易燃易爆試劑室安全性工藝設計探索

陳文云,王輝宇,趙全建

(1.中船第九設計研究院工程有限公司,上海 200090;2.重慶鐵馬工業集團有限公司,重慶 400039)

1 引言

試劑室是科研高校、兵器、航空、航天、海洋工程、船舶、特種設備、計量、石油化工、食品、生物制藥、醫療器械、檢驗檢疫、疾控、公安司法、農林漁牧等廣泛領域的實驗室必備功能房間。通常實驗室需要用到各種化學試劑多達200多種,除供日常使用外,還需要儲存一定量的化學試劑。存儲的化學試劑大部分都具有一定的危險性:如無水甲醇、乙醚、甲苯等100多種易燃易爆危險品,如硝酸、硫酸等具有較強的酸堿腐蝕性,因此,試劑室是實驗室的安全隱患要害部位之一[1]。

試劑室安全是設計、建設及使用單位最為關心的問題,考慮使用安全和消防驗收,設計人員常因如何設計試劑室發生爭執。焦點是實驗樓是按民用建筑還是按工業建筑設計,試劑室對整體實驗樓的火災危險定性影響,試劑室是放在實驗樓內還是放在實驗樓外單獨建設,但不同的標準規范有不同的規定和解釋。實驗樓的不同定性決定了實驗樓與相鄰實驗樓、與園區內道路、與園區外道路、與重要公共建筑、與變配電站之間不同的防火間距,進而影響到園區整體規劃,結果甚至可能是顛覆性的。甲類倉庫、民用建筑與其他建筑、鐵路等的防火間距如圖1所示[2]。

名稱甲類倉庫及其儲量(t)甲類儲存物品第3、4項甲類儲存物品第1、2、5、6項≤5>5≤10>10民用建筑(一、二級耐火等級)重要公共建筑506甲類倉庫20———甲類廠房————————————25民用建筑、明火或散發火花地點304025306其他建筑(一、二級耐火等級)152012156 電力系統電壓為35～500 kV且每臺變壓器容量在10 MV?A以上的室外變配電站; 工業企業在變壓器總油量大于5 t的室外降壓變電站。30402530——— 室外變配電站變壓器總油量(t)≥5,≤10———15>10,≤50———20>50———25廠外鐵路線中心線40———廠內鐵路線中心線30———廠外道路路邊20———廠內道路路邊主要10———次要5———

2 依據的行政法規、標準規范

依據的行政法規主要有:國務院令第344號《危險化學品安全管理條例》和上海市應急局印發的《上海市工貿企業危險化學品使用安全管理指南(試行)》等。依據的標準規范主要有:GB 50016—2014《建筑設計防火規范》、JGJ 91—2019《科研建筑設計標準》、GBT 32146.3—2015《檢驗檢測實驗室設計與建設技術要求》和GB 15603—1995《常用化學危險品貯存通則》等。

較為權威的GB 50016—2014《建筑設計防火規范》規定如下。

1)如按民用建筑設計,強制規定:“經營、存放和使用甲乙類火災危險性物品的商店、作坊和儲藏間,嚴禁附設在民用建筑內”。此強制規定,試劑室不能放進民用建筑實驗大樓。

2)如按工業建筑設計,歸納起來有3個重要內容:a.試劑室的火災危險性類別定性為甲類,自身泄爆面積要滿足要求;b.試劑室(負壓、有探測報警)面積占防火分區面積比例≤20%時,不影響整體實驗樓(或防火分區)火災危險原定性;c.試劑室只能單層。

以上標準規定均針對“室內試劑室”而言的。

3 檢驗檢測實驗室設計與建設現狀

從目前國內建成的實驗室看,真實落地情況如下。

1)檢驗檢測類實驗室建設用地是按科研用地(科研事業單位用地,類別代碼A35)而非工業用地。

2)檢驗檢測類實驗室基本是按民用建筑設計[3]。

3)違反標準規定,將易燃易爆試劑室建在民用建筑內,設計與建設單位為通過審圖和消防驗收,設計圖樣回避“試劑室”字樣,竣工消防驗收后,在裝飾裝修階段把試劑室放進實驗樓,單獨建有試劑庫獨立于實驗樓之外的較少。

4)試劑室本身按甲類設計處理,有防爆墻和泄爆面。

4 新型安全性試劑室設計

筆者認為,實驗室無論是按民用建筑設計還是按工業建筑設計,重要的是要在根本源頭上提升實驗室的自然安全性。經梳理相關標準規范分析,結合筆者多年實驗室工程設計經驗,提出了較為安全的新型試劑室與民用建筑的結合方法。其創新點如下:1)在不違反標準規范的情況下,讓易燃易爆試劑室能夠“間接放進”按民用建筑設計的實驗室;2)試劑室建于實驗樓北側一角能形成自然對流通風的位置[4];3)試劑室具有自然通風、防雨、泄爆、遮光的特征,通風泄爆輕質外墻采用豎直曲面百葉集成;4)試劑室的安全內裝。新型試劑室已從室內走到了半敞開,視同露臺,突破了標準規范所針對“室內”而言的條款,一定程度上不受標準規范相關條款的約束。

