抗爆性能 篇1
关键词：矿用救生舱,舱体结构设计,分类,抗爆性能
0 引言
自古至今, 中国都是世界上煤炭生产以及消费最大的国家, 随着社会经济的不断发展, 中国的煤炭产业有了非常稳定的增长。最近几年来, 随着我国煤炭开采规模以及深度的逐渐增加, 矿井下的地质变得非常复杂, 经常会发生事故。运用救生舱等避险的设施来有效避险, 能够有效提高事故之后的矿工生命挽救率。
1 救生舱舱体分类及结构组成
1.1 救生舱舱体的分类
根据安装方式的不同, 可以将矿用救生舱分为移动式和固定式两类。移动式救生舱一般都是放在工作面的附近来方便逃生所用。固定式的救生舱通常在煤井下进行固定, 特别是相对较危险的地方。按照材质的不同可以将救生舱分为软体式和硬体式, 软体式救生舱是用软质材料制成的, 硬体式救生舱的材料是钢铁等硬质材料。
借鉴国外救生舱的设计经验, 大体能够将救生舱分为快速充气式、移动式以及固定式。快速充气式救生舱主要的构成部分是一种耐用、反复使用并特制的帐篷, 在不用时可以将其折叠起来放在成为“拖撬”的一种钢制容器中, 当发生灾害时, 只需要取下相应的按钮, 帐篷在3 min内就会自动展开。移动式的矿用救生舱通常都是车体式结构, 在采掘工作面的附近进行放置, 伴随着采掘移动工作面的移动进行推动。固定式的救生舱都是永久的放置在矿井下的密闭空间中, 这些空间都是危险的工作区域, 移动式和固定式的救生舱都是封闭并且坚固的长筒形状的金属材质的舱体。
1.2 矿用救生舱的舱体结构
当在矿井之下发生瓦斯爆炸等各种突发的情况时, 不能或者没有及时安全的升井, 依然处在危险当中的井下工作人员, 可以及时地撤退到救生舱里等待救援的到来。当工作人员进入到救生舱之后, 将舱门关闭就会出现一个相对比较安全的环境。再加上救生舱中粮食和水的适当供给, 那么工作人员就可以在救生舱中安全坚持若干个小时, 安心等待外部救援的到来。或者等外部的环境足够安全之后, 救生舱内的工作人员可以进行自行逃生。
救生舱的结构组成具体如下, 首先是舱体, 为了方便下井安装救生舱, 舱体自带很多法兰, 并且这些法兰通过螺栓来连接, 其中的生存舱是避灾工作人员躲灾和休息的主要场所, 能够很好地抵御井下瓦斯爆炸所造成的冲击波, 而过渡舱是工作人员进出的通道。然后是舱门, 它是工作人员进出救生舱舱体的出入口, 可以有效避免有害气体的进入。还有隔离舱门, 它能够很好将工作人员舱和过渡舱进行隔开, 防止工作人员进入时有害气体进入到人员舱当中。最后是应急逃生窗口, 当舱门不能或者无法及时打开时, 舱内的工作人员可以应急逃生。救生舱中的过渡舱是避险的工作人员快速进入到救生舱的通道, 属于救生舱非常重要的一个舱体, 能够最大程度地防止救生舱外面的烟气、有害气体以及有毒气体进入, 设备舱中有很多的制冷以及动力装置。
2 运用有限元分析方法分析矿用救生舱的舱体抗爆性能
2.1 有限元分析方法简析
现阶段, 比较常用的数值模拟方法包括边界元法、有限差分法以及有限元法。这三种方法都有着各自独特的特点和运用范围, 其中应用范围最广泛的是有限元法。
一般来讲, 有限元法是充分利用计算机来进行的数值近似计算的一种分析方法, 是1943年R.Courant首先提出来的, 该方法用来解决扭转方面的问题。在20世纪80年代之后, 随着科学技术的快速发展, 计算机的硬件有了突破性的进展, 大大提高了计算机的计算能力, 与此同时, 还开发出一系列通用大型的有限元相关的分析软件。现阶段, 有限元分析方法有了非常广泛的应用, 特别是在技术领域, 差不多全部的弹塑性结构动力学和静力学问题都能够用该方法求得非常满意的近似数值结果, 并且已经广泛推广到了处理蠕变、塑性以及大位移等各种非线性的问题当中。
