石油化工中心化验室变风量通风系统设计

杨辉，史永果

1.洛阳瑞泽石化工程有限公司，河南洛阳471003

2.中国石油天然气第一建设公司，河南洛阳471000

石油化工中心化验室变风量通风系统设计

杨辉1，史永果2

1.洛阳瑞泽石化工程有限公司，河南洛阳471003

2.中国石油天然气第一建设公司，河南洛阳471000

文章论述了石油化工中心化验室变风量通风系统的设计。首先通过与传统定风量系统的对比，介绍了变风量系统的特点以及系统的设计方法和控制方式，而后较为详细地介绍了变风量系统的控制设备，最后根据工程实际经验，阐述了变风量系统的设计内容和设计中应注意的主要问题。

中心化验室；变风量系统；通风柜；风量控制阀；排风机

0 引言

石油化工中心化验室（以下简称化验室）主要承担石油化工厂各生产装置的原料及辅助材料规格分析、生产装置中间产品质量控制分析和产品质量分析、公用工程的介质指标分析、对出厂产品的质量进行监督检查以及其他辅助任务的全厂性化验任务。化验室通常设有各种分析室、色谱室、物性检验室、试剂库、样品间、天平室、高温室及辅助用房等，其中大部分房间均设有通风柜或排风罩。因此一个好的通风系统对于化验室来说至关重要。

化验室通风系统分为定风量系统和变风量系统。过去由于技术、设施、场地等诸多限制，多数设计都是采用定风量系统。

但随着社会发展，经济生活水平的日益提高，企业对工作环境的要求也逐渐提升，定风量系统就慢慢显现出自身的不足。首先，排风机的数量过多。一个化验室大概配置150～200台通风柜，按设计规定每台排风机连接的通风柜不宜多于4台，大概需设置30～50台排风机，这么多排风机设置在一起必然需要很大的机房面积，而且会出现管理和维护不便问题；当排风机开启数量过多时，其产生的噪声较大。第二，定风量系统排风机的风量不变，当一个系统内的通风柜开启数量不同时，通风柜的面风速就发生较大变化，可能会造成通风柜面风速有时不够，有时又过大，这对化验室内的气流环境会造成很大影响。第三，系统开启后，排风机始终运转，即使只使用一台通风柜，排风机也是按额定功率运转，能源浪费严重，不可取。

因此，越来越多的化验室开始采用变风量通风系统，它克服了定风量系统的许多不足，大大改善了化验室内空气质量，让使用者可以在更加舒适的环境中工作。

1 变风量通风系统

通常化验室内的通风设备包括：通风柜（落地）、万向排风罩、原子吸收罩、气瓶柜、试剂柜等。通风柜作为化验室内最重要的一级防护设备，通常要求维持通风柜面风速恒定为0.5 m/s，过高或者过低的面风速，均会发生污染气体泄漏的危险。对于万向排风罩、原子吸收罩、气瓶柜、试剂柜等局部排风设施，应能够持续高效地控制，安全迅速地将气体排出。变风量通风系统就是为了能够达到这些设计要求，并保证整个化验室内的空气质量，做到化验区域相对于区域之外为负压，以免对周围的办公休息区造成污染。在充分满足室内环境安全的前提下，大幅降低系统运行能耗，包括空调及排风机的能耗。与定风量系统相比，变风量系统加大了单台排风机携带的通风柜或其他通风设备的数量，为实现风量、压力控制，除配备常规设备外，还需要增加一些通风及控制设备，如变风量风阀、定风量风阀、压差变送器、风速控制器等。中心化验室变风量通风系统的控制原理如图1所示。

图1 化验室通风控制原理示意

1.1 通风柜的控制

化验室内每台通风柜的排风支管上安装与压力无关的变风量风阀，通过通风柜调节门旁边的风速控制器控制风阀来调节通风柜的排风量，使通风柜在有人操作时的面风速维持在0.5 m/s左右，当无人操作时能够降低到0.3 m/s（用于特殊控制需要，一般化验室较少设置此功能）；在通风柜关闭时，保证通风柜的最小排风量。

1.2 万向排风罩等固定通风设施的控制

化验室内万向排风罩、吸气罩、试剂柜等的排风汇总管上安装与压力无关的定风量风阀，保证在通风柜风量发生变化时，这些排风设施的排风量保持不变。一般万向排风罩的排风量按150 m3/h计算，试剂柜的通风柜按75 m3/h计算，吸气罩则根据罩口尺寸和罩口吸口风速具体计算，化验室内操作的对象大部分为有毒或有危险的有害物，罩口风速按规定不小于0.5 m/s。

