劉長江

(福斯特惠勒(河北)工程設(shè)計(jì)有限公司上海分公司，上海 200235)

1 引言

精細(xì)化工廠房的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，所使用的上游原料涉及多種危險(xiǎn)化學(xué)品，火災(zāi)危險(xiǎn)性較大。同時(shí)一個(gè)完整的精細(xì)化工裝置除了生產(chǎn)區(qū)域外，還包含公用機(jī)房，配電室，機(jī)柜間和辦公區(qū)域等。因此廠房的平面布置和管道路徑規(guī)劃非常關(guān)鍵。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面規(guī)劃功能分區(qū)，在符合規(guī)范的前提下，優(yōu)先考慮安全因素，按照工藝流程的要求，在滿足生產(chǎn)操作要求的同時(shí)，盡可能的整合廠房內(nèi)的空間布置，做到布局合理、緊湊。

與傳統(tǒng)露天的石化裝置不同，精細(xì)化工廠房的平面布置除了要考慮工藝需要的設(shè)備、管道之外，還應(yīng)對(duì)其他專業(yè)的內(nèi)容進(jìn)行綜合規(guī)劃。精細(xì)化工廠房內(nèi)各設(shè)計(jì)專業(yè)的平面布置列表見表1。

表1 精細(xì)化工廠房平面布置列表

表1(續(xù))

2 廠房平面布置

廠房的總平面布置應(yīng)滿足規(guī)范要求，其中甲類廠房設(shè)置室外設(shè)備區(qū)或者雨棚的，設(shè)備外壁或者雨棚外邊沿，距離其他廠房的外邊緣應(yīng)大于12m[1]。甲類多層廠房的總層高不高于24m。在此基礎(chǔ)上根據(jù)工藝流程，合理規(guī)劃廠房的層數(shù)和柱網(wǎng)跨距，本文中的廠房為3層，總層高為22m。多層廠房的布局占地面積小，能建立豎直方向的生產(chǎn)聯(lián)系，滿足不同生產(chǎn)工藝要求，在不同樓層組織生產(chǎn)。廠房平面布置示意圖見圖1。

圖1 廠房平面布置示意圖

如圖1所示，廠房分為防爆生產(chǎn)區(qū)域和非防爆辦公區(qū)域，兩者以防爆墻分隔。廠房共有2個(gè)防火分區(qū)，單個(gè)防火分區(qū)面積小于3000m2。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014，3.7.2條的規(guī)定，廠房設(shè)置2個(gè)樓梯間，1個(gè)電梯間。根據(jù)廠房內(nèi)任一點(diǎn)到最近安全出口的距離小于25米的規(guī)定，確定樓梯間的位置。電梯間的位置，要綜合考慮廠房內(nèi)物流線路的合理性，電梯間前方預(yù)留足夠的空間和轉(zhuǎn)彎半徑，方便叉車通行。廠房的平面布置初步確定以后，應(yīng)與建筑專業(yè)核對(duì)廠房的泄壓面積是否滿足規(guī)范要求。不同項(xiàng)目的廠房，其長徑比存在差異，長徑比大于3時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算泄壓面積。泄壓面積計(jì)算公式如下：

A=10CV2/3

A——泄壓面積，m2；V——廠房的容積，m3；C——廠房容積為1000m3時(shí)的泄壓比，m2mil/m3；

注：長徑比為建筑平面幾何外形尺寸中的最長尺寸與其橫截面周長的積和4.0倍的該建筑橫截面積之比[1]。

在實(shí)踐中，會(huì)有泄壓面積不滿足規(guī)范要求的情況出現(xiàn)。此時(shí)是否可以采取樓板開孔，或者采取梁、柱脫開外墻的措施補(bǔ)充泄壓面積？如果可以，樓板開孔率和脫開距離應(yīng)采用何種計(jì)算方法？目前規(guī)范對(duì)于此種情況尚無明確的定義。

生產(chǎn)區(qū)域的兩側(cè)為功能房間，中間為走廊通道。按照工藝流程，生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，三層布置反應(yīng)器，二層為物料分離裝置，一層布置凝液接收罐。反應(yīng)器房間內(nèi)兩側(cè)分別為物流門和人流門，符合人、物流分流的原則，避免交叉污染。反應(yīng)器靠近中間管廊一側(cè)為管道側(cè)，方便接入中間管廊管架。另一側(cè)為操作通道，操作通道的寬度大于2.5m，操作通道兩側(cè)應(yīng)設(shè)置防撞柱。辦公區(qū)域內(nèi)布置機(jī)柜間、配電室、中控室和消防閥室。

設(shè)備布置時(shí)應(yīng)充分考慮設(shè)備吊裝。帶有攪拌裝置的反應(yīng)器，宜在頂部梁下設(shè)置吊車梁。反應(yīng)器的安裝高度既要滿足工藝要求；還要考慮管口高度，方便人員操作管口直連的閥門；同時(shí)要保證吊裝、檢修空間。房間內(nèi)靠近人流門的一側(cè)，布置緊急沖淋設(shè)施和洗手池。公用工程站、儀表空氣分配器和儀表操作柱等應(yīng)靠墻布置在管道側(cè)，方便人員就近操作。