1) 有限元方法简述。将连续的介质分散化是有限元方法的核心, 把实际的系统离散成单元数目有限的规则系统, 换句话说就是把无限自由度的问题转变成有限自由度求解问题, 并且利用数学方程的建立得到相应的解, 可以有效解决理论分析根本不能解决的比较复杂的工程问题。研究表明, 将离散的系统结构分为足够小的单元, 就可以求得精确的解。我们可以将有限分析的实际过程大体分为三个阶段, 分别是前处理、计算以及后处理。
2) 有限元的模型。建立有效的有限元模型是有限元分析的关键任务, 该模型的建立通常有三种途径: (1) 从实体的建模软件当中将几何模型直接引入, 经过修改模型和划分网络来得到。 (2) 直接建立网格和节点。 (3) 在相应的有限元软件的前处理器中对几何实体进行建模, 之后对网格进行划分建立有限元模型。
2.2 矿用救生舱的抗爆性能分析方案
2.2.1 救生舱舱体的载荷施加方案
根据舱体结构的实际数值给出四个方案。
1) 把正面的冲击压力均匀地施加在整个后门板上, 施加不同大小的冲击压力, 根据冲击力的大小反复进行数值的模拟计算以及强度安全性的分析, 进而获得舱体结构后门面可以承受的最大冲击力。
2) 把正面的冲击压力均匀地施加在整个左门板上, 施加不同大小的冲击压力, 根据冲击力的大小反复进行数值的模拟计算以及强度安全性的分析, 进而获得舱体结构左门面可以承受的最大冲击力。
3) 把正面的冲击压力均匀地施加在整个前门板上, 施加不同大小的冲击压力, 根据冲击力的大小反复进行数值的模拟计算以及强度安全性的分析, 进而获得舱体结构前门面可以承受的最大冲击力。
4) 把正面的冲击压力均匀地施加在整个右门板上, 施加不同大小的冲击压力, 根据冲击力的大小反复进行数值的模拟计算以及强度安全性的分析, 进而获得舱体结构右门面可以承受的最大冲击力。
2.2.2 救生舱舱体的形状设计
本文主要研究独头巷道发生瓦斯爆炸的传播过程, 在它的封闭端有着一定数量的空气和瓦斯的混合物, 在闭端的巷道端头点燃火源。在开始时, 火焰面呈现出球面, 在向外进行扩张时会向开口的方向进行传播, 剩下的那部分火焰会进行反射并且强度会逐渐增大, 还会传播到巷道的开口处。在火焰周边的气体在受热后会提升压力, 等到一定的距离之后就会形成一定强度的冲击波, 在传播的过程当中, 当碰到巷道壁时, 就产生反射。
在选择巷道条件时, 应该是半圆的拱型, 长度应该包括冲击波的传播段应该保证100 m, 后端的长度, 爆源段的长度以及救生舱的长度。同时, 巷道的断面的节点尺寸和轴向节点的尺寸都应该<200 mm, 出口端应该运用流出的边界, 其余的边界都运用刚性的固定边界。
3 结语
现阶段, 尽可能地预防矿山的相关事故, 最大程度减少人员的伤亡是一项难题。本文分析了矿用救生舱舱体结构设计以及防爆性能, 并进行了深入的研究, 有效减少了事故发生时人员的伤亡。
参考文献
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抗爆性能 篇2
对于煤粉仓的防爆安全性设计, 通常采用惰化保护与泄爆组合的防爆方案;若非惰化气氛下运行的煤粉仓, 应按表压抗压力冲击进行结构设计或直接进行抗爆设计。笔者分析了褐煤制粉系统的火灾危险性, 以VDI2263和NFPA 68规范为例, 分析了煤粉仓泄爆设计和抗爆设计的相关影响因素及决定条件, 对煤粉仓防爆设计和工程应用防火防爆有一定的指导价值。
1 煤粉燃爆危险性分析
