魯 婧

(陜西省燃?xì)庠O(shè)計院有限公司, 陜西 西安 710043)

1 概述

控制室是天然氣液化工廠的控制中心,承擔(dān)著重要責(zé)任[1-2]。鑒于天然氣液化工廠生產(chǎn)過程中會放散有毒有害以及有火災(zāi)和爆炸危險的物質(zhì),為保證控制室內(nèi)數(shù)據(jù)存儲安全、廠站正常運行以及人員自身安全,控制室多為地上無外窗的抗爆建筑[3-4]。近年來建筑內(nèi)火災(zāi)頻發(fā),諸多報道指出,火災(zāi)后許多逃生人員因吸入過量煙氣窒息而亡。這與建筑內(nèi)防排煙系統(tǒng)設(shè)置不合理有關(guān),更加凸顯建筑內(nèi)防排煙設(shè)計的重要性。本文針對上述問題,以某天然氣液化工廠抗爆控制室為例,通過劃分防煙分區(qū)、對排煙系統(tǒng)和補風(fēng)系統(tǒng)進行設(shè)計計算,給出防排煙系統(tǒng)設(shè)計方案。闡述防排煙系統(tǒng)運行及控制流程,以及抗爆閥、電動密閉閥、防火閥門的選擇。

2 工程概況

本工程位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州,具體為天然氣液化工廠抗爆控制室(簡稱控制室)設(shè)計。本工程抗爆控制室為地上無窗建筑,地上一層,建筑高度8.5 m,吊頂下凈高4 m,建筑面積為752.38 m2,火災(zāi)危險性為丙類。該控制室內(nèi)有操作室、機柜室、工程師室、不間斷電源室(UPS室)等功能性房間以及其他一般性房間。

3 防排煙系統(tǒng)設(shè)計

① 防煙分區(qū)劃分

根據(jù)GB 55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》第8.2.5條規(guī)定,建筑中下列經(jīng)常有人停留或可燃物較多且無可開啟外窗的房間或區(qū)域應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施。a.建筑面積大于50 m2的房間;b.房間的建筑面積不大于50 m2,總建筑面積大于200 m2的區(qū)域。

本次設(shè)計的抗爆控制室內(nèi)操作室建筑面積大于50 m2且每天有工作人員值守,根據(jù)此條規(guī)范,該房間需設(shè)置排煙設(shè)施。機柜室用于放置存儲數(shù)據(jù)的多排機柜,房間平時無人停留,故室內(nèi)不考慮排煙設(shè)施。除此之外其他房間面積均小于50 m2,無需設(shè)置排煙設(shè)施。

抗爆控制室內(nèi)疏散走道建筑面積大于50 m2,疏散走道長度為33 m?？紤]到火災(zāi)發(fā)生后人員通過疏散走道逃生,且由試驗得出在濃煙聚積情況下,人員捂住口鼻逃生的最大行走距離為20～30 m,故本次設(shè)計中疏散走道設(shè)置排煙設(shè)施。

綜上所述,抗爆控制室內(nèi)劃分出兩個防煙分區(qū),即操作室和疏散走道,防煙分區(qū)劃分見圖1。由于這兩個防煙分區(qū)無自然排煙條件,因此均采用機械排煙。鑒于控制室采用機械排煙以及機械送風(fēng)(補風(fēng))方式,為保證火災(zāi)情況下排煙風(fēng)機、補風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)不受影響,將風(fēng)機設(shè)置在專用機房內(nèi),故本設(shè)計中控制室內(nèi)設(shè)有排煙機房及補風(fēng)機房。

圖1 防煙分區(qū)劃分

② 排煙系統(tǒng)設(shè)計計算

a.最小清晰高度

清晰高度為煙層下沿至地面的距離。根據(jù)GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第4.6.9條,疏散走道及房間的空間凈高小于等于3 m的區(qū)域,其最小清晰高度不應(yīng)小于其凈高的1/2,其他區(qū)域的最小清晰高度應(yīng)按下式計算:

hq=1.6+0.1h

(1)

