石化抗爆控制室暖通设计

刘 珺

（南京金凌石化工程设计有限公司热工室，江苏南京 210042）

近几年石化企业发展迅速。抗爆控制室是石化厂区的核心建筑，可以在厂区发生意外爆炸等极端情况下，抵抗建筑物外冲击波对室内人员和仪器的损坏。抗爆控制室的特殊性在于整个建筑地上无窗，所有外门及墙上的开孔均需做抗爆处理，对抗爆炸时的冲击波。为满足室内仪表设备的稳定运转需保证室内恒温恒湿控制，减轻外部空气对室内仪表腐蚀。

1 工程概况

某装置新建抗爆控制室，建筑面积309 m2，建筑高度4.6 m，单层抗爆结构，设有机柜间、操作室、UPS间、工程师站、备品备件间、空调机房等房间。

1.1 设计参数

（1）室外空气计算参数

室外空气计算参数见表1。

表1 室外空气计算参数[1]

（2）室内空气设计参数

根据设计规范[2]，机柜间、操作室、UPS间、工程师站属于重要房间，对空气温度、湿度、洁净度及空气品质要求较高；备品备件间属于一般房间，只考虑人员舒适度要求，室内温湿度控制计算参数见表2。

表2 室内温度湿度参数

2 空调系统设计

由于抗爆控制室采用封闭无窗的钢筋混凝土结构，外门均为密封的抗爆门，为保证操作人员最小新风量，维持室内正压以及设备的正常运行，需要设计可靠的空调系统。根据规范[2]要求，重要房间的空调系统应采用全空气空调系统，一般房间的空调系统宜采用全空气空调系统，该控制室重要房间空调面积占比较大，因此合并为一个空调系统。采用恒温恒湿单元式空调机+化学过滤新风机，温湿度传感器设置在最重要的房间（机柜室），确保重要房间的室内环境参数达标。

2.1 空调负荷

应用天正暖通计算软件，考虑围护结构，设备发热，人员负荷和新风，空调冷负荷Q1=53.3kW，其中围护结构和室内散热冷负荷Ql1=36.2kW，新风冷负荷Ql2=17.1kW；空调热负荷Qr=36.8kW，其中围护结构热负荷Qr1=14.7kW，新风热负荷Qr2=22.1kW。

2.2 空气处理过程计算

（1）夏季工况。采用一次回风，为保证室内恒温恒湿，采用提高送风量，减小送风温差，送风温差设为6℃，空气处理过程见图1。

图1 夏季空气处理过程

夏季室内状态点：hn=53.1 kJ/kg，dn=10.5g/kg；室外状态点：hw=90.2kJ/kg，dw=21.5g/kg。根据规范[2]，空调系统的新风量，应取下列两项中的最大值：①按工作人员计算，每人50 m3/h。②总送风量的10 %，本设计按新风量10%计算。

混合状态点hc=(GW·hw+GN·hn)/(GW+GN)=56.93kJ/kg；混合状态点dc=(GW·hw+GN·dn)/(GW+GN)=11.68g/kg；送风状态点：ho=44kJ/kg，do=9.4g/kg；送风量G=Ql1/(hn-ho)=3.978kg/s=12 126m3/h。取送风量为13 000 m3/h，新风量1 500 m3/h。

（3）冬季工况。冬季与夏季风量相等，空气处理过程见图2。

图2 冬季空气处理过程

2.3 气流组织及压力平衡

抗爆控制室内空气要求较高，室外空气经化学过滤新风机处理后送至回风静压箱与室内回风混合，经恒温恒湿空调机处理后经风管送至各房间，为保证室内正压环境，需对核算各空调房间的送、排风量。采用压差法计算维持房间相对正压值的门缝漏风量[3]。

按风量平衡确定各机柜室、UPS间、操作室和工程师站的送回风量。通风空调系统流程图见图3。

图3 通风空调系统流程图

3 空调系统的抗爆措施

3.1 抗爆阀的设置

抗爆控制室围护结构为钢筋混凝土结构，能抗击来自建筑外部的爆炸冲击波破坏。根据规范[2]要求，新风引入口及排风排出口都应加装与建筑围护结构同等抗爆等级的抗爆阀，当室外发生爆炸时，抗爆阀能瞬时关闭，防止爆炸冲击波通过外墙开孔对室内人体和设备造成危害。抗爆阀安装形式包括①设置专门的进、排风小室；②直接安装在外墙上；③将抗爆阀安装在屋顶上。抗爆阀直接安装在建筑围护结构上可以减少土建工程量，安装简单，为规范推荐安装方式，在实际应用中最常见。

在抗爆阀的选型中，有一些具体参数需要明确，包括：①抗爆阀的抗爆能力；②最小关闭压力；③关闭时间；④工作温度等。通常设计抗爆阀的抗爆能力即最大反射的峰值压力应与土建围护结构抗爆能力相一致，本设计中取23bar；抗爆阀的最小关闭压力参考GB 6722—2003[4]，空气冲击波超压安全允许标准为2 000Pa，通常认为最小关闭压力越接近这个标准越适用，但考虑到实际应用中风速等问题带来的误操作，通常设计中取2 500Pa；为减少爆炸冲击波窜入阀后保护区域，抗爆阀关闭时间应尽量小，在10bar压力条件时取1.1ms；抗爆阀的工作温度参考消防耐高温条件[5]，设计中一般取280℃连续运行30min，同时抗爆阀还应具备外部压力条件正常时，自动复位功能。

3.2 电动气密阀的应用

为防止室外可燃、有毒气体进入抗爆控制室，新风入口处设置气体报警仪，当气体浓度超标时，连锁关闭新风入口和排风口的电动气密阀，同时连锁停止化学过滤新风机和排风机运行，空调进入内循环状态。

4 空调系统的控制和联锁

4.1 正常运行

为保证空调系统运行可靠性，化学过滤新风机和恒温恒湿空调机都设备用机，当机组发生故障时能自动切换（表3）。

表3 联锁控制表

4.2 有毒、可燃气体报警

当新风入口处气体检测装置检测到浓度超标时，停止化学过滤新风机、排风机运行，关闭新风、排风口上的电动密闭阀，空调系统进入内循环状态。

4.3 火灾报警

当抗爆控制室发生火灾时，消防控制中心发指令切断所有暖通设备电源。

5 结论

抗爆控制室全年不间断运行，抗爆控制室的暖通设计需满足设备运行条件和建筑结构的特殊性，对设计过程中遇到的问题不断总结。

1）抗爆控制室采用恒温恒湿空调+化学过滤新风机，并设备用机，保证控制室空调安全、稳定运行。

2）新风口、排风口抗爆阀宜直接安装在建筑围护结构上，保证建筑整体的抗爆性能。

3）当室外可燃、有毒气体报警时，新风、排风口密闭阀，新风机和排风机联锁关闭，空调进入内循环状态，保证室内安全。