化工厂区抗爆控制室空调系统设计

王爽(中海油石化工程有限公司，山东 济南 250000)

1 工程概况

本次研究选取某化工厂区炼油项目作为研究对象，该项目建筑面积为402.89 m3。中心控制室采用单层抗爆建筑，内部相关配套设施有机柜间、工程师站、工具室、空调机房、外操室、外操室、卫生间等，该项目建设中人员主要集中于外操室、工程师室之中。

2 某化工厂区炼油项目抗爆控制室空调系统设计分析

2.1 抗爆控制室空调系统整体设计

该化工厂区抗爆控制室在布置中央控制室时，采用了一次回风恒温恒湿空调系统。作业过程中，要求机柜间恒温恒湿，提升空调系统运行效率。结合当前节能布置要求，对室外新风进行化学新风净化机处理，之后与此次作业区内不同房间回风混合，处理之后将其送入恒温恒湿空调机组之中，以直接蒸发式空调机组作为空调冷源，冷媒则使用R407C环保型制冷剂。针对空调机组作业同时布置电加热作业方式，此次作业中选择电极加湿，为等温加湿过程，提升作业过程中的节能效果[1]。

在作业过程中为了保证机柜的良好运行，设置空调机组备用，在冬季、夏季分别采用不同的空调系统处理方式。冬季空调室外计算温度为1.0 ℃，此时可以不通过新风预热，直接将其室内空气混合，此种作业方式不产生水雾。在夏季，空调室外计算温度25.8 ℃，空调室外日平均温度22.0 ℃，此种设计方式比室内设计温度低，对空调冷负荷进行计算统计，通过空调冷负荷的运用有效消除备发热现象，机柜间发热量为15 kW，在送风总量中机柜间送风量占比55%，工程师室、外操室冬季活动不足，作业中温度难以达到设计要求，为此需要添加风管电加热器，将其布置于房间送风管位置[2]。

中心控制室空调设备体系主要包括1台化学新风净化机、1台斜流风机、2台恒温恒湿空调机组，将设备布置于空调机房位置。在卫生间吊顶内设置一台排风的斜流风机，在新风入口风管位置、空调机房排风出口风管位置、卫生间排风出风口风管上分别布置一台排风的斜流风机。并布置两个风管电加热器。设置一台有毒、可燃气体探测器于新风口位置处，运行过程中一旦有毒、可燃气体超过一定限度，则关闭电动风阀，并将其与排风机、化学新风净化机连锁。一旦出现运行异常现象，则后者也关闭，以此提升系统运行效率，达到良好的节能效果。同时恒温恒湿空调机组依然正常运行，以此将湿度、温度控制在一定限度之内。

2.2 布置空调房间送风量

在机柜室内布置温湿度传感器，以此对恒温恒湿与新风净化空调系统运行情况进行调节，要求温度与湿度能够符合要求。夏季机柜室的空调负荷为显热负荷，机柜室相关数值采用空调送风状态，结合送风状态、显热负荷等相关情况布置其他房间内送风量，结合节能设计要求，提升系统设计的节能效果。

结合《抗爆规范》，此次项目UPS电源室、机柜室中的最小新风量设置为0.3次/小时，布置依据为50 m3/(小时·人)，据此得出各个房间内最小新风量。

在实际布置过程中，要求结合实际送入各房间的新风量，调整房间送风量占空调总送风量的比例，两者之间为正比例关系。随着显热负荷越大，送风量、新风量随之相应增加。该项目中，操作室新风量与最小新风需求量比值0.61，工程师室新风量与最小新风需求量比值0.31，通过增加各室的送风量，即能够增加房间内新风量。为了使得房间内新风正压能够符合要求，要求精准计算不同房间内送风量，并增加空调系统新风量[3]。

2.3 气流组织及压力平衡

优化设置体系内各项布置，机柜室与UPS室具有较高正压值，为了避免与室外相比，控制室温度较高，要求在卫生间内布置排风机，以此将多余风量排出，并改善室内空气。操作室维持房间正压气流能够流向走道或者室外。结合各房间正压值确定房间相对压差，通过压差法计算方式得出相对正压值的门缝漏风量，通过实地数据收集与分析，得出以下计算公式：

式中：门缝隙宽度设置为3.0 mm；窗、门缝隙计算漏风总面积以f表示，漏风量以Ly表示，门、窗两侧的压差以ΔP表示，窗缝1.6，门缝及较大漏风面积2，指数以b表示。在节能设计过程中，基于风量平衡，得出机柜室与UPS室中的回风风量。计算得出维持建筑物正压各外门漏风量，得出卫生间风机的排风量。通过风量平衡计算，得出走道余压阀风量，得出操作室的回风风量。结合以上区域数值计算，得出房间的回风风量[4]。控制室空调风系统流程图如图1所示。