反映煤粉燃爆特性的主要参数包括粉尘云最低着火温度 (MIT-C) 、粉尘层最低着火温度 (MIT-L) 、粉尘云最小点火能 (MIE) 、粉尘云爆炸下限浓度 (MEC) 、粉尘云最大爆炸压力 (MEP) Pmax、粉尘云爆炸压力上升速率 (MRPR) (dp/dt) max、粉尘云最大爆炸指数Kmax (MPa·m) /s、可燃性分类 (BZ) 和极限氧浓度 (LOC) 等。以褐煤为例, 其主要燃爆参数参考值如表1所示, 从可燃粉尘的爆炸指数分级KSt来看 (见表2) , 褐煤爆炸性非常强。
褐煤爆炸压力和压力上升速率与氧体积分数的大小有关, 随着氧体积分数的降低, 褐煤的最大爆炸压力变小, 氧体积分数低于12%时, 其最大爆炸压力下降到0.4MPa以下, 且爆炸质量浓度低于500g/m3;同时, 其最大爆炸压力上升速率也随之降低。
电力行业通常以煤尘中可燃性挥发分来确定爆炸指数VΓ (DL/T 5203) , 是判断煤尘有无爆炸性和爆炸性强弱的依据之一, 如式 (1) 所示。
式中:Vad为空气干燥基的挥发分百分数;C为空气干燥基的固定碳百分数;Mad为空气干燥基的水分百分数;Aad为空气百分数的灰分百分数。
一般情况下, VΓ>10% 有爆炸性;VΓ 为10% ~15%, 弱爆炸性;VΓ 为15% ~28%, 强爆炸性, 火焰短 (20~80mm) ;VΓ>28%, 强爆炸性, 火焰长 (100~400mm) 。
2 煤粉仓泄爆抗爆规范要求
2.1 泄爆设计要求
我国GB/T 15605-2008《粉尘爆炸泄压指南》第4.1条款规定了容器、筒仓与设备的爆炸泄压要求, 并给出了如下的泄压计算公式, 与VDI 3673-2002是一致的, 见式 (2) ~式 (6) 所示。
当Pred，max<0.15MPa时:
对于Pred，max≥0.15MPa时:
公式适用于:
(1) 容积0.1m3≤V≤10 000m3;
(2) 压力泄放装置的静态动作压力0.01 MPa≤Pstat≤0.1MPa;
(3) 泄爆后的最大爆炸压力Pred，max在0.01~0.2MPa, 且Pred, max≤Pstat;
(4) 最大爆炸压力:①对于粉尘爆炸参数特性值KSt为1~30 (MPa·m) /s时, 其最大爆炸压力Pmax为0.5~1MPa (St-1和St-2) ;②对于粉尘爆炸参数特性值KSt为30~80 (MPa·m) /s时, 其最大爆炸压力Pmax0.5~1.2MPa (St-3) ;
(5) 对L/DE限制是为了使最大泄放面积不大于容器或斗仓的横断面积;
(6) L/DE≤20。 (注:对L/DE<1的情况如何处理没有说明, 如果L/DE<1, 则公式中log (L/DE) <1为负值, 即泄放面积将小于L/DE=1的值。为稳妥起见, 当L/DE<1时, 以L/DE=1带入) ;
(7) 通常泄压效率EF=1;
(8) 若最大爆炸压力、粉末特性系数或静态动作压力小于所规定的条件时, 则可取上面所列参数的最小值使用以上公式。
对于煤粉仓, L/D一般都小于2, 采用低惯性泄压元件时, NPAF 68-2007第8.2.2给出计算公式, 与上述VDI 3673是一致的, 见式 (7) 所示。
式中:Av0为泄爆面积, m2;Pstat为泄爆设备静开启压力, bar;Kst为爆炸指数, (MPa·m) /s;V为粉仓体积, m3;Pmax为粉仓最大爆炸压力, MPa;Pred为泄爆压力, MPa。该式的使用条件如下:Pmax为0.5~1.2MPa, Kst为1~80 (MPa·m) /s, V为0.1~10 000m3, Pstat≤0.075MPa。
2.2 抗爆设计要求
