石虬

中國海誠工程科技股份有限公司

本項目為某外商獨資，在國內(nèi)投資年產(chǎn) 10 萬噸變性淀粉的工業(yè)項目，項目包括甲類生產(chǎn)車間、乙類生產(chǎn)車間、丙類倉庫、化學(xué)品罐區(qū)、公用工程中心、后勤樓等，主要產(chǎn)品為變性淀粉，變性淀粉工藝加工包裝過程較為復(fù)雜，涉及乙類涉爆粉塵、甲類化學(xué)氣體、天然氣、清潔車間、工藝用冷凍水等，本文將就其中乙類生產(chǎn)車間設(shè)計過程中遇見的一些問題進行具體分析。

1 空調(diào)通風(fēng)

1.1 乙類包裝間空調(diào)通風(fēng)設(shè)計

本項目包裝間生產(chǎn)過程中有粉塵產(chǎn)生，該粉塵為變性淀粉，可燃爆粉塵，房間為有粉塵放散的房間，火災(zāi)危險性類別為乙類，而工藝生產(chǎn)過程對環(huán)境溫濕度和清潔度均有一定要求（夏季干球溫度 24± 2 ℃，冬季干球溫度 18± 2 ℃，相對濕度≤60%，空調(diào)系統(tǒng)清潔度要求參考國標(biāo)ISO 8 級潔凈度）。

根據(jù)《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50019-2015）第 6.1.16 條相關(guān)規(guī)定：放散粉塵、有害氣體的房間，室內(nèi)應(yīng)維持負壓。要求空氣清潔的房間，室內(nèi)維持正壓[1]。而同時放散粉塵、且環(huán)境有空氣清潔度要求的房間，未明確此類房間的房間正負壓如何設(shè)置。

爆炸危險性粉塵和甲類氣體不同，相對于甲類氣體，粉塵的擴散更加直觀和可控，本次采用環(huán)境除塵和粉塵逸散點局部除塵相結(jié)合，對放散粉塵的工藝生產(chǎn)段進行除塵控制，措施如下：

a）例如包裝機粉塵倒料口等容易揚塵的位置設(shè)置局部排風(fēng)罩，除塵系統(tǒng)與工藝生產(chǎn)設(shè)備采用連鎖控制，除塵系統(tǒng)與工藝設(shè)備連鎖啟停，除塵風(fēng)機先于工藝設(shè)備開啟，工藝設(shè)備停機10 s 后，除塵風(fēng)機關(guān)閉。

b）房間按半徑10 m 劃分，設(shè)置真空環(huán)境清掃系統(tǒng)，用于生產(chǎn)管理人員對長時間運行后，房間內(nèi)地面墻面可能積聚的粉塵進行清掃，避免房間內(nèi)因粉塵過多，揚塵后出現(xiàn)粉塵云的可能性。

c）除塵管道和排風(fēng)罩吸入口風(fēng)速按《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》（第二版）[2]選取，除塵管道風(fēng)速控制在不低于14 m/s。散發(fā)點控制風(fēng)速0.5 m/s。

通過一系列措施，將房間粉塵有效控制后，可將房間設(shè)置為正壓，通過包裝間設(shè)置緩沖間的方式，將包裝間大環(huán)境壓力定為+10 Pa，緩沖間壓力+5 Pa，壓力遞減至室外環(huán)境，房間整體空間采用直流全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)流程圖如圖1：

圖1 房間空調(diào)除塵系統(tǒng)流程圖

1.2 主要空調(diào)通風(fēng)設(shè)備

乙類車間的空調(diào)系統(tǒng)禁止回風(fēng)，空調(diào)采用直流式全新風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)箱為直膨式全新風(fēng)空調(diào)箱，排風(fēng)采用獨立排風(fēng)箱，由于直流式全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)制冷制熱耗能較高，《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB51245-2017）中相關(guān)條文要求：當(dāng)工藝條件允許及技術(shù)經(jīng)濟合理時，空調(diào)系統(tǒng)宜設(shè)置熱回收裝置，從為本項目節(jié)省運行費用的角度，為排風(fēng)設(shè)置熱回收系統(tǒng)，由于排風(fēng)為從乙類房間排風(fēng)，全熱回收方式不可取，且排風(fēng)與新風(fēng)口距離要求 20 m，導(dǎo)致排風(fēng)風(fēng)機與空調(diào)箱距離較遠。綜合判斷采用乙二醇溶液顯熱回收系統(tǒng)。排風(fēng)機與空調(diào)箱之間通過乙二醇液管連接。

