环境试验车间工程设计要点分析

刘虎平 王跃勇 李 秀 高朋杰

(中核第四研究设计工程有限公司，河北 石家庄 050021)

1 概述

随着科学技术经济贸易的发展和自然资源海洋宇宙的开发利用，各种产品在贮存、运输和使用过程中遇到的环境越来越复杂和严酷[1]。用户和生产者都关心产品在各种环境中的性能、可靠性和安全性，以保证产品能满意地工作，这就必须进行环境试验。由于设备种类、规格尺寸、用途等方面变化很大，因此，主要有两种环境试验模式：一是根据生产单位产品种类和需求量身定制环境试验车间，优点是便捷，缺点是一次性投资成本较大；二是将产品送至专门提供环境试验服务的单位进行试验，优点是环境试验项目全，投资费用少，缺点是环境试验单位较少，运输不便，周期长等。

环境试验车间通常根据产品需求(或市场需求)并考虑预留发展空间，按照某一规模量身定制。试验项目通常有高温、低温、温度冲击、浸渍、温度循环、温湿度、振动、盐雾腐蚀、淋浴、太阳辐射、光老化、电磁兼容性等。由于产品用途不同，环境要求和试验项目也不尽相同，不同试验项目所需设备和配套设施也差异较大。因此环境试验车间工程设计是一项涉及多专业的系统工程。本文结合多年工程设计经验，以某环境试验车间工程设计为例，对该类工程设计的要点进行研究和总结。

2 环境试验车间工程设计

2.1 工程概况

本环境试验车间主要用于核设施实物保护系统设备的环境试验，以及相关的教学培训。按照功能分为环境试验区(包括控制观察区)、培训教室和辅助功能区。环境试验区主要包括：综合试验大厅、沙尘试验室、盐雾试验室、振动试验室、老化试验室和半电波暗室；辅助功能区包括人员盥洗淋浴设施(卫生间、淋浴)、设备间(去离子水系统、空压机、配电间)和走廊。根据试验特点和要求，既要保证外环境对试验可信性的影响足够小，也要考虑试验(盐雾、粉尘、水汽、电磁等)对设备、工作人员和周围环境的影响。总之，环境试验车间设计影响因素多，设计面较广，是一项复杂的系统工程。

2.2 工艺布局设计

车间按功能分为环境试验区、培训教室和辅助功能区。环境试验区各项功能设备集中布置，紧邻车间物流出入口，便于设备安装、运输和测试。振动试验系统、盐雾试验设备和沙尘试验设备设于单独房间内，减少振动、盐雾、沙尘等职业病危害因素的影响。设备间、配电间位于车间一端，人员盥洗淋浴设施位于车间另一端，减少与环境试验区的相互影响。车间设置了参观走廊，方便参观，减少了对试验操作的影响。

2.3 系统/设备设计和选型

首先，环境试验设备的选择要满足以下几条基本原则：1)环境条件的再现性；2)环境条件的可重复性；3)环境条件参数的可测控性；4)环境条件的排他性；5)环境设备的安全可靠性。这就对设备的材质、控制系统的精准性等提出了要求。通常情况下，设备主体通常选用不锈钢材质，窥视部分选择耐热/耐腐蚀/耐冲击钢化玻璃。

其次，设备选型还要考虑被试产品(元器件、组件、部件或整机)的外形尺寸，以保证被试产品周围的气氛能满足试验规范要求的环境试验条件。如温湿度试验箱，其工作腔容积通常至少是被试产品外轮廓的3倍～5倍。

最后，也是最重要一点，就是性价比。除有特殊需求，设备以满足用户需要的程度和能力即可，不要盲目增大试验条件冗余度，避免过度投资。操控便捷性、运行成本和售后服务也应综合考虑。

半电波暗室通常由专业厂家负责二次设计，在选择厂家时，需综合考虑暗室屏蔽性能、耐用性、可靠性、易维护性等多方面因素。屏蔽门类型，屏蔽板类型和连接方式，屏蔽室屏蔽性能，吸波材料，电源线和信号线滤波器，信导板和波导通风窗等是重点关注对象[2]。

