化工廠區抗爆控制室空調系統設計

王爽(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250000)

1 工程概況

本次研究選取某化工廠區煉油項目作為研究對象，該項目建筑面積為402.89 m3。中心控制室采用單層抗爆建筑，內部相關配套設施有機柜間、工程師站、工具室、空調機房、外操室、外操室、衛生間等，該項目建設中人員主要集中于外操室、工程師室之中。

2 某化工廠區煉油項目抗爆控制室空調系統設計分析

2.1 抗爆控制室空調系統整體設計

該化工廠區抗爆控制室在布置中央控制室時，采用了一次回風恒溫恒濕空調系統。作業過程中，要求機柜間恒溫恒濕，提升空調系統運行效率。結合當前節能布置要求，對室外新風進行化學新風凈化機處理，之后與此次作業區內不同房間回風混合，處理之后將其送入恒溫恒濕空調機組之中，以直接蒸發式空調機組作為空調冷源，冷媒則使用R407C環保型制冷劑。針對空調機組作業同時布置電加熱作業方式，此次作業中選擇電極加濕，為等溫加濕過程，提升作業過程中的節能效果[1]。

在作業過程中為了保證機柜的良好運行，設置空調機組備用，在冬季、夏季分別采用不同的空調系統處理方式。冬季空調室外計算溫度為1.0 ℃，此時可以不通過新風預熱，直接將其室內空氣混合，此種作業方式不產生水霧。在夏季，空調室外計算溫度25.8 ℃，空調室外日平均溫度22.0 ℃，此種設計方式比室內設計溫度低，對空調冷負荷進行計算統計，通過空調冷負荷的運用有效消除備發熱現象，機柜間發熱量為15 kW，在送風總量中機柜間送風量占比55%，工程師室、外操室冬季活動不足，作業中溫度難以達到設計要求，為此需要添加風管電加熱器，將其布置于房間送風管位置[2]。

中心控制室空調設備體系主要包括1臺化學新風凈化機、1臺斜流風機、2臺恒溫恒濕空調機組，將設備布置于空調機房位置。在衛生間吊頂內設置一臺排風的斜流風機，在新風入口風管位置、空調機房排風出口風管位置、衛生間排風出風口風管上分別布置一臺排風的斜流風機。并布置兩個風管電加熱器。設置一臺有毒、可燃氣體探測器于新風口位置處，運行過程中一旦有毒、可燃氣體超過一定限度，則關閉電動風閥，并將其與排風機、化學新風凈化機連鎖。一旦出現運行異常現象，則后者也關閉，以此提升系統運行效率，達到良好的節能效果。同時恒溫恒濕空調機組依然正常運行，以此將濕度、溫度控制在一定限度之內。

2.2 布置空調房間送風量

在機柜室內布置溫濕度傳感器，以此對恒溫恒濕與新風凈化空調系統運行情況進行調節，要求溫度與濕度能夠符合要求。夏季機柜室的空調負荷為顯熱負荷，機柜室相關數值采用空調送風狀態，結合送風狀態、顯熱負荷等相關情況布置其他房間內送風量，結合節能設計要求，提升系統設計的節能效果。

結合《抗爆規范》，此次項目UPS電源室、機柜室中的最小新風量設置為0.3次/小時，布置依據為50 m3/(小時·人)，據此得出各個房間內最小新風量。

在實際布置過程中，要求結合實際送入各房間的新風量，調整房間送風量占空調總送風量的比例，兩者之間為正比例關系。隨著顯熱負荷越大，送風量、新風量隨之相應增加。該項目中，操作室新風量與最小新風需求量比值0.61，工程師室新風量與最小新風需求量比值0.31，通過增加各室的送風量，即能夠增加房間內新風量。為了使得房間內新風正壓能夠符合要求，要求精準計算不同房間內送風量，并增加空調系統新風量[3]。

2.3 氣流組織及壓力平衡

優化設置體系內各項布置，機柜室與UPS室具有較高正壓值，為了避免與室外相比，控制室溫度較高，要求在衛生間內布置排風機，以此將多余風量排出，并改善室內空氣。操作室維持房間正壓氣流能夠流向走道或者室外。結合各房間正壓值確定房間相對壓差，通過壓差法計算方式得出相對正壓值的門縫漏風量，通過實地數據收集與分析，得出以下計算公式：

式中：門縫隙寬度設置為3.0 mm；窗、門縫隙計算漏風總面積以f表示，漏風量以Ly表示，門、窗兩側的壓差以ΔP表示，窗縫1.6，門縫及較大漏風面積2，指數以b表示。在節能設計過程中，基于風量平衡，得出機柜室與UPS室中的回風風量。計算得出維持建筑物正壓各外門漏風量，得出衛生間風機的排風量。通過風量平衡計算，得出走道余壓閥風量，得出操作室的回風風量。結合以上區域數值計算，得出房間的回風風量[4]。控制室空調風系統流程圖如圖1所示。