根據(jù)《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB50019-2015）第 6.9.16 條相關(guān)規(guī)定，“用于甲、乙類廠房的送風(fēng)設(shè)備。當(dāng)送風(fēng)設(shè)備在通風(fēng)機房內(nèi)且送風(fēng)干管上設(shè)置止回閥時，可采用非防爆型設(shè)備”[1]，送風(fēng)空調(diào)箱設(shè)在獨立的送風(fēng)機房內(nèi)，空調(diào)箱采用非防爆型，送風(fēng)主管設(shè)止回閥，排風(fēng)箱風(fēng)機為防爆風(fēng)機。

排風(fēng)箱和空調(diào)新風(fēng)箱內(nèi)設(shè)乙二醇熱回收段，對排風(fēng)進行顯熱回收后對新風(fēng)進行預(yù)冷預(yù)熱，空調(diào)箱內(nèi)置G5 初效濾網(wǎng)+F7 中效過濾，送風(fēng)末端采用 H13 亞高效過濾器。由于變性淀粉在潮濕環(huán)境內(nèi)容易結(jié)塊，為保證排風(fēng)箱內(nèi)一定程度的清潔度，避免排風(fēng)箱內(nèi)二醇盤管上有淀粉形成結(jié)塊，影響盤管換熱效率，在乙二醇盤管前設(shè)G5 初效濾網(wǎng)+F7 中效過濾器。

1.2 空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量

包裝車間為乙類房間，為有可能突然散發(fā)大量有爆炸危險性粉塵。須設(shè)置事故通風(fēng)系統(tǒng)，換氣次數(shù)不小于12 次/h。頂部排風(fēng)1/3，底部排風(fēng)2/3。而參考《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GB50073-2013）[3]I SO 8 級標(biāo)準(zhǔn)，房間換氣次數(shù)不小于 15 次/h。綜合判斷，全新風(fēng)空調(diào)箱設(shè)計送風(fēng)換氣次數(shù)15 次/h。平時全新風(fēng)空調(diào)運行，事故時通風(fēng)模式運行。排風(fēng)機設(shè)計排風(fēng)量為維持房間+10 Pa 壓力的排風(fēng)量（以除塵系統(tǒng)未開啟時計算）且大于房間換氣次數(shù)12 次/h。

1.3 管道系統(tǒng)

由于干燥包裝車間為乙類房間，有粉塵散發(fā)，而生產(chǎn)過程對環(huán)境清潔度要求是需要達到潔凈度國標(biāo)ISO 8 級，為了避免車間內(nèi)集塵，影響清潔度，車間內(nèi)的明裝排風(fēng)管采用304 不銹鋼圓風(fēng)管，靜電接地，明裝空調(diào)送風(fēng)管采用304 不銹鋼圓風(fēng)管，外包40 mm 厚B1 級難燃橡塑海綿，后再敷設(shè) 0.5 mm 不銹鋼保護殼，圓形風(fēng)管和方形風(fēng)管相比，優(yōu)勢在于減少風(fēng)管上灰塵的聚集程度，且易清掃。

1.4 自動控制

由于空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)末端 H13 亞高效過濾器隨著使用時間的增加，過濾器會慢慢堵塞，導(dǎo)致風(fēng)阻增加，而根據(jù)風(fēng)機特性曲線，當(dāng)風(fēng)系統(tǒng)阻力增加時，送風(fēng)量會減小，為維持房間恒定15 次/h 換氣次數(shù)送風(fēng)，需要對送風(fēng)機采用一定控制措施，以保證送到包裝車間內(nèi)的風(fēng)量滿足設(shè)計要求。因此在送風(fēng)主管上設(shè)流量傳感器，送風(fēng)機變頻，將送風(fēng)機與流量傳感器聯(lián)動，變頻器設(shè)過熱保護。當(dāng)送風(fēng)末端阻力增加，風(fēng)管內(nèi)風(fēng)量低于設(shè)計風(fēng)量時，提高風(fēng)機轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)管內(nèi)風(fēng)量高于設(shè)計風(fēng)量時，降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速。

空調(diào)箱與排風(fēng)風(fēng)機聯(lián)鎖啟停，在門內(nèi)外設(shè)排風(fēng)風(fēng)機開關(guān)，房間內(nèi)設(shè)粉塵濃度探測器，當(dāng)室內(nèi)粉塵濃度超標(biāo)時，屏蔽BA 系統(tǒng)控制信號，手動或遠程自動開啟排風(fēng)風(fēng)機，維持房間排風(fēng)換氣次數(shù)≥12 次/h。