1.3 室内换气次数的控制

为保证化验室内排风效果和维持室内温湿度要求，SH/T 3103-2009《石油化工中心化验室设计规范》规定，对于产生有毒有害气体的分析房间换气次数不应小于7次/h。若化验室内通风柜和万向排风罩等其他通风设施最小排风量不能满足化验室的最小换气次数时，需在化验室内增加室内排风口，并在此排风口的排风支管上安装与压力无关的变风量阀门，用于保证化验室的最低换气次数要求。

1.4 室内压力检测控制

为避免化验室气流渗出实验室，造成交叉污染，应控制化验室内气压使其相对于走廊和办公休息区域为负压。在化验室内设计送风管，并在送风管上安装与压力无关的变风量风阀，送风管上的变风量风阀与排风管上的变风量风阀联锁控制，使得化验室内的送风量与排风量的差值保持恒定，保持化验室负压，空气从走廊流入化验室，避免有害物的散出。同时，在确保安全的前提下，使通风柜能以最小的排风和补风风量操作，节省能源。

2 送风、排风系统设计

化验室通风系统如图2所示。

2.1 风管系统设计

现在化验室建筑面积越来越大，房间越来越多，合理的送排风系统设计就尤为重要。在定风量系统设计时，每台风机连接4台左右的通风柜或气体通风设施，这在变风量系统设计时已经不太适用，会造成资金和能源的浪费。变风量系统根据建筑物的类型一般可以按横向或竖向分区，横向分区即按每层来设计一个或几个送、排风系统，每层的排风机和新风机集中布置，排风机和新风机均设置在各自独立的风机房内；竖向分区是把一个或几个建筑跨度内的各个楼层的房间划分成一个排风系统，通过汇总立管引至屋面，所有的排风机在屋顶或顶层机房内统一布置，但是送风系统仍按横向划分。

图2 中心化验室通风系统

横向分区的优点是没有竖向立管，减少了风管穿越楼板和屋面的次数，但由于变风量系统风量大，计算出的风管管径也会相应较大，横向分区系统难免会出现排风管和送风管交叉现象，这样就要求建筑物的层高很高，以满足房间上部区域风管的布置需要，一般采用变风量通风设计的化验室最低建筑层高取4.8 m；另一方面，有些化验室屋顶在建筑设计时设计为坡屋顶，这样就无法在屋顶设置风机，只能按照横向来分区设计。竖向分区避免了排风管和送风管在室内交叉的情况，但是现在的化验室建筑面积普遍较大，在进行防火设计时，通常会把每一层设计为一个防火分区或几个防火分区，这样在每层的排风支管上就必须要增加防火阀，以满足建筑防火规范的要求；此外排风立管还会占用化验室内的空间，在有些实验设备较多面积紧张的化验室内，可能会造成拥挤的感觉。图2所示就是竖向分区实例。

在设计中，不管是横向分区还是竖向分区，都必须按照设计规范来进行划分：

（1）同一类型的房间宜划分在同一系统。

（2）排出气体性质相同的房间或通风设备应设计成一个系统。

（3）对于有极度、高度危害物质或极难闻气体物质必须单独设计成一个系统，不应和其他通风系统合用。

2.2 系统控制设计

要真正实现化验室理想的气流组织，排风量、送风量以及房间的压差控制尤为关键。在定风量系统和有些传统的变风量系统的设计中，一般在通风柜连接的管道上设置蝶阀，依靠手动或自动开大或减少风阀来调节系统风量，这样不仅会造成风量的浪费，更重要的是还会导致通风柜面风速不稳定，这对化验室的安全非常不利。有些传统的变风量系统即使是已经采用风速控制系统，也只是在通风柜面风速改变之后才会进行调节，控制缓慢且频繁。所以，不管是采用定风量系统还是变风量系统，室内的压差都不稳定，气流组织难达到理想效果。因此，在变风量系统设计时就需要采用合理的风量控制阀和室内压差控制系统来解决系统管网风量变化和室内压差变化这一类问题。

风量控制阀包括变风量控制阀和定风量控制阀，它们的特点是：

（1）压力无关性。在通风柜运行过程中对通风柜面风速影响最大的因素就是通风系统管网压力，由于其他通风柜或通风设备的开闭，或管网其他方面变化会导致通风柜管路压力发生变化，而且这种变化是会经常发生的。风量控制阀能根据管网压力变化自动调整，这个过程是伴随管网压力变化同时发生的，实现了快速稳定的风量控制。

