化工廠中心化驗(yàn)室設(shè)計(jì)

王翠翠

(北京石油化工工程有限公司，陜西西安710075)

化工廠中心實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)是對(duì)中心實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各類分析檢測儀器、設(shè)備進(jìn)行合理安排、布局。中心實(shí)驗(yàn)室一般承擔(dān)廠內(nèi)各生產(chǎn)裝置的原料及輔助原料、產(chǎn)品及副產(chǎn)品的規(guī)格分析，還負(fù)責(zé)各裝置的中間控制分析、公用工程及輔助裝置的全部分析著原料分析等工作，對(duì)生產(chǎn)過程、能耗控制、工藝指標(biāo)優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量管理以及工藝改進(jìn)和產(chǎn)品優(yōu)化等方面均具有非常重要的指導(dǎo)意義[1]。因此，目前大型化工設(shè)計(jì)的中心實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)也越來越重要，本文主要從工藝設(shè)計(jì)、儀器配置以及化驗(yàn)室布局等方面進(jìn)行探討。

1 工藝設(shè)計(jì)及分析儀器設(shè)備配置[2]

1.1 工藝設(shè)計(jì)

化工廠中心化驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，首先在明確項(xiàng)目性質(zhì)、設(shè)計(jì)范圍、設(shè)計(jì)依據(jù)和建設(shè)規(guī)模的同時(shí)，搜集相關(guān)項(xiàng)目資料，根據(jù)工藝專業(yè)、熱工專業(yè)、環(huán)境保護(hù)及安全衛(wèi)生等專業(yè)提出的條件確定分析項(xiàng)目和任務(wù)；依據(jù)相關(guān)分析方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工藝包參考資料確定所用的分析方法及相關(guān)的分析儀器設(shè)備；綜合考慮分析儀器設(shè)備使用要求及中心化驗(yàn)室功能要求確定好化驗(yàn)室的規(guī)模大小，綜合建筑結(jié)構(gòu)以及其它公輔專業(yè)的設(shè)計(jì)，完成中心化驗(yàn)室的設(shè)計(jì)。

1.2 分析儀器設(shè)備選型

隨著分析儀器設(shè)備不斷更新發(fā)展，儀器分析在化工分析中占有的比重越來越大。分析儀器設(shè)備選型在化工實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中尤為重要。

分析儀器設(shè)備選擇的依據(jù)是分析項(xiàng)目表，根據(jù)分析項(xiàng)目表中的分析內(nèi)容、分析精度的要求查詢相關(guān)分析標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，或者參照國外專利商提供的工藝包中給出的儀器設(shè)備表進(jìn)行綜合考慮選型。第一，化驗(yàn)室所選的分析儀器設(shè)備應(yīng)能保證性能先進(jìn)，質(zhì)量可靠，在滿足生產(chǎn)工藝的技術(shù)指標(biāo)分析要求的同時(shí)，還應(yīng)經(jīng)濟(jì)適用；第二，有國產(chǎn)設(shè)備的，且技術(shù)性能可以滿足其分析測試要求的分析儀器設(shè)備優(yōu)先采用國產(chǎn)設(shè)備，第三，有國產(chǎn)化設(shè)備，但其技術(shù)性能指標(biāo)不足以滿足分析測試要求的，應(yīng)由國外引進(jìn)；第四，關(guān)鍵的大型分析儀器和設(shè)備宜采用進(jìn)口產(chǎn)品，如氣相色譜儀、原子吸收分光光度計(jì)、紅外光譜儀、X射線熒光光譜儀、離子色譜、元素分析儀等，確保其可靠性和穩(wěn)定性；第五，隨著數(shù)字化工廠推進(jìn)，選用的分析儀器須配有網(wǎng)卡和數(shù)據(jù)傳送接口，分析結(jié)果便于數(shù)字化傳輸和存儲(chǔ)調(diào)用便捷；最后，所選的分析儀器設(shè)備符合安全、環(huán)保要求。

2 化驗(yàn)室的布局和設(shè)計(jì)[3,4]

2.1 化驗(yàn)室的布局

目前化驗(yàn)室用房大致分為三類:精密儀器實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室、輔助室(辦公室、儲(chǔ)藏室、鋼瓶間、會(huì)議室等)。

