石化抗爆控制室暖通設(shè)計

劉 珺

（南京金凌石化工程設(shè)計有限公司熱工室，江蘇南京 210042）

近幾年石化企業(yè)發(fā)展迅速?？贡刂剖沂鞘瘡S區(qū)的核心建筑，可以在廠區(qū)發(fā)生意外爆炸等極端情況下，抵抗建筑物外沖擊波對室內(nèi)人員和儀器的損壞?？贡刂剖业奶厥庑栽谟谡麄€建筑地上無窗，所有外門及墻上的開孔均需做抗爆處理，對抗爆炸時的沖擊波。為滿足室內(nèi)儀表設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)需保證室內(nèi)恒溫恒濕控制，減輕外部空氣對室內(nèi)儀表腐蝕。

1 工程概況

某裝置新建抗爆控制室，建筑面積309 m2，建筑高度4.6 m，單層抗爆結(jié)構(gòu)，設(shè)有機(jī)柜間、操作室、UPS間、工程師站、備品備件間、空調(diào)機(jī)房等房間。

1.1 設(shè)計參數(shù)

（1）室外空氣計算參數(shù)

室外空氣計算參數(shù)見表1。

表1 室外空氣計算參數(shù)[1]

（2）室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)

根據(jù)設(shè)計規(guī)范[2]，機(jī)柜間、操作室、UPS間、工程師站屬于重要房間，對空氣溫度、濕度、潔凈度及空氣品質(zhì)要求較高；備品備件間屬于一般房間，只考慮人員舒適度要求，室內(nèi)溫濕度控制計算參數(shù)見表2。

表2 室內(nèi)溫度濕度參數(shù)

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

由于抗爆控制室采用封閉無窗的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外門均為密封的抗爆門，為保證操作人員最小新風(fēng)量，維持室內(nèi)正壓以及設(shè)備的正常運行，需要設(shè)計可靠的空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)范[2]要求，重要房間的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)，一般房間的空調(diào)系統(tǒng)宜采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)，該控制室重要房間空調(diào)面積占比較大，因此合并為一個空調(diào)系統(tǒng)。采用恒溫恒濕單元式空調(diào)機(jī)+化學(xué)過濾新風(fēng)機(jī)，溫濕度傳感器設(shè)置在最重要的房間（機(jī)柜室），確保重要房間的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)達(dá)標(biāo)。

2.1 空調(diào)負(fù)荷

應(yīng)用天正暖通計算軟件，考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)備發(fā)熱，人員負(fù)荷和新風(fēng)，空調(diào)冷負(fù)荷Q1=53.3kW，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)散熱冷負(fù)荷Ql1=36.2kW，新風(fēng)冷負(fù)荷Ql2=17.1kW；空調(diào)熱負(fù)荷Qr=36.8kW，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷Qr1=14.7kW，新風(fēng)熱負(fù)荷Qr2=22.1kW。

2.2 空氣處理過程計算

（1）夏季工況。采用一次回風(fēng)，為保證室內(nèi)恒溫恒濕，采用提高送風(fēng)量，減小送風(fēng)溫差，送風(fēng)溫差設(shè)為6℃，空氣處理過程見圖1。

圖1 夏季空氣處理過程

夏季室內(nèi)狀態(tài)點：hn=53.1 kJ/kg，dn=10.5g/kg；室外狀態(tài)點：hw=90.2kJ/kg，dw=21.5g/kg。根據(jù)規(guī)范[2]，空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量，應(yīng)取下列兩項中的最大值：①按工作人員計算，每人50 m3/h。②總送風(fēng)量的10 %，本設(shè)計按新風(fēng)量10%計算。

混合狀態(tài)點hc=(GW·hw+GN·hn)/(GW+GN)=56.93kJ/kg；混合狀態(tài)點dc=(GW·hw+GN·dn)/(GW+GN)=11.68g/kg；送風(fēng)狀態(tài)點：ho=44kJ/kg，do=9.4g/kg；送風(fēng)量G=Ql1/(hn-ho)=3.978kg/s=12 126m3/h。取送風(fēng)量為13 000 m3/h，新風(fēng)量1 500 m3/h。

（3）冬季工況。冬季與夏季風(fēng)量相等，空氣處理過程見圖2。

圖2 冬季空氣處理過程

2.3 氣流組織及壓力平衡

抗爆控制室內(nèi)空氣要求較高，室外空氣經(jīng)化學(xué)過濾新風(fēng)機(jī)處理后送至回風(fēng)靜壓箱與室內(nèi)回風(fēng)混合，經(jīng)恒溫恒濕空調(diào)機(jī)處理后經(jīng)風(fēng)管送至各房間，為保證室內(nèi)正壓環(huán)境，需對核算各空調(diào)房間的送、排風(fēng)量。采用壓差法計算維持房間相對正壓值的門縫漏風(fēng)量[3]。

