓力無關(guān)變風(fēng)量文丘里閥，滿足最低換氣次數(shù)要求。

d)房間新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)控制。房間新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)控制采用余風(fēng)量法，通過計(jì)算房間所有排風(fēng)量，調(diào)節(jié)新風(fēng)補(bǔ)風(fēng)閥開度，控制補(bǔ)入新風(fēng)量，使排風(fēng)量與送風(fēng)量差值保持恒定。

2 結(jié)果

2.1 職業(yè)病危害因素檢測(cè)結(jié)果

為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)化驗(yàn)室通風(fēng)防毒設(shè)施改造前有毒物質(zhì)控制現(xiàn)狀，對(duì)化驗(yàn)室的分析室和色譜室內(nèi)共17個(gè)操作位處的苯、甲苯、二甲苯和溶劑汽油等典型毒物濃度進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示：在色譜室、分析室內(nèi)苯和溶劑汽油均有檢出，部分分析化驗(yàn)崗苯的濃度超過職業(yè)接觸限值的要求，見表1。

表1 分析化驗(yàn)崗位職業(yè)病危害因素檢測(cè)結(jié)果 mg/m3

2.2 原有通風(fēng)防毒設(shè)施效果檢測(cè)

對(duì)色譜室和分析室內(nèi)排風(fēng)柜及萬向罩的面風(fēng)速和罩口風(fēng)速的檢測(cè)結(jié)果顯示47.1%檢測(cè)點(diǎn)不合格，主要表現(xiàn)為排風(fēng)柜平均面風(fēng)速?zèng)]有達(dá)到(0.5±0.1)m/s，萬向罩的罩口風(fēng)速?zèng)]有達(dá)到0.5 m/s，通過發(fā)煙管模擬有毒物質(zhì)擴(kuò)散檢測(cè)發(fā)現(xiàn)無法實(shí)現(xiàn)有毒物質(zhì)的有效捕集，見表2和圖1。

圖1 萬向罩毒物捕集效果模擬測(cè)試

表2 化驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)施檢測(cè)結(jié)果 m/s

2.3 高效變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施效果

根據(jù)化驗(yàn)室各分析間布局設(shè)計(jì)了橫向分區(qū)的高效變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)，包括由文丘里變風(fēng)量閥和排風(fēng)柜門位傳感器等組成的排風(fēng)柜排風(fēng)變風(fēng)量系統(tǒng)，由變風(fēng)量閥和房間壓差變送器等組成且與房間排風(fēng)聯(lián)鎖的房間送風(fēng)變風(fēng)量系統(tǒng)，由定靜壓變頻控制系統(tǒng)組成的主風(fēng)道變風(fēng)量控制系統(tǒng)，見圖2。

圖2 高效變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)

每臺(tái)排風(fēng)柜排風(fēng)支管上設(shè)置1臺(tái)文丘里變風(fēng)量控制閥，與柜門開度傳感器聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)排風(fēng)柜的變風(fēng)量控制。在萬向排風(fēng)罩排風(fēng)匯總管上設(shè)置1臺(tái)文丘里定風(fēng)量風(fēng)閥，保證其運(yùn)行時(shí)排風(fēng)量始終不變。在房間設(shè)置綜合排風(fēng)閥和房間壓差傳感器，房間變風(fēng)量送風(fēng)管道上設(shè)置變風(fēng)量文丘里閥。由于排風(fēng)柜、送風(fēng)系統(tǒng)均采用變風(fēng)量系統(tǒng)，在整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)分支多的情況下，會(huì)造成風(fēng)管壓力的波動(dòng)，因此在主風(fēng)管安裝靜壓傳感器，監(jiān)測(cè)其靜壓。當(dāng)排風(fēng)柜開啟數(shù)量及高度變化時(shí)，則安裝傳感器位置點(diǎn)的靜壓也會(huì)發(fā)生變化，變頻器接受此變化值，經(jīng)過其內(nèi)部PID運(yùn)算輸出對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，使風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。

為有效評(píng)估防毒通風(fēng)系統(tǒng)的性能，對(duì)多種工況下排風(fēng)柜面風(fēng)速和萬向罩罩口風(fēng)速、系統(tǒng)響應(yīng)速度等進(jìn)行了測(cè)試。不同測(cè)試工況下排風(fēng)柜面風(fēng)速均能穩(wěn)定達(dá)到了(0.5±0.1)m/s，罩口風(fēng)速≮0.5 m/s，各個(gè)排風(fēng)柜流量的精度在3%以內(nèi)，達(dá)標(biāo)率100%，見表3。測(cè)試排風(fēng)柜在開關(guān)過程中，面風(fēng)速達(dá)到0.5 m/s的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)排風(fēng)柜不同開關(guān)情況下的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示平均響應(yīng)時(shí)間在1.7～2.4 s。在系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)典型毒物的檢測(cè)結(jié)果顯示各有毒有害物質(zhì)的濃度均符合職業(yè)接觸限值要求，見表1。

表3 不同工況下排風(fēng)柜面風(fēng)速和萬向罩罩口風(fēng)速測(cè)試結(jié)果

3 討論

石化企業(yè)分析化驗(yàn)室承擔(dān)全廠性化驗(yàn)任務(wù)，作業(yè)過程中使用的試劑及分析樣品中含有有機(jī)溶劑、酸堿等有毒有害物質(zhì)。化驗(yàn)室通風(fēng)防毒設(shè)施的效果對(duì)于降低分析化驗(yàn)人員職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。隨著石化企業(yè)化驗(yàn)室向集中化、大型化發(fā)展，傳統(tǒng)的定風(fēng)量通風(fēng)防毒系統(tǒng)已不能滿足對(duì)有毒有害物質(zhì)控制要求。

傳統(tǒng)的靜壓控制法和速度控制法分別依賴于柜體內(nèi)壓力傳感器和速度傳感器的布置位置和氣流穩(wěn)定性，會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)穩(wěn)定性差。因此本研究排風(fēng)柜面風(fēng)速的控制采用流量控制法。變風(fēng)量閥采用文丘里閥，與蝶閥相比能有效化解來自管網(wǎng)的壓力波動(dòng)，具有系統(tǒng)穩(wěn)定、精度高，反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。與利用測(cè)量房間壓差或采用流量測(cè)量裝置閉環(huán)調(diào)節(jié)補(bǔ)風(fēng)量方法相比，采用余風(fēng)量(送風(fēng)量與排風(fēng)量的差值恒定)原理的送風(fēng)系統(tǒng)具有快速、無過沖和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。以上設(shè)計(jì)保證了高效變風(fēng)量通風(fēng)防毒系統(tǒng)穩(wěn)定的排風(fēng)柜面風(fēng)速、萬向罩罩口風(fēng)速和房間負(fù)壓及通風(fēng)換氣次數(shù)，利于有毒物質(zhì)的控制與捕集，化驗(yàn)室內(nèi)典型毒物的濃度較改造前有明顯降低。