馬俊杰 華陸工程科技有限責(zé)任公司 西安 710054

化工廠實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)

馬俊杰＊華陸工程科技有限責(zé)任公司 西安 710054

結(jié)合化工廠實(shí)驗(yàn)室工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),介紹實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)程序、平面建筑布局以及其它基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)要求。可供化工廠實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)參考。

實(shí)驗(yàn)室 設(shè)計(jì)程序 平面布局 基礎(chǔ)設(shè)施 原則

化工廠的分析化驗(yàn)工作是生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一,不僅要分析生產(chǎn)原料和出廠產(chǎn)品,而且也要及時(shí)分析測定中間生產(chǎn)過程的物料,以確保安全穩(wěn)定的生產(chǎn)過程,因此,實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)是化工廠設(shè)計(jì)中不可缺少的組成部分。實(shí)驗(yàn)室不同于一般的民用建筑,它對建筑物的位置、平面布局形式、防塵、防震、配套設(shè)施都有嚴(yán)格的要求,需要設(shè)計(jì)者根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),與建筑結(jié)構(gòu)及分析化驗(yàn)人員密切合作,周密妥善地研究設(shè)計(jì)方案,使實(shí)驗(yàn)室能夠滿足分析化驗(yàn)工作的要求,更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

1 設(shè)計(jì)程序

化工廠實(shí)驗(yàn)室一般分為中央化驗(yàn)室和車間化驗(yàn)室,都是分析技術(shù)人員從事化驗(yàn)工作的場所,各自擔(dān)負(fù)不同的分析化驗(yàn)任務(wù),實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)不單是選購合理的儀器設(shè)備,更要綜合考慮實(shí)驗(yàn)室的總體規(guī)劃、合理布局和平面設(shè)計(jì),以及供電、供水、供氣、通風(fēng)、空氣凈化、安全措施、環(huán)境保護(hù)等基礎(chǔ)設(shè)施和基本條件,因此實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

化工廠實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的基本程序:

(1)合同簽訂之前的項(xiàng)目前期階段,要明確項(xiàng)目的性質(zhì)、設(shè)計(jì)范圍、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)依據(jù)和建設(shè)規(guī)模,同時(shí)搜集資料、調(diào)查研究,借鑒以往類似產(chǎn)品、同等規(guī)模實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),根據(jù)化工工藝及系統(tǒng)、公用工程、環(huán)境保護(hù)及安全衛(wèi)生等專業(yè)提出的初步分析項(xiàng)目條件,提出實(shí)驗(yàn)室的初步設(shè)計(jì)方案:實(shí)驗(yàn)室類型屬于中央化驗(yàn)室還是車間化驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室的大概面積和實(shí)驗(yàn)室的主要組成等。

(2)在初步設(shè)計(jì)階段,針對前期階段制訂的初步設(shè)計(jì)方案,征求建設(shè)單位及有關(guān)部門的意見,進(jìn)一步明確實(shí)施方案,依據(jù)有關(guān)專業(yè)提出更加詳細(xì)的分析項(xiàng)目及要求,劃分不同功能的實(shí)驗(yàn)室,依據(jù)實(shí)驗(yàn)室平面設(shè)計(jì)原則,給建筑專業(yè)提出合理的總體面積及各功能房間的布局要求,由建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員共同設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)室的總平面布置圖。同時(shí)給相關(guān)專業(yè)提出各功能房間的基本設(shè)施要求。

(3)在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段,根據(jù)已批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)文件以及初步設(shè)計(jì)審核意見,修正初步設(shè)計(jì)方案,然后詳細(xì)提出各功能房間的尺寸大小、基礎(chǔ)設(shè)施要求、設(shè)備布置等情況。

2 平面建筑布局

2.1 設(shè)計(jì)原則

實(shí)驗(yàn)室布局必須符合實(shí)驗(yàn)流程的規(guī)律,從樣品接收、樣品暫存、試劑和耗材儲存、前處理和準(zhǔn)備、樣品分析測試、清洗到廢物回收和處理,都必須有一個(gè)清晰的流程。要區(qū)分人流和物流,以及清潔物流和污染物流。由于化工分析項(xiàng)目的種類比較繁雜,所采取的分析方法也很多,所以實(shí)驗(yàn)室的平面布局設(shè)計(jì)除要遵循一般建筑物的平面設(shè)計(jì)原則外,還要遵循下列原則:

(1)把同類實(shí)驗(yàn)室組合在一起,例如把化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室集中布置在一起,以便于通風(fēng)、排污、排毒措施的集中設(shè)置以及一些輔助儀器的共同利用,避免重復(fù)投資;氣相色譜、液相色譜等有溫度、濕度和潔凈要求實(shí)驗(yàn)室集中布置在一起,便于集中布置空調(diào)設(shè)施。

