化工廠區(qū)抗爆控制室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

王爽(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 工程概況

本次研究選取某化工廠區(qū)煉油項目作為研究對象，該項目建筑面積為402.89 m3。中心控制室采用單層抗爆建筑，內(nèi)部相關(guān)配套設(shè)施有機(jī)柜間、工程師站、工具室、空調(diào)機(jī)房、外操室、外操室、衛(wèi)生間等，該項目建設(shè)中人員主要集中于外操室、工程師室之中。

2 某化工廠區(qū)煉油項目抗爆控制室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1 抗爆控制室空調(diào)系統(tǒng)整體設(shè)計

該化工廠區(qū)抗爆控制室在布置中央控制室時，采用了一次回風(fēng)恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)。作業(yè)過程中，要求機(jī)柜間恒溫恒濕，提升空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率。結(jié)合當(dāng)前節(jié)能布置要求，對室外新風(fēng)進(jìn)行化學(xué)新風(fēng)凈化機(jī)處理，之后與此次作業(yè)區(qū)內(nèi)不同房間回風(fēng)混合，處理之后將其送入恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組之中，以直接蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組作為空調(diào)冷源，冷媒則使用R407C環(huán)保型制冷劑。針對空調(diào)機(jī)組作業(yè)同時布置電加熱作業(yè)方式，此次作業(yè)中選擇電極加濕，為等溫加濕過程，提升作業(yè)過程中的節(jié)能效果[1]。

在作業(yè)過程中為了保證機(jī)柜的良好運(yùn)行，設(shè)置空調(diào)機(jī)組備用，在冬季、夏季分別采用不同的空調(diào)系統(tǒng)處理方式。冬季空調(diào)室外計算溫度為1.0 ℃，此時可以不通過新風(fēng)預(yù)熱，直接將其室內(nèi)空氣混合，此種作業(yè)方式不產(chǎn)生水霧。在夏季，空調(diào)室外計算溫度25.8 ℃，空調(diào)室外日平均溫度22.0 ℃，此種設(shè)計方式比室內(nèi)設(shè)計溫度低，對空調(diào)冷負(fù)荷進(jìn)行計算統(tǒng)計，通過空調(diào)冷負(fù)荷的運(yùn)用有效消除備發(fā)熱現(xiàn)象，機(jī)柜間發(fā)熱量為15 kW，在送風(fēng)總量中機(jī)柜間送風(fēng)量占比55%，工程師室、外操室冬季活動不足，作業(yè)中溫度難以達(dá)到設(shè)計要求，為此需要添加風(fēng)管電加熱器，將其布置于房間送風(fēng)管位置[2]。

中心控制室空調(diào)設(shè)備體系主要包括1臺化學(xué)新風(fēng)凈化機(jī)、1臺斜流風(fēng)機(jī)、2臺恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組，將設(shè)備布置于空調(diào)機(jī)房位置。在衛(wèi)生間吊頂內(nèi)設(shè)置一臺排風(fēng)的斜流風(fēng)機(jī)，在新風(fēng)入口風(fēng)管位置、空調(diào)機(jī)房排風(fēng)出口風(fēng)管位置、衛(wèi)生間排風(fēng)出風(fēng)口風(fēng)管上分別布置一臺排風(fēng)的斜流風(fēng)機(jī)。并布置兩個風(fēng)管電加熱器。設(shè)置一臺有毒、可燃?xì)怏w探測器于新風(fēng)口位置處，運(yùn)行過程中一旦有毒、可燃?xì)怏w超過一定限度，則關(guān)閉電動風(fēng)閥，并將其與排風(fēng)機(jī)、化學(xué)新風(fēng)凈化機(jī)連鎖。一旦出現(xiàn)運(yùn)行異?，F(xiàn)象，則后者也關(guān)閉，以此提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，達(dá)到良好的節(jié)能效果。同時恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組依然正常運(yùn)行，以此將濕度、溫度控制在一定限度之內(nèi)。

2.2 布置空調(diào)房間送風(fēng)量

在機(jī)柜室內(nèi)布置溫濕度傳感器，以此對恒溫恒濕與新風(fēng)凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，要求溫度與濕度能夠符合要求。夏季機(jī)柜室的空調(diào)負(fù)荷為顯熱負(fù)荷，機(jī)柜室相關(guān)數(shù)值采用空調(diào)送風(fēng)狀態(tài)，結(jié)合送風(fēng)狀態(tài)、顯熱負(fù)荷等相關(guān)情況布置其他房間內(nèi)送風(fēng)量，結(jié)合節(jié)能設(shè)計要求，提升系統(tǒng)設(shè)計的節(jié)能效果。