依据EN 14460-2006、GB/T 24626-2009等规范, 考虑是否采取泄爆或抑爆措施, 设备抗爆设计分别有以下两种方案:一是不采取泄爆或抑爆措施时, 针对最大爆炸压力设计;二是采取充分的泄爆或抑爆措施时, 针对减压的爆炸压力的设计。
当因设备制造技术不能达到要求或因成本控制而难以按照最大爆炸压力设计时, 可通过泄爆或抑爆手段降低最大爆炸压力, 此时最大泄爆压力、所需要的泄压面积、泄压方式等应根据NFPA 68-2007、VDI 3673-2002、GB/T 15605-2008提供的经验公式进行计算, 并针对减少后的最大爆炸压力, 决定装置强度设计压力。
3 煤粉仓泄爆抗爆分析
从中国、前苏联、德国、美国等相关防爆设计规范来看, 在惰化条件下采取泄压抗爆设计或直接抗爆设计都是可行的;从防爆本质安全角度来看, 应优先采用惰化和抗爆设计。煤粉仓通常未按惰性气氛设计或不设置防爆门时按照最大爆炸压力设定其强度设计压力, 各国的煤粉仓强度设计要求如表3所示。
以850m3的煤粉仓为例。泄放装置的泄放系数EF取1, 煤粉仓长度直径比L/DE取1.124, 煤粉的最大爆炸压力Pmax取1.0 MPa, 最大爆炸指数Kst为15.1 (MPa· m) /s。若煤粉仓按泄压后40kPa内压进行抗爆设计, 防爆门在不同的静态动作压力下的泄压面积和泄压比, 如图1所示。可知, 在减压后最大爆炸压力一定的情况下, 防爆门的静态动作压力越低, 所需要的泄压面积越小, 基本呈线性分布。若煤粉仓防爆门采用25kPa的动作压力, 则需要26.59m2的泄压面积, 泄压比为0.031 3, 应根据需要选择合适的泄压比。
若煤粉仓防爆门的静态动作压力一定, 泄压后的最大爆炸压力 (抗爆设计压力) 与泄压面积的关系, 如图2所示。可知, 随着抗爆设计压力的提高, 所需要的泄压面积变小。相对而言, 抗爆设计压力较高时, 防爆门的静开启压力越低其泄压面积越小, 煤粉仓越安全, 但可能导致煤粉仓的防爆门频繁开启, 在工程应用上也是不利的。
煤粉仓泄压后的最大爆炸压力、防爆门的静开启压力和泄压面积三者的变化关系, 如图3所示。抗爆设计压力越低需要的泄压面积越大, 且随着防爆门静态动作压力的提高, 泄压面积也随之增大。从安全角度而言, 煤粉仓抗爆设计压力越高, 防爆门开启动作压力越低, 相对越安全, 但应根据工程实际情况和经济承受能力, 选择合适的抗爆设计压力和防爆门开启动作压力。
此外, 煤粉仓也可以不采取泄爆或抑爆措施, 此时按最大爆炸压力设计。德国、前苏联和美国规范等通常要求非惰化气氛运行条件下, 煤粉仓按最大爆炸压力设计, 不需要设置防爆门, 式 (2) ~式 (6) 也不适合此条件下的泄压面积计算。
4 结论和建议
(1) 依据现行的煤粉仓防爆设计规范, 在惰化条件下采取泄压抗爆设计或直接抗爆设计都是可行的, 基于煤粉仓工艺防爆本质安全化设计, 应优先采用惰化和抗爆设计。
(2) 煤粉仓采用泄压和抗爆组合防爆措施, 按减压后的最大爆炸压力设计是各国通常采用的设计方案之一。德国和美国相关防爆规范要求根据煤粉的爆炸特性、泄放装置动作压力等因素确定泄放装置面积和减压后的爆炸压力, 强调依据公式计算设定, 这与我国规范直接给出设计压力要求不同。
(3) 煤粉仓煤质的燃爆参数对其防爆安全设计至关重要, 尤其是对高挥发分、着火温度低的煤种。建议基于实际测定煤粉的燃爆参数开展煤粉仓防爆设计, 特别是最大爆炸压力、最大爆炸压力指数以及实际工况条件下的极限氧浓度等, 开展防爆风险评估, 优化设计参数。
(4) 煤粉仓惰化也是防爆设计的重要措施, 结合国内外煤粉仓惰化设计和实际运行情况来看, 煤粉仓氧含量控制在6%以下是非常安全的。