(2)把工程管網(wǎng)較多的實(shí)驗(yàn)室組合在一起。例如有氣源要求的儀器分析室應(yīng)布置在一起,這樣從鋼瓶間或外管過來的氣體管道就能集中安排在一起,便于敷設(shè)、管理和檢修。

(3)把有隔振要求的實(shí)驗(yàn)室組合在一起,且一般宜設(shè)于底層。例如將天平室和精密儀器室盡量集中布置在底層并采取減振措施。

(4)把有潔凈要求的實(shí)驗(yàn)室組合在一起。(5)把有毒性物質(zhì)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室組合在一起。

(6)把輔助實(shí)驗(yàn)室如天平室、高溫室、樣品處理室等應(yīng)就近布置在常用的實(shí)驗(yàn)室旁邊。

遵循上述設(shè)計(jì)原則,有利于環(huán)境衛(wèi)生和不同的分析檢測工作順利進(jìn)行,防止不同性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室相互干擾,并節(jié)約投資。

2.2 實(shí)驗(yàn)室實(shí)例

2.2.1 化工廠中控樓化驗(yàn)室

某化工廠中控樓化驗(yàn)室建筑面積為1662 m2,由于生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)品和成品純度的要求,各功能房間均為凈化實(shí)驗(yàn)室。根據(jù)建筑、結(jié)構(gòu)、暖通專業(yè)人員以及工廠分析化驗(yàn)人員的意見,同時(shí)考慮某些大型精密分析儀器對環(huán)境的要求,實(shí)驗(yàn)室劃分為三個(gè)區(qū)域:千級凈化區(qū)、萬級凈化區(qū)、普通凈化區(qū),每進(jìn)入一個(gè)凈化區(qū)都有風(fēng)淋設(shè)施對人、物進(jìn)行吹掃、消毒。對于要求比較高的千級凈化區(qū),實(shí)驗(yàn)期間處于封閉狀態(tài),所需樣品通過傳遞窗進(jìn)行傳遞,盡量避免外界環(huán)境對分析的干擾和影響。同時(shí)各功能房間均有空調(diào)、通風(fēng)、溫濕度控制設(shè)施,平面布局見圖1。

2.2.2 化工廠中心化驗(yàn)室

某MD I化工廠中心化驗(yàn)室建筑面積1662 m2,分為三層,屬鋼筋混凝土建筑,長度約32m,寬度18m,實(shí)驗(yàn)室層高為3.9m。采用中間走廊帶兩側(cè)房間的方式,在靠近走廊的房間墻壁內(nèi)側(cè)設(shè)置通風(fēng)管道豎井,所有風(fēng)機(jī)均置于三層屋頂。各個(gè)功能房間均有空調(diào)要求。根據(jù)化驗(yàn)室化驗(yàn)任務(wù)的需要和分析項(xiàng)目的物性特點(diǎn),一層為樣品沖洗、存放、加熱區(qū);二層為中間產(chǎn)品控制分析區(qū);三層為產(chǎn)品分析區(qū)。某化工廠中心化驗(yàn)樓平面圖見圖2。

圖1 某化工廠中控樓化驗(yàn)室布置圖

圖2 某化工廠中心化驗(yàn)樓平面圖

3 基本要求

3.1 建筑和結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)室建筑和結(jié)構(gòu)有如下要求:

(1)實(shí)驗(yàn)室最好在化工廠的上風(fēng)向,避免車間灰塵和有害氣體對分析化驗(yàn)結(jié)果的影響。

(2)實(shí)驗(yàn)室要遠(yuǎn)離震源、噪聲源、粉塵源和電磁干擾源。

(3)實(shí)驗(yàn)室建筑的耐火等級不低于二級。

(4)布置較重設(shè)備或要求防振的房間可設(shè)在底層;有潔凈和安靜要求的房間可布置在高層;有防潮或防曬要求房間則可分別設(shè)置在陽面或陰面。

(5)特殊實(shí)驗(yàn)室除外,實(shí)驗(yàn)室的層高不得低于3.6m,中心走廊寬度宜2.4～2.7m;實(shí)驗(yàn)室建筑物為多層布置時(shí),樓面荷載設(shè)計(jì)不小于3000N/m2,負(fù)荷較大的房間按實(shí)際要求設(shè)計(jì)。

(6)有爆炸危險(xiǎn)的房間門應(yīng)向外開;大房間應(yīng)設(shè)雙開門;有恒溫恒濕要求的房間應(yīng)設(shè)雙道門(即設(shè)緩沖區(qū))。

(7)有潔凈要求的房間應(yīng)采用固定窗,避免灰塵進(jìn)入室內(nèi);有防曬要求的房間應(yīng)設(shè)遮陽窗簾;其他房間宜采用雙層活動窗或紗窗。