隨著中心化驗(yàn)室功能越來越多，分析檢測設(shè)備數(shù)量較大，這就要求室內(nèi)布局應(yīng)考慮功能分區(qū)明確、設(shè)備之間布局應(yīng)合理緊湊、各個(gè)設(shè)備操作方便、互不干擾、化驗(yàn)室整體應(yīng)實(shí)用、簡潔、美觀。因此，化驗(yàn)室的布局應(yīng)遵循下列原則:同類化驗(yàn)室集中布置，如工程管網(wǎng)較多的分析化驗(yàn)室應(yīng)集中布置，便于管網(wǎng)布置和共用，如使用氫氣、氦氣等氣相色譜分析應(yīng)集中布置，便于管線安裝維護(hù)；有特殊要求的化驗(yàn)室(如:有潔凈要求的化驗(yàn)室、恒溫恒濕化驗(yàn)室、毒性化驗(yàn)室、防震要求的化驗(yàn)室等)集中布置；輔助實(shí)驗(yàn)室與功能實(shí)驗(yàn)室合理搭配布置，如熱設(shè)備室集中布置烘箱和馬弗爐等防止對(duì)其他溫度要求高的設(shè)備產(chǎn)生不良影響；較重設(shè)備或要求防振設(shè)備的房間可布置在底層，通常掃描電鏡布置在底層防止震動(dòng)影響鏡頭穩(wěn)定性；有潔凈和安靜要求的房間可布置在高層；有防潮或防曬要求房間則可分別設(shè)置在陽面。

2.2 建筑設(shè)計(jì)

1）化驗(yàn)室選址應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)源、噪聲源和電磁干擾源，并應(yīng)位于有害物質(zhì)散發(fā)的最小頻率風(fēng)的上風(fēng)側(cè)；位于爆炸危險(xiǎn)區(qū)以外的化驗(yàn)室不宜與甲、乙A類建筑物在同一棟建筑物內(nèi)；

2）化驗(yàn)室建筑的耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)，火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類，屋面防水等級(jí)I級(jí)；

3）化驗(yàn)室的層高一般不低于3.9m，有特殊要求化驗(yàn)室的可按實(shí)際進(jìn)行增高。雙面布置房間時(shí)，中心走廊寬度范圍宜為2.4～2.7m。樓面荷載設(shè)計(jì)一般不小于3000N/m2，負(fù)荷較大的房間按實(shí)際要求荷載設(shè)計(jì)。

4）墻、天花板、地面:墻面和天花板應(yīng)設(shè)計(jì)成光潔、無眩光、防潮、不起塵、不積塵，化驗(yàn)室地面應(yīng)堅(jiān)實(shí)耐磨、防水防滑、不起塵。有特殊需要時(shí)，必要的房間室內(nèi)地坪以上1.2～1.5m墻高設(shè)計(jì)瓷磚墻裙。

5）門窗:化驗(yàn)室門應(yīng)向外開并帶觀察窗。設(shè)置空氣調(diào)節(jié)的化驗(yàn)室房間外窗應(yīng)具有較好的密閉性和隔熱性，且可開啟窗扇面積應(yīng)不少于窗面積1/3。窗戶要求采用雙層玻璃附紗密封窗，且應(yīng)考慮遮陽措施，滿足天然采光面積不少于室內(nèi)地面面積的1/6。

2.3 采暖、通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 采暖

根據(jù)項(xiàng)目具體要求，地理位置處于年日平均溫度低于或等于5℃的日數(shù)大于或等于90d的地區(qū)時(shí)，應(yīng)設(shè)置集中采暖措施。

2.3.2 通風(fēng)

化驗(yàn)室的通風(fēng)系統(tǒng)一般應(yīng)遵循以下要求：

1）產(chǎn)生有毒、有害、有腐蝕性、易爆氣體或粉塵等物質(zhì)的化驗(yàn)室房間，應(yīng)根據(jù)操作需要設(shè)置局部通風(fēng)，如通風(fēng)柜、萬向罩、原子吸收罩等；采用防爆風(fēng)機(jī)，耐腐蝕風(fēng)機(jī)和通風(fēng)管。

2）產(chǎn)生有毒有害氣體的房間除設(shè)置局部通風(fēng)措施外，還應(yīng)做整體通風(fēng)設(shè)施，保證房間換氣次數(shù)不低于7次/h。高溫室等產(chǎn)生熱源的房間需要整體通風(fēng)。

3）對(duì)于排除氣體性質(zhì)相同或相近的局部通風(fēng)設(shè)施，可經(jīng)計(jì)算后合用一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)。對(duì)于排出的氣體有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生爆炸等危險(xiǎn)的系統(tǒng)，必須設(shè)置獨(dú)立的排風(fēng)管道設(shè)施。

2.3.3 空調(diào)系統(tǒng)

對(duì)于有恒溫、恒濕及潔凈有要求的特殊化驗(yàn)室，應(yīng)設(shè)置空氣調(diào)節(jié)設(shè)施控制溫度和濕度，分析室內(nèi)的空氣溫度一般保持在18～28℃，相對(duì)濕度保持在30%～70%。對(duì)于一些物性測試室應(yīng)按照測試要求設(shè)置獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)。

2.4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

化驗(yàn)室用電主要包括照明用電和動(dòng)力電兩大部分。動(dòng)力電主要用于各類儀器設(shè)備用電、電梯、空調(diào)等的大功率設(shè)備電力供應(yīng)。中心化驗(yàn)室宜設(shè)220V、380V配電室，動(dòng)力、照明、電信線路分別設(shè)置并宜暗設(shè)。應(yīng)有不間斷電源，在主電源斷電時(shí)，應(yīng)能夠給實(shí)驗(yàn)室分析儀器信息管理系統(tǒng)供電，選擇不間斷電源 (UPS)備用時(shí)間不應(yīng)少于30min。

