?爆炸危險(xiǎn)區(qū)為什么要裝防爆空調(diào)？
爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的建筑物空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì),是石油化工廠設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和新工藝、新設(shè)備的應(yīng)用,爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)設(shè)置的建筑物(如在線分析室、操作室、控制室、低溫庫(kù)等)日益增多。本文結(jié)合近年來(lái)北京石化工程公司與外商合作設(shè)計(jì)工程,就爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)建筑物的空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)問題,作一綜述。
在進(jìn)行爆炸危險(xiǎn)區(qū)建筑物空調(diào)設(shè)計(jì)中必須首先對(duì)爆炸危險(xiǎn)區(qū)有一個(gè)明確的概念。一些石油化工和制藥裝置在生產(chǎn)過程中泄漏的易燃物質(zhì),與空氣混合后,形成爆炸混合物,一旦有火花、電弧或高溫存在,便會(huì)導(dǎo)致燃燒或發(fā)生爆炸。在規(guī)范中,將可能發(fā)生爆炸的區(qū)域稱為爆炸危險(xiǎn)區(qū)。GB50058一92《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)爆炸危險(xiǎn)區(qū)的解釋是“爆炸性混合物出現(xiàn)的或預(yù)期可能出現(xiàn)的數(shù)量達(dá)到足以要求對(duì)電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用采取預(yù)防措施的區(qū)域。”
GB50058一92《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》和美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AIP一IQP一500以及IEC規(guī)范等,根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間,將危險(xiǎn)區(qū)劃為。區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。
O區(qū):連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)期出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。
1區(qū):在正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境。
2區(qū):在正常運(yùn)行時(shí)不可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境,或即使出現(xiàn)也僅是短時(shí)存在的爆炸性氣體混合物的環(huán)境。
O區(qū)是極個(gè)別的,多數(shù)危險(xiǎn)區(qū)是2區(qū)。
1正壓室內(nèi)安設(shè)普通空調(diào)機(jī)
在正壓室內(nèi)安設(shè)普通空調(diào)機(jī),是一個(gè)傳統(tǒng)的爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)建筑物空調(diào)設(shè)計(jì)方案。它將正壓通風(fēng)與空調(diào)結(jié)合一起,用正壓通風(fēng)系統(tǒng)使房間成為正壓房間,防止周圍爆炸危險(xiǎn)性氣體進(jìn)入,再安裝普通空調(diào)機(jī)(水冷式)來(lái)實(shí)現(xiàn)空調(diào)。
圖1是70年代建設(shè)的一個(gè)位于危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的控制室的空調(diào)設(shè)計(jì)原理圖。
控制室內(nèi)安裝的自控儀表、電氣開關(guān)等均為非防爆型.
設(shè)計(jì)空調(diào)要求如下:
室內(nèi)溫度24士1℃
室內(nèi)正壓30Pa
換氣次數(shù)6次/時(shí)
爆炸危險(xiǎn)級(jí)別按API一500為l級(jí)2區(qū)D組
(1)設(shè)計(jì)一套正壓通風(fēng)系統(tǒng),使控制室成為正壓房間。即在非爆炸危險(xiǎn)區(qū)吸取新風(fēng),粗效過濾后用通風(fēng)機(jī)經(jīng)長(zhǎng)距離室外通風(fēng)道送至控制室內(nèi),使室內(nèi)有10一30Pa正壓。為保持室內(nèi)正壓,設(shè)置了風(fēng)機(jī)事故自動(dòng)啟動(dòng)、差壓報(bào)警聯(lián)鎖PDIAS、電源程序聯(lián)鎖KS和二道外門開關(guān)失壓報(bào)警ZA等安全保證設(shè)施。
(2)室內(nèi)設(shè)置一套非防爆型恒溫恒濕空調(diào)機(jī)(水冷式),循環(huán)水冷卻塔也設(shè)置在非爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)。設(shè)備運(yùn)行后,控制室內(nèi)溫度、濕度達(dá)到要求。由于各種原因,室內(nèi)正壓控制問題較多。
正壓室內(nèi)安設(shè)普通空調(diào)機(jī)的設(shè)計(jì)方式,適用于爆炸危險(xiǎn)區(qū)建筑物中的各種沒有采取防爆措施或防爆措施不完備的場(chǎng)所。
