化工廠房的通風(fēng)設(shè)計思路和要點

＊王 爽

（中海油石化工程有限公司 山東 250014）

引言

石油化工產(chǎn)業(yè)作為我國經(jīng)濟支柱型產(chǎn)業(yè)，在我國工業(yè)制造領(lǐng)域占有絕對重要的地位，化工廠房與一般民用建筑相比，在防爆、節(jié)能、消防、排煙等方面建設(shè)標準更加嚴格。隨著近年來工業(yè)經(jīng)濟水平的高速發(fā)展，化工技藝的不斷創(chuàng)新，化工公司產(chǎn)能的不斷擴增，隨之增高的還有對化工廠房的通風(fēng)設(shè)計要求[1]?；S房的通風(fēng)設(shè)計對公司生產(chǎn)效益與日常安全生產(chǎn)至關(guān)重要，一定要對化工廠房通風(fēng)設(shè)計高度重視，越來越多的化工項目在建設(shè)過程中將廠房的室內(nèi)空氣質(zhì)量作為重點考慮因素。本文將石油化工廠房的通風(fēng)問題與部分工程實際經(jīng)驗相結(jié)合，提出化工廠房排煙設(shè)計思路總結(jié)要點，為類似研究提供參考借鑒。

1.化工廠房排煙系統(tǒng)設(shè)計原則

(1)化工廠房排煙系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)

為化工廠房設(shè)計排煙系統(tǒng)主要包括以下目的：第一，保證化工廠房所有工序均可正常開展，廠房內(nèi)的有害氣體均可被正常排出；第二，如果化工廠房在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)突發(fā)情況，可以及時排散大量危險氣體。現(xiàn)階段我國針對化工廠房的通風(fēng)設(shè)計，已經(jīng)頒布多條技術(shù)規(guī)定，在《化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中，石油化工廠房的通風(fēng)換氣次數(shù)有詳細明確的規(guī)定，并對其中部分生產(chǎn)用房的通風(fēng)次數(shù)硬性規(guī)定[2]。另外在《石油化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中，還對化工廠房的事故通風(fēng)換氣量提出了詳細的要求，要求計算廠房出現(xiàn)突發(fā)事故情況時，所產(chǎn)生的爆炸性危險氣體情況，根據(jù)排煙散發(fā)量與具體特性完成計算。如果缺少有關(guān)材料，則應(yīng)當(dāng)確保正常情況下排風(fēng)、事故排風(fēng)總量要超過每小時8次的標準[3]。

(2)確定正常排氣通風(fēng)量

計算化工廠房在正常排煙通風(fēng)設(shè)計中換氣量，如果可以確定剩余熱量及有害氣體，前兩種計算均為最大取值，在正常情況下用作排煙通風(fēng)量的計算依據(jù)。如果無法確定剩余熱量與有害氣體散發(fā)量，這時則要按照以下方法計算排煙換氣次數(shù)[4]。

①消除廠房內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備運行時產(chǎn)生的熱量而計算的通風(fēng)換氣量：工藝設(shè)備的發(fā)熱量這一參數(shù)由設(shè)備出廠廠家提供，設(shè)備不同余熱量也就各不相同，計算廠房全面排煙換氣量公式如下[5]：

式中：

G表示通風(fēng)量；

Q表示室內(nèi)設(shè)備產(chǎn)熱量；

tp、tj分別表示排氣溫度；

c表示氣流的定壓比熱，1.0kJ/kg。

②消除廠房有害氣體計算通風(fēng)換氣量，根據(jù)有毒危險氣體特點及散發(fā)量，計算全面通風(fēng)公式如下[6]：

式中：

G表示通風(fēng)量；

ρ表示空氣密度；

M表示有害氣體的發(fā)生量；

Cy表示有害的氣體的容許濃度；

Cj表示空氣有害氣體產(chǎn)生濃度。

③以《化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中有害物質(zhì)規(guī)定換氣次數(shù)標準，計算公式如下[7]：