在包裝間內(nèi)設(shè)置壓差傳感器，由于包裝間內(nèi)有除塵系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)的間歇啟停會影響房間壓力值，導(dǎo)致房間壓力為動態(tài)變化，為將房間壓力維持在 +10 Pa，在包裝車間內(nèi)設(shè)置壓差傳感器，與排風(fēng)機連鎖，排風(fēng)風(fēng)機變頻，變頻器設(shè)過熱保護，當(dāng)房間壓力高于 +10 Pa 時，提高排風(fēng)機轉(zhuǎn)速，增加房間排風(fēng)量，當(dāng)房間壓力低于+10 Pa 時，降低排風(fēng)機轉(zhuǎn)速，減少排風(fēng)機排風(fēng)量。

在包裝間內(nèi)設(shè)置溫、濕度傳感器，控制空調(diào)箱出風(fēng)溫度和相對濕度。除塵系統(tǒng)與工藝設(shè)備連鎖啟停，除塵風(fēng)機先于工藝設(shè)備開啟，工藝設(shè)備停機 10 s 后，除塵風(fēng)機關(guān)閉。

通過簡單的自控系統(tǒng)對空調(diào)箱、排風(fēng)機進行控制，將房間壓力以及環(huán)境溫濕度穩(wěn)定在設(shè)計工況的同時，根據(jù)乙類房間內(nèi)乙類物質(zhì)的特性對空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)增加一定的防護措施，可減少系統(tǒng)后期運行中的維護成本。

2 除塵設(shè)計

2.1 包裝車間除塵設(shè)計

涉爆粉塵和非涉爆粉塵的除塵設(shè)計差異較大，而涉及到爆炸危險性粉塵的相關(guān)規(guī)范眾多，滿足國家相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求的前提下，盡量合理的設(shè)計除塵可以有效的降低初投資和后期運行費用，增加除塵系統(tǒng)的安全性。

涉爆粉塵常規(guī)除塵系統(tǒng)流程如圖2：

圖2 除塵系統(tǒng)流程圖

筆者在包裝車間包裝機等易散發(fā)粉塵的部位設(shè)置除塵抽氣罩，抽氣罩尺寸依據(jù)粉塵逸散區(qū)域確定。本案工藝生產(chǎn)過程為傾倒有粉塵的干物料到容器中導(dǎo)致的粉塵逸散，按相關(guān)設(shè)計手冊，取 1.0 m/s 罩面風(fēng)速，以罩面尺寸和排風(fēng)量計算得出設(shè)計除塵風(fēng)量。

由于其它同類型項目案例中，生產(chǎn)一段時間后乙類房間地面容易積塵，長期積塵后，地面部分角落的淀粉粉塵發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，增加了清掃難度，為方便生產(chǎn)人員清潔地面，根據(jù)包裝車間面積大小，在除塵主管上接出三根DN50 除塵支管，支管上設(shè)關(guān)斷插板閥，支管末端預(yù)留中央吸塵的快速插拔接口，用于后期生產(chǎn)過程，接口接上中央真空吸塵器，對室內(nèi)地面等容易集塵處進行清掃。

由于本案為食品類生產(chǎn)加工車間，除塵管道采用圓形 304 不銹鋼風(fēng)管，均為明裝，除塵風(fēng)管的彎頭、三通等的曲率半徑為 2D，除塵風(fēng)管三通的夾角為 45° 。風(fēng)管靜電接地，筆者多個項目發(fā)現(xiàn)除塵風(fēng)管靜電接地容易在施工過程中被施工方遺漏，在最后竣工驗收或安監(jiān)部門檢查時提出整改，此時往往會延誤竣工時間或增加項目的整改成本。

根據(jù) 《工貿(mào)行業(yè)可燃性粉塵作業(yè)場所工藝設(shè)施防爆技術(shù)指南》相關(guān)要求，除塵風(fēng)管管道長度每隔 6 m處，需設(shè)徑向控爆泄壓口，若控爆泄壓口設(shè)置在廠房建筑物內(nèi)時，使用長度不超過6 m 的泄壓導(dǎo)管通向室外。此要求當(dāng)廠房除塵點距離外墻過遠時，部分除塵管路上泄壓導(dǎo)管至室外的距離會超過6 m，此時即使設(shè)泄壓導(dǎo)管，由于泄壓導(dǎo)管過長，無法完全起到泄壓的作用，除塵管道內(nèi)發(fā)生爆炸時，除塵末端依然會有爆炸沖擊波和火焰。