結(jié)合《抗爆規(guī)范》，此次項目UPS電源室、機(jī)柜室中的最小新風(fēng)量設(shè)置為0.3次/小時，布置依據(jù)為50 m3/(小時·人)，據(jù)此得出各個房間內(nèi)最小新風(fēng)量。

在實際布置過程中，要求結(jié)合實際送入各房間的新風(fēng)量，調(diào)整房間送風(fēng)量占空調(diào)總送風(fēng)量的比例，兩者之間為正比例關(guān)系。隨著顯熱負(fù)荷越大，送風(fēng)量、新風(fēng)量隨之相應(yīng)增加。該項目中，操作室新風(fēng)量與最小新風(fēng)需求量比值0.61，工程師室新風(fēng)量與最小新風(fēng)需求量比值0.31，通過增加各室的送風(fēng)量，即能夠增加房間內(nèi)新風(fēng)量。為了使得房間內(nèi)新風(fēng)正壓能夠符合要求，要求精準(zhǔn)計算不同房間內(nèi)送風(fēng)量，并增加空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量[3]。

2.3 氣流組織及壓力平衡

優(yōu)化設(shè)置體系內(nèi)各項布置，機(jī)柜室與UPS室具有較高正壓值，為了避免與室外相比，控制室溫度較高，要求在衛(wèi)生間內(nèi)布置排風(fēng)機(jī)，以此將多余風(fēng)量排出，并改善室內(nèi)空氣。操作室維持房間正壓氣流能夠流向走道或者室外。結(jié)合各房間正壓值確定房間相對壓差，通過壓差法計算方式得出相對正壓值的門縫漏風(fēng)量，通過實地數(shù)據(jù)收集與分析，得出以下計算公式：

式中：門縫隙寬度設(shè)置為3.0 mm；窗、門縫隙計算漏風(fēng)總面積以f表示，漏風(fēng)量以Ly表示，門、窗兩側(cè)的壓差以ΔP表示，窗縫1.6，門縫及較大漏風(fēng)面積2，指數(shù)以b表示。在節(jié)能設(shè)計過程中，基于風(fēng)量平衡，得出機(jī)柜室與UPS室中的回風(fēng)風(fēng)量。計算得出維持建筑物正壓各外門漏風(fēng)量，得出衛(wèi)生間風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量。通過風(fēng)量平衡計算，得出走道余壓閥風(fēng)量，得出操作室的回風(fēng)風(fēng)量。結(jié)合以上區(qū)域數(shù)值計算，得出房間的回風(fēng)風(fēng)量[4]。控制室空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 控制室空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)流程圖

3 新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)

3.1 新風(fēng)系統(tǒng)

結(jié)合GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》相關(guān)要求進(jìn)行新風(fēng)系統(tǒng)布置，中心控制室運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，在布置過程中并未設(shè)置外窗，通過外門與室外位置相連接，內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，可能出現(xiàn)有毒、可燃、帶腐蝕性的化學(xué)氣體，因此運(yùn)行中要求有效維持中心控制室室內(nèi)正壓數(shù)值。該化工廠區(qū)布置1 319 m3/h新風(fēng)量，要求新風(fēng)送入室內(nèi)過程中進(jìn)行凈化處理，針對氣體濾料使用一層300 mm厚活性氧化鋁與一層300 mm厚活性炭。在室外新風(fēng)中，使用1臺臥式空氣凈化機(jī)進(jìn)行實現(xiàn)。通過初效空氣過濾器與中效空氣過濾器輔助作業(yè)，通過體濾料空氣保護(hù)氣體濾料，進(jìn)行必要的空氣凈化。

3.2 排風(fēng)系統(tǒng)