由于這種防爆空調(diào)設(shè)計(jì)包括有正壓通風(fēng)、空調(diào)機(jī)、循環(huán)水冷卻和復(fù)雜的壓力控制、聯(lián)鎖報(bào)警等系統(tǒng),使得設(shè)計(jì)、施工和使用都比較復(fù)雜和不便。而其防爆安全保證的核心是保持室內(nèi)的正壓力、防止危險(xiǎn)氣體的進(jìn)入。實(shí)際投產(chǎn)使用后,由于各種原因,室內(nèi)壓力都難以達(dá)到10一30Pa的要求。所以說其安全保障率不高,只能在二區(qū)、附加二區(qū)及防爆要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)所應(yīng)用。
70年代建設(shè)的一個(gè)位于危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的控制室的空調(diào)設(shè)計(jì)原理圖
2.應(yīng)用防爆空調(diào)機(jī)和防爆增壓機(jī)組
當(dāng)爆炸危險(xiǎn)區(qū)1區(qū)或2區(qū)的建筑物室內(nèi)所有的設(shè)施均采取防爆措施后,空調(diào)和通風(fēng)設(shè)計(jì)采用就地安裝防爆空調(diào)機(jī)或防爆增壓機(jī)組,便會(huì)使得設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單又安全。
近期建成的一個(gè)位于危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的在線分析室空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)原理圖
圖2為近期建成的一個(gè)位于危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的在線分析室空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)原理圖。分析室內(nèi)裝有質(zhì)譜儀等檢測(cè)分析儀表,可隨時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)過程中的物料參數(shù),并遠(yuǎn)傳至主控室內(nèi)。因分析室內(nèi)也存在爆炸危險(xiǎn)氣體,所以也裝設(shè)了防爆型儀器儀表。
空調(diào)設(shè)計(jì)要求:
室溫 20士5℃
換氣次數(shù)10次/時(shí)
正壓30一SOPa
爆炸危險(xiǎn)級(jí)別
按API一500標(biāo)準(zhǔn),l級(jí)2區(qū)B組T3
該分析室采用了就地安裝防爆空調(diào)機(jī)控制室內(nèi)溫度與安裝防爆型增壓機(jī)組以穩(wěn)定室內(nèi)正壓力的方案。
(l)在墻上安裝兩臺(tái)大容量的防爆型窗式空調(diào)器WACX一50一2401一EH一2388(冷量7KW,熱量7,OKW),一臺(tái)工作,一臺(tái)備用;一臺(tái)停機(jī)時(shí)另一臺(tái)自動(dòng)啟動(dòng)工作。
在分析室新風(fēng)引入管上,安裝有危險(xiǎn)氣體檢測(cè)器,當(dāng)爆炸性氣體濃度達(dá)到爆炸下限的23/時(shí),發(fā)生報(bào)警信號(hào),并停止窗式空調(diào)機(jī)運(yùn)行。
窗式空調(diào)機(jī)是直接蒸發(fā)式,裝有電加熱,供冬季使用?？照{(diào)機(jī)還帶有空氣過濾器和溫度控制器(TC)。
由于容量大,重量達(dá)150千克,所以只能安裝在外墻上。
(2)分析室內(nèi)裝有兩臺(tái)防爆型增壓機(jī)組(風(fēng)量4000m,/h),一臺(tái)工作,一臺(tái)備用,當(dāng)一臺(tái)停機(jī)時(shí),另一臺(tái)自動(dòng)啟動(dòng)工作。
增壓機(jī)組由高空吸風(fēng)管、組合式過濾段風(fēng)機(jī)段組成,通風(fēng)機(jī)是由帶變速器(SC)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的;變速器受室內(nèi)外壓差傳感器(PDT)控制,當(dāng)室內(nèi)壓力降低時(shí),PDT控制變速器加快風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,增大風(fēng)量,提高室內(nèi)壓力;當(dāng)室內(nèi)壓力超過50Pa時(shí),PDT控制變速器降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,減小風(fēng)量,以維持室內(nèi)壓力30一50P。
防爆增壓機(jī)帶有一個(gè)防爆型控制箱(Ho),箱上裝有①壓差傳感器;②壓差設(shè)定值控制器;③室內(nèi)外壓差指示器,用以顯示壓差數(shù)字;④壓力降報(bào)警器,信號(hào)可遠(yuǎn)傳至主控制室;⑥機(jī)組開關(guān)。
防爆增壓機(jī)組的大風(fēng)量是按分析室打開門時(shí)流經(jīng)門洞及室內(nèi)其他孔洞中風(fēng)速不小于0.3ms/來(lái)計(jì)算的。
由于分析室開門次數(shù)較少,且時(shí)間短,所以開門瞬間的室溫降低或升高是允許的?？照{(diào)機(jī)負(fù)荷是按正常工作條件確定的。
3單獨(dú)應(yīng)用防爆空調(diào)機(jī)
危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)操作室空調(diào)設(shè)計(jì)原理圖
現(xiàn)場(chǎng)操作室空調(diào)設(shè)計(jì)原理圖
