石油化工中心化驗室變風量通風系統設計

楊輝，史永果

1.洛陽瑞澤石化工程有限公司，河南洛陽471003

2.中國石油天然氣第一建設公司，河南洛陽471000

石油化工中心化驗室變風量通風系統設計

楊輝1，史永果2

1.洛陽瑞澤石化工程有限公司，河南洛陽471003

2.中國石油天然氣第一建設公司，河南洛陽471000

文章論述了石油化工中心化驗室變風量通風系統的設計。首先通過與傳統定風量系統的對比，介紹了變風量系統的特點以及系統的設計方法和控制方式，而后較為詳細地介紹了變風量系統的控制設備，最后根據工程實際經驗，闡述了變風量系統的設計內容和設計中應注意的主要問題。

中心化驗室；變風量系統；通風柜；風量控制閥；排風機

0 引言

石油化工中心化驗室（以下簡稱化驗室）主要承擔石油化工廠各生產裝置的原料及輔助材料規格分析、生產裝置中間產品質量控制分析和產品質量分析、公用工程的介質指標分析、對出廠產品的質量進行監督檢查以及其他輔助任務的全廠性化驗任務?；炇彝ǔＴO有各種分析室、色譜室、物性檢驗室、試劑庫、樣品間、天平室、高溫室及輔助用房等，其中大部分房間均設有通風柜或排風罩。因此一個好的通風系統對于化驗室來說至關重要。

化驗室通風系統分為定風量系統和變風量系統。過去由于技術、設施、場地等諸多限制，多數設計都是采用定風量系統。

但隨著社會發展，經濟生活水平的日益提高，企業對工作環境的要求也逐漸提升，定風量系統就慢慢顯現出自身的不足。首先，排風機的數量過多。一個化驗室大概配置150～200臺通風柜，按設計規定每臺排風機連接的通風柜不宜多于4臺，大概需設置30～50臺排風機，這么多排風機設置在一起必然需要很大的機房面積，而且會出現管理和維護不便問題；當排風機開啟數量過多時，其產生的噪聲較大。第二，定風量系統排風機的風量不變，當一個系統內的通風柜開啟數量不同時，通風柜的面風速就發生較大變化，可能會造成通風柜面風速有時不夠，有時又過大，這對化驗室內的氣流環境會造成很大影響。第三，系統開啟后，排風機始終運轉，即使只使用一臺通風柜，排風機也是按額定功率運轉，能源浪費嚴重，不可取。

因此，越來越多的化驗室開始采用變風量通風系統，它克服了定風量系統的許多不足，大大改善了化驗室內空氣質量，讓使用者可以在更加舒適的環境中工作。

1 變風量通風系統

通?；炇覂鹊耐L設備包括：通風柜（落地）、萬向排風罩、原子吸收罩、氣瓶柜、試劑柜等。通風柜作為化驗室內最重要的一級防護設備，通常要求維持通風柜面風速恒定為0.5 m/s，過高或者過低的面風速，均會發生污染氣體泄漏的危險。對于萬向排風罩、原子吸收罩、氣瓶柜、試劑柜等局部排風設施，應能夠持續高效地控制，安全迅速地將氣體排出。變風量通風系統就是為了能夠達到這些設計要求，并保證整個化驗室內的空氣質量，做到化驗區域相對于區域之外為負壓，以免對周圍的辦公休息區造成污染。在充分滿足室內環境安全的前提下，大幅降低系統運行能耗，包括空調及排風機的能耗。與定風量系統相比，變風量系統加大了單臺排風機攜帶的通風柜或其他通風設備的數量，為實現風量、壓力控制，除配備常規設備外，還需要增加一些通風及控制設備，如變風量風閥、定風量風閥、壓差變送器、風速控制器等。中心化驗室變風量通風系統的控制原理如圖1所示。

圖1 化驗室通風控制原理示意

1.1 通風柜的控制

化驗室內每臺通風柜的排風支管上安裝與壓力無關的變風量風閥，通過通風柜調節門旁邊的風速控制器控制風閥來調節通風柜的排風量，使通風柜在有人操作時的面風速維持在0.5 m/s左右，當無人操作時能夠降低到0.3 m/s（用于特殊控制需要，一般化驗室較少設置此功能）；在通風柜關閉時，保證通風柜的最小排風量。

1.2 萬向排風罩等固定通風設施的控制

化驗室內萬向排風罩、吸氣罩、試劑柜等的排風匯總管上安裝與壓力無關的定風量風閥，保證在通風柜風量發生變化時，這些排風設施的排風量保持不變。一般萬向排風罩的排風量按150 m3/h計算，試劑柜的通風柜按75 m3/h計算，吸氣罩則根據罩口尺寸和罩口吸口風速具體計算，化驗室內操作的對象大部分為有毒或有危險的有害物，罩口風速按規定不小于0.5 m/s。