3 管道路徑研究

圖2 總管路徑規(guī)劃示意圖

主管廊的管道進(jìn)入廠房有兩種形式：如圖2 所示，當(dāng)廠房無防火/防爆墻時(shí)，總管進(jìn)入廠房后，可在各樓層內(nèi)進(jìn)行分配，接出支管。圖2 為廠房內(nèi)存在防火/防爆墻的情況。按照規(guī)范要求，可燃?xì)怏w和甲、乙、丙類液體的管道嚴(yán)禁穿過防火墻。其它管道不宜穿過防火墻[1]。此時(shí)為保護(hù)墻體的完整性，預(yù)防火災(zāi)、爆炸的危險(xiǎn)擴(kuò)散，總管宜沿著廠房的外墻升高至屋頂，利用屋頂?shù)墓芗芸缭椒阑饓?防爆墻。各樓層內(nèi)支管通過屋頂?shù)臍獯?，進(jìn)入廠房內(nèi)不同的防火/防爆分區(qū)。氣窗的作用是為了避免管道直穿屋頂樓板，破壞屋頂?shù)姆浪畬印９艿姥貜S房外墻敷設(shè)時(shí)，盡量集中布置，同時(shí)應(yīng)注意避讓廠房的外窗，避免遮擋。

圖3 中間走廊剖面示意圖

工藝/公用工程管道和風(fēng)管從側(cè)面進(jìn)入屋頂氣窗，向下至各層中間走廊的管架。精細(xì)化工裝置的管道直徑較小，用于切換和倒料的管道較多，因此廠房內(nèi)的管道應(yīng)盡量集中布置、共架支撐，以便節(jié)約空間。管道穿越樓板時(shí)，樓板開孔的周圍應(yīng)設(shè)置泛水，防止上層樓面的積水流至下一層。如圖3所示，中間走廊設(shè)置3層管架，管道沿管架分配支管至各個(gè)房間。規(guī)劃中間走廊管架時(shí)，同時(shí)考慮儀表/電氣橋架和噴淋總管的布置，橋架和噴淋總管沿管架敷設(shè)，橋架距可燃性氣體管道間距不小于500mm，與其它工藝管道間距不小于400mm。消防噴頭支管在管架上方，緊貼梁底布置。為滿足檢維修要求，同時(shí)考慮叉車通行，中間走廊的凈寬不小于4m，管架下方凈空不小于2.5m。

廠房內(nèi)的樓板鋪設(shè)耐磨、耐撞擊的防火花瓷磚，需要稱重的設(shè)備，宜布置在地面。稱重設(shè)備采用支耳安裝，或者帶有設(shè)備平臺(tái)時(shí)，其結(jié)構(gòu)框架應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，避免外力或振動(dòng)影響稱重模塊的計(jì)量精度。房間內(nèi)其他的操作平臺(tái)和管道支架，應(yīng)盡量采取倒吊型式，在房間梁上生根，減少地面樓板的柱腳數(shù)量，使房間地面易于除塵清洗。為了方便生產(chǎn)操作，反應(yīng)器房間內(nèi)可設(shè)置聯(lián)系樓梯，去往下一層的物料分離裝置。聯(lián)系樓梯的位置不能阻擋人、物流通道。

規(guī)劃廠房布局時(shí)，要考慮暖通風(fēng)機(jī)的布置。根據(jù)廠房空間和防爆區(qū)域的具體情況，可以在廠房內(nèi)設(shè)置暖通機(jī)房，或者將風(fēng)機(jī)布置在屋頂。屋頂布置風(fēng)機(jī)時(shí)，廠房兩側(cè)布置新風(fēng)風(fēng)機(jī)，中間布置排風(fēng)機(jī)。排風(fēng)口與機(jī)械進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口的水平距離不小于20m。工藝放空管道引至屋頂放空時(shí)，放空點(diǎn)距離進(jìn)風(fēng)口的水平距離不小于20m。

如圖4所示，各房間和走廊內(nèi)應(yīng)設(shè)置送排風(fēng)設(shè)施，房間內(nèi)操作側(cè)預(yù)留送風(fēng)管道的豎井，管道側(cè)為排風(fēng)管道的豎井。人員面對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行操作時(shí)，通風(fēng)方向應(yīng)該是從人員的背面吹至正面。操作頻繁的區(qū)域，設(shè)置局部排風(fēng)，局部排風(fēng)罩為萬向接頭型式，排風(fēng)罩周圍應(yīng)預(yù)留足夠的操作空間。

圖4 風(fēng)管豎井規(guī)劃示意圖

根據(jù)GMP要求，廠房內(nèi)的給水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)、生活和消防等各項(xiàng)用水的要求分別設(shè)置[2]。排水系統(tǒng)分為生產(chǎn)廢水和生活廢水，其中生產(chǎn)廢水應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的廢水性質(zhì)區(qū)分。排水設(shè)備以及與重力回水管道相連的設(shè)備，必須在其排出口以下部位設(shè)置水封裝置，以防止氣體流串[3]。一層的地漏單獨(dú)設(shè)置總管埋地敷設(shè)，避免總管壓力過大時(shí)發(fā)生廢水倒流的情況。其他層的地漏支管匯入總管后，在一層梁下接入主管廊。

4 結(jié)論

精細(xì)化工廠房作為建筑物，與傳統(tǒng)石化裝置相比，其設(shè)備布置的空間有限。與普通的工業(yè)廠房相比，設(shè)備、管道數(shù)量對(duì)廠房的布局影響很大。因此在對(duì)精細(xì)化工廠房進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，除了要考慮設(shè)備、管道之外，還要兼顧其他專業(yè)的平面布置。協(xié)調(diào)總圖，建筑結(jié)構(gòu)，暖通，消防給排水和儀電專業(yè)，在滿足工藝流程和生產(chǎn)操作要求的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)廠房的空間布局和功能配置進(jìn)行合理規(guī)劃。