環境試驗車間工程設計要點分析

劉虎平 王躍勇 李 秀 高朋杰

(中核第四研究設計工程有限公司，河北 石家莊 050021)

1 概述

隨著科學技術經濟貿易的發展和自然資源海洋宇宙的開發利用，各種產品在貯存、運輸和使用過程中遇到的環境越來越復雜和嚴酷[1]。用戶和生產者都關心產品在各種環境中的性能、可靠性和安全性，以保證產品能滿意地工作，這就必須進行環境試驗。由于設備種類、規格尺寸、用途等方面變化很大，因此，主要有兩種環境試驗模式：一是根據生產單位產品種類和需求量身定制環境試驗車間，優點是便捷，缺點是一次性投資成本較大；二是將產品送至專門提供環境試驗服務的單位進行試驗，優點是環境試驗項目全，投資費用少，缺點是環境試驗單位較少，運輸不便，周期長等。

環境試驗車間通常根據產品需求(或市場需求)并考慮預留發展空間，按照某一規模量身定制。試驗項目通常有高溫、低溫、溫度沖擊、浸漬、溫度循環、溫濕度、振動、鹽霧腐蝕、淋浴、太陽輻射、光老化、電磁兼容性等。由于產品用途不同，環境要求和試驗項目也不盡相同，不同試驗項目所需設備和配套設施也差異較大。因此環境試驗車間工程設計是一項涉及多專業的系統工程。本文結合多年工程設計經驗，以某環境試驗車間工程設計為例，對該類工程設計的要點進行研究和總結。

2 環境試驗車間工程設計

2.1 工程概況

本環境試驗車間主要用于核設施實物保護系統設備的環境試驗，以及相關的教學培訓。按照功能分為環境試驗區(包括控制觀察區)、培訓教室和輔助功能區。環境試驗區主要包括：綜合試驗大廳、沙塵試驗室、鹽霧試驗室、振動試驗室、老化試驗室和半電波暗室；輔助功能區包括人員盥洗淋浴設施(衛生間、淋浴)、設備間(去離子水系統、空壓機、配電間)和走廊。根據試驗特點和要求，既要保證外環境對試驗可信性的影響足夠小，也要考慮試驗(鹽霧、粉塵、水汽、電磁等)對設備、工作人員和周圍環境的影響。總之，環境試驗車間設計影響因素多，設計面較廣，是一項復雜的系統工程。

2.2 工藝布局設計

車間按功能分為環境試驗區、培訓教室和輔助功能區。環境試驗區各項功能設備集中布置，緊鄰車間物流出入口，便于設備安裝、運輸和測試。振動試驗系統、鹽霧試驗設備和沙塵試驗設備設于單獨房間內，減少振動、鹽霧、沙塵等職業病危害因素的影響。設備間、配電間位于車間一端，人員盥洗淋浴設施位于車間另一端，減少與環境試驗區的相互影響。車間設置了參觀走廊，方便參觀，減少了對試驗操作的影響。

2.3 系統/設備設計和選型

首先，環境試驗設備的選擇要滿足以下幾條基本原則：1)環境條件的再現性；2)環境條件的可重復性；3)環境條件參數的可測控性；4)環境條件的排他性；5)環境設備的安全可靠性。這就對設備的材質、控制系統的精準性等提出了要求。通常情況下，設備主體通常選用不銹鋼材質，窺視部分選擇耐熱/耐腐蝕/耐沖擊鋼化玻璃。

其次，設備選型還要考慮被試產品(元器件、組件、部件或整機)的外形尺寸，以保證被試產品周圍的氣氛能滿足試驗規范要求的環境試驗條件。如溫濕度試驗箱，其工作腔容積通常至少是被試產品外輪廓的3倍～5倍。

最后，也是最重要一點，就是性價比。除有特殊需求，設備以滿足用戶需要的程度和能力即可，不要盲目增大試驗條件冗余度，避免過度投資。操控便捷性、運行成本和售后服務也應綜合考慮。

半電波暗室通常由專業廠家負責二次設計，在選擇廠家時，需綜合考慮暗室屏蔽性能、耐用性、可靠性、易維護性等多方面因素。屏蔽門類型，屏蔽板類型和連接方式，屏蔽室屏蔽性能，吸波材料，電源線和信號線濾波器，信導板和波導通風窗等是重點關注對象[2]。