在排風(fēng)系統(tǒng)布置中，為了使得重要房間內(nèi)正壓，要求空調(diào)回風(fēng)量小于送風(fēng)量，將多余的風(fēng)量通過門縫滲入室外或者其他房間，具體作業(yè)中，由機(jī)柜間滲入外操室，進(jìn)而滲入至走廊中。從走廊滲入到前室，由UPS室滲入至走廊，在具體作業(yè)中，通過門縫滲出量有限，若多余風(fēng)量過大，則需要額外布置余壓閥。為了提升排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效果，要求針對工具間、衛(wèi)生間、空調(diào)機(jī)房均布置相應(yīng)的排風(fēng)系統(tǒng)，由此將多余的風(fēng)排到室外。該化工廠區(qū)布置中，主要在工具間、空調(diào)機(jī)房、廁所部位布置排風(fēng)口，為了從走廊上補(bǔ)風(fēng)，要求在上部位置設(shè)置百葉風(fēng)口。此次化工廠布置過程中，設(shè)置1 000 m3/h排風(fēng)量，在實際布置過程中能夠看出，整個中心控制室相對室外為正壓，因此要求排風(fēng)量低于新風(fēng)量[5]。

3.3 建筑開孔及抗爆閥

結(jié)合化工廠施工控制相關(guān)要求，中心控制室建筑外墻采用抗爆型鋼筋混凝土設(shè)計方式，以此有效緩解爆破過程中出現(xiàn)的大量沖擊波。為此在建筑外墻開洞并設(shè)置抗爆閥，從建筑物室外外置引進(jìn)新風(fēng)，此種設(shè)計影響了建筑的抗爆能力，基于設(shè)計理念，要求建筑外發(fā)生爆炸時抗爆閥能夠自動關(guān)閉，且一旦外部空氣壓力數(shù)值恢復(fù)正常數(shù)值時，能夠自動復(fù)位。為此本次工程采用國外進(jìn)口的高性能抗爆閥，設(shè)置1.1 ms關(guān)閉時間，設(shè)置500 m3/h單個閥體通風(fēng)量。基于此種作業(yè)量，要求新風(fēng)口布置2塊排風(fēng)口，3塊閥體。對開孔尺寸進(jìn)行核算，要求結(jié)合抗爆閥組合方式、抗爆閥尺寸靈活進(jìn)行設(shè)置，避免出現(xiàn)抗爆閥未能蓋住開孔的現(xiàn)象。

4 空調(diào)系統(tǒng)的抗爆措施

4.1 抗爆閥的設(shè)置

依據(jù)《抗爆規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，要求排風(fēng)系統(tǒng)的排出口與直徑超過150 mm的新風(fēng)引入口要求設(shè)置與建筑工程抗爆等級一致的抗爆閥。此次項目建設(shè)中，要求在屋面位置布置新風(fēng)引入口，于衛(wèi)生間外墻布置排風(fēng)系統(tǒng)的排出口，并要求禁止將洞口位置于正對裝置外墻面，安裝抗爆閥，并由土墻制作防雨圍擋。針對排出口布置能夠連接風(fēng)管的抗爆閥，采用垂直安裝方式，將抗爆閥的最小關(guān)閉壓力設(shè)置2 000 Pa左右，以此更好地保證設(shè)備與操作人員的安全。

4.2 監(jiān)測室外可燃?xì)怏w濃度

為了針對可能出現(xiàn)的險情做出相應(yīng)的應(yīng)對之策，避免出現(xiàn)意外事件，導(dǎo)致室外可燃?xì)怏w進(jìn)入控制室，于空調(diào)新風(fēng)入口位置設(shè)置新風(fēng)凈化機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、排風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，并建立報警裝置。報警系統(tǒng)一旦出現(xiàn)檢測難以有效處理的問題，排風(fēng)機(jī)、新風(fēng)凈化機(jī)組應(yīng)停止運(yùn)行，系統(tǒng)同時關(guān)閉新風(fēng)凈化機(jī)組入口、排風(fēng)管電動密閉閥，將空調(diào)機(jī)組運(yùn)用于室內(nèi)循環(huán)風(fēng)處理之中[6]。

5 結(jié)語

化工廠區(qū)抗爆控制室重要房間空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能布置中采用新風(fēng)凈化空調(diào)系統(tǒng)、恒溫恒濕的布置方式，常規(guī)房間則布置變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)，抗爆控制室空調(diào)系統(tǒng)方案的布置與傳統(tǒng)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)相比運(yùn)用優(yōu)勢明顯，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性與保性，節(jié)能效果良好。此次抗爆控制室空調(diào)系統(tǒng)布置中，操作室維持房間正壓氣流，布置1 319 m3/h新風(fēng)量，在室外新風(fēng)中布置1臺臥式空氣凈化機(jī)，將抗爆閥的最小關(guān)閉壓力設(shè)置2 000 Pa左右，系統(tǒng)綜合設(shè)計達(dá)到良好的運(yùn)用效果。