圖1 控制室空調風系統流程圖

3 新風、排風系統

3.1 新風系統

結合GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆設計規范》相關要求進行新風系統布置，中心控制室運行環境較為復雜，在布置過程中并未設置外窗，通過外門與室外位置相連接，內部運行環境較為復雜，可能出現有毒、可燃、帶腐蝕性的化學氣體，因此運行中要求有效維持中心控制室室內正壓數值。該化工廠區布置1 319 m3/h新風量，要求新風送入室內過程中進行凈化處理，針對氣體濾料使用一層300 mm厚活性氧化鋁與一層300 mm厚活性炭。在室外新風中，使用1臺臥式空氣凈化機進行實現。通過初效空氣過濾器與中效空氣過濾器輔助作業，通過體濾料空氣保護氣體濾料，進行必要的空氣凈化。

3.2 排風系統

在排風系統布置中，為了使得重要房間內正壓，要求空調回風量小于送風量，將多余的風量通過門縫滲入室外或者其他房間，具體作業中，由機柜間滲入外操室，進而滲入至走廊中。從走廊滲入到前室，由UPS室滲入至走廊，在具體作業中，通過門縫滲出量有限，若多余風量過大，則需要額外布置余壓閥。為了提升排風系統運行效果，要求針對工具間、衛生間、空調機房均布置相應的排風系統，由此將多余的風排到室外。該化工廠區布置中，主要在工具間、空調機房、廁所部位布置排風口，為了從走廊上補風，要求在上部位置設置百葉風口。此次化工廠布置過程中，設置1 000 m3/h排風量，在實際布置過程中能夠看出，整個中心控制室相對室外為正壓，因此要求排風量低于新風量[5]。

3.3 建筑開孔及抗爆閥

結合化工廠施工控制相關要求，中心控制室建筑外墻采用抗爆型鋼筋混凝土設計方式，以此有效緩解爆破過程中出現的大量沖擊波。為此在建筑外墻開洞并設置抗爆閥，從建筑物室外外置引進新風，此種設計影響了建筑的抗爆能力，基于設計理念，要求建筑外發生爆炸時抗爆閥能夠自動關閉，且一旦外部空氣壓力數值恢復正常數值時，能夠自動復位。為此本次工程采用國外進口的高性能抗爆閥，設置1.1 ms關閉時間，設置500 m3/h單個閥體通風量。基于此種作業量，要求新風口布置2塊排風口，3塊閥體。對開孔尺寸進行核算，要求結合抗爆閥組合方式、抗爆閥尺寸靈活進行設置，避免出現抗爆閥未能蓋住開孔的現象。

4 空調系統的抗爆措施

4.1 抗爆閥的設置

依據《抗爆規范》相關規定，要求排風系統的排出口與直徑超過150 mm的新風引入口要求設置與建筑工程抗爆等級一致的抗爆閥。此次項目建設中，要求在屋面位置布置新風引入口，于衛生間外墻布置排風系統的排出口，并要求禁止將洞口位置于正對裝置外墻面，安裝抗爆閥，并由土墻制作防雨圍擋。針對排出口布置能夠連接風管的抗爆閥，采用垂直安裝方式，將抗爆閥的最小關閉壓力設置2 000 Pa左右，以此更好地保證設備與操作人員的安全。

4.2 監測室外可燃氣體濃度

為了針對可能出現的險情做出相應的應對之策，避免出現意外事件，導致室外可燃氣體進入控制室，于空調新風入口位置設置新風凈化機組、空調機組、排風機聯鎖，并建立報警裝置。報警系統一旦出現檢測難以有效處理的問題，排風機、新風凈化機組應停止運行，系統同時關閉新風凈化機組入口、排風管電動密閉閥，將空調機組運用于室內循環風處理之中[6]。

5 結語

化工廠區抗爆控制室重要房間空調系統節能布置中采用新風凈化空調系統、恒溫恒濕的布置方式，常規房間則布置變制冷劑流量空調系統，抗爆控制室空調系統方案的布置與傳統變風量空調系統相比運用優勢明顯，具有較強的經濟性與保性，節能效果良好。此次抗爆控制室空調系統布置中，操作室維持房間正壓氣流，布置1 319 m3/h新風量，在室外新風中布置1臺臥式空氣凈化機，將抗爆閥的最小關閉壓力設置2 000 Pa左右，系統綜合設計達到良好的運用效果。