(8)化驗(yàn)室的地面應(yīng)平整、防滑、耐酸、耐堿、耐油、防靜電。

(9)用水房間應(yīng)設(shè)1.2～1.5m瓷磚墻裙或油漆墻裙,以便于清潔。

(10)需要使用鋼瓶的化驗(yàn)室應(yīng)在建筑物外便于引管線到所在功能房間的地方建鋼瓶間,鋼瓶間要通風(fēng)良好,并有防爆和泄爆措施。

3.2 采暖、通風(fēng)及排風(fēng)和空調(diào)

3.2.1 采暖

應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體情況,按有關(guān)規(guī)范或規(guī)定提出采暖要求。

3.2.2 通風(fēng)和排風(fēng)

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中,經(jīng)常會產(chǎn)生各種難聞、有腐蝕性、有毒或易爆的氣體。這些有害氣體如不及時(shí)排出室外,就要造成室內(nèi)空氣污染,影響實(shí)驗(yàn)人員的健康和安全以及儀器設(shè)備的精度和壽命,因此,實(shí)驗(yàn)室應(yīng)考慮通風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常有如下要求:

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生有害氣體的房間可設(shè)置通風(fēng)柜進(jìn)行局部通風(fēng),柜內(nèi)需設(shè)熱源、水源、照明等;風(fēng)機(jī)要求防爆,通風(fēng)管道要耐酸堿腐蝕;對于合用一個(gè)風(fēng)機(jī)的多臺通風(fēng)柜,每臺通風(fēng)柜都應(yīng)有獨(dú)立的控制按鈕。

(2)對于環(huán)境要求嚴(yán)格的原子吸收室、液相色譜室或質(zhì)譜分析室等可在儀器上方設(shè)置局部排風(fēng)罩。

(3)對于會散發(fā)有毒有害氣體的化學(xué)分析室應(yīng)設(shè)置通風(fēng)柜進(jìn)行局部排風(fēng)。

(4)對于散發(fā)少量有害氣體的房間宜設(shè)軸流風(fēng)機(jī)對外排氣。

(5)空氣要求保持一定潔凈度的房間,則要提出潔凈等級。

3.2.3 空調(diào)

有恒溫、恒濕要求的房間應(yīng)設(shè)置空調(diào),溫度宜在18～28℃,濕度在30%～70%。

3.3 給水和排水

(1)給排水管道的設(shè)置應(yīng)滿足分析化驗(yàn)洗滌的要求;室內(nèi)總閥門應(yīng)設(shè)在易操作的顯著位置;下水道應(yīng)采用耐酸堿腐蝕的材料。

(2)應(yīng)按需供給生活用水或新鮮水。

(3)分析化驗(yàn)污水應(yīng)排入生產(chǎn)污水管網(wǎng),分析化驗(yàn)廢棄的酸、堿、油污、化學(xué)試劑和廢渣應(yīng)集中貯存再定期處理。

(4)應(yīng)配備消防栓或化學(xué)滅火等消防設(shè)施。

3.4 供電

實(shí)驗(yàn)室供電一般分為照明電和動力電,而動力電主要用于各類儀器設(shè)備、空調(diào)和風(fēng)機(jī)等的電力供應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室用電有如下要求:

(1)實(shí)驗(yàn)室電氣的設(shè)計(jì)應(yīng)遵守國家或行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)設(shè)三相和單相交流電源,要設(shè)置電源總開關(guān),以便能切斷室內(nèi)電源。

(3)實(shí)驗(yàn)室的動力和照明電源線及通信線宜暗設(shè)。應(yīng)配備不間斷電源,當(dāng)主電源斷電時(shí)應(yīng)能給應(yīng)急照明系統(tǒng)提供至少半小時(shí)的電源供應(yīng)。

(4)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)臺、通風(fēng)柜及其他實(shí)驗(yàn)區(qū)域應(yīng)有足夠數(shù)量的單相或三相插座,插座一般采用嵌入式,安裝在墻上,也可根據(jù)需要在實(shí)驗(yàn)臺上安裝電源插座,大于16A的電源應(yīng)采用空氣開關(guān)。

(5)實(shí)驗(yàn)室的烘箱、冰箱、恒溫箱等固定設(shè)備應(yīng)有專用供電電源,確保實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)仍能運(yùn)轉(zhuǎn),不至于因切斷實(shí)驗(yàn)室的總電源而影響其工作。

(6)實(shí)驗(yàn)室要有接地系統(tǒng),對大型精密儀器或有特殊要求的設(shè)備應(yīng)單獨(dú)設(shè)置接地系統(tǒng)。

(7)實(shí)驗(yàn)室采用熒光燈照明,藥品間、鋼瓶間等有爆炸危險(xiǎn)的場所應(yīng)設(shè)防爆燈具。

(8)根據(jù)需要,部門實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)電話及網(wǎng)絡(luò)接口。

