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根据石化企业DCS抗爆中心控制室的特点分析,从室内环境条件、新风系统、空调冷热源、气流组织、设备备用等几个方面介绍了其通风空调系统设计的特点。同时对于施工中常见的问题做了概括及总结。
DCS抗爆中心控制室 室内环境 新风系统 气流组织 设备备用设备散热量
石油化工装置通常有可能泄露有毒、有害或有爆炸危险性的气体。有毒、有害气体会对操作人员产生危害;有爆炸危险性气体有可能引起装置的爆炸。DCS中心控制室必须对这些气体采取有效的防护措施,通常设计成全封闭抗爆结构。DCS能否长周期稳定运行,与为其服务的空调通风系统必不可分。
随着石油化工业的迅速发展,近些年做的一些工程里涉及到了抗爆控制室的设计。根据石化企业DCS抗爆中心控制室室内环境条件的特殊性,新风系统、空调冷热源、气流组织、设备备用等几个方面都与以往的空调设计有所不同。本文重点介绍DCS中心控制室通风空调设计的几个特点。
1.抗爆控制室的特点
抗爆控制室整个建筑物为全封闭式空间,没有一面外窗。在中控室内部布置中,大量控制操作台及各种DCS机柜占据主要空间。设备发热量大、24h不间断连续运行。机柜室和UPS问相对较热,比设计温度值偏高。设备结构的紧凑、容量的增大,以及机柜室和UPS间布置设备密集度的增加,都使得单位负荷率大幅度增加。按传统负荷指标计算设备散热量布置空调系统已不能满足降温要求。部分现场看到机柜室和UPS问在已设计了风道集中送风空调系统的基础上又额外加了分体空调机。没有增加分体空调机的某些机柜室或UPS问温度都较设计温度值(夏季26±2 oC)偏高2~3℃不等。
2.冷源的选用
在中石化企业,它的中心控制室需要较为稳定的工作环境,需要较少的因素干扰,这样才可以使控制室长期有效的运行。而且根据石油化工控制室抗爆设计规范要求,空调机宜选用自带冷源的风冷式单元空调机,并设置备用,因为风冷可以使空调机达到恒温的效果。如果夏季空调冷源采用冷水机组时,应设置备用机组,当厂区供给为冷冻水时,制冷站的制冷剂应设置备用机组,此次项目根据跟业主协商后采用冷水,在制冷站的制冷剂有备用机组。
3.新风系统
对于抗爆中心控制室,新风系统是必不可少的。抗爆控制室是全封闭钢筋混凝土结构,每一面外墙上均不设置任何外窗,抗爆中心控制室作为全厂的控制中枢,操作人员必须24小时坚守岗位。在这样一个碉堡式密闭盒子里,操作人员对新鲜空气的需求需要通过新风系统补入,为了将新风顺利引入系统,在保证房间正压要求的前提下,设置离心风机排风,排风量根据正压值要求通过计算确定。
抗爆中心控制室的新风系统设计有许多不同于舒适性空调的特殊性。
1).新风量的确定。由于抗爆 控制室的密闭性比较好如果按《采暖通风与空气调节设计规范》规定的新风量标准30m3/(人.h)考虑,操作人员会感觉憋闷、不舒适。抗爆控制室无外窗,空气无法通过外窗缝隙对流,全靠新风保证新鲜空气量,所以按人均计算的新风量取值应大些。所以按照《石油化工控制室抗爆设计规范》要求新风量按50m3/(人.h)设计。为了将新风顺利引入系统,在保证房间正压要的前提下,设计离心风机排风,排风量根据房间正压值要求通过计算确定。
全空气空调系统的新风是按一定的新风比送出的,而新风量是按建筑物内的总人数确定的,总人数并不是按人均建筑面积分配的,这样可能导致每个人的实际新风量达不到设计要求。所以应考虑附加机柜间等无人房间的新风量。按人数计算的新风量小于送风量的10%时,一般按10%计算。