本工程基本參考上述原則，對相關設備和系統進行了選型和采購。

2.4 土建設計

鹽霧試驗、沙塵試驗存在鹽霧揮發、外逸可能，裝修裝飾既要耐磨，又要滿足耐酸堿腐蝕要求，隔墻和吊頂采用輕鋼龍骨，雙層9 mm厚紙面石膏板；地面采用自流平地基，表面使用2 mm后無溶劑型環氧自流平涂層；塑鋼門窗。

防水試驗過程中會產生噴濺和水霧，裝修裝飾要考慮既便于觀察又防水防潮，四周墻體和頂板采用輕鋼龍骨，敷設10 mm鋼化玻璃；地面采用防滑防滲地面，設聚氨酯防水層，防滑地磚，素水泥將擦縫。

振動試驗會產生較大的振動和噪聲，需采取相應的防振措施和消聲隔聲措施。本工程隔振基礎采用C30鋼筋混凝土基礎，頂部與地面平齊，埋深1.2 m。基礎下分層鋪設粗、中、細碎石作為隔振底層。基礎頂部預留固定螺栓孔，在設備就位后使用C35混凝土二次澆筑。基礎與周邊地面之間設隔振擠塑板(XPS)。基礎做法示意圖見圖1。

為保證半電波暗室及相關屏蔽結構的長期穩定性，地面平整度應達到每3延米不超過±3 mm，且誤差不累積；地面承重不小于1 t/m2，表面以下100 mm內不應有金屬。

2.5 接地系統設計

接地是保障人身安全和EMC測試設備可靠工作的重要措施。接地一般有兩個作用，一是安全保護接地，包括防電擊、防雷擊、防靜電等；二是工作接地，包括儀器的直流接地、功率接地、屏蔽接地、低壓配電系統電源接地等。工程設計中將實驗室建筑物接地(防雷擊、屏蔽)、低壓配電系統接地設計為一個系統，采用聯合接地方式，共用接地裝置，利用建筑物構造柱內鋼筋做防雷引下線，并與一般接地系統的接地極可靠連接，接地電阻不大于1.0 Ω。為保證半電波暗室設備地線的安全和干凈，采用獨立接地方式，接地電阻不大于1.0 Ω。

獨立接地做法見圖2。

2.6 純水系統設計

實驗室用純水按水質不同分為三級：Ⅰ級水為超純水，Ⅱ級水為分析級，Ⅲ級水為一般純水。Ⅰ級水和Ⅱ級水多用于精密分析儀器用水(如：HPLC,ICP-MS等)，化學試劑、生化試劑、分析試劑及藥品的配制與稀釋，玻璃器皿的最后一次潤洗等，Ⅲ級水多用于玻璃器皿的日常清洗。

鹽霧試驗配制鹽霧要用到純水，風吹沙試驗、溫濕度試驗冷卻水箱需要使用純水，Ⅲ級水即可滿足使用要求。綜合考慮整個工程的用水情況，采用一級反滲透+EDI系統制備純水，出水水質電阻率大于1 MΩ·cm，總有機碳含量(TOC)小于50 ppb，產水量1 t/h，采用串聯循環供水方式送至用水點。純水管道采用聚偏氟乙烯管(PVDF)，熱紅外焊接。

2.7 壓空系統設計

鹽霧試驗需要壓縮空氣作為動力，通過噴霧裝置將鹽溶液霧化并充滿整個測試空間。振動試驗也需要壓縮空氣作為動力驅動空氣氣囊，調整平臺高度。本工程配置了一套1.7 m3/min壓空系統，額定排氣壓力為P=0.7 MPa，采用無油螺桿是空壓機→緩沖儲氣罐→空氣過濾器→冷凍干燥機→高效除油器→經過濾器后送達用氣點。該系統能夠滿足鹽霧試驗和振動試驗對壓縮空氣質量和速率的要求[3]。

3 結語

環境試驗車間的設計是一項復雜的系統工程，涉及專業廣、技術難度大，本文結合工程實例，從工藝布局、設備選型、建筑裝修、通風、接地、給水等方面對環境試驗車間的工程設計進行研究和總結，供參考。高標準高質量的環境試驗車間，既需要按照合理規劃、超前部署、適當預留的原則進行優化設計，同時還需要高標準建造、專業施工，嚴格管理、精心維護，才能保證其長期安全可靠地運行。

參考文獻:

[1] 周 捷.環境試驗順序的選擇[J].環境技術，2011(8):12-14.

[2] 符榮梅.3米法半電波暗室(EMC檢測實驗室)的建設及EMI測試技術實踐[J].計算機工程與技術，2001(4):118-120.

[3] GB/T 13277.1—2008,壓縮空氣 第1部分：污染物凈化等級[S].