3.5 供氣

實(shí)驗(yàn)室供氣分為鋼瓶和管網(wǎng)供氣,供氣管道設(shè)計(jì)有如下要求:

(1)供氣管道應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃,集中布置,以便于安裝、操作和檢修。

(2)供氣管道應(yīng)明敷。

(3)實(shí)驗(yàn)室分析一般采用電加熱,室內(nèi)不宜敷設(shè)燃料氣管道。

(4)由系統(tǒng)外管引入實(shí)驗(yàn)室的氣體管道應(yīng)設(shè)切斷閥、過濾器和壓力表。

(5)從系統(tǒng)外管引入的氣體管道宜采用無縫鋼管,儀表空氣可采用鍍鋅鋼管,但引入到儀器分析室后應(yīng)轉(zhuǎn)換成與鋼瓶氣體管道材質(zhì)保持一致的不銹鋼或紫銅管,但乙炔氣管道不得用紫銅管。

(6)鋼瓶氣體管道宜采用球閥、截止閥,嚴(yán)禁使用閘閥。

(7)氫氣管道不得穿越不使用氫氣的房間。

(8)管道與鋼瓶或設(shè)備連接時(shí)宜采用金屬管道,如為非金屬管道,宜采用聚氟乙烯管或聚氯乙烯管,不得采用乳膠管。

(9)對氫氣管道不得采用銅質(zhì)的閥門和管件。

(10)氫氣、氧氣或乙炔氣管道所用管件和儀表必須是該介質(zhì)的專用產(chǎn)品,不得代用。

(11)氫氣管道不宜采用螺紋連接,應(yīng)采用焊接連接。高純氣體管道應(yīng)采用承插焊接。

3.6 家具

現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室在追求環(huán)境舒適、安全的同時(shí),應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)室的功能性、堅(jiān)固性、耐腐蝕性,以及安裝布置的靈活性。實(shí)驗(yàn)室家具通常分為實(shí)驗(yàn)臺、實(shí)驗(yàn)用柜和通風(fēng)柜等。實(shí)驗(yàn)室家具不同于一般家具,它常與水、電氣、化學(xué)物質(zhì)以及儀器設(shè)備相接觸,因此對家具的構(gòu)造和材質(zhì)提出更高的要求。

(1)實(shí)驗(yàn)臺一般為寬度750～800mm,高度800～900mm,長度根據(jù)實(shí)驗(yàn)室大小來定,最好選擇組合式,以便施工安裝方便。

(2)實(shí)驗(yàn)臺臺面要求平整、耐酸、耐堿、耐溶劑腐蝕、防火、易于清潔,并且不易碰碎玻璃儀器等。

(3)設(shè)備臺要求能承重,寬度一般不小于750mm,高度一般為500～850mm。放置分析儀器的設(shè)備臺不應(yīng)靠墻布置,要距墻500～800mm,以便于氣路安裝、電路檢修、儀器維修等;放置加熱設(shè)備的設(shè)備臺要求堅(jiān)固、耐熱,高度應(yīng)適宜操作;放置天平的設(shè)備臺應(yīng)采取防震措施。

(4)通風(fēng)柜內(nèi)襯及工作臺面按其使用性質(zhì)應(yīng)具有相應(yīng)的耐腐蝕、防火、耐高溫及防水等性能,個(gè)別情況下還需要防爆。通風(fēng)柜的面板玻璃要求使用安全玻璃,每個(gè)通風(fēng)柜應(yīng)有獨(dú)立的風(fēng)道開啟裝置。

(5)藥品柜分為普通藥品柜、有毒藥品柜、劇毒藥品柜,藥品應(yīng)按不同性質(zhì)分別存放,劇毒藥品柜應(yīng)由專人負(fù)責(zé)看管。

4 結(jié)語

(1)化工廠實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,它涉及建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、暖通、給排水、物理和化學(xué)等多專業(yè)知識。

(2)設(shè)計(jì)應(yīng)以人為本,全面規(guī)劃,綜合考慮多方面因素,確保實(shí)驗(yàn)人員和儀器尤其是貴重的精密儀器的安全。

(3)均衡實(shí)驗(yàn)室的人力負(fù)荷,合理安排布局,適度考慮方便操作、使用和管理,同時(shí)兼顧實(shí)驗(yàn)室的整齊美觀。

1 劉 珍.化驗(yàn)員讀本(上、下冊)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1994.

2 駱巨新.分析實(shí)驗(yàn)室裝備手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

3 陸 軫.實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1981.

＊馬俊杰:工程師。2000年畢業(yè)于沈陽化工學(xué)院工業(yè)分析專業(yè)。主要從事化工廠實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:(029)82238189 -3208,E-mail:mjj1872@chinahualueng.com。

2009-12-09)