式中hq——最小清晰高度,m

h——空間凈高度,m

對于單層建筑,空間凈高度取排煙空間的建筑凈高度;對于多層空間,空間凈高度取最高疏散樓層的層高。

根據(jù)式(1)得出的最小清晰高度,同時也要滿足機械送風(fēng)口(補風(fēng)口)設(shè)置在最小清晰高度內(nèi)的要求。所設(shè)計控制室為單層建筑,其疏散走道、操作室空間凈高度h為4 m,由式(1)得出疏散走道及操作室的最小清晰高度均為2 m。

b.儲煙倉厚度

儲煙倉用于儲存房間或區(qū)域的煙氣,儲煙倉厚度取值應(yīng)滿足:儲煙倉底部距地面的高度(即儲煙倉底部高度)要大于最小清晰高度。根據(jù)GB 51251—2017第4.6.2條,室內(nèi)采用機械排煙時,儲煙倉厚度應(yīng)大于等于空間凈高的10%,同時不得小于500 mm。由此確定該控制室疏散走道及操作室儲煙倉厚度均為1.5 m,機械排煙時最小清晰高度與儲煙倉關(guān)系見圖2。

圖2 機械排煙時最小清晰高度與儲煙倉關(guān)系

圖中h1——儲煙倉底部高度,m

δ——儲煙倉厚度,m

c.排煙量計算

各個防煙分區(qū)排煙量由GB 51251—2017第4.6.3條、第4.6.13條計算得到,具體數(shù)據(jù)見表1。當(dāng)計算排煙量小于排煙量最小限值時,實際排煙量取排煙量最小限值。根據(jù)GB 51251—2017第4.6.4條,確定控制室總實際排煙量為28 000 m3/h?？傇O(shè)計排煙量應(yīng)滿足不小于總實際排煙量的1.2倍,得出總設(shè)計排煙量不小于33 600 m3/h,本文取33 600 m3/h。根據(jù)總設(shè)計排煙量選擇一臺額定風(fēng)量為35 000 m3/h的排煙風(fēng)機,排煙風(fēng)機設(shè)置在排煙機房內(nèi)且排煙風(fēng)機兩側(cè)應(yīng)留有至少600 mm的檢修空間。

表1 防煙分區(qū)參數(shù)

③ 補風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計計算

a.補風(fēng)量計算

根據(jù)空氣流動原理,排除煙氣同時應(yīng)補入新風(fēng)?？贡刂剖覠o外窗且兩側(cè)外門為抗爆防護門,抗爆防護門設(shè)置在隔離前室外,從圍護結(jié)構(gòu)滲入風(fēng)量較小,故通過圍護結(jié)構(gòu)自然補風(fēng)無法實現(xiàn)有效排煙。

綜上所述,設(shè)計設(shè)置機械補風(fēng)系統(tǒng)用于補風(fēng)。為了有效排煙,根據(jù)GB 51251—2017第4.5.2條,總補風(fēng)量按總設(shè)計排煙量的60%取值,得到總補風(fēng)量為20 160 m3/h。根據(jù)總補風(fēng)量選擇一臺額定風(fēng)量為21 262 m3/h的補風(fēng)機,補風(fēng)機設(shè)置在補風(fēng)機房內(nèi),且補風(fēng)機兩側(cè)也應(yīng)留有至少600 mm的檢修空間。

b.排煙口、補風(fēng)口設(shè)置

考慮到室內(nèi)氣流組織合理性,同一防煙分區(qū)內(nèi)排煙口與補風(fēng)口至少要有5 m以上的間距,且補風(fēng)口應(yīng)設(shè)在儲煙倉下方、最小清晰高度內(nèi)。排煙口與補風(fēng)口平時呈關(guān)閉狀態(tài),在火災(zāi)情況下聯(lián)動開啟。