干式除塵器使用一段時間后，需要對其內(nèi)的濾筒或濾袋進行清灰，常用清灰方式為壓縮氣體脈沖清灰，除塵器脈沖清灰的壓縮氣源在設(shè)計和運行過程中常常容易被忽視，部分工程實際案例中，除塵系統(tǒng)清灰用氣源，直接從壓縮空氣管路上引支路至干式除塵器脈沖噴吹系統(tǒng)，將壓縮空氣作為脈沖噴吹氣體源，當(dāng)除塵器處理的粉塵為涉爆粉塵，且采用壓縮空氣脈沖噴吹清灰時，濾筒或濾袋內(nèi)的沉積粉塵經(jīng)過高壓噴吹再次揚起，而空氣為氣態(tài)氧化劑，粉塵和空氣混合形成的粉塵云極易達到粉塵的爆炸下限，增加了爆炸風(fēng)險。

筆者建議設(shè)計人員或運營管理人員需對除塵器脈沖清灰氣體源采取足夠的重視，涉爆粉塵的脈沖噴吹壓縮氣體源建議采用氮氣或二氧化碳等此類費用較低的惰性氣體，在清灰作業(yè)時，可有效的惰化粉塵 空氣混合物，使粉塵空氣混合物失去爆炸危險性。如項目上無氮氣或二氧化碳此類惰性氣體的壓縮氣體源，可在除塵器附近設(shè)置獨立的惰性氣體壓縮氣瓶，用于粉塵清灰，在清灰系統(tǒng)設(shè)帶信號反饋功能的壓力調(diào)節(jié)閥，低于設(shè)定脈沖壓力時報警。

且通過除塵系統(tǒng)和工藝設(shè)備較為簡單的連鎖控制，可將粉塵散發(fā)控制在局部區(qū)域，減少對車間整體大環(huán)境的影響。

由于包裝機內(nèi)變性淀粉溫度較高，超過80 ℃，其它同類型項目出現(xiàn)在冬季室外除塵風(fēng)管內(nèi)出現(xiàn)淀粉結(jié)塊，導(dǎo)致除塵風(fēng)管堵塞的生產(chǎn)事故，因此本項目在設(shè)計階段，要求室內(nèi)、室外除塵風(fēng)管靜電接地的同時，設(shè)硅酸巖棉保溫外殼，濾筒除塵器內(nèi)的濾筒為耐高溫型。

2.2 除塵廢氣排放

干燥包裝車間共有 5 套除塵系統(tǒng)，其中 4 套分別為 Na2S O4投料站除塵、N a2S O4儲罐除塵、暫存料斗除塵、淀粉筒倉除塵，廢氣排放量分別為 1000 m3/ h（Na2S O4）、1000 m3/ h（Na2S O4）、1000 m3/ h（變性淀粉）、3700 m3/ h（變性淀粉），由工藝系統(tǒng)自帶除塵設(shè)施過濾除塵，1 套為本次設(shè)計乙類包裝間的環(huán)境吸塵以及包裝機附近局部除塵廢氣，廢氣排放量12000 m3/ h。

依照環(huán)評要求，本項目除塵廢氣經(jīng)過除塵器處理后，設(shè)置排氣筒，排氣筒排放高度需高出周圍200 m 半徑內(nèi)的建筑5 m 以上。由于項目當(dāng)?shù)貙腆w污染源廢氣監(jiān)測有相關(guān)要求，需對其排放氣體設(shè)置在線監(jiān)測措施以及檢測平臺，監(jiān)測點需在垂直管段，彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于 4 倍直徑（或者當(dāng)量直徑），上游方向不小于2 倍直徑（或者當(dāng)量直徑）處 。

如 5 套除塵系統(tǒng)分別設(shè)置高位排放煙囪以及監(jiān)測鋼平臺，煙囪數(shù)量和監(jiān)測點數(shù)量眾多，前期投資成本非常高，后續(xù)也增加了現(xiàn)場監(jiān)測難度。

與工藝專業(yè)進行討論，此 5 套除塵系統(tǒng)粉塵類型主要為Na2SO4和變性淀粉，此兩種物質(zhì)混合不會產(chǎn)生反應(yīng)，爆炸危險性不會提高。為合理的減少煙囪和監(jiān)測平臺數(shù)量，降低成本，暖通專業(yè)將經(jīng)過5 套除塵系統(tǒng)過濾后的廢氣收集后，統(tǒng)一高位排放。由于除塵系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，廢氣管路出口風(fēng)壓較高。且 5 套除塵系統(tǒng)的廢氣排放量為動態(tài)變化，如何避免廢氣排放管合并后5 套除塵系統(tǒng)之間相互干擾，且能通過一個高位排放煙囪排出，為一個設(shè)計難點，筆者提供了一個設(shè)計思路，如圖3