摘要：以褐煤为例分析了煤粉燃爆的特性参数, 阐述对比了煤粉仓泄压和抗爆设计的规范要求, 重点探讨了煤粉仓减压后最大爆炸压力、防爆门静开启压力和泄压面积的变化规律。基于煤粉仓工艺防爆本质安全化设计, 应优先采用惰化和抗爆设计。建议基于实际测定煤粉的燃爆参数开展煤粉仓防爆设计, 将煤粉仓氧含量控制在6%以下。
抗爆性能 篇3
1.1 结构的简单性。
结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。建筑抗震设计规范 (GB50oll一2001) 第3.5.2条作为强制性条文要求, “结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。”只有结构简单, 才能够对结构的计算模型、内力与位移分析, 限制薄弱部位的出现易于把握, 因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。
1.2 结构的规则性和均匀性建筑抗震设计规范 (GB500ll—2001) 第3.
4.2条要求, “建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称, 并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面布置宜规则, 结构的侧向刚度宜均匀变化, 竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小, 避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。”建筑平面比较规则, 不应采用严重不规则的平面布置, 对A级高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心;而对B级高度建筑则应简单、规则、减小偏心。平面布置均匀规则, 使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递, 并使质量分布与结构刚度分布协调, 限制质量与刚度之间的偏心。结构布置均匀、建筑平面规则, 有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌, 使地震作用能在各子结构之间重分布, 增加结构的赘余度数量, 发挥整个结构耗散地震能量的作用。沿建筑物竖向, 建筑造型和结构布置比较均匀, 避免刚度、承载力和传力途径的突变, 以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位。
1.3 结构的刚度和抗震能力水平地震作用
是双向的, 结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常, 可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力, 结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用效应又要注意控制结构变形的增大, 过大的变形会产生重力二阶效应, 导致结构破坏、失稳。结构应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力, 现有的抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量, 在抗震概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。
1.4 结构的整体性在高层建筑结构中, 楼