1.3 室內換氣次數的控制

為保證化驗室內排風效果和維持室內溫濕度要求，SH/T 3103-2009《石油化工中心化驗室設計規范》規定，對于產生有毒有害氣體的分析房間換氣次數不應小于7次/h。若化驗室內通風柜和萬向排風罩等其他通風設施最小排風量不能滿足化驗室的最小換氣次數時，需在化驗室內增加室內排風口，并在此排風口的排風支管上安裝與壓力無關的變風量閥門，用于保證化驗室的最低換氣次數要求。

1.4 室內壓力檢測控制

為避免化驗室氣流滲出實驗室，造成交叉污染，應控制化驗室內氣壓使其相對于走廊和辦公休息區域為負壓。在化驗室內設計送風管，并在送風管上安裝與壓力無關的變風量風閥，送風管上的變風量風閥與排風管上的變風量風閥聯鎖控制，使得化驗室內的送風量與排風量的差值保持恒定，保持化驗室負壓，空氣從走廊流入化驗室，避免有害物的散出。同時，在確保安全的前提下，使通風柜能以最小的排風和補風風量操作，節省能源。

2 送風、排風系統設計

化驗室通風系統如圖2所示。

2.1 風管系統設計

現在化驗室建筑面積越來越大，房間越來越多，合理的送排風系統設計就尤為重要。在定風量系統設計時，每臺風機連接4臺左右的通風柜或氣體通風設施，這在變風量系統設計時已經不太適用，會造成資金和能源的浪費。變風量系統根據建筑物的類型一般可以按橫向或豎向分區，橫向分區即按每層來設計一個或幾個送、排風系統，每層的排風機和新風機集中布置，排風機和新風機均設置在各自獨立的風機房內；豎向分區是把一個或幾個建筑跨度內的各個樓層的房間劃分成一個排風系統，通過匯總立管引至屋面，所有的排風機在屋頂或頂層機房內統一布置，但是送風系統仍按橫向劃分。

圖2 中心化驗室通風系統

橫向分區的優點是沒有豎向立管，減少了風管穿越樓板和屋面的次數，但由于變風量系統風量大，計算出的風管管徑也會相應較大，橫向分區系統難免會出現排風管和送風管交叉現象，這樣就要求建筑物的層高很高，以滿足房間上部區域風管的布置需要，一般采用變風量通風設計的化驗室最低建筑層高取4.8 m；另一方面，有些化驗室屋頂在建筑設計時設計為坡屋頂，這樣就無法在屋頂設置風機，只能按照橫向來分區設計。豎向分區避免了排風管和送風管在室內交叉的情況，但是現在的化驗室建筑面積普遍較大，在進行防火設計時，通常會把每一層設計為一個防火分區或幾個防火分區，這樣在每層的排風支管上就必須要增加防火閥，以滿足建筑防火規范的要求；此外排風立管還會占用化驗室內的空間，在有些實驗設備較多面積緊張的化驗室內，可能會造成擁擠的感覺。圖2所示就是豎向分區實例。

在設計中，不管是橫向分區還是豎向分區，都必須按照設計規范來進行劃分：

（1）同一類型的房間宜劃分在同一系統。

（2）排出氣體性質相同的房間或通風設備應設計成一個系統。

（3）對于有極度、高度危害物質或極難聞氣體物質必須單獨設計成一個系統，不應和其他通風系統合用。

2.2 系統控制設計

要真正實現化驗室理想的氣流組織，排風量、送風量以及房間的壓差控制尤為關鍵。在定風量系統和有些傳統的變風量系統的設計中，一般在通風柜連接的管道上設置蝶閥，依靠手動或自動開大或減少風閥來調節系統風量，這樣不僅會造成風量的浪費，更重要的是還會導致通風柜面風速不穩定，這對化驗室的安全非常不利。有些傳統的變風量系統即使是已經采用風速控制系統，也只是在通風柜面風速改變之后才會進行調節，控制緩慢且頻繁。所以，不管是采用定風量系統還是變風量系統，室內的壓差都不穩定，氣流組織難達到理想效果。因此，在變風量系統設計時就需要采用合理的風量控制閥和室內壓差控制系統來解決系統管網風量變化和室內壓差變化這一類問題。

風量控制閥包括變風量控制閥和定風量控制閥，它們的特點是：

（1）壓力無關性。在通風柜運行過程中對通風柜面風速影響最大的因素就是通風系統管網壓力，由于其他通風柜或通風設備的開閉，或管網其他方面變化會導致通風柜管路壓力發生變化，而且這種變化是會經常發生的。風量控制閥能根據管網壓力變化自動調整，這個過程是伴隨管網壓力變化同時發生的，實現了快速穩定的風量控制。

