某抗爆控制室空调通风设计要点探讨

周正 曾超 张恒春

中国成达工程有限公司

本工程位于山西省临汾市某化工创新工业园区，具体设计实例为甲醇联产合成氨项目的中央控制室。本工程总建筑面积为1480 m 2，层高为6.2 m，吊顶高度为3.6 m，地面上一层，为无外窗的抗爆体建筑，生产类别为丁类。该控制室内部设置了机柜室、操作室、工程师室、消防控制室等房间。其中，机柜室室内24 小时设备不间断散热，且发热量较大，常年需制冷。而其他房间内因有工作人员办公，故需考虑人员对室内空气品质的要求，夏季制冷、冬季制热。因为各个房间工况不同，所以应合理设计该项目的空调通风系统[1]。

1 设计参数

1.1 室外空气计算参数

室外空气计算参数如表1 所示。

表1 室外空气计算参数

1.2 室内空气计算参数

室内空气计算参数如表2 所示。

表2 室内空气计算参数

1.3 室内空气有害物控制参数

重要房间室内空气有害物控制参数如表3 所示。

表3 重要房间室内空气有害物控制参数

1.4 系统划分

由表 2 等不难看出，相关规范[2]对抗爆控制室内的重要房间的温湿度精度提出了要求。宜将温湿度基数和使用要求相近的房间划分为同一空调系统[1]。且对于重要房间而言，应采用全空气空调系统，故结合本工程的具体情况，为机柜室设置一套恒温恒湿中央空调系统 HAC1，为操作室、工程师室、消防控制室等有人员长期停留的房间另设一套恒温恒湿中央空调系统HAC2。两套系统分别在机柜间、操作室内设置温、湿度传感器[3]。

2 通风、空调系统设计

2.1 室内热、湿负荷

本工程在详细设计阶段对空调区域的夏季逐时冷负荷及冬季热负荷进行了计算。其中，空调系统HAC1 所承担的机柜室夏季室内冷负荷为 48 kW，不包含新风负荷，余湿量近似为0。因机柜室设备发热量较大，常年需制冷，故冬季室内冷负荷经计算为 35 kW，不包含新风负荷，室内余湿量近似为0。空调系统HAC2 所承担的操作室、工程师室、消防控制室夏季室内冷负荷为 70 kW，不包含新风负荷，余湿量为1.09 g/s。冬季室内热负荷为43 kW，不包含新风负荷，室内余湿量近似为0。房间总人数为20 人。

2.2 空气处理过程

2.2.1 空调系统HAC1 夏季处理过程

一次回风方式处理简单，机器露点高，有利于冷源的选择及节能，广泛应用于各种建筑物，故夏季处理过程采用一次回风方式[4]，露点送风，机器露点一般位于ψ=90%～95%线上。处理过程见图1。

图1 空调系统HAC1 夏季工况焓湿图

相关规范规定空调系统新风量按①总送风量的10%，②工作人员每人50 m 3/h 选取最大值[2]。机柜间内平时无人员，故新风量按总送风量的10%计算。由图1根据热湿比线可计算得出送风点参数及送风量等，见表4。

表4 空调系统HAC1 夏季工况参数

2.2.2 空调系统HAC1 冬季处理过程

机柜室设备发热量较大，常年需制冷。新、回风混合后，由表冷器处理至机器露点，对处理后的空气再加热、加湿后送入房间，处理过程见图2。

图2 空调系统HAC1 冬季工况焓湿图

在工程应用中，冬季空调系统送风量往往采用与夏季相同的送风量。即可由图2 根据热湿比线计算得出送风点参数等，见表5。

表5 空调系统HAC1 冬季工况参数

2.2.3 空调系统HAC2 夏季处理过程

夏季处理过程与空调系统HAC1 相同，处理过程见图3。

图3 空调系统HAC2 夏季工况焓湿图

根据图 3 由热湿比线计算得出送风点参数及送风量等见表 6。按工作人员每人 50 m 3/h 取值为1000 m 3/h，远远小于按总送风量的 10%，故确定该系统新风量按总送风量的10%计算。