按風(fēng)量平衡確定各機(jī)柜室、UPS間、操作室和工程師站的送回風(fēng)量。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)流程圖見圖3。

圖3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)流程圖

3 空調(diào)系統(tǒng)的抗爆措施

3.1 抗爆閥的設(shè)置

抗爆控制室圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，能抗擊來自建筑外部的爆炸沖擊波破壞。根據(jù)規(guī)范[2]要求，新風(fēng)引入口及排風(fēng)排出口都應(yīng)加裝與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)同等抗爆等級的抗爆閥，當(dāng)室外發(fā)生爆炸時，抗爆閥能瞬時關(guān)閉，防止爆炸沖擊波通過外墻開孔對室內(nèi)人體和設(shè)備造成危害。抗爆閥安裝形式包括①設(shè)置專門的進(jìn)、排風(fēng)小室；②直接安裝在外墻上；③將抗爆閥安裝在屋頂上?？贡y直接安裝在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上可以減少土建工程量，安裝簡單，為規(guī)范推薦安裝方式，在實際應(yīng)用中最常見。

在抗爆閥的選型中，有一些具體參數(shù)需要明確，包括：①抗爆閥的抗爆能力；②最小關(guān)閉壓力；③關(guān)閉時間；④工作溫度等。通常設(shè)計抗爆閥的抗爆能力即最大反射的峰值壓力應(yīng)與土建圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗爆能力相一致，本設(shè)計中取23bar；抗爆閥的最小關(guān)閉壓力參考GB 6722—2003[4]，空氣沖擊波超壓安全允許標(biāo)準(zhǔn)為2 000Pa，通常認(rèn)為最小關(guān)閉壓力越接近這個標(biāo)準(zhǔn)越適用，但考慮到實際應(yīng)用中風(fēng)速等問題帶來的誤操作，通常設(shè)計中取2 500Pa；為減少爆炸沖擊波竄入閥后保護(hù)區(qū)域，抗爆閥關(guān)閉時間應(yīng)盡量小，在10bar壓力條件時取1.1ms；抗爆閥的工作溫度參考消防耐高溫條件[5]，設(shè)計中一般取280℃連續(xù)運行30min，同時抗爆閥還應(yīng)具備外部壓力條件正常時，自動復(fù)位功能。

3.2 電動氣密閥的應(yīng)用

為防止室外可燃、有毒氣體進(jìn)入抗爆控制室，新風(fēng)入口處設(shè)置氣體報警儀，當(dāng)氣體濃度超標(biāo)時，連鎖關(guān)閉新風(fēng)入口和排風(fēng)口的電動氣密閥，同時連鎖停止化學(xué)過濾新風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)運行，空調(diào)進(jìn)入內(nèi)循環(huán)狀態(tài)。

4 空調(diào)系統(tǒng)的控制和聯(lián)鎖

4.1 正常運行

為保證空調(diào)系統(tǒng)運行可靠性，化學(xué)過濾新風(fēng)機(jī)和恒溫恒濕空調(diào)機(jī)都設(shè)備用機(jī)，當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障時能自動切換（表3）。

表3 聯(lián)鎖控制表

4.2 有毒、可燃?xì)怏w報警

當(dāng)新風(fēng)入口處氣體檢測裝置檢測到濃度超標(biāo)時，停止化學(xué)過濾新風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)運行，關(guān)閉新風(fēng)、排風(fēng)口上的電動密閉閥，空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入內(nèi)循環(huán)狀態(tài)。

4.3 火災(zāi)報警

當(dāng)抗爆控制室發(fā)生火災(zāi)時，消防控制中心發(fā)指令切斷所有暖通設(shè)備電源。

5 結(jié)論

抗爆控制室全年不間斷運行，抗爆控制室的暖通設(shè)計需滿足設(shè)備運行條件和建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，對設(shè)計過程中遇到的問題不斷總結(jié)。

1）抗爆控制室采用恒溫恒濕空調(diào)+化學(xué)過濾新風(fēng)機(jī)，并設(shè)備用機(jī)，保證控制室空調(diào)安全、穩(wěn)定運行。

2）新風(fēng)口、排風(fēng)口抗爆閥宜直接安裝在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，保證建筑整體的抗爆性能。

3）當(dāng)室外可燃、有毒氣體報警時，新風(fēng)、排風(fēng)口密閉閥，新風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖關(guān)閉，空調(diào)進(jìn)入內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，保證室內(nèi)安全。