天然气液化工厂抗爆控制室防排烟方案分析

鲁 婧

(陕西省燃气设计院有限公司, 陕西 西安 710043)

1 概述

控制室是天然气液化工厂的控制中心,承担着重要责任[1-2]。鉴于天然气液化工厂生产过程中会放散有毒有害以及有火灾和爆炸危险的物质,为保证控制室内数据存储安全、厂站正常运行以及人员自身安全,控制室多为地上无外窗的抗爆建筑[3-4]。近年来建筑内火灾频发,诸多报道指出,火灾后许多逃生人员因吸入过量烟气窒息而亡。这与建筑内防排烟系统设置不合理有关,更加凸显建筑内防排烟设计的重要性。本文针对上述问题,以某天然气液化工厂抗爆控制室为例,通过划分防烟分区、对排烟系统和补风系统进行设计计算,给出防排烟系统设计方案。阐述防排烟系统运行及控制流程,以及抗爆阀、电动密闭阀、防火阀门的选择。

2 工程概况

本工程位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州,具体为天然气液化工厂抗爆控制室(简称控制室)设计。本工程抗爆控制室为地上无窗建筑,地上一层,建筑高度8.5 m,吊顶下净高4 m,建筑面积为752.38 m2,火灾危险性为丙类。该控制室内有操作室、机柜室、工程师室、不间断电源室(UPS室)等功能性房间以及其他一般性房间。

3 防排烟系统设计

① 防烟分区划分

根据GB 55037—2022《建筑防火通用规范》第8.2.5条规定,建筑中下列经常有人停留或可燃物较多且无可开启外窗的房间或区域应设置排烟设施。a.建筑面积大于50 m2的房间;b.房间的建筑面积不大于50 m2,总建筑面积大于200 m2的区域。

本次设计的抗爆控制室内操作室建筑面积大于50 m2且每天有工作人员值守,根据此条规范,该房间需设置排烟设施。机柜室用于放置存储数据的多排机柜,房间平时无人停留,故室内不考虑排烟设施。除此之外其他房间面积均小于50 m2,无需设置排烟设施。

抗爆控制室内疏散走道建筑面积大于50 m2,疏散走道长度为33 m。考虑到火灾发生后人员通过疏散走道逃生,且由试验得出在浓烟聚积情况下,人员捂住口鼻逃生的最大行走距离为20～30 m,故本次设计中疏散走道设置排烟设施。

综上所述,抗爆控制室内划分出两个防烟分区,即操作室和疏散走道,防烟分区划分见图1。由于这两个防烟分区无自然排烟条件,因此均采用机械排烟。鉴于控制室采用机械排烟以及机械送风(补风)方式,为保证火灾情况下排烟风机、补风机正常运转不受影响,将风机设置在专用机房内,故本设计中控制室内设有排烟机房及补风机房。

图1 防烟分区划分

② 排烟系统设计计算

a.最小清晰高度

清晰高度为烟层下沿至地面的距离。根据GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》第4.6.9条,疏散走道及房间的空间净高小于等于3 m的区域,其最小清晰高度不应小于其净高的1/2,其他区域的最小清晰高度应按下式计算:

hq=1.6+0.1h

(1)

式中hq——最小清晰高度,m

h——空间净高度,m

对于单层建筑,空间净高度取排烟空间的建筑净高度;对于多层空间,空间净高度取最高疏散楼层的层高。

根据式(1)得出的最小清晰高度,同时也要满足机械送风口(补风口)设置在最小清晰高度内的要求。所设计控制室为单层建筑,其疏散走道、操作室空间净高度h为4 m,由式(1)得出疏散走道及操作室的最小清晰高度均为2 m。

b.储烟仓厚度

储烟仓用于储存房间或区域的烟气,储烟仓厚度取值应满足:储烟仓底部距地面的高度(即储烟仓底部高度)要大于最小清晰高度。根据GB 51251—2017第4.6.2条,室内采用机械排烟时,储烟仓厚度应大于等于空间净高的10%,同时不得小于500 mm。由此确定该控制室疏散走道及操作室储烟仓厚度均为1.5 m,机械排烟时最小清晰高度与储烟仓关系见图2。