盖对于结构的整体性起到非常重要的作用, 楼盖相当于水平隔板, 它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构, 而且要求这些子结构能协同承受地震作用, 特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时, 整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和内力, 并与竖向子结构有效连接, 当结构空旷、平面狭长、平面凹凸不规则, 楼盖开大洞口时更应特别注意, 设计中不能错误认为, 在多遇地震作用计算中考虑了楼板平面内弹性变形影响后, 就可以削弱楼盖体系。
2 建筑结构抗爆设计原则
设计常规的地上民用建筑去抵抗爆炸空气冲击波荷载往往是比较困难的, 因为:a.对于民用建筑来说, 爆炸荷载的发生具有不确定性, 不知该建筑物是否将受到汽车炸弹的袭击;b即使该建筑物受到汽车炸弹的袭击, 由于汽车炸弹的量级、距离建筑物的方位都具有不确定性, 因此, 作用在建筑物上的爆炸空气冲击波荷载具有不确定性;c.由于爆炸空气冲击波荷载比风、地震等荷载大得多, 所以假若使得每个结构构件在爆炸空气冲击波荷载作用下都不发生破坏, 将造成材料用量巨大, 往往很不经济。因此应该从概念性设计方面来进行建筑物的抗爆设计, 主要有:a.在结构体系方面, 采用有利的结构体系, 采用延性好的结构, 整个结构要有多余的抗力能力, 有较好的防连续性倒塌能力, 砌体结构要采用配筋砌体结构, 即使建筑物局部或部分遭到爆炸荷载破坏, 但是其他部分仍能维持, 保证人员有足够的安全疏散时间。爆炸空气冲击波荷载作用能引起结构构件的应力反向, 因此结构构件 (梁、板、柱以及节点, 基础等) 要考虑两向外力作用, 对钢筋混凝土构件要考虑对称配筋;b.对于门窗玻璃等非结构构件要采用抗爆玻璃 (分层玻璃、加有塑性薄膜的玻璃等) 以及抗震性能好的门窗框架都可以减少爆炸造成的玻璃碎片;c.建筑方面要做好防火、防烟、人员疏散等措施, 钢构件防火层要能很好抵抗爆炸冲击波的作用而不破坏, 逃生出口、逃生路径不要因爆炸冲击波作用而破坏。另外, 由于冲击波荷载随距离很快衰减, 所以做好建筑物的外围保护, 监控、检查建筑物周围的车辆等, 使得汽车炸弹尽量远离建筑物。
在总结以往爆炸灾害经验和进行大量研究分析的基础上, 美国土木工程协会于1996年颁布了民用建筑抗爆设计方法, 主要分为下面几个步骤:a.首先要确定所设计的建筑物遭受恐怖袭击的可能性 (概率) ;b.然后确定建筑物遭受到的汽车炸弹的量级和所遭受到的空气冲击波荷载特性;c.确定合适的结构形式用来抵抗爆炸空气冲击波荷载, 主要采用防止连续性倒塌能力较强的结构形式 (延性较好和有多余赘余度的结构形式) , 特殊框架结构、框架一剪力墙混合结构和具有较多墙体的公寓式结构都是较好的抗爆结构形式;d.对单个构件在空气爆炸冲击波荷载作用下进行受力分析, 可以采用等效单自由度体系进行弹塑性分析;e.为了防止门窗玻璃碎片对人体的伤害, 要进行门窗玻璃的抗爆分析, 采用防爆玻璃;f.对防爆门和建筑物开洞 (设备管道井开洞) 等也要进行抗爆分析。对于易于遭受汽车炸弹袭击的现有建筑必须进行抗爆加固, 抗爆加固的基本原理与抗震加固相似, 许多用于抗震加固的方法都可用于抗爆加固, 主要有:a.对于跨度较大的空间结构可以增加柱、墙、支撑等构件, 使得结构有较多的传力路径;b.对于较弱的结构构件可以采用增大截面的方法, 例如用钢筋混凝土套或钢套加固柱, 粘贴钢板或纤维加固梁、板、柱等;c.对于没有配置钢筋的砌体结构要采用粘贴纤维等方法加固;d.对于钢结构连接节点采用螺栓连接代替焊接;e.门窗玻璃等也要进行抗爆加固。
