联合装置中心控制室的布局探讨

2019-02-14曹光

石油化工自动化 2019年3期

曹光

(中石化宁波工程有限公司，浙江宁波315103)

随着工艺技术的发展，石油化工企业逐步趋向于装置多样化、规模大型化、生产高度自动化。中心控制室作为全厂生产装置的生产过程控制的中枢，随着工厂对管控一体化的要求越来越高，从而使中心控制室的规模越来越大。

本文以某项目大型中心控制室为例，详细解析了功能分区和设备用房布置的原则，提出以人为本，为员工创造健康、舒适、安全、高效工作环境的设计理念，为类似项目中心控制室设计提供借鉴。中心控制室作为工艺过程控制、保证生产安全的中枢装置，除应满足控制系统所需的操作室、机柜间外，还需设置全厂生产调度中心、全厂电力调度中心以及为控制系统服务的设备用房和生活用房。按照规模、占地、功能进行划分，该项目中心控制室属于大型抗爆结构。

1 中心控制室设计应考虑的因素

1.1 总平面布置

该项目中心控制室位于生产管理服务区，邻近厂区主要道路及厂区主大门，北侧为中心化验室，东侧为生产管理综合楼，南侧为易燃易爆装置区，故主入口设置在北面；次入口设置在东侧；而面向装置的南侧出入口、东侧室外疏散楼梯面向装置侧均设置了抗爆挡墙，以保护事故状态下人员疏散的安全；人员出入口均设置了抗爆前室，抗爆前室内外门具备不同时开启的联锁功能，且该功能与消防信号互相联锁；抗爆外门设有门镜，用以观察室外情况。

为了使中心控制室能安全、可靠、有效地发挥作用，并保证人员的安全，其总平面布置应根据厂区总体规划、中心控制室功能分区和进线方向进行总体布局设计。

1)中心控制室与其他建构筑物或装置的防火间距应满足GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》的相关规定。

2)抗爆中心控制室应独立设置，不得与非抗爆建筑物合并建造；应至少在2个方向设置人员的安全出口，且不得直接面向甲、乙类工艺装置。

3)中心控制室应位于各类爆炸危险场所之外，爆炸危险场所包括气体爆炸危险场所和粉尘爆炸危险场所。

4)由于中心控制室内控制系统属于电子系统，对环境的要求较高，持续的振动或电磁波容易干扰控制系统的正常运行。因此应远离上述干扰源。

5)中心控制室内的控制系统负责控制全厂各工艺生产装置的安全运行，因此中心控制室宜布置在行政管理区，并且位置相对独立。

1.2 结构形式

按照中心控制室的设置及功能要求，并根据爆炸风险评估确定中心控制室是否需要抗爆设计，采用抗爆设计时应严格按GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆设计规范》执行。根据中心控制室相邻爆炸危险装置在设计的生命周期内可能发生爆炸的概率、类型及可能产生的破坏特征进行安全评估和风险分析。该项目中心控制室与MTO装置红线距离为168.45 mm，通过模拟计算，当MTO装置发生爆炸时，距离中心控制室的爆炸冲击波入射超压为20 kPa，正压持续时间21 ms。经安全评估确定，该项目中心控制室采用钢筋混凝土框架-抗爆墙结构，结构设计采用GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆设计规范》标准值冲击波峰值入射超压21 kPa，正压作用时间100 ms计算，屋面采用大型的焊接H型钢梁及压型钢板组合屋面，实现了大跨度的抗爆结构设计。经核算，完全满足了对应冲击波作用下的承载力和变形要求。

1.3 功能分区及布置

1.3.1功能分区

该项目中心控制室的功能分区包括：

1)中心控制室一层平面按功能划分为操作室、设备用房区和辅助用房区。操作室位于建筑中央，一、二层通高设置；设备用房区位于建筑西侧及北侧，包括机柜间、空调机房、配电室及UPS室、通风机房等；辅助用房区位于操作室南侧及北侧，包括办公、更衣、交接班室及辅助生活房间。

2)中心控制室二层平面按功能划分为操作室(上空)、设备用房区、调度区和辅助用房区。设备用房区即空调机房位于建筑西南角；调度区位于操作室北侧，可通过观察窗和参观走廊直接观察操作室的生产控制情况；辅助用房区围绕操作室布置，包括办公、值班、会议等。

3)中心控制室的平面设计，受设备用房布置及各专业布线影响，需要在有限空间内，协调和整合各类需求，优化出合理的功能分区。抗爆中心控制室作为无窗建筑，室内操作人员密集，设备昂贵，其控制系统对安全生产起到关键作用，虽定性为丁类厂房，但因其内部综合了操作控制、办公、会议、值班、更衣、用餐等多种功能，故耐火极限确定为二级，防火分区及安全疏散参照公共建筑的要求设计。