2).新风净化处理。DCS中心控制室对室内环境 要求很严,新风及回风必须经过一定的净化才允许进入控制室,目前做法是在新风进入空调系统前由新风净化机组处理,并应设化学过滤器。新风过滤器宜采用C3级粗效过滤器和Z2级中级过滤器,回风采用C3级粗效过滤器,考虑到新风机组配有活性炭吸附器,为了保护吸附器,活性炭吸附器前的过滤器采用Z2级中效过滤器。为了保护中效过滤器,前面设粗效过滤器。
3).抗爆阀的应用。由于中心控制室采用抗爆式结构设计,外围护结构均为钢筋混凝土结构,要求能够抵抗来自建筑物外部爆炸冲击波的破坏。外墙上任何开洞都会破坏其抵抗爆炸冲击波的能力。所以本次设计根据规范要求外墙开洞尺寸小于150mm的洞口设置抗爆阀。当室外发生爆炸时,抗爆阀瞬间关闭,可以有效的切断由于意外事故发生爆炸对人员或设备的伤害。抗爆能力等同于抗爆墙。但有一点需要注意,抗爆阀可用在进风和排风口上,但某些形式的抗爆阀安装具有方向性,因此在设计施工中一定要正确标注、正确安装,以保证气路通畅。
当生产装置设有可燃、有毒气体探测报警系统时,新风引入口设置相应的可燃、有毒气体探测报警器,且进风管上应设置密闭性能良好的电动密闭阀,在可燃、有毒气体探测器报警的同时,关闭密闭阀及新风机。以防止有毒等气体进入房间。
4.气流组织
抗爆中心控制室主要由控制室和机柜室、UPS室、工程师室和辅助房间组成。中心控制室布置着大量的DCS设备,不允许采用水循环的集中空调形式,以免空调水泄露造成事故。中心控制室要求采用全空气集中空调系统。
气流组织采用上送上回方式,石油化工长不适合采用下送上回方式,控制室操作人员多,地面难免不清洁,下送风会产生扬尘,并引射室内自然沉降的灰尘,增大空气中的飘尘浓度,而且直接将冷风送入机柜,使计算机设备内的电子器长期处在流动的气流中,对设备会产生不稳定和不良的影响。
5.设备备用
DCS抗爆中心控制室的空调设备要求全年不停歇运转,除了要求设备本身运行稳定外,还需要设置备用。其中一台设备发生故障时,其余空调仍能满足100%备用要求。新风净化机组也应设置备用。保证人员的卫生要求。
6.通风空调系统中风管材料的选型
一般通风空调管道工程中,多采用镀锌铁皮风管。其适合于含湿量小的一般性气体的输送,其不耐腐蚀,易生锈,没有消声性能。而且安装周期长,速度慢。抗爆室中一般采用复合玻纤风管,内外附着防潮铝箔粘合。该产品具有防潮、消声、保温、漏风小等特点。施工方面修改方便,易施工、安装速度快。
7.防排烟设计
抗爆控制室建筑比较特殊,既不属于可燃物较多的生产厂房,又不属于人员较多的公共建筑。《石油化工生产建筑设计规范》SH/T3017将控制室、电子计算机房的火灾危险性等级划分为丁类。因此,除了内走道可能需要设臵机械排烟外,各个房间均不需设机械排烟。但由于控制室是石油化工厂的控制中心,发生火灾后必须尽快灭火,并彻底排除火灾后的烟气和毒气,让工作人员尽快进入室内处理事故,以便尽早恢复生产,所以有必要设火灾后的排烟系统。火灾发生后,开启新风系统,将烟气通过房门压至内走廊,利用内走廊的排烟风机排烟。但是由于操作大厅一般层高较高,房门与顶棚之间的间距达2m以上,采用上述方法很难将烟气排除干净。故在操作大厅设机械排风。
8. 结语
DCS抗爆中心控制室设计许多领域的知识,目前国内的设计规范对其规定较少,做抗爆室的通风空调设计经验尚浅,在设计中遇到这样那样的问题需要不断解决和完善。在以后的设计中会根据之前设计的经验和工厂实际运行中出现的问题逐步的完善。