图1 控制室空调风系统流程图

3 新风、排风系统

3.1 新风系统

结合GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆设计规范》相关要求进行新风系统布置，中心控制室运行环境较为复杂，在布置过程中并未设置外窗，通过外门与室外位置相连接，内部运行环境较为复杂，可能出现有毒、可燃、带腐蚀性的化学气体，因此运行中要求有效维持中心控制室室内正压数值。该化工厂区布置1 319 m3/h新风量，要求新风送入室内过程中进行净化处理，针对气体滤料使用一层300 mm厚活性氧化铝与一层300 mm厚活性炭。在室外新风中，使用1台卧式空气净化机进行实现。通过初效空气过滤器与中效空气过滤器辅助作业，通过体滤料空气保护气体滤料，进行必要的空气净化。

3.2 排风系统

在排风系统布置中，为了使得重要房间内正压，要求空调回风量小于送风量，将多余的风量通过门缝渗入室外或者其他房间，具体作业中，由机柜间渗入外操室，进而渗入至走廊中。从走廊渗入到前室，由UPS室渗入至走廊，在具体作业中，通过门缝渗出量有限，若多余风量过大，则需要额外布置余压阀。为了提升排风系统运行效果，要求针对工具间、卫生间、空调机房均布置相应的排风系统，由此将多余的风排到室外。该化工厂区布置中，主要在工具间、空调机房、厕所部位布置排风口，为了从走廊上补风，要求在上部位置设置百叶风口。此次化工厂布置过程中，设置1 000 m3/h排风量，在实际布置过程中能够看出，整个中心控制室相对室外为正压，因此要求排风量低于新风量[5]。

3.3 建筑开孔及抗爆阀

结合化工厂施工控制相关要求，中心控制室建筑外墙采用抗爆型钢筋混凝土设计方式，以此有效缓解爆破过程中出现的大量冲击波。为此在建筑外墙开洞并设置抗爆阀，从建筑物室外外置引进新风，此种设计影响了建筑的抗爆能力，基于设计理念，要求建筑外发生爆炸时抗爆阀能够自动关闭，且一旦外部空气压力数值恢复正常数值时，能够自动复位。为此本次工程采用国外进口的高性能抗爆阀，设置1.1 ms关闭时间，设置500 m3/h单个阀体通风量。基于此种作业量，要求新风口布置2块排风口，3块阀体。对开孔尺寸进行核算，要求结合抗爆阀组合方式、抗爆阀尺寸灵活进行设置，避免出现抗爆阀未能盖住开孔的现象。

4 空调系统的抗爆措施

4.1 抗爆阀的设置

依据《抗爆规范》相关规定，要求排风系统的排出口与直径超过150 mm的新风引入口要求设置与建筑工程抗爆等级一致的抗爆阀。此次项目建设中，要求在屋面位置布置新风引入口，于卫生间外墙布置排风系统的排出口，并要求禁止将洞口位置于正对装置外墙面，安装抗爆阀，并由土墙制作防雨围挡。针对排出口布置能够连接风管的抗爆阀，采用垂直安装方式，将抗爆阀的最小关闭压力设置2 000 Pa左右，以此更好地保证设备与操作人员的安全。

4.2 监测室外可燃气体浓度

为了针对可能出现的险情做出相应的应对之策，避免出现意外事件，导致室外可燃气体进入控制室，于空调新风入口位置设置新风净化机组、空调机组、排风机联锁，并建立报警装置。报警系统一旦出现检测难以有效处理的问题，排风机、新风净化机组应停止运行，系统同时关闭新风净化机组入口、排风管电动密闭阀，将空调机组运用于室内循环风处理之中[6]。

5 结语

化工厂区抗爆控制室重要房间空调系统节能布置中采用新风净化空调系统、恒温恒湿的布置方式，常规房间则布置变制冷剂流量空调系统，抗爆控制室空调系统方案的布置与传统变风量空调系统相比运用优势明显，具有较强的经济性与保性，节能效果良好。此次抗爆控制室空调系统布置中，操作室维持房间正压气流，布置1 319 m3/h新风量，在室外新风中布置1台卧式空气净化机，将抗爆阀的最小关闭压力设置2 000 Pa左右，系统综合设计达到良好的运用效果。