表6 空调系统HAC2 夏季工况参数

2.2.4 空调系统HAC2 冬季处理过程

新、回风混合后，再加热、加湿后送入房间，处理过程见图4。

图4 空调系统HAC2 冬季工况焓湿图

由图 4 根据热湿比线计算得出送风点参数等，见表7。

表7 空调系统HAC2 冬季工况参数

2.3 排风系统

根据工艺要求，维持房间 10 Pa[5]的微正压，房间多余的风量通过门缝渗透到走道或室外。可采用缝隙法计算各房间维持正压所需的风量[6]。又因为该控制室为抗爆体建筑，密闭性较强，故本工程在空调机房内设置一管道斜流风机进行集中排风，既保证系统风量平衡，又满足室内通风换气次数要求。排风量为3000 m3/h，风压300 Pa。

2.4 空调系统

根据空气处理过程计算，空调系统 HAC1 选择两台风冷恒温恒湿机组，一用一备。空调机组制冷量为77.9 kW，辅助电加热量 22 kW，送风量为 16500 m3/ h。空调系统HAC2 选择两台风冷恒温恒湿机组,一用一备。空调机组制冷量为101 kW，制热量77 kW，送风量为22000 m3/ h。每台机组进、出风口均自带电动风量调节阀。由于抗爆控制室对重要房间内的有害物质有严格控制要求，故在新风设备选择上考虑新风化学过滤机。风量为3850 m3/ h，风压250 Pa。具体通风空调系统流程图见图5。

图5 通风空调系统流程图

2.5 密闭措施

空调系统的新风入口应背向主装置区，且入口处应设置可燃、有毒气体监测器（自控专业负责），并且新风入口管道和排风出口管道上应设置电动气密阀。当可燃、有毒气体探测器报警时，连锁关闭新风管和排风管上的电动气密阀，并联锁关闭新风化学过滤机组和排风机。当停止向室内空调送新风时，室内空调维持室内风循环。

2.6 抗爆措施

控制室采用抗爆体设计，抗爆体设计采用的冲击波入射超压为 21 kPa，正压作用时间为 100 ms（同结构专业设计）。通风空调系统的新风引入和排风系统的排风口均应加装与建筑结构同等抗爆等级的抗爆阀 [7]，抗爆阀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开启。本工程采用的抗爆阀当冲击波为 10 bar 时，关闭时间≤1.1 ms，最小关闭压力≤2500 Pa，采用外挂式抗爆阀。

2.7 自动控制

风冷恒温恒湿机空调机组一用一备[2]，电动调节阀与空调机组联动。空调系统配置液晶显示板，控制板应能显示温、湿度、各部件运行状态、报警提示。除现场控制外，机组应配备接口，可与微机连接，进行远程中央监控。机组预留运行状态及故障报警接点，火警信号接点，并且具备时间及故障自动切换功能。当建筑火灾监测系统监测到火灾时，所有通风空调设备联锁自动关闭。

3 结语

结合某甲醇联产合成氨项目的中央控制室为工程实例，介绍了抗爆控制室的通风、空调系统设计计算及选型中应注意的问题。为其他抗爆控制室的通风、空调系统设计提供借鉴及参考。该控制室为单层丁类建筑，建筑面积小于 5000 m2，故各房间不考虑设置排烟设施[8]。另疏散走道长度小于40 m，故走道也不需考虑设置排烟设施[2]。值得注意的是，常年制冷的机柜间空调系统在冬季亦可采用加大新风量，提高新风比的方式以消除再热量，但由此会带来新风化学过滤机组的投资及耗材损耗费用的增加。故在实际应用中，应充分考虑运行投资等经济方面，权衡利弊后选取更适合实际项目的空调系统。另，若部分工艺专业有要求在操作室设置事故通风系统，气源可由呼吸空气管提供，呼吸空气管入口处设置减压阀，空气经减压后送入操作室等房间，并维持房间正压。该系统需与可燃、有毒气体探测报警系统联锁启停。