4 防排煙系統(tǒng)運行及控制

根據(jù)相關(guān)要求,抗爆控制室采用單元式風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)機為冷熱源的全空氣式空調(diào)系統(tǒng),同時室內(nèi)設(shè)置有通風(fēng)系統(tǒng)。

當(dāng)防煙分區(qū)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時,煙霧報警器響起,由火災(zāi)控制中心確定著火區(qū)域,通過現(xiàn)場手動開啟或電動開啟的方式,將著火區(qū)域的排煙口打開,其他非著火區(qū)域排煙口保持關(guān)閉狀態(tài)。接著由現(xiàn)場手動開啟或電動開啟方式聯(lián)鎖開啟排煙風(fēng)機、補風(fēng)機以及著火區(qū)域的補風(fēng)口,同時聯(lián)動關(guān)閉通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)管內(nèi)煙氣溫度超過280 ℃時,關(guān)閉排煙風(fēng)機前設(shè)置的排煙防火閥(280 ℃),同時聯(lián)動關(guān)閉排煙風(fēng)機以及補風(fēng)機。防排煙系統(tǒng)運行及控制流程見圖3。

圖3 防排煙系統(tǒng)運行及控制流程

為了將發(fā)生火災(zāi)情況下對室內(nèi)人員以及設(shè)備的影響降到最低,應(yīng)在發(fā)生火災(zāi)后的15 s內(nèi)開啟排煙口、排煙風(fēng)機、補風(fēng)機以及補風(fēng)口,并且在30 s內(nèi)關(guān)閉通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)。

5 防排煙系統(tǒng)閥門選擇

① 抗爆閥

抗爆控制室排煙機房、補風(fēng)機房外墻上各開有風(fēng)管洞口,用于排煙以及從室外引入新風(fēng)。由于墻體上開洞影響建筑整體抗爆性能,在洞口處需安裝抗爆閥。當(dāng)室外發(fā)生爆炸時,抗爆閥立即關(guān)閉,從而保護建筑內(nèi)人員及設(shè)備安全?？贡y的選擇由其關(guān)閉能力、關(guān)閉時間、抗爆能力、透壓率等參數(shù)綜合決定。

② 電動密閉閥

電動密閉閥一般安裝在進風(fēng)管入口處,平時呈開啟狀態(tài),在檢測到可燃?xì)怏w或有害氣體時電動密閉閥關(guān)閉,阻止室外有毒有害氣體進入建筑內(nèi)部。舊版規(guī)范GB 50779—2012《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》僅要求在進風(fēng)管處設(shè)置電動密閉閥,新版規(guī)范GB/T 50779—2022《石油化工建筑物抗爆設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第7.4.5條,在舊版規(guī)范基礎(chǔ)上規(guī)定:進出抗爆建筑物的風(fēng)管上均需設(shè)置電動密閉閥。

③ 防火閥門

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 15930—2007《建筑通風(fēng)和排煙系統(tǒng)用防火閥門》,建筑內(nèi)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置防火閥、排煙系統(tǒng)設(shè)置排煙防火閥,防火閥與排煙防火閥為常開型。補風(fēng)管道內(nèi)煙氣溫度高于70 ℃,聯(lián)鎖關(guān)閉防火閥(70 ℃);排煙管道內(nèi)煙氣溫度高于280 ℃,聯(lián)鎖關(guān)閉排煙防火閥(280 ℃),阻止火勢沿風(fēng)管蔓延。

6 結(jié)語

抗爆控制室防排煙方案合理性的影響因素有:防煙分區(qū)準(zhǔn)確劃分、風(fēng)機的計算選型、風(fēng)口布置、火災(zāi)情況下防排煙系統(tǒng)控制以及排煙系統(tǒng)重要閥門設(shè)置等。為保證發(fā)生火災(zāi)情況下防排煙系統(tǒng)的性能,防排煙方案應(yīng)綜合上述影響因素設(shè)計。