1.3.2操作室布局

操作室内的主要设备包括操作台和大屏显示墙，大屏显示墙的中心点为视觉中心，视线方向来自操作人员、调度中心工作人员以及参观人员，设计需确保人员合理的视觉角度和距离。

该项目中心控制室的操作室大屏显示墙布置于南侧墙面，提供高清大画面的显示，背后设有设备走廊，供显示墙专用维护检修使用。操作台布置按照操作人员正常操作时的人体视觉范围、分辨率等要求，按生产装置划分区域，采用多排折线式布局，在各自区域内采用通长式布局，桌面尺寸满足操作员正常操作区、有效操作区的操作要求；显示器采用双屏设计，键盘采用桌面嵌入式，操作台下部设有后开门的底柜，满足设备通风散热需求。

操作室安全出口位于操作台两侧和后侧，避免操作员面向房间出入口，干扰操作员注意力。

1.3.3机柜间布置及进线

中心控制室的南向为易燃易爆装置区，综合考虑全厂管廊的布置及各专业进线要求，确定将机柜间布置在中心控制室西侧。通信光缆下管廊后通过电缆沟进入机柜间，使得进线最便捷，电缆穿墙洞口高于室外地坪以上；同时位于机柜间室内基础地面以上，防静电活动地板以下，采用专用电缆穿墙抗爆密闭模块封堵，室外电缆沟沟底设有排水设施，沟内充砂，满足了进线口抗爆、防火、防水、防尘的要求。

机柜间内按照机柜功能及配线原则布置机柜，将DCS机柜、端子柜、配电柜、继电器柜、安全栅柜等成排布置，并留有安装、检查和维修所需的足够空间；地面采用全钢防静电活动地板，并设置防静电接地措施；吊顶采用矿棉装饰石膏板，吊顶净高保证了机柜顶部气流的通畅。

1.3.4其他功能用房

该项目中心控制室除上述功能区域外，还包括了UPS室，空调机、新风机专设机房，消防控制室。

1)UPS除了保障操作室和机柜间主要设备的用电需求外，同时也为空调、照明、安全消防系统等附属设施提供用电。UPS提供稳定可靠的高质量电源，保证电网断电时控制系统仍能正常工作，因此UPS室应设置在用电集中的机柜间和操作室邻近。

2)操作室、机柜间对温湿度及洁净度要求较高，常年需要空气调节，同时操作室、机柜间两个区域发热量都比较大。因此针对操作室、柜间各设计选用了1套风冷恒温恒湿型空调机；空调机、新风机放置在专设机房内。

3)消防控制室是发现火灾、发出报警、引导疏散等的处理中心，也是实施灭火救灾的指挥中心。根据GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》的要求，在中心控制室主出入口附近设置了消防控制室，并按照规范要求在消防控制室内设置消防报警系统(FAS)，紧急广播系统(PAS)及消防联动控制系统，并统一纳入全厂性火灾报警系统环形网。

2 人机工程学设计

2.1 设计理念

人机工程学就是把人-机-环境作为研究的基本对象，运用生理学、心理学和其他有关学科的知识，根据人和机器的条件和特点，合理分配人和机器承担的操作职能，并使之相互适应，从而为人创造出舒适和安全的工作环境，使工效达到最优的一门综合性学科。以人为本，用人机工程学理论指导设计，通过色彩的搭配、材料的选择、灯光的设计、声学噪音的控制等进行全方位综合设计，突破并改变了传统工业企业沉闷拘束的办公氛围，营造出健康、舒适、安全、高效的工作场所。

2.2 材料与色彩

操作室材料应选用健康环保的优质建材，地面宜采用不易起灰尘的防滑材料；室内墙面应不积灰、不反光，墙壁颜色宜为浅色，色泽自然；操作室吊顶高度应与房间平面尺寸协调，不应产生压抑感。

色彩的不同波长会直接或间接地影响人的情绪、精神和心理活动，适当的色彩配置，可以改善工作环境，提高操作人员注意力，减轻疲劳。操作室为全天有人值守的无窗密闭空间，其色彩设计应满足其自身的特点，避免操作人员长期在内工作而产生的生理和心理疲劳；内基调以浅色调为主，在重点部位加点暖色，利用补色效应，让操作人员在视觉上得到短暂休息，从而提高注意力和工作效率，同时增加控制室色彩的层次和变化，丰富空间效果。

2.3 环境设计

中心控制室环境设计应符合工厂所在地区的气候特点和抗爆建筑的特殊性，重要房间、一般房间的空调系统应分开设置，重要房间采用恒温恒湿的全空气空调系统，其他房间采用舒适性空调系统，冬季采用供热采暖方式。照明采用分散控制方式的人工照明，在屏幕上不应产生反光和眩光，不应影响操作员对显示屏的读取，在满足基本照度条件下，工作区域环境照明应合理选择。操作室声学设计需充分考虑空间大、人流密度高、设备多、很容易产生回声和混响的特点，采用吸声墙面和吸声吊顶，针对大空间的回声反射吸收以及人说话声、机器噪音等做吸声处理，最大程度地减少混响对操作人员日常工作的影响，提高声场的质量，保证人员交流的声音清晰。