分析小屋的安全性設(shè)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(shè)計

蔣 磊
東洋工程（上海）有限公司 上海 200122

分析小屋的設(shè)計是一個復(fù)雜和綜合的流程，涉及到多個專業(yè)的協(xié)調(diào)和多種分析儀產(chǎn)品的集成。隨著石油化工項(xiàng)目的大量投資建設(shè)，安全問題也層出不窮，帶來了一定的人員和經(jīng)濟(jì)的損失。本文從安全設(shè)計的角度，對分析小屋的安全設(shè)計要點(diǎn)予與探討。主要從總圖位置、防爆及通風(fēng)方式、尾氣回收和排放、外部元件和安全聯(lián)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(shè)計。

安全；分析小屋；正壓通風(fēng)；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(gòu)筑物。小屋為分析儀表提供了可控制的操作和維護(hù)環(huán)境，并可延長分析儀的使用壽命，降低維護(hù)成本。在環(huán)境條件惡劣場合，這種保護(hù)形式尤為必要。隨著工業(yè)項(xiàng)目設(shè)計理念的發(fā)展，分析小屋的使用變得越來越普遍。在小屋的設(shè)計中，對于安全方面的考慮存在不足。本文的出發(fā)點(diǎn)是嘗試從五個方面淺談一下分析小屋的安全設(shè)計，以供參考。

一、分析小屋的安全設(shè)計方案要點(diǎn)

1.分析小屋的總圖位置的設(shè)計

由于分析儀的防爆等級的限制，即目前適合在Zone 0區(qū)使用的分析儀幾乎沒有，如果小屋位置選在Zone 0區(qū)的話，為了正常的使用分析儀，小屋必須要采用正壓通風(fēng)以降低小屋內(nèi)的危險區(qū)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(fēng)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(yùn)行是十分不利的，甚至?xí)a(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失。如果小屋設(shè)置在Zone 1區(qū)，雖然不會出現(xiàn)以上的問題，但是按照IEC61285的明確規(guī)定，工作人員必須穿戴防護(hù)設(shè)施后才能靠近Zone 1區(qū)的小屋，這給日常的正常操作和運(yùn)行維護(hù)帶來嚴(yán)重的不便。所以分析小屋不得設(shè)置在Zone 0區(qū)，理論上可以設(shè)置在Zone 1區(qū)，最好設(shè)置在Zone 2區(qū)或安全區(qū)。以上是分析小屋總圖位置選擇的安全設(shè)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(nèi)沒有高達(dá)的建筑和設(shè)備，以方便直排大氣的尾氣排放設(shè)計，詳見第3節(jié)的介紹。

在選擇總圖位置前，我們需要先對整個項(xiàng)目中需要安裝在小屋內(nèi)的分析儀種類和數(shù)量做出統(tǒng)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(kuò)建的實(shí)施。

2.分析小屋的防爆及通風(fēng)方式的設(shè)計

通風(fēng)的形式分為兩個大類：自然通風(fēng)和正壓通風(fēng)。選擇正確的通風(fēng)方式對分析儀及小屋的安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。在考慮通風(fēng)形式之前，我們必須要先考慮小屋內(nèi)的用電設(shè)備包括分析儀的防爆形式是否滿足我們定義的小屋內(nèi)的防爆危險區(qū)域等級。如果有不能滿足的，我們必須要正壓通風(fēng)，根據(jù)所取新風(fēng)點(diǎn)的位置，可以將小屋內(nèi)部的危險區(qū)域等級相應(yīng)的降低到新風(fēng)點(diǎn)所屬區(qū)域的等級，使這些用電設(shè)備能安全的使用。另外，在與分析小屋連接的0區(qū)和1區(qū)分界位置應(yīng)有空氣隔斷間，即要采用正壓通風(fēng)。如果所有用電設(shè)備都能滿足定義的防爆危險區(qū)域等級的話，我們可以考慮采用加強(qiáng)型的自然通風(fēng)，即加裝風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)即可。不同的通風(fēng)設(shè)計關(guān)聯(lián)到不同的防爆設(shè)計，也對應(yīng)于不同的現(xiàn)場操作要求。簡單的說就是，考慮通風(fēng)后的小屋，如果達(dá)不到安全區(qū)域的，用電設(shè)備嚴(yán)禁帶電開蓋。在IEC61285中規(guī)定了一些結(jié)合可燃有毒氣體檢測來決定的通風(fēng)形式的選用，對于小屋的安全設(shè)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(fēng)的計算也是十分關(guān)鍵的，作為設(shè)計人員必須要采用一定的方法來驗(yàn)證正壓通風(fēng)設(shè)計是否合適。下面列舉一個簡單的驗(yàn)證計算方法。假設(shè)危險介質(zhì)是氫氣，采樣管線為1/4＂。按低壓氣體最大設(shè)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(shè)37.9L/分鐘的樣品全部泄露，并按氫氣來計算，驗(yàn)證正壓通風(fēng)是否絕對安全。具體計算過程如下：

可燃物質(zhì)：氫氣

爆炸下限（LEL）：4%

泄露等級：連續(xù)