液化烴氣分析間、鋼瓶間、樣品儲(chǔ)存間、藥品庫等有易燃、易爆物質(zhì)存在的房間的插座、燈具應(yīng)防爆。通風(fēng)柜內(nèi)的照明燈具應(yīng)防爆。

實(shí)驗(yàn)臺(tái)、通風(fēng)柜和其它工作區(qū)域要設(shè)計(jì)留有足夠數(shù)量的電源插座。大于16A的電源插口要采用空氣開關(guān)。

化驗(yàn)室要有接地系統(tǒng)，化驗(yàn)室的大型儀器及貴重儀器都要有接地設(shè)施。

化驗(yàn)室的照明一般采用熒光燈或LED燈，照度不得低于300 Iux。

2.5 給排水及消防設(shè)計(jì)

化驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置自來水，根據(jù)需要由脫鹽水站引入脫鹽水。所供的自來水和脫鹽水的水壓、水質(zhì)及水量要滿足化驗(yàn)室用水要求。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所用的高純水由實(shí)驗(yàn)室制備。

給排水管道設(shè)計(jì)滿足化驗(yàn)室總用水量及排水量，化驗(yàn)室內(nèi)各排水管、所有地漏要設(shè)置水封。化驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)臺(tái)、通風(fēng)柜應(yīng)設(shè)置水槽，并根據(jù)需要安裝不同的閥門。分析化驗(yàn)污水不得直接引入生活污水管道，應(yīng)排入生產(chǎn)污水管網(wǎng)。分析化驗(yàn)室日常試驗(yàn)廢棄的酸、堿、油污、化學(xué)試劑及產(chǎn)生的廢渣等應(yīng)按照性質(zhì)分類收集，集中貯存后定期統(tǒng)一處理。

有嚴(yán)格恒溫恒濕要求的分析室不宜設(shè)用水點(diǎn)。

化驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置消火栓。在放置精密儀器的化驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置二氧化碳滅火器。

2.6 鋼瓶間

中心化驗(yàn)室分析儀器使用的高純氣體一般由高壓鋼瓶供氣，高壓氣體鋼瓶應(yīng)分類集中放置在鋼瓶間內(nèi)。鋼瓶間宜設(shè)在中心化驗(yàn)室非主入口側(cè)，并需對(duì)鋼瓶間采取遮陽防曬措施，鋼瓶間不應(yīng)設(shè)在中心化驗(yàn)室內(nèi)部。當(dāng)鋼瓶間與建筑物相鄰設(shè)計(jì)時(shí)，按照規(guī)范，與主建筑物相鄰的一面墻應(yīng)采用鋼筋混凝土防爆墻，采用輕質(zhì)鋼板頂棚，保持良好的自然通風(fēng)，并具有足夠的泄爆面積，室內(nèi)地面需防火花、防靜電。可燃?xì)怏w鋼瓶（如H2，CO，CH4，C2H2等）與助燃?xì)怏w（O2）鋼瓶隔開布置。

2.7 化驗(yàn)室家具及其他設(shè)計(jì)

化驗(yàn)室的家具包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)、設(shè)備臺(tái)、天平臺(tái)、高溫臺(tái)、通風(fēng)柜、藥品柜、洗滌盆等。實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)一般為鋼木結(jié)構(gòu)，家具臺(tái)面要求耐磨、耐酸堿腐蝕。實(shí)驗(yàn)室的化驗(yàn)臺(tái)、柜之間的間距應(yīng)符合人體工程學(xué)要求，并滿足操作要求。放置分析儀器的設(shè)備臺(tái)一般離墻布置，留出600～1000mm的維修空間。中央化驗(yàn)臺(tái)、設(shè)備臺(tái)根據(jù)需要設(shè)置插座和水管引入。

2.8 實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中心化驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)需要配置行政電話、生產(chǎn)調(diào)度電話，每個(gè)房間留有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口。

隨著中心化驗(yàn)室設(shè)計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展，化驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)被越來越多的使用。化驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)可將樣品管理(如采樣頻率、采樣任務(wù)計(jì)劃等)、實(shí)驗(yàn)管理(儀器管理、試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)發(fā)布等)、權(quán)限管理、化驗(yàn)室試劑管理等功能。使得化驗(yàn)室內(nèi)部對(duì)分析儀器、分析數(shù)據(jù)處理的管理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)范化。

3 結(jié)語

化工廠中心化驗(yàn)室作為重要的輔助生產(chǎn)建筑物，其設(shè)計(jì)過程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，除了要考慮選購合理的分析儀器設(shè)備，還需要建筑結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、電信電氣等相關(guān)專業(yè)的密切配合共同完成。中心化驗(yàn)室的設(shè)計(jì)要需要更多標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的支持。