分析小屋的安全性設計

蔣 磊東洋工程（上海）有限公司 上海 200122

分析小屋的安全性設計

蔣 磊
東洋工程（上海）有限公司 上海 200122

分析小屋的設計是一個復雜和綜合的流程，涉及到多個專業的協調和多種分析儀產品的集成。隨著石油化工項目的大量投資建設，安全問題也層出不窮，帶來了一定的人員和經濟的損失。本文從安全設計的角度，對分析小屋的安全設計要點予與探討。主要從總圖位置、防爆及通風方式、尾氣回收和排放、外部元件和安全聯鎖五個方面論述，得出了分析小屋需要更加注重安全性的設計。

安全；分析小屋；正壓通風；尾氣排放；泄漏危險

引言

分析小屋是一種可安裝一臺或多臺分析儀的封閉型構筑物。小屋為分析儀表提供了可控制的操作和維護環境，并可延長分析儀的使用壽命，降低維護成本。在環境條件惡劣場合，這種保護形式尤為必要。隨著工業項目設計理念的發展，分析小屋的使用變得越來越普遍。在小屋的設計中，對于安全方面的考慮存在不足。本文的出發點是嘗試從五個方面淺談一下分析小屋的安全設計，以供參考。

一、分析小屋的安全設計方案要點

1.分析小屋的總圖位置的設計

由于分析儀的防爆等級的限制，即目前適合在Zone 0區使用的分析儀幾乎沒有，如果小屋位置選在Zone 0區的話，為了正常的使用分析儀，小屋必須要采用正壓通風以降低小屋內的危險區域級別，這樣才能正常的使用分析儀。這種方案中，一旦正壓通風失效，整個小屋的分析儀表必須立即切斷電源，這對整個裝置的運行是十分不利的，甚至會產生一定的經濟損失。如果小屋設置在Zone 1區，雖然不會出現以上的問題，但是按照IEC61285的明確規定，工作人員必須穿戴防護設施后才能靠近Zone 1區的小屋，這給日常的正常操作和運行維護帶來嚴重的不便。所以分析小屋不得設置在Zone 0區，理論上可以設置在Zone 1區，最好設置在Zone 2區或安全區。以上是分析小屋總圖位置選擇的安全設計的原則。另外，小屋最好選擇在比較空曠的地方，周圍至少10m范圍內沒有高達的建筑和設備，以方便直排大氣的尾氣排放設計，詳見第3節的介紹。

在選擇總圖位置前，我們需要先對整個項目中需要安裝在小屋內的分析儀種類和數量做出統計，按照不同種類分析儀表的安裝空間要求估計好小屋的大小。一般來說必須留有30%的空間，方便將來改擴建的實施。

2.分析小屋的防爆及通風方式的設計

通風的形式分為兩個大類：自然通風和正壓通風。選擇正確的通風方式對分析儀及小屋的安全運行是至關重要的。在考慮通風形式之前，我們必須要先考慮小屋內的用電設備包括分析儀的防爆形式是否滿足我們定義的小屋內的防爆危險區域等級。如果有不能滿足的，我們必須要正壓通風，根據所取新風點的位置，可以將小屋內部的危險區域等級相應的降低到新風點所屬區域的等級，使這些用電設備能安全的使用。另外，在與分析小屋連接的0區和1區分界位置應有空氣隔斷間，即要采用正壓通風。如果所有用電設備都能滿足定義的防爆危險區域等級的話，我們可以考慮采用加強型的自然通風，即加裝風機加強通風即可。不同的通風設計關聯到不同的防爆設計，也對應于不同的現場操作要求。簡單的說就是，考慮通風后的小屋，如果達不到安全區域的，用電設備嚴禁帶電開蓋。在IEC61285中規定了一些結合可燃有毒氣體檢測來決定的通風形式的選用，對于小屋的安全設計原則，這些都不是最佳的選擇，本文不做介紹。

另外，對于正壓通風的計算也是十分關鍵的，作為設計人員必須要采用一定的方法來驗證正壓通風設計是否合適。下面列舉一個簡單的驗證計算方法。假設危險介質是氫氣，采樣管線為1/4＂。按低壓氣體最大設計流速20m/秒計算出1/4＂管線在極端非正常情況下最大的流量為37.9L/分鐘。所以在最極端的情況下，可以假設37.9L/分鐘的樣品全部泄露，并按氫氣來計算，驗證正壓通風是否絕對安全。具體計算過程如下：

可燃物質：氫氣

爆炸下限（LEL）：4%

泄露等級：連續

泄露率：37.9L/分鐘

小屋容積：=2.5m X 2.5m X 2.5m =15.625m3=15625L

分析儀：2臺

產生100%LEL的空氣流量：=（37.9L*2/分鐘）/4% =1895L/分鐘

每小時空氣交換次數（N）應滿足：15625L*N/60分鐘＞ 1895L/分鐘

即， N＞7.27次

從以上的計算可以看出，這種情況下每小時7次以上的通風率能保證正壓通風的效果。按照慣例，一般通風率在6～8次即能滿足設計要求。但從安全設計的角度出發，我們都應該對每一個正壓通風設計進行必要的驗算，做到心中有底。