半敞開式試劑室在自然對流通風的狀態下難以聚集微量泄漏的易燃易爆揮發性試劑,試劑室內甲、乙類試劑置于自帶報警排風的試劑柜內,具有較好的自然安全性。

4.1 新型試劑室主要內容

1)試劑室位置確定。

試劑室布置于實驗樓北側一角、能形成自然對流通風的位置,同時實驗室人員聚集辦公區布置遠離此處。假如實驗樓是坐北朝南、東西方向布局,科研人員辦公區通常布置于實驗樓東南角,試劑室則應布置在西北角(一層西北角布置氣瓶室),半敞開式試劑室類似室外露臺效果,試劑室與實驗樓內位置關系如圖2所示。

圖2 半敞開式試劑室位于實驗樓主體建筑北側一角

2)新型試劑室的特征。

試劑室半敞開式輕質圍護通風外墻采用曲面百葉集成,具有較大限度的自然對流通風、防雨、泄爆、遮光效能,百葉墻可適當開有玻璃窗采光,試劑室面向實驗樓內隔墻設置為防火墻,以防止實驗樓與試劑室之間的相互危害。

3)應用于北方寒冷地區或南方熱帶地區的試劑室。

a.百葉墻內側需要補備安裝可推拉或折疊收回的封閉隔熱玻璃墻。

b.室內增設配置可燃氣體探測報警系統和自動抑爆強排風系統(電化學或紅外式的精密探頭測試泄漏),機械通風換氣每小時不小于3次[5]。

c.需配置室內防爆空調。

d.甲類試劑室面積占所在防火分區建筑面積的比例,按相關標準執行(≤20%防火分區)。

f.試劑室內電線、照明、插座防爆性仍按相關標準執行。

g.部分試劑柜自帶24 h排風,試劑室始終保持負壓狀態,此時,試劑室整體可視同一個裝配式負壓設備,仍具有較好的安全性。

北方寒冷地區或南方熱帶地區的試劑室內部布局參考如圖3所示。

圖3 北方寒冷地區或南方熱帶地區的試劑室內部布局參考

4.2 新型通風防雨泄爆百葉墻

新型試劑室半敞開式輕質圍護結構,采用自然通風、防雨、泄爆、遮光曲面百葉墻,S型曲面百葉采用不銹鋼板(t(0.5～1) mm)成形,百葉墻框材料采用不銹鋼板(t(1～1.5) mm)成形。曲面百葉豎直集成安裝,雨水不會形成淋掛,相鄰百葉相互遮掩,百葉上有兩道加強筋,可有效阻擋旋風、側風、直風狀態向室內飄雨,有效阻擋室外光線透過曲面百葉墻直射進試劑室(此技術已獲得專利批復ZL201921061342.9)[6]。自然通風防雨泄爆遮光曲面百葉墻三視圖如圖4所示,曲面百葉模型圖如圖5所示,曲面百葉墻裝配原理圖如圖6所示。

圖4 通風防雨泄爆遮光曲面百葉墻三視圖

圖6 曲面百葉墻裝配原理圖

S型曲面百葉設有2個加強筋以增加百葉強度,加強筋上開有凹槽,用于自攻螺絲固定百葉與擋雨板,加強筋還有阻擋風吹飄雨進入室內的功能。百葉墻擋雨遮光原理圖如圖7所示。

4.3 試劑室防火內墻、防火門

試劑室防火內墻承重結構耐火極限按GB 50016—2014《建筑設計防火規范》執行,防火門應采用甲級防火門,并應有防盜功能。

4.4 試劑室安全性內飾

試劑室不吊頂,屋頂保持平整,防止易燃易爆氣體聚集。防爆照明、防爆開關、防爆插座按相關標準執行[7]。

4.5 劇毒品室

劇毒品作為對生命安全危害較大的試劑,可在試劑室內分隔2～3 m2隔間作為劇毒品室。

4.6 新型試劑室存儲試劑的方法

1)試劑室內化學試劑的分區、分類存放管理按相關標準執行[8]。

2)半敞開式自然對流通風試劑室可存放常溫保存的試劑,試劑室內配置冰箱用于存儲環境溫度≤28 ℃、相對濕度≤75%的試劑。

3)甲乙類試劑、有毒及強酸堿試劑分類放置于帶報警排風的試劑柜內(負壓)。

4)新型試劑室內存儲的易爆炸品、易燃品、強氧化劑、強腐蝕劑、劇毒品及放射性試劑的安全管理,按國務院令第344號公布的《危險化學品安全管理條例》(2013年修正本)執行。

5)新型試劑室內劇毒品存放管理按GA 1002—2012《劇毒化學品、放射源存放場所治安防范要求》規定執行。

5 結語

本文設計的新型半敞開式試劑室位于實驗樓北側一角,從室內走到了半敞開,具有自然對流通風、防雨、泄爆、遮光特性,其安全性得到了根本提升,填補了國內空白。

建議在科研高校、兵器、航空、航天、船舶、海洋工程、食品、藥品、保化、疾控中心、醫療器械、公安司法、化學化工、石油、農林漁牧等行業或領域的實驗室工程中,適當推廣應用此新型自然通風防雨泄爆試劑室,避免設計人員碰到此類問題感到安全問題的困惑,避免設計單位為通過審圖或消防驗收,在設計中回避或隱瞞安全隱患實情。