本工程基本参考上述原则，对相关设备和系统进行了选型和采购。

2.4 土建设计

盐雾试验、沙尘试验存在盐雾挥发、外逸可能，装修装饰既要耐磨，又要满足耐酸碱腐蚀要求，隔墙和吊顶采用轻钢龙骨，双层9 mm厚纸面石膏板；地面采用自流平地基，表面使用2 mm后无溶剂型环氧自流平涂层；塑钢门窗。

防水试验过程中会产生喷溅和水雾，装修装饰要考虑既便于观察又防水防潮，四周墙体和顶板采用轻钢龙骨，敷设10 mm钢化玻璃；地面采用防滑防渗地面，设聚氨酯防水层，防滑地砖，素水泥将擦缝。

振动试验会产生较大的振动和噪声，需采取相应的防振措施和消声隔声措施。本工程隔振基础采用C30钢筋混凝土基础，顶部与地面平齐，埋深1.2 m。基础下分层铺设粗、中、细碎石作为隔振底层。基础顶部预留固定螺栓孔，在设备就位后使用C35混凝土二次浇筑。基础与周边地面之间设隔振挤塑板(XPS)。基础做法示意图见图1。

为保证半电波暗室及相关屏蔽结构的长期稳定性，地面平整度应达到每3延米不超过±3 mm，且误差不累积；地面承重不小于1 t/m2，表面以下100 mm内不应有金属。

2.5 接地系统设计

接地是保障人身安全和EMC测试设备可靠工作的重要措施。接地一般有两个作用，一是安全保护接地，包括防电击、防雷击、防静电等；二是工作接地，包括仪器的直流接地、功率接地、屏蔽接地、低压配电系统电源接地等。工程设计中将实验室建筑物接地(防雷击、屏蔽)、低压配电系统接地设计为一个系统，采用联合接地方式，共用接地装置，利用建筑物构造柱内钢筋做防雷引下线，并与一般接地系统的接地极可靠连接，接地电阻不大于1.0 Ω。为保证半电波暗室设备地线的安全和干净，采用独立接地方式，接地电阻不大于1.0 Ω。

独立接地做法见图2。

2.6 纯水系统设计

实验室用纯水按水质不同分为三级：Ⅰ级水为超纯水，Ⅱ级水为分析级，Ⅲ级水为一般纯水。Ⅰ级水和Ⅱ级水多用于精密分析仪器用水(如：HPLC,ICP-MS等)，化学试剂、生化试剂、分析试剂及药品的配制与稀释，玻璃器皿的最后一次润洗等，Ⅲ级水多用于玻璃器皿的日常清洗。

盐雾试验配制盐雾要用到纯水，风吹沙试验、温湿度试验冷却水箱需要使用纯水，Ⅲ级水即可满足使用要求。综合考虑整个工程的用水情况，采用一级反渗透+EDI系统制备纯水，出水水质电阻率大于1 MΩ·cm，总有机碳含量(TOC)小于50 ppb，产水量1 t/h，采用串联循环供水方式送至用水点。纯水管道采用聚偏氟乙烯管(PVDF)，热红外焊接。

2.7 压空系统设计

盐雾试验需要压缩空气作为动力，通过喷雾装置将盐溶液雾化并充满整个测试空间。振动试验也需要压缩空气作为动力驱动空气气囊，调整平台高度。本工程配置了一套1.7 m3/min压空系统，额定排气压力为P=0.7 MPa，采用无油螺杆是空压机→缓冲储气罐→空气过滤器→冷冻干燥机→高效除油器→经过滤器后送达用气点。该系统能够满足盐雾试验和振动试验对压缩空气质量和速率的要求[3]。

3 结语

环境试验车间的设计是一项复杂的系统工程，涉及专业广、技术难度大，本文结合工程实例，从工艺布局、设备选型、建筑装修、通风、接地、给水等方面对环境试验车间的工程设计进行研究和总结，供参考。高标准高质量的环境试验车间，既需要按照合理规划、超前部署、适当预留的原则进行优化设计，同时还需要高标准建造、专业施工，严格管理、精心维护，才能保证其长期安全可靠地运行。

参考文献:

[1] 周 捷.环境试验顺序的选择[J].环境技术，2011(8):12-14.

[2] 符荣梅.3米法半电波暗室(EMC检测实验室)的建设及EMI测试技术实践[J].计算机工程与技术，2001(4):118-120.

[3] GB/T 13277.1—2008,压缩空气 第1部分：污染物净化等级[S].