圖3是近期建的位于危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)操作室空調(diào)設(shè)計(jì)原理圖。該現(xiàn)場(chǎng)操作室位于爆炸危險(xiǎn)區(qū)1區(qū)內(nèi),操作室內(nèi)安裝有防爆型操作和控制儀表,生產(chǎn)人員在室內(nèi)控制生產(chǎn)。
設(shè)計(jì)條件如下
操作室溫度22士2℃
換氣次數(shù)10次/時(shí)
室內(nèi)壓力5~10Pa
防爆等級(jí)
按API~500標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)1區(qū)C組T3
空調(diào)設(shè)計(jì)選用了兩臺(tái)墻外安裝整體式防爆空調(diào)機(jī),供冷量18KW,供熱量18KW,風(fēng)量3270m,h/,一臺(tái)工作,另一臺(tái)備用。
墻外安裝的整體式防爆空調(diào)機(jī)由上下兩部分構(gòu)成,上段相當(dāng)于室內(nèi)機(jī),包括蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)、風(fēng)過濾器、電加熱器等;下段相當(dāng)于室外機(jī),包括R一22壓縮機(jī)、風(fēng)冷冷凝器及其風(fēng)扇等?？照{(diào)機(jī)帶有溫度控制器(TC),用以控制室內(nèi)溫度。
因空調(diào)機(jī)配帶的循環(huán)風(fēng)機(jī)有250一400Pa余壓力,所以可以將自高空吸入的新風(fēng)由通風(fēng)管道接至循環(huán)風(fēng)機(jī)的吸入段,與室內(nèi)回風(fēng)混合后,經(jīng)冷卻加熱再送入室內(nèi),即能保證新風(fēng)量,又可保證室內(nèi)正壓的要求。
當(dāng)室內(nèi)壓力超過限定值時(shí),由裝設(shè)在外墻上的余壓閥排風(fēng)泄壓,以保持室內(nèi)壓力在5~10Pa范圍。
空調(diào)機(jī)采用就地開關(guān)操作,當(dāng)一臺(tái)機(jī)組供冷、供熱能力不能滿足要求時(shí),也可以兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)使用。
4半防爆半隔離系統(tǒng)
該系統(tǒng)是將制冷機(jī)或分體式空調(diào)機(jī)的室外機(jī)部分設(shè)置在距有爆炸危險(xiǎn)建筑物15m以外的非危險(xiǎn)區(qū)域,采用非防爆設(shè)備;將制備的冷水、鹽水、乙二醇溶液等冷媒或冷凝后的制冷劑(如’R22、134a等)用管道送至危險(xiǎn)區(qū)里的空調(diào)設(shè)備,在危險(xiǎn)區(qū)建筑物里設(shè)置防爆型的組合式空調(diào)機(jī)或防爆型室內(nèi)機(jī),利用由非危險(xiǎn)區(qū)送來(lái)的冷媒或制冷劑進(jìn)行空調(diào)或冷凍。
這種系統(tǒng)多用于危險(xiǎn)品庫(kù)、低溫庫(kù)等危險(xiǎn)區(qū)域較小的獨(dú)立建筑物空調(diào)或冷藏。
危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的低溫冷凍庫(kù)設(shè)計(jì)原理圖
圖4為近期建設(shè)的一個(gè)位于危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的低溫冷凍庫(kù)設(shè)計(jì)原理圖。庫(kù)內(nèi)設(shè)施均采取防爆措施。
設(shè)計(jì)條件如下:
庫(kù)溫一7士3℃
存放物過氧化物
設(shè)計(jì)選用兩套冷凍空調(diào)系統(tǒng),一臺(tái)工作,另一臺(tái)備用,帶蒸發(fā)器的室內(nèi)機(jī)采用防爆型,室外機(jī)(壓縮機(jī)、冷凝器和風(fēng)機(jī))采用非防爆型,設(shè)置在15m以外的地方。
室內(nèi)設(shè)防爆型控制箱,帶有溫度控制器,控制制冷系統(tǒng),保證室內(nèi)溫度符合要求。
為防止危險(xiǎn)氣體在室內(nèi)聚集,設(shè)有防爆型事故排風(fēng)機(jī),定期排風(fēng).
5結(jié)語(yǔ)
爆炸危險(xiǎn)區(qū)建筑物空調(diào)設(shè)計(jì),是一項(xiàng)比較復(fù)雜的多專業(yè)的設(shè)計(jì),只有與化工工藝、電氣儀表控制等專業(yè)一起協(xié)作設(shè)計(jì),才能成功.進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)首先要明確設(shè)計(jì)工程執(zhí)行的防爆標(biāo)準(zhǔn),如國(guó)標(biāo)GB50058一92或API一RP一500、IEC等。其次,要明確空調(diào)設(shè)計(jì)房間所處的危險(xiǎn)區(qū)級(jí)別、區(qū)域、危險(xiǎn)物類別及環(huán)境溫度。另外,還要明確空調(diào)房間專業(yè)的防爆措施,以便采取合適的空調(diào)方案。選用防爆設(shè)備時(shí),必須選用由國(guó)家或國(guó)際有關(guān)部門批準(zhǔn)認(rèn)定的產(chǎn)品。防爆空調(diào)系統(tǒng)的閥門、活動(dòng)風(fēng)口等,必須選用撞擊時(shí)不產(chǎn)生火花的材料制作。防爆空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管,應(yīng)采用鍍鋅薄鋼板制作,不應(yīng)采用玻璃鋼材料。
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