某封閉式高層氣化廠房事故通風(fēng)量的計(jì)算一例

宋國(guó)軍 劉 偉 陳 濱

中國(guó)天辰工程有限公司

某封閉式高層氣化廠房事故通風(fēng)量的計(jì)算一例

宋國(guó)軍 劉 偉 陳 濱

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本文結(jié)合某項(xiàng)目封閉式高層氣化廠房通風(fēng)方案，在滿足規(guī)范相應(yīng)要求的基礎(chǔ)上，介紹了事故通風(fēng)換氣次數(shù)的選取和風(fēng)量的空間分配，為其他類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

封閉式高層；氣化廠房事故；通風(fēng)換氣次數(shù)

1 引言

對(duì)可能突然放散大量有毒氣體、有爆炸危險(xiǎn)氣體或粉塵的場(chǎng)所，應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的要求設(shè)置事故通風(fēng)系統(tǒng)[1][2]。事故通風(fēng)量宜根據(jù)工藝設(shè)計(jì)條件通過(guò)計(jì)算確定，且換氣次數(shù)不應(yīng)小于12次/h[1][2]。同時(shí)，規(guī)范《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50019-2015》[1]6.3.9條規(guī)定了全面排風(fēng)量的分配原則。

本文將以某項(xiàng)目封閉式高層氣化廠房的通風(fēng)方案為例對(duì)上述內(nèi)容（換氣次數(shù)的合理選取、事故通風(fēng)量的計(jì)算、空間分配）來(lái)加以論述。

2 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目封閉式高層氣化廠房位于內(nèi)蒙古包頭，廠房主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，四周采用巖棉壓型鋼板圍護(hù)，建筑高度64.5m，共分10層，占地面積5456m2，建筑面積25623m2。工藝采用水煤漿加壓氣化技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)的粗合成氣中含有易燃易爆氣體，主要成份為CO、H2以及少量的H2S等甲類火災(zāi)危險(xiǎn)氣體。根據(jù)工藝專業(yè)要求，該廠房需要設(shè)置事故通風(fēng)，以確保廠房的正常安全生產(chǎn)操作環(huán)境和工藝發(fā)生緊急情況時(shí)，有害氣體的及時(shí)排除。

3 通風(fēng)量計(jì)算公式

規(guī)范《化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范HG/T 20698-2009》[2]附錄B給出了危險(xiǎn)場(chǎng)所通風(fēng)量的計(jì)算公式。但是大多數(shù)情況下，有害氣體的釋放具有不確定性。因此，有害氣體全面通風(fēng)量通常是按換氣次數(shù)確定的，其排風(fēng)量計(jì)算公式[3]如下：

式中 G——全面通風(fēng)量，m3/h；

n——換氣次數(shù)，次/h；

Vf——通風(fēng)房間體積，m3

F——通風(fēng)房間面積，m2

h——通風(fēng)房間凈高，m

對(duì)于多種氣體同時(shí)存在的情況下，規(guī)范《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GBZ 1-2002》[4]第5.1.5條作出了如下規(guī)定：“當(dāng)數(shù)種溶劑（苯及其同系物或醇類或醋酸酷類）蒸汽，或數(shù)種刺激性氣體（三氧化硫及二氧化硫或氟化氫及其鹽類等）同時(shí)放散于空氣中時(shí)，全面通風(fēng)換氣量應(yīng)按各種氣體分別稀釋至規(guī)定的接觸限值所需要的空氣量的總和計(jì)算。除上述有害物質(zhì)的氣體及蒸汽外，其他有害物質(zhì)同時(shí)放散于空氣中時(shí)，通風(fēng)量應(yīng)僅按需要空氣量最大的有害物質(zhì)計(jì)算。”

4 換氣次數(shù)的確定

規(guī)范[2]附錄C、F列出了部分有害氣體在正常生產(chǎn)情況下車(chē)間的換氣次數(shù)相對(duì)密度等參數(shù)，與本項(xiàng)目相關(guān)的摘錄于表1。

表1 化學(xué)物質(zhì)車(chē)間所需要的換氣次數(shù)

從表1可以看出，氣化廠房可按照15次/h來(lái)計(jì)算全面通風(fēng)量。如果考慮規(guī)范[1]6.3.9條全面排風(fēng)量的分配原則，僅考慮15次/h換氣次數(shù)并不全面：首先，事故狀態(tài)下有害氣體混合密度并不確定；其次，廠房上部和下部區(qū)域的排風(fēng)量與有害氣體相對(duì)密度相關(guān)。基于以上兩點(diǎn)，可以假設(shè)每一種有害氣體在廠房?jī)?nèi)單獨(dú)釋放，然后確定每種氣體在廠房上部和下部區(qū)域所需的排風(fēng)量和換氣次數(shù)（見(jiàn)表2），即將密度大于空氣的有害氣體按照上排風(fēng)量的2/3，下排風(fēng)量的1/3，密度小于空氣的有害氣體全部采用上部排風(fēng)，進(jìn)而得到新結(jié)論：上部區(qū)域按照H2考慮6次/h；下部區(qū)域按照CO考慮10次/h，廠房總的換氣次數(shù)達(dá)到16次/h。