3 总结
基于性能的抗震设计理论是以结构抗震性能分析为基础, 考虑多种因素确定建筑物的性能目标, 提出不同的抗震设防水准, 使设计的建筑物在未来不同的抗震等级地震作用下达到预期的抗震性能目标, 克服了基于承载力抗震设计不能预估结构屈服后抗震性能的缺陷。目前, 各国都投人大量人力物力以促进该理论的发展, 抗震规范中逐渐体现出性能设计, 说明它是未来抗震设计发展的方向。21世纪的抗震理论必是基于性能的抗震设计理论, 合符社会发展的需要。
参考文献
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抗爆性能 篇4
关键词：抗爆控制室,新风,防排烟,设计
随着中国对能源的需求不断增加, 石油化工行业随之快速发展, 工厂规模越来越大。中心控制室作为企业的“控制中枢”, 其规模也越来越大, 最大可达8 000m2。建筑物内的工作人员人数多达几百人, 如何确保工作人员的生命安全和身体健康, 同时确保工程控制系统良好运行, 是中心控制室设计人员的重要责任。为了确保建筑物在工厂发生爆炸时不遭到破环, 大多数中心控制室采用抗爆结构。由于抗爆结构建筑物设置外窗, 设在建筑围护结构上的通风口还要有抗爆功能, 因此抗爆中心控制室的通风空调系统设计与非抗爆建筑物相比有很多特殊之处。本文只探讨抗爆中心控制室的新风系统和排烟系统设计, 其他方面不做论述。
1 新风系统
(1) 新风量的确定。GB 50779-2012《石油化工控制室抗爆设计规范》第6.4.1条的规定, 应取下列两项中的最大值:按工作人员计算每人50 m3/h;或总送风量的10%。抗爆控制室无外窗, 空气无法通过外窗缝隙对流, 全靠机械通风保证新鲜空气量, 所以按人均计算的新风量50 m3/h而不是常规建筑物的30 m3/h。新风比取10%, 也是为了保证同一空调中人员较多房间的新风量需求。
(2) 新风的化学过滤。由于抗爆控制室均位于厂区, 周围环空气质量较差, 除了对房间的洁净度有要求之外, 对石油化工厂常见的有害气体浓度也有要求。GB 50779-2012《石油化工控制室抗爆设计规范》第6.2.2条规定, 房间的含尘浓度应小于0.2mg/m3。重要房间的H2S的浓度应小于015 mg/m3;SO2的浓度应小于0.15 mg/m3。对于灰尘, 使用一般的空气过滤器即可满足要求, 但对于有害气体, 使用一般空气过滤器无法去除, 必须使用化学过滤器。由于中心控制室内并不产生化学有害气体, H2S、SO2等有害气体均来自室外, 也就是新风, 因此, 新风机组应设置化学过滤器。化学过滤器的滤料分为活性炭和氧化铝, 均为颗粒状。其工作原理是在多孔的滤料基材内中注入以高锰酸钾为主的碱性化学药剂, 酸性等有害气体和碱性化学药剂产生化学反应后转变成固体从而被去除。
(3) 新风机组过滤器的设置。新风进口可设置初效过滤器, 新风与回风混合后设置中效过滤器, 化学过滤器之后再设置一个中效过滤器, 确保空调房间的洁净度。新风机组建议按图1组合功能段。
(4) 新风的热湿处理。①除湿:由于抗爆中心控制室内几乎没有余湿, 对于一次回风恒温恒湿空调系统, 当新风量较大时, 为了避免或减少二次加热量, 最好在新风机组设置冷却除湿, 然后再与回风混合, 有利于节能。当新风量较小时, 新风可以不进行冷却除湿直接与新风混合。②加热:严寒地区和寒冷地区的新风机组内应设置加热器, 加热热媒可使用蒸汽, 也可使用电加热。对于其他地区, 新风可与回风直接混合。③加湿:新风机组内一般不设加湿器, 加湿器可设在空调机内。