式中：

G表示通風(fēng)量；

n表示換氣次數(shù)；

V表示房間體積。

(3)確定事故排煙通風(fēng)量

事故排煙通風(fēng)主要應(yīng)對化工廠房在生產(chǎn)中，出現(xiàn)偶然性故障情況，突然造成大量爆炸性有害危險氣體，從而設(shè)計的排煙通風(fēng)系統(tǒng)，這種排煙設(shè)計主要應(yīng)對廠房“周期性”“經(jīng)常性”產(chǎn)生的有害危險氣體，其余情況均根據(jù)廠房正常通風(fēng)即可，無需設(shè)計事故排煙?？梢栽诨S房內(nèi)單獨設(shè)計可燃危險氣體警報儀，將事故排煙系統(tǒng)聯(lián)動警報儀，一旦有毒危險氣體濃度超過預(yù)定限值，這時警報儀會自動報警，啟動廠房事故排煙通風(fēng)[8]。

在設(shè)計化工廠房事故通風(fēng)系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)確保與相關(guān)標準規(guī)范相符，因為在化工廠房的生產(chǎn)中，無法準確預(yù)估事故通風(fēng)換氣的散發(fā)量，那就需要首先確定通風(fēng)換氣的具體次數(shù)，進而對事故通風(fēng)量加以確定，并且要嚴格遵循化工廠房的通風(fēng)設(shè)計標準，保證事故通風(fēng)次數(shù)要控制在每小時12次以上。

參照規(guī)范，事故通風(fēng)的排風(fēng)量應(yīng)嚴格依據(jù)工藝要求計算確定，并且保證換氣次數(shù)每小時12次以上。

化工廠房的生產(chǎn)工藝如不清楚，則無法準確計算有害氣體散發(fā)量，對于這種情況要嚴格遵循無論廠房正常還是事故情況下，室內(nèi)的換氣次數(shù)均保證在每小時12次以上，可是在涉及甲乙類生產(chǎn)廠房或其它危險作業(yè)場所時，需要保證正常通風(fēng)換氣次數(shù)基礎(chǔ)上，新增事故排風(fēng)，風(fēng)量每小時8次以上[9]。

2.排煙系統(tǒng)設(shè)計方案

(1)系統(tǒng)劃分

事故通風(fēng)應(yīng)該由常用的通風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)與事故狀態(tài)下的排風(fēng)系統(tǒng)共同確保，為了保證廠房發(fā)生事故時，至少可保證系統(tǒng)存在正常運行的可能，那么設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)需要控制總量在2個以上[10]。石油化工廠房內(nèi)設(shè)備工藝繁雜，整個空間布局較小，各管道安排也比較狹窄，所以在設(shè)計廠房排煙系統(tǒng)時需要與廠房設(shè)計人員提前溝通，在專業(yè)人員配合下調(diào)整風(fēng)道、通風(fēng)設(shè)備、風(fēng)口的所在位置，一定要保證整個廠房車間無死角，可以將危險可燃有害煙氣有效排出。

(2)選擇通風(fēng)方式

放散余熱生產(chǎn)廠房在通風(fēng)方式選擇上要以自然通風(fēng)為首選，根據(jù)廠房內(nèi)有害危險氣體在整個空氣環(huán)境中的比重效應(yīng)，可以與專業(yè)建筑人員溝通在廠房屋頂設(shè)計排煙換氣天窗或者利用通風(fēng)帽來稀釋有害煙氣。放散有害氣體的化工廠房，是無法滿足自然排氣規(guī)定的，因此可以設(shè)計機械排煙通風(fēng)系統(tǒng)，例如可以設(shè)計集中采暖且具備排煙通風(fēng)功能的廠房，在優(yōu)先考慮自然排煙通風(fēng)基礎(chǔ)上，如果排煙通風(fēng)無法滿足廠房所需，則要另外設(shè)計機械化補風(fēng)系統(tǒng)。

(3)通風(fēng)風(fēng)機選擇

結(jié)合上述分析，通常情況下對于設(shè)備運行自主產(chǎn)生余熱的廠房來講，優(yōu)先選擇通風(fēng)帽、通風(fēng)天窗或采用建筑門窗縫隙的補風(fēng)方式。對于廠房內(nèi)釋放有毒危險煙氣的情況，則要優(yōu)先選擇機械補風(fēng)的方式，系統(tǒng)要求高壓頭時，應(yīng)選擇高靜壓的通風(fēng)設(shè)備。以上述規(guī)范條例相關(guān)規(guī)定為依據(jù)，生產(chǎn)過程散發(fā)有毒危險揮發(fā)物質(zhì)的化工廠房，全面通風(fēng)換氣系統(tǒng)在設(shè)計排風(fēng)口時，當(dāng)其和送風(fēng)口水平距離在20m以上時，需要設(shè)計通風(fēng)口的高度超過廠房建筑物的屋頂1m以上，如果在水平距離小于20m情況，則要保證排煙通風(fēng)口高度超出6m。需要做補風(fēng)設(shè)計時，應(yīng)以廠房的特點為依據(jù)，如果對溫度有要求，則要對補風(fēng)進行預(yù)熱處理，并結(jié)合廠房的實際情況。如果并未有嚴格的溫度要求，則可以不對補風(fēng)進行預(yù)熱處理。