图2 机械排烟时最小清晰高度与储烟仓关系

图中h1——储烟仓底部高度,m

δ——储烟仓厚度,m

c.排烟量计算

各个防烟分区排烟量由GB 51251—2017第4.6.3条、第4.6.13条计算得到,具体数据见表1。当计算排烟量小于排烟量最小限值时,实际排烟量取排烟量最小限值。根据GB 51251—2017第4.6.4条,确定控制室总实际排烟量为28 000 m3/h。总设计排烟量应满足不小于总实际排烟量的1.2倍,得出总设计排烟量不小于33 600 m3/h,本文取33 600 m3/h。根据总设计排烟量选择一台额定风量为35 000 m3/h的排烟风机,排烟风机设置在排烟机房内且排烟风机两侧应留有至少600 mm的检修空间。

表1 防烟分区参数

③ 补风系统设计计算

a.补风量计算

根据空气流动原理,排除烟气同时应补入新风。抗爆控制室无外窗且两侧外门为抗爆防护门,抗爆防护门设置在隔离前室外,从围护结构渗入风量较小,故通过围护结构自然补风无法实现有效排烟。

综上所述,设计设置机械补风系统用于补风。为了有效排烟,根据GB 51251—2017第4.5.2条,总补风量按总设计排烟量的60%取值,得到总补风量为20 160 m3/h。根据总补风量选择一台额定风量为21 262 m3/h的补风机,补风机设置在补风机房内,且补风机两侧也应留有至少600 mm的检修空间。

b.排烟口、补风口设置

考虑到室内气流组织合理性,同一防烟分区内排烟口与补风口至少要有5 m以上的间距,且补风口应设在储烟仓下方、最小清晰高度内。排烟口与补风口平时呈关闭状态,在火灾情况下联动开启。

4 防排烟系统运行及控制

根据相关要求,抗爆控制室采用单元式风冷恒温恒湿空调机为冷热源的全空气式空调系统,同时室内设置有通风系统。

当防烟分区内发生火灾时,烟雾报警器响起,由火灾控制中心确定着火区域,通过现场手动开启或电动开启的方式,将着火区域的排烟口打开,其他非着火区域排烟口保持关闭状态。接着由现场手动开启或电动开启方式联锁开启排烟风机、补风机以及着火区域的补风口,同时联动关闭通风、空调系统。当风管内烟气温度超过280 ℃时,关闭排烟风机前设置的排烟防火阀(280 ℃),同时联动关闭排烟风机以及补风机。防排烟系统运行及控制流程见图3。

图3 防排烟系统运行及控制流程

为了将发生火灾情况下对室内人员以及设备的影响降到最低,应在发生火灾后的15 s内开启排烟口、排烟风机、补风机以及补风口,并且在30 s内关闭通风、空调系统。

5 防排烟系统阀门选择

① 抗爆阀

抗爆控制室排烟机房、补风机房外墙上各开有风管洞口,用于排烟以及从室外引入新风。由于墙体上开洞影响建筑整体抗爆性能,在洞口处需安装抗爆阀。当室外发生爆炸时,抗爆阀立即关闭,从而保护建筑内人员及设备安全。抗爆阀的选择由其关闭能力、关闭时间、抗爆能力、透压率等参数综合决定。

② 电动密闭阀

电动密闭阀一般安装在进风管入口处,平时呈开启状态,在检测到可燃气体或有害气体时电动密闭阀关闭,阻止室外有毒有害气体进入建筑内部。旧版规范GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆设计规范》仅要求在进风管处设置电动密闭阀,新版规范GB/T 50779—2022《石油化工建筑物抗爆设计标准》第7.4.5条,在旧版规范基础上规定:进出抗爆建筑物的风管上均需设置电动密闭阀。

③ 防火阀门

根据标准GB 15930—2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》,建筑内通风空调系统设置防火阀、排烟系统设置排烟防火阀,防火阀与排烟防火阀为常开型。补风管道内烟气温度高于70 ℃,联锁关闭防火阀(70 ℃);排烟管道内烟气温度高于280 ℃,联锁关闭排烟防火阀(280 ℃),阻止火势沿风管蔓延。

6 结语

抗爆控制室防排烟方案合理性的影响因素有:防烟分区准确划分、风机的计算选型、风口布置、火灾情况下防排烟系统控制以及排烟系统重要阀门设置等。为保证发生火灾情况下防排烟系统的性能,防排烟方案应综合上述影响因素设计。