某抗爆控制室空調通風設計要點探討

周正 曾超 張恒春

中國成達工程有限公司

本工程位于山西省臨汾市某化工創新工業園區，具體設計實例為甲醇聯產合成氨項目的中央控制室。本工程總建筑面積為1480 m 2，層高為6.2 m，吊頂高度為3.6 m，地面上一層，為無外窗的抗爆體建筑，生產類別為丁類。該控制室內部設置了機柜室、操作室、工程師室、消防控制室等房間。其中，機柜室室內24 小時設備不間斷散熱，且發熱量較大，常年需制冷。而其他房間內因有工作人員辦公，故需考慮人員對室內空氣品質的要求，夏季制冷、冬季制熱。因為各個房間工況不同，所以應合理設計該項目的空調通風系統[1]。

1 設計參數

1.1 室外空氣計算參數

室外空氣計算參數如表1 所示。

表1 室外空氣計算參數

1.2 室內空氣計算參數

室內空氣計算參數如表2 所示。

表2 室內空氣計算參數

1.3 室內空氣有害物控制參數

重要房間室內空氣有害物控制參數如表3 所示。

表3 重要房間室內空氣有害物控制參數

1.4 系統劃分

由表 2 等不難看出，相關規范[2]對抗爆控制室內的重要房間的溫濕度精度提出了要求。宜將溫濕度基數和使用要求相近的房間劃分為同一空調系統[1]。且對于重要房間而言，應采用全空氣空調系統，故結合本工程的具體情況，為機柜室設置一套恒溫恒濕中央空調系統 HAC1，為操作室、工程師室、消防控制室等有人員長期停留的房間另設一套恒溫恒濕中央空調系統HAC2。兩套系統分別在機柜間、操作室內設置溫、濕度傳感器[3]。

2 通風、空調系統設計

2.1 室內熱、濕負荷

本工程在詳細設計階段對空調區域的夏季逐時冷負荷及冬季熱負荷進行了計算。其中，空調系統HAC1 所承擔的機柜室夏季室內冷負荷為 48 kW，不包含新風負荷，余濕量近似為0。因機柜室設備發熱量較大，常年需制冷，故冬季室內冷負荷經計算為 35 kW，不包含新風負荷，室內余濕量近似為0。空調系統HAC2 所承擔的操作室、工程師室、消防控制室夏季室內冷負荷為 70 kW，不包含新風負荷，余濕量為1.09 g/s。冬季室內熱負荷為43 kW，不包含新風負荷，室內余濕量近似為0。房間總人數為20 人。

2.2 空氣處理過程

2.2.1 空調系統HAC1 夏季處理過程

一次回風方式處理簡單，機器露點高，有利于冷源的選擇及節能，廣泛應用于各種建筑物，故夏季處理過程采用一次回風方式[4]，露點送風，機器露點一般位于ψ=90%～95%線上。處理過程見圖1。

圖1 空調系統HAC1 夏季工況焓濕圖

相關規范規定空調系統新風量按①總送風量的10%，②工作人員每人50 m 3/h 選取最大值[2]。機柜間內平時無人員，故新風量按總送風量的10%計算。由圖1根據熱濕比線可計算得出送風點參數及送風量等，見表4。

表4 空調系統HAC1 夏季工況參數

2.2.2 空調系統HAC1 冬季處理過程

機柜室設備發熱量較大，常年需制冷。新、回風混合后，由表冷器處理至機器露點，對處理后的空氣再加熱、加濕后送入房間，處理過程見圖2。

圖2 空調系統HAC1 冬季工況焓濕圖

在工程應用中，冬季空調系統送風量往往采用與夏季相同的送風量。即可由圖2 根據熱濕比線計算得出送風點參數等，見表5。

表5 空調系統HAC1 冬季工況參數

2.2.3 空調系統HAC2 夏季處理過程

夏季處理過程與空調系統HAC1 相同，處理過程見圖3。

圖3 空調系統HAC2 夏季工況焓濕圖

根據圖 3 由熱濕比線計算得出送風點參數及送風量等見表 6。按工作人員每人 50 m 3/h 取值為1000 m 3/h，遠遠小于按總送風量的 10%，故確定該系統新風量按總送風量的10%計算。