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(chǎn)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(shù)（N）應(yīng)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(fēng)率能保證正壓通風(fēng)的效果。按照慣例，一般通風(fēng)率在6～8次即能滿足設(shè)計要求。但從安全設(shè)計的角度出發(fā)，我們都應(yīng)該對每一個正壓通風(fēng)設(shè)計進(jìn)行必要的驗(yàn)算，做到心中有底。

3.分析儀尾氣回收和排放的安全設(shè)計

分析小屋內(nèi)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(shè)計，也和整個項(xiàng)目的實(shí)際情況有很大的關(guān)聯(lián)。通常如果工廠設(shè)有尾氣壓縮機(jī)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(yīng)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(shè)置回收罐的大型尾氣回收系統(tǒng)，儀表專業(yè)和工藝專業(yè)需要密切配合，對回收罐的分類設(shè)置，壓力設(shè)置和控制，增壓泵的設(shè)置等系統(tǒng)性問題做出最合理的設(shè)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(chǎn)生。

另外，對于直接排大氣的設(shè)計，我們必須要注意對排放點(diǎn)的選擇。按GB-50160中5.5.11章節(jié)第二條的規(guī)定，放空管口應(yīng)高出10m范圍內(nèi)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(nèi)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(shè)計。

4.小屋外部元件的安全設(shè)計

采樣預(yù)處理單元的流路復(fù)雜，元器件眾多，通常出于安全的考慮裝在小屋的外側(cè)。危險介質(zhì)的管線必須設(shè)置手動切斷閥，在發(fā)生緊急情況下可以快速的切斷進(jìn)出小屋的危險介質(zhì)。為了減少泄漏的風(fēng)險，所有管線和流量測量裝置必須選用金屬材質(zhì)，所有非焊接連接都需要做密封試驗(yàn)并如實(shí)記錄發(fā)生的問題和解決方法。按IEC-61285的規(guī)定，如果不可避免的采用了有限泄漏風(fēng)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(fēng)口應(yīng)依據(jù)可燃?xì)怏w或蒸汽的密度來設(shè)置，也就是，密度比空氣輕時設(shè)置在頂部，比空氣重時設(shè)置在底部，這樣可以有效的避免氣體聚集到小屋內(nèi)。通風(fēng)口應(yīng)有屏障保護(hù)防止昆蟲和害蟲進(jìn)入以及樹葉，積雪和沙塵的堆積。

另外，在小屋外部應(yīng)分開設(shè)置各種用途的電源總開關(guān)，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(hù)分析系統(tǒng)及相關(guān)人員的安全。

5.分析小屋的安全聯(lián)鎖設(shè)計

小屋的安全聯(lián)鎖設(shè)計對于保護(hù)小屋正常運(yùn)行、維持正常生產(chǎn)和人員安全起到關(guān)鍵作用，是保證分析小屋安全的最后一道屏障。小屋的聯(lián)鎖方案通常會根據(jù)通風(fēng)方案的不同而不同。下面分兩個方面探討：

當(dāng)采用正壓通風(fēng)時：

·煙感報警時切斷暖通系統(tǒng)。

·氧氣含量低于18%時聲光報警。

·有毒氣體達(dá)到允許濃度時聲光報警。

·新鮮空氣入口可燃?xì)怏w20%LEL時切斷暖通系統(tǒng)，同時聲光報警。

·新鮮空氣出口可燃?xì)怏w20%LEL或風(fēng)機(jī)故障時啟動備用風(fēng)機(jī)，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(qū)域的用電設(shè)備的電源并警。如果部分分析儀表的防爆措施是正壓通風(fēng)的話，同樣的安全連鎖必須要提供，以確保安全。

·暖通系統(tǒng)故障或停用時切斷所有不適合原小屋防爆區(qū)域的設(shè)備電源并報警。

當(dāng)采用自然通風(fēng)或加強(qiáng)型自然通風(fēng)時：·煙感報警時切斷暖通系統(tǒng)。

·氧氣含量低于18%時聲光報警。

·有毒氣體達(dá)到允許濃度時聲光報警。

·小屋內(nèi)可燃?xì)怏w20%LEL報警時啟動排風(fēng)機(jī)，同時有聲光報警。

二、結(jié)束語

分析小屋的設(shè)計是一個多專業(yè)配合，多種分析儀產(chǎn)品集成的較難的工作。以上從安全設(shè)計的角度探討了需要注意的五個方面。總結(jié)如下，選擇恰當(dāng)?shù)目倛D位置、選擇正確的通風(fēng)系統(tǒng)并進(jìn)行必要的驗(yàn)算、注意尾氣回收和排放設(shè)計的安全性、注意小屋外部設(shè)備的安全設(shè)計和小屋安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計。對于整個分析系統(tǒng)包括小屋的設(shè)計，安全設(shè)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(shè)計中必須加強(qiáng)安全性設(shè)計的考慮，減少不必要的危害發(fā)生。希望本文能為讀者在實(shí)際工程設(shè)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.

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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(shè)計工作。