表2 有害氣體換氣次數(shù)分區(qū)計(jì)算（次/h）

通過(guò)以上分析，該廠房的全面通風(fēng)換氣次數(shù)為16次/h。滿足對(duì)于事故通風(fēng)，其換氣次數(shù)不應(yīng)小于12次/h的要求，因此，事故通風(fēng)的換氣次數(shù)選取16次/h。

5 通風(fēng)量分區(qū)計(jì)算

吸風(fēng)口的布置直接涉及到有害氣體能否有效排出，特別是排除H2與空氣混合物時(shí)，規(guī)范[1]6.3.10條對(duì)建筑物全面排風(fēng)系統(tǒng)吸風(fēng)口的布置做出了明確規(guī)定：⑴吸風(fēng)口上緣至頂棚平面或屋頂?shù)木嚯x不應(yīng)大于0.1m；⑵因建筑構(gòu)造形成的有爆炸危險(xiǎn)氣體排出的死角處應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流設(shè)施。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)最小的次梁也在0.2m以上，而且大大小小的主梁與次梁構(gòu)成大量“#”字梁格，內(nèi)部極易造成有害氣體特別是H2的積聚。為了及時(shí)有效的排除“#”字梁格內(nèi)可能積聚的有害氣體，需要將吸風(fēng)口引入“#”字梁格，并通過(guò)風(fēng)管排出室外。在綜合考慮建筑構(gòu)造和排風(fēng)需求等因素，將排風(fēng)分區(qū)按如下思路分為三個(gè)分區(qū)（見(jiàn)圖1），這樣既滿足規(guī)范要求，又不影響建筑構(gòu)造（層高）的要求。

假設(shè)在房間上部設(shè)分界隔斷，其標(biāo)高與最高主梁底標(biāo)齊平，這樣將上部區(qū)域排風(fēng)量人為分成兩部分。隔斷上方為大大小小的主梁和次梁構(gòu)成的“#”字梁格，這部分的排風(fēng)量通過(guò)風(fēng)管連接來(lái)滿足規(guī)范要求，其排風(fēng)量表示為Gsh1。考慮到H2的危險(xiǎn)性，應(yīng)適當(dāng)加大排風(fēng)量，其換氣次數(shù)采用事故通風(fēng)的12次/h；余下的上部區(qū)域排風(fēng)量直接通過(guò)墻上部安裝的邊墻風(fēng)機(jī)排出室外（不必考慮利用風(fēng)管排除），其排風(fēng)量表示為Gsh2，Gsh2=Gsh-Gsh1。這樣可以有效降低排風(fēng)管斷面高度對(duì)建筑構(gòu)造的影響。務(wù)，這里取隔斷上部空間換氣次數(shù)n1=12次/h，隔斷上部空間凈高為h1=1.0m，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

通過(guò)上面計(jì)算可以看出，對(duì)于上部采用風(fēng)管排風(fēng)系統(tǒng)，三個(gè)分區(qū)設(shè)置的做法相對(duì)于上下兩個(gè)分區(qū)的做法可以有效降低風(fēng)管的排風(fēng)量，進(jìn)而減少風(fēng)管斷面尺寸、減少對(duì)建筑構(gòu)造（層高）的影響。

6 結(jié)束語(yǔ)

表3 風(fēng)量計(jì)算表

以本項(xiàng)目廠房某層為例加以說(shuō)明。考慮到主要為排除H2服

本文以某項(xiàng)目封閉式高層氣化廠房通風(fēng)方案為例，對(duì)多種有害氣體同時(shí)存在的工況下，事故通風(fēng)換氣次數(shù)的選取以及風(fēng)量的空間分配進(jìn)行了論述，希望對(duì)類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

這里需要指出的是，該項(xiàng)目于2010年竣工，當(dāng)時(shí)規(guī)范［1］采用的是2003版本，但是鑒于本文涉及的相關(guān)條款與2015版基本一致，所以文中以現(xiàn)行的2015版加以引用。

[1]GB—50019-2015,工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]HG/T 20698-2009，化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

[3]孫一堅(jiān)（主編）.簡(jiǎn)明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[4]GBZ 1-2002，工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］.