表6 空調系統HAC2 夏季工況參數

2.2.4 空調系統HAC2 冬季處理過程

新、回風混合后，再加熱、加濕后送入房間，處理過程見圖4。

圖4 空調系統HAC2 冬季工況焓濕圖

由圖 4 根據熱濕比線計算得出送風點參數等，見表7。

表7 空調系統HAC2 冬季工況參數

2.3 排風系統

根據工藝要求，維持房間 10 Pa[5]的微正壓，房間多余的風量通過門縫滲透到走道或室外。可采用縫隙法計算各房間維持正壓所需的風量[6]。又因為該控制室為抗爆體建筑，密閉性較強，故本工程在空調機房內設置一管道斜流風機進行集中排風，既保證系統風量平衡，又滿足室內通風換氣次數要求。排風量為3000 m3/h，風壓300 Pa。

2.4 空調系統

根據空氣處理過程計算，空調系統 HAC1 選擇兩臺風冷恒溫恒濕機組，一用一備。空調機組制冷量為77.9 kW，輔助電加熱量 22 kW，送風量為 16500 m3/ h。空調系統HAC2 選擇兩臺風冷恒溫恒濕機組,一用一備?？照{機組制冷量為101 kW，制熱量77 kW，送風量為22000 m3/ h。每臺機組進、出風口均自帶電動風量調節閥。由于抗爆控制室對重要房間內的有害物質有嚴格控制要求，故在新風設備選擇上考慮新風化學過濾機。風量為3850 m3/ h，風壓250 Pa。具體通風空調系統流程圖見圖5。

圖5 通風空調系統流程圖

2.5 密閉措施

空調系統的新風入口應背向主裝置區，且入口處應設置可燃、有毒氣體監測器（自控專業負責），并且新風入口管道和排風出口管道上應設置電動氣密閥。當可燃、有毒氣體探測器報警時，連鎖關閉新風管和排風管上的電動氣密閥，并聯鎖關閉新風化學過濾機組和排風機。當停止向室內空調送新風時，室內空調維持室內風循環。

2.6 抗爆措施

控制室采用抗爆體設計，抗爆體設計采用的沖擊波入射超壓為 21 kPa，正壓作用時間為 100 ms（同結構專業設計）。通風空調系統的新風引入和排風系統的排風口均應加裝與建筑結構同等抗爆等級的抗爆閥 [7]，抗爆閥確保在建筑物外發生爆炸時自動關閉，當外部空氣壓力恢復正常時自動開啟。本工程采用的抗爆閥當沖擊波為 10 bar 時，關閉時間≤1.1 ms，最小關閉壓力≤2500 Pa，采用外掛式抗爆閥。

2.7 自動控制

風冷恒溫恒濕機空調機組一用一備[2]，電動調節閥與空調機組聯動?？照{系統配置液晶顯示板，控制板應能顯示溫、濕度、各部件運行狀態、報警提示。除現場控制外，機組應配備接口，可與微機連接，進行遠程中央監控。機組預留運行狀態及故障報警接點，火警信號接點，并且具備時間及故障自動切換功能。當建筑火災監測系統監測到火災時，所有通風空調設備聯鎖自動關閉。

3 結語

結合某甲醇聯產合成氨項目的中央控制室為工程實例，介紹了抗爆控制室的通風、空調系統設計計算及選型中應注意的問題。為其他抗爆控制室的通風、空調系統設計提供借鑒及參考。該控制室為單層丁類建筑，建筑面積小于 5000 m2，故各房間不考慮設置排煙設施[8]。另疏散走道長度小于40 m，故走道也不需考慮設置排煙設施[2]。值得注意的是，常年制冷的機柜間空調系統在冬季亦可采用加大新風量，提高新風比的方式以消除再熱量，但由此會帶來新風化學過濾機組的投資及耗材損耗費用的增加。故在實際應用中，應充分考慮運行投資等經濟方面，權衡利弊后選取更適合實際項目的空調系統。另，若部分工藝專業有要求在操作室設置事故通風系統，氣源可由呼吸空氣管提供，呼吸空氣管入口處設置減壓閥，空氣經減壓后送入操作室等房間，并維持房間正壓。該系統需與可燃、有毒氣體探測報警系統聯鎖啟停。