（2）反应速度快。系统的响应时间短，达到要求的风量值所用时间一般在1 s以内，在通风柜调节门到位后的1 s以内即可达到指令值，同时化验室送风和总的排风控制系统也快速响应以维持正确的房间压力。

（3）风量控制精度高。风量控制精度在±5%以内，在通风柜调节门变化时，通风柜的面风速可保持在（0.5±0.1）m/s。

（4）风量可调节比高。最大风量和最小风量比例为20∶1，高的调节比使系统可利用的参差系数大，适用于通风柜数量多的大通风系统。当化验室房间较多，通风柜数量也相应较多时，风量控制阀的调节比高，就可以降低通风柜最低运行风量，有效降低通风柜的运行能耗。大的排风系统还可减少风机的数量，减少风管的数量，减少风管占用建筑物内的空间。

控制系统其他的部件包括风速传感器、管道压力传感器、房间压差变送器、中央控制器等，加上风量控制阀，它们一同构成了整个变风量系统的控制神经。具体控制系统的安装方式为：每台通风柜排风支管上安装1台变风量控制阀，它会依据通风柜上的监视器反馈数据来调节门开启的大小和运行状态，以此来控制通风柜的排风量；风速传感器会一直检测通风柜的面风速，以使其保持在0.5 m/s左右。在化验室其他通风设备（万向排风罩、原子吸气罩、气瓶柜、试剂柜等）的排风汇总管上安装1台定风量风阀，保证这些通风设备在系统运行中保持排风量始终不变。在新风送风支管上安装1台变风量风阀，并且与排风管上的变风量风阀联锁，根据室内的排风量控制化验室的送风量，以保持室内压力恒定。化验室内安装房间压差变送器，与系统联锁，检查室内压力，同样用于保证室内的压力恒定。最后所有的控制信号均传送给中央控制器，当发现风量变化时，中央控制器会给机房内的排风机或新风机发出信号，调整其排风机的排风量或新风机的送风量。

3 其他方面

由于化验室的特殊性，在设计时还应注意以下几个方面：

（1）对于会排出含有浓度较高的爆炸危险性物质的通风柜，应采用防爆风机。化验室中一般需要设置防爆风机的房间有：样品分析室、液化气分析室、试剂储存室、焦炭硫磺分析室、样品留样间、辛烷值机室、药品库等。

（2）当排出的气体含有极度、高度危害物质或者极难闻气体物质且浓度超过规定允许排放标准时，应采取净化处理措施，排放口高度应符合国家相关规定。化验室排放的废气主要有无机酸废气和有机废气，由于化验室场地有限，不方便采用大型净化装置，而且化验室的废气量相对较小，通常都是稀释后直接排放，若必须使用净化装置时，也只使用小型的废气净化装置。处理无机酸废气时可采用酸气吸附剂，处理有机废气时可采用活性炭吸附剂。

（3）化验室一般都必须采用防腐蚀的通风设备，风管应采用无机玻璃钢管或其他塑料等防腐蚀管；风量控制阀、万向排风罩等也必须有相应的防腐蚀措施。

（4）现在的变风量系统均设计为全新风系统，排风机和新风机均采用变频控制，在满足化验室内通风量的前提下，尽可能地减少系统送风量，从而节约化验室空调能耗。另一方面，在一些南方潮湿地区还需要控制好新风机的机械露点，防止出现化验室内湿度过大的现象。

Design ofPetrochemicalCentralL aboratoryVAVVentilation System

Yang Hui1，ShiYongguo2
1.Luoyang Ruize PetrochemicalEngineering Co.，Ltd.，Luoyang 471003，China
2.PetroChina First Construction Co.，Luoyang 471000，China

The design of petrochemical central laboratory VAV ventilation system is discussed.Firstly，the features，design methods and control modes of the VAV system are compared with conventional constant air volume systems.Then the control equipment of the VAV system is introduced in detail.Finally，based on actual experience in engineering，the design content of the VAVsystem and main problems should be paid attention to are described.

centrallaboratory；VAVsystem；fume hood；air volume controlvalve；exhaust fan

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.02.012

杨辉（1980-），男，河南洛阳人，工程师，2005年毕业于中原工学院建筑环境与设备工程专业，现从事暖通空调设计工作。

2014-07-03；

2015-01-28