石化抗爆控制室暖通設計

劉 珺

（南京金凌石化工程設計有限公司熱工室，江蘇南京 210042）

近幾年石化企業發展迅速?？贡刂剖沂鞘瘡S區的核心建筑，可以在廠區發生意外爆炸等極端情況下，抵抗建筑物外沖擊波對室內人員和儀器的損壞。抗爆控制室的特殊性在于整個建筑地上無窗，所有外門及墻上的開孔均需做抗爆處理，對抗爆炸時的沖擊波。為滿足室內儀表設備的穩定運轉需保證室內恒溫恒濕控制，減輕外部空氣對室內儀表腐蝕。

1 工程概況

某裝置新建抗爆控制室，建筑面積309 m2，建筑高度4.6 m，單層抗爆結構，設有機柜間、操作室、UPS間、工程師站、備品備件間、空調機房等房間。

1.1 設計參數

（1）室外空氣計算參數

室外空氣計算參數見表1。

表1 室外空氣計算參數[1]

（2）室內空氣設計參數

根據設計規范[2]，機柜間、操作室、UPS間、工程師站屬于重要房間，對空氣溫度、濕度、潔凈度及空氣品質要求較高；備品備件間屬于一般房間，只考慮人員舒適度要求，室內溫濕度控制計算參數見表2。

表2 室內溫度濕度參數

2 空調系統設計

由于抗爆控制室采用封閉無窗的鋼筋混凝土結構，外門均為密封的抗爆門，為保證操作人員最小新風量，維持室內正壓以及設備的正常運行，需要設計可靠的空調系統。根據規范[2]要求，重要房間的空調系統應采用全空氣空調系統，一般房間的空調系統宜采用全空氣空調系統，該控制室重要房間空調面積占比較大，因此合并為一個空調系統。采用恒溫恒濕單元式空調機+化學過濾新風機，溫濕度傳感器設置在最重要的房間（機柜室），確保重要房間的室內環境參數達標。

2.1 空調負荷

應用天正暖通計算軟件，考慮圍護結構，設備發熱，人員負荷和新風，空調冷負荷Q1=53.3kW，其中圍護結構和室內散熱冷負荷Ql1=36.2kW，新風冷負荷Ql2=17.1kW；空調熱負荷Qr=36.8kW，其中圍護結構熱負荷Qr1=14.7kW，新風熱負荷Qr2=22.1kW。

2.2 空氣處理過程計算

（1）夏季工況。采用一次回風，為保證室內恒溫恒濕，采用提高送風量，減小送風溫差，送風溫差設為6℃，空氣處理過程見圖1。

圖1 夏季空氣處理過程

夏季室內狀態點：hn=53.1 kJ/kg，dn=10.5g/kg；室外狀態點：hw=90.2kJ/kg，dw=21.5g/kg。根據規范[2]，空調系統的新風量，應取下列兩項中的最大值：①按工作人員計算，每人50 m3/h。②總送風量的10 %，本設計按新風量10%計算。

混合狀態點hc=(GW·hw+GN·hn)/(GW+GN)=56.93kJ/kg；混合狀態點dc=(GW·hw+GN·dn)/(GW+GN)=11.68g/kg；送風狀態點：ho=44kJ/kg，do=9.4g/kg；送風量G=Ql1/(hn-ho)=3.978kg/s=12 126m3/h。取送風量為13 000 m3/h，新風量1 500 m3/h。

（3）冬季工況。冬季與夏季風量相等，空氣處理過程見圖2。

圖2 冬季空氣處理過程

2.3 氣流組織及壓力平衡

抗爆控制室內空氣要求較高，室外空氣經化學過濾新風機處理后送至回風靜壓箱與室內回風混合，經恒溫恒濕空調機處理后經風管送至各房間，為保證室內正壓環境，需對核算各空調房間的送、排風量。采用壓差法計算維持房間相對正壓值的門縫漏風量[3]。

按風量平衡確定各機柜室、UPS間、操作室和工程師站的送回風量。通風空調系統流程圖見圖3。

圖3 通風空調系統流程圖

3 空調系統的抗爆措施

3.1 抗爆閥的設置

抗爆控制室圍護結構為鋼筋混凝土結構，能抗擊來自建筑外部的爆炸沖擊波破壞。根據規范[2]要求，新風引入口及排風排出口都應加裝與建筑圍護結構同等抗爆等級的抗爆閥，當室外發生爆炸時，抗爆閥能瞬時關閉，防止爆炸沖擊波通過外墻開孔對室內人體和設備造成危害?？贡y安裝形式包括①設置專門的進、排風小室；②直接安裝在外墻上；③將抗爆閥安裝在屋頂上?？贡y直接安裝在建筑圍護結構上可以減少土建工程量，安裝簡單，為規范推薦安裝方式，在實際應用中最常見。

在抗爆閥的選型中，有一些具體參數需要明確，包括：①抗爆閥的抗爆能力；②最小關閉壓力；③關閉時間；④工作溫度等。通常設計抗爆閥的抗爆能力即最大反射的峰值壓力應與土建圍護結構抗爆能力相一致，本設計中取23bar；抗爆閥的最小關閉壓力參考GB 6722—2003[4]，空氣沖擊波超壓安全允許標準為2 000Pa，通常認為最小關閉壓力越接近這個標準越適用，但考慮到實際應用中風速等問題帶來的誤操作，通常設計中取2 500Pa；為減少爆炸沖擊波竄入閥后保護區域，抗爆閥關閉時間應盡量小，在10bar壓力條件時取1.1ms；抗爆閥的工作溫度參考消防耐高溫條件[5]，設計中一般取280℃連續運行30min，同時抗爆閥還應具備外部壓力條件正常時，自動復位功能。

3.2 電動氣密閥的應用

為防止室外可燃、有毒氣體進入抗爆控制室，新風入口處設置氣體報警儀，當氣體濃度超標時，連鎖關閉新風入口和排風口的電動氣密閥，同時連鎖停止化學過濾新風機和排風機運行，空調進入內循環狀態。

4 空調系統的控制和聯鎖

4.1 正常運行

為保證空調系統運行可靠性，化學過濾新風機和恒溫恒濕空調機都設備用機，當機組發生故障時能自動切換（表3）。

表3 聯鎖控制表

4.2 有毒、可燃氣體報警

當新風入口處氣體檢測裝置檢測到濃度超標時，停止化學過濾新風機、排風機運行，關閉新風、排風口上的電動密閉閥，空調系統進入內循環狀態。

4.3 火災報警

當抗爆控制室發生火災時，消防控制中心發指令切斷所有暖通設備電源。

5 結論

抗爆控制室全年不間斷運行，抗爆控制室的暖通設計需滿足設備運行條件和建筑結構的特殊性，對設計過程中遇到的問題不斷總結。

1）抗爆控制室采用恒溫恒濕空調+化學過濾新風機，并設備用機，保證控制室空調安全、穩定運行。

2）新風口、排風口抗爆閥宜直接安裝在建筑圍護結構上，保證建筑整體的抗爆性能。

3）當室外可燃、有毒氣體報警時，新風、排風口密閉閥，新風機和排風機聯鎖關閉，空調進入內循環狀態，保證室內安全。