（2）反應速度快。系統的響應時間短，達到要求的風量值所用時間一般在1 s以內，在通風柜調節門到位后的1 s以內即可達到指令值，同時化驗室送風和總的排風控制系統也快速響應以維持正確的房間壓力。

（3）風量控制精度高。風量控制精度在±5%以內，在通風柜調節門變化時，通風柜的面風速可保持在（0.5±0.1）m/s。

（4）風量可調節比高。最大風量和最小風量比例為20∶1，高的調節比使系統可利用的參差系數大，適用于通風柜數量多的大通風系統。當化驗室房間較多，通風柜數量也相應較多時，風量控制閥的調節比高，就可以降低通風柜最低運行風量，有效降低通風柜的運行能耗。大的排風系統還可減少風機的數量，減少風管的數量，減少風管占用建筑物內的空間。

控制系統其他的部件包括風速傳感器、管道壓力傳感器、房間壓差變送器、中央控制器等，加上風量控制閥，它們一同構成了整個變風量系統的控制神經。具體控制系統的安裝方式為：每臺通風柜排風支管上安裝1臺變風量控制閥，它會依據通風柜上的監視器反饋數據來調節門開啟的大小和運行狀態，以此來控制通風柜的排風量；風速傳感器會一直檢測通風柜的面風速，以使其保持在0.5 m/s左右。在化驗室其他通風設備（萬向排風罩、原子吸氣罩、氣瓶柜、試劑柜等）的排風匯總管上安裝1臺定風量風閥，保證這些通風設備在系統運行中保持排風量始終不變。在新風送風支管上安裝1臺變風量風閥，并且與排風管上的變風量風閥聯鎖，根據室內的排風量控制化驗室的送風量，以保持室內壓力恒定。化驗室內安裝房間壓差變送器，與系統聯鎖，檢查室內壓力，同樣用于保證室內的壓力恒定。最后所有的控制信號均傳送給中央控制器，當發現風量變化時，中央控制器會給機房內的排風機或新風機發出信號，調整其排風機的排風量或新風機的送風量。

3 其他方面

由于化驗室的特殊性，在設計時還應注意以下幾個方面：

（1）對于會排出含有濃度較高的爆炸危險性物質的通風柜，應采用防爆風機。化驗室中一般需要設置防爆風機的房間有：樣品分析室、液化氣分析室、試劑儲存室、焦炭硫磺分析室、樣品留樣間、辛烷值機室、藥品庫等。

（2）當排出的氣體含有極度、高度危害物質或者極難聞氣體物質且濃度超過規定允許排放標準時，應采取凈化處理措施，排放口高度應符合國家相關規定?；炇遗欧诺膹U氣主要有無機酸廢氣和有機廢氣，由于化驗室場地有限，不方便采用大型凈化裝置，而且化驗室的廢氣量相對較小，通常都是稀釋后直接排放，若必須使用凈化裝置時，也只使用小型的廢氣凈化裝置。處理無機酸廢氣時可采用酸氣吸附劑，處理有機廢氣時可采用活性炭吸附劑。

（3）化驗室一般都必須采用防腐蝕的通風設備，風管應采用無機玻璃鋼管或其他塑料等防腐蝕管；風量控制閥、萬向排風罩等也必須有相應的防腐蝕措施。

（4）現在的變風量系統均設計為全新風系統，排風機和新風機均采用變頻控制，在滿足化驗室內通風量的前提下，盡可能地減少系統送風量，從而節約化驗室空調能耗。另一方面，在一些南方潮濕地區還需要控制好新風機的機械露點，防止出現化驗室內濕度過大的現象。

Design ofPetrochemicalCentralL aboratoryVAVVentilation System

Yang Hui1，ShiYongguo2
1.Luoyang Ruize PetrochemicalEngineering Co.，Ltd.，Luoyang 471003，China
2.PetroChina First Construction Co.，Luoyang 471000，China

The design of petrochemical central laboratory VAV ventilation system is discussed.Firstly，the features，design methods and control modes of the VAV system are compared with conventional constant air volume systems.Then the control equipment of the VAV system is introduced in detail.Finally，based on actual experience in engineering，the design content of the VAVsystem and main problems should be paid attention to are described.

centrallaboratory；VAVsystem；fume hood；air volume controlvalve；exhaust fan

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.02.012

楊輝（1980-），男，河南洛陽人，工程師，2005年畢業于中原工學院建筑環境與設備工程專業，現從事暖通空調設計工作。

2014-07-03；

2015-01-28