3.分析儀尾氣回收和排放的安全設計

分析小屋內的很多分析儀都會涉及到尾氣的處理問題。不同的分析儀對尾氣的排放要求不盡相同。而且選用什么樣的回收和排放設計，也和整個項目的實際情況有很大的關聯。通常如果工廠設有尾氣壓縮機的話，所有分析尾氣都會考慮回收利用。如果不具備條件，分析尾氣一般排火炬或直接排放。不管采用什么方法，尾氣的排放都應滿足各種分析儀的要求，這樣才能保證分析儀的正常工作。對于要求大氣壓排放的分析儀，如色譜，紅外分析儀等需要特別注意。對于設置回收罐的大型尾氣回收系統，儀表專業和工藝專業需要密切配合，對回收罐的分類設置，壓力設置和控制，增壓泵的設置等系統性問題做出最合理的設計，避免排放壓力不符合要求、尾氣回流、罐容不夠等不安全的問題的產生。

另外，對于直接排大氣的設計，我們必須要注意對排放點的選擇。按GB-50160中5.5.11章節第二條的規定，放空管口應高出10m范圍內的平臺或建筑物3.5m以上，位于排放口水平10m以外斜上45°的范圍內不宜布置平臺或建筑物。所以在小屋的總圖位置選擇時也要考慮方便將來的尾氣直接放空的設計。

4.小屋外部元件的安全設計

采樣預處理單元的流路復雜，元器件眾多，通常出于安全的考慮裝在小屋的外側。危險介質的管線必須設置手動切斷閥，在發生緊急情況下可以快速的切斷進出小屋的危險介質。為了減少泄漏的風險，所有管線和流量測量裝置必須選用金屬材質，所有非焊接連接都需要做密封試驗并如實記錄發生的問題和解決方法。按IEC-61285的規定，如果不可避免的采用了有限泄漏風險部件的話，必要的輔助措施必須要采用，具體見表1。

表1：部件評估（引用自IEC-61285）

通風口應依據可燃氣體或蒸汽的密度來設置，也就是，密度比空氣輕時設置在頂部，比空氣重時設置在底部，這樣可以有效的避免氣體聚集到小屋內。通風口應有屏障保護防止昆蟲和害蟲進入以及樹葉，積雪和沙塵的堆積。

另外，在小屋外部應分開設置各種用途的電源總開關，在緊急情況下，操作人員可以切斷小屋的各類電源，徹底保護分析系統及相關人員的安全。

5.分析小屋的安全聯鎖設計

小屋的安全聯鎖設計對于保護小屋正常運行、維持正常生產和人員安全起到關鍵作用，是保證分析小屋安全的最后一道屏障。小屋的聯鎖方案通常會根據通風方案的不同而不同。下面分兩個方面探討：

當采用正壓通風時：

·煙感報警時切斷暖通系統。

·氧氣含量低于18%時聲光報警。

·有毒氣體達到允許濃度時聲光報警。

·新鮮空氣入口可燃氣體20%LEL時切斷暖通系統，同時聲光報警。

·新鮮空氣出口可燃氣體20%LEL或風機故障時啟動備用風機，同時聲光報警。

·小屋失去正壓時切斷所有不適合原小屋防爆區域的用電設備的電源并警。如果部分分析儀表的防爆措施是正壓通風的話，同樣的安全連鎖必須要提供，以確保安全。

·暖通系統故障或停用時切斷所有不適合原小屋防爆區域的設備電源并報警。

當采用自然通風或加強型自然通風時：·煙感報警時切斷暖通系統。

·氧氣含量低于18%時聲光報警。

·有毒氣體達到允許濃度時聲光報警。

·小屋內可燃氣體20%LEL報警時啟動排風機，同時有聲光報警。

二、結束語

分析小屋的設計是一個多專業配合，多種分析儀產品集成的較難的工作。以上從安全設計的角度探討了需要注意的五個方面。總結如下，選擇恰當的總圖位置、選擇正確的通風系統并進行必要的驗算、注意尾氣回收和排放設計的安全性、注意小屋外部設備的安全設計和小屋安全聯鎖系統的設計。對于整個分析系統包括小屋的設計，安全設計只是很小的一部分也是十分重要的一部分，我們在工程設計中必須加強安全性設計的考慮，減少不必要的危害發生。希望本文能為讀者在實際工程設計中有所幫助。

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Safety Design of Analyzer House

Jianglei, Shanghai branch of Toyo engineering co., LTD，Shanghai，200122

The design of analyzer house is a complicated and comprehensive course, which involves the integration of various careers’coordination and various analyzer products. Along with the heavy investment and construction of petrochemical engineering projects, a lot of safety problems emerge one after another, which bring certain personnel loss and economic loss. This paper develops a discussion on the key points of analyzer house safety design from the point of safety design. In the end, a conclusion that analyzer houses need to pay more attention to safety design is got by expounding from f ve points: placement of general layout, anti-explosion and ventilation pattern, tail gas recovering and emission, external components and safety interlocking.

safety；analyzer house；positive draft；exhaust gas emission；leakage risk

T

A

蔣磊（1981～），男，東洋工程（上海）有限公司儀電部，任工程師，研究方向：石油化工自動化工程設計工作。