(5) 室外新风进口。当中心控制室距离生产装置较近时, 环境空气质量较差, 最好设置进气筒在高空取气。当中心控制室设在厂前区时, 新风进口也可在外墙上。
根据GB 50779-2012《石油化工控制室抗爆设计规范》的规定, 新风通过外墙或屋顶时均应加装与建筑围护结构同等抗爆等级的抗爆阀。抗爆阀应确保在建筑物外发生爆炸时自动关闭, 当外部空气压力恢复正常时自动复位。新风引入口应设置相应的可燃、有毒气体探测报警器。探测器可设在新风取气口内或新风口附近。
(6) 新风系统的控制。在新风进口处应设置电动密闭阀, 当可燃、有毒气体探测器报警时发出电信号, 联锁关闭电动密闭阀和新风机组。新风机组应与建筑物火灾自动报警系统联锁, 当发生火灾时, 自动停止新风机组的运转。在进行工程设计过程中, 有关有毒、可燃气体探测报警、电动密闭阀、新风机组等, 参与的设计专业包括自控、电气、电信、暖通等, 虽然内容不多, 但专业接口太多, 容易出现问题。建议将新风机组、电动密闭阀、有毒和可燃气体探测报警等作为成套设备, 供货商负责设备供应、控制系统的设计、安装和调试。上述控制系统预留与中心控制室DCS系统的通讯借口即可, 这样可减少工作交叉环节, 确保工程质量。
(7) 新风机组的备用。由于抗爆中心控制室没有外窗, 全靠新风系统保证工作人员必须的新风供给, 加上新风机组需要全天候运行, 因此新风机组有必要设置备用。
(8) 新风系统的设置。当办公性质房间采用多联空调或风机盘管加独立新风系统时, 由于房间无法通过外窗向外渗透排风, 房间宜设置排风措施, 或在房门设置百叶窗。优先将新风口设在远离房门一侧, 避免房间新风分布不均。
当机柜间、操作室、工程师室等采用一次回风恒温恒湿空调系统时, 新风与混风混合, 经空调机热湿处理后送入空调房间。由于空调系统服务的房间有多个, 只要其中一个房间具有排风出路, 即可确保不致由于房间正压过大而使新风量减少。当所有房间都没有排风出路时, 可在走廊、盥洗间等设置送风口。
2 防排烟系统
2.1 防排烟系统的设置位置
《建筑设计防火规范》GB50016-2014 (下面简称《建规》) 第8.5.1条规定长度大于40 m的疏散走道应设置排烟设施。
《建规》第8.5.4条的规定, 对于地上无窗房间, 当建筑面积大于200 m2或一个房间建筑面积大于50㎡且经常有人停留或可燃物较多时, 应设机械排烟。抗爆中心控制室属于地上无窗建筑物, 且建筑面积均大于200 m2, 因此所有抗爆中心控制室均需要设置机械防排烟设施。对于建筑面积大于50 m2的经常有人工作的房间应设置机械排烟。对于建筑面积小于50 m2的, 以及虽然建筑面积大于50 m2但可燃物较少且无人值守的房间如机柜间等, 可不设置机械排烟。
当抗爆中心控制室为二层时, 由于楼梯间不能自然通风, 根据《建规》第6.4.1条的规定, 楼梯间应设置加压送风。
2.2 防排烟系统设计遵循的规范
由于新版《建规》只规定了需要设置防排烟的场所, 防排烟系统的具体设计要求需要遵照《建筑防排烟系统设计规范》, 该规范目前还没有发布, 抗爆中心控制室的防排烟系统的设计还要遵循旧版《建规》, 待《建筑防排烟系统设计规范》发布后, 需要按该规范进行设计。
2.3 防排烟系统设计需要需注意的问题
(1) 设在抗爆外墙或屋顶的排烟出风口设置抗爆阀, 排烟风机出口应设置止回阀。
(2) 走廊排烟和房间排烟系统分开设置。
(3) 每个房间定义为一个防烟分区。房间的排烟口选择常闭型排烟口, 烟感报警时自动开启。
(4) 排烟风机出口与新风机组进风口应保证足够的距离。
(5) 走廊的排烟风机建议选用双速风机。平时低速运行, 作为排风机使用。
3 结束语