(4)通風(fēng)風(fēng)管選擇

廠房通風(fēng)管道一般包括金屬、塑料兩類材料，金屬通風(fēng)風(fēng)管如用普通鋼板、表面鍍鋅后的鋼板、不銹鋼材質(zhì)板、鋁塑復(fù)合鋼板、鋁制材料板等，其中的鍍鋅鋼板因為表面鍍鋅，可以達到防銹效果，這種材料可以制備無需考慮廠房散發(fā)酸霧煙氣潮濕環(huán)境下適用的排煙風(fēng)管，所以表面鍍鋅后的鋼板在廠房排風(fēng)設(shè)計中應(yīng)用較為廣泛。塑料材料如硬制PVC板、玻璃鋼制作的風(fēng)道。其中，生產(chǎn)過程中散發(fā)腐蝕作用氣體的廠房內(nèi)部可采用硬聚氯乙烯塑料板，但應(yīng)用此種材料的通風(fēng)系統(tǒng)，僅可以在0℃～60℃環(huán)境中適用，在太陽輻射下易裂。玻璃鋼風(fēng)管選用中堿玻璃纖維用于增強材料，經(jīng)成型工藝制備排煙風(fēng)管，用于化工廠房排煙設(shè)計中，有著質(zhì)輕、不易燃、抗凍、耐高溫、耐腐蝕的特點，所以在選擇排煙風(fēng)管時，應(yīng)當(dāng)以化工廠房實際情況為依據(jù)選用合適風(fēng)管材料。

3.通風(fēng)設(shè)計案例分析

以某化工廠房排煙設(shè)計為例，該廠房規(guī)格為四層12m×7.5m×18m，每層的層高4.4m，每一個樓層之間的樓板間隔，由于廠房內(nèi)空氣流通性不強，所以需要在每一樓層都要設(shè)計正常排煙換氣、事故排風(fēng)及補風(fēng)。經(jīng)評定該廠房為甲級火災(zāi)危險，dIIBT4級防爆，在日常生產(chǎn)中主要煙氣為異辛醇、環(huán)乙烷，由于生產(chǎn)專業(yè)工藝提出有害物質(zhì)散發(fā)量，所以應(yīng)當(dāng)以換氣次數(shù)為依據(jù)，對廠房排煙換氣量進行計算。以設(shè)計規(guī)定附錄中對于發(fā)散有害氣體廠房的排煙換氣次數(shù)規(guī)定，正常排煙換氣次數(shù)要在每小時12次以上，根據(jù)上文公式（3）結(jié)合該廠房排煙換氣量計算可得4860m3/h?？紤]甲類廠房影響，應(yīng)在正常通風(fēng)外也要根據(jù)工藝要求設(shè)置事故通風(fēng)，因此在正常排煙換氣次數(shù)基礎(chǔ)上，還要附加每小時8次以上的事故排煙換氣量，同樣根據(jù)上述計算公式可得排風(fēng)量結(jié)果3240m3/h。

以上述計算結(jié)果為依據(jù)，廠房正常排氣通風(fēng)情況下，設(shè)置4臺防爆型軸流通風(fēng)機，防爆等級dIIBT4，保證每一臺通風(fēng)機的排煙換氣量要達到4840m3/h，該廠房的事故排風(fēng)量應(yīng)選擇共計4臺3380m3/h軸流通風(fēng)機。事故排風(fēng)機聯(lián)鎖廠房可燃氣體警報儀，一旦可燃氣體濃度超出預(yù)定限值，則會觸發(fā)警報，并聯(lián)動開啟風(fēng)機，在廠房內(nèi)有害氣體濃度降低后則手動停止警報。因為化工廠房對室內(nèi)溫度有嚴格標準，規(guī)定室溫在12℃以上，如果室溫未能達到這一標準，可以選用3臺防爆型暖風(fēng)機預(yù)熱補風(fēng)空氣，單臺暖風(fēng)機的補風(fēng)風(fēng)量達到3900m3/h。

因為廠房內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)運行散發(fā)有害煙氣，與空氣相比較重，再加上廠房的每層層高在6m以內(nèi)，所以依據(jù)有關(guān)通風(fēng)設(shè)計標準規(guī)范，本次排煙通風(fēng)設(shè)計僅由下部排煙，在排煙口的下緣與地面距離要控制在0.3m以內(nèi)。廠房在正常情況下排煙風(fēng)管選耐用鍍鋅鋼板，排煙換氣風(fēng)管根據(jù)廠房外墻布設(shè)直至屋頂上1m，還要對排風(fēng)機進風(fēng)口設(shè)計金屬防護網(wǎng)，將過濾器加設(shè)在進風(fēng)口。

4.化工廠房通風(fēng)設(shè)計要點

如上在設(shè)計化工廠房排煙時，需要嚴格控制廠房有毒有害氣體濃度，并對廠房進行除濕、消除余熱處理，確保廠房環(huán)境的空氣質(zhì)量。結(jié)合自身近年排煙設(shè)計經(jīng)驗，在設(shè)計過程中需要注意以下問題：

（1）需要以廠房內(nèi)逸散的有毒有害氣體為依據(jù)，與廠房生產(chǎn)特點和整體環(huán)境相結(jié)合，保證合適的排煙通風(fēng)方式。

（2）在局部通風(fēng)排煙過程中，需要盡可能達到廠房衛(wèi)生標準，這樣可以一定程度上減少排煙量，也可以有效節(jié)省空氣凈化投資成本。這就需要設(shè)計廠房排風(fēng)罩要合理選擇安裝位置，盡可能與有害物源接近，這樣可以控制有害物源的擴散空間。并且設(shè)計排風(fēng)罩的罩口要考慮控制排煙風(fēng)速，保證風(fēng)速應(yīng)當(dāng)大于有害物的擴散速度，還要大于橫向氣流干擾速度。

（3）在廠房全面排煙設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)以《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》有關(guān)規(guī)定為依據(jù)計算通風(fēng)量，在多類溶劑蒸氣中含有苯與同系物，醇與醋酸酯類或是多種刺激性氣體同時存在空氣內(nèi)，這種情況應(yīng)當(dāng)根據(jù)上文分析將各類氣體稀釋至規(guī)定接觸限值，根據(jù)需要的空氣總和完成排煙通風(fēng)量計算結(jié)果。除此之外在空氣內(nèi)存在的其它有害氣體，同樣需要根據(jù)最大空氣量的有害物質(zhì)為計算依據(jù)，獲得排煙通風(fēng)量結(jié)果。

（4）在全面設(shè)計化工廠房通風(fēng)系統(tǒng)時，還應(yīng)當(dāng)注意控制廠房內(nèi)空氣中的有害氣體具體分布濃度，這與排煙通風(fēng)口的設(shè)計與最終排煙效果密切相關(guān)。在設(shè)計廠房排煙系統(tǒng)時，對于過高氣溫與上升氣流情況，無論散發(fā)氣體的密度大小均應(yīng)當(dāng)從上部排出。假若散發(fā)氣體的相對密度大于空氣，或廠房內(nèi)放散熱量不足造成穩(wěn)定上升氣流時，需要與總量相比較，下部區(qū)域三分之二，上部區(qū)域三分之一的通風(fēng)標準。

（5）還應(yīng)該在設(shè)計化工廠房通風(fēng)方案的事故排風(fēng)時，應(yīng)與常用通風(fēng)系統(tǒng)同時考慮，這樣能夠確保一旦化工廠房發(fā)生任何意外情況，都可以保證排風(fēng)量充足。發(fā)生事故狀態(tài)時的化工廠房內(nèi)的排風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)工藝要求計算得出，并保證不少于每小時12次。

5.結(jié)語

總而言之，本文對化工廠房排煙設(shè)計思路進行分析，結(jié)合案例總結(jié)了化工廠排煙設(shè)計要點，認為需要在排煙設(shè)計中與廠房的實際工藝特點情況相結(jié)合，確定散發(fā)有害氣體的特點，在對正常事故排煙換氣量完成計算基礎(chǔ)上，并綜合考慮廠房火災(zāi)危險性，嚴格保證排煙通風(fēng)設(shè)計與化工廠房的工藝規(guī)定相符，并在日常管理中綜合考慮能耗、檢修、噪音、操作等問題，力求化工廠房排煙設(shè)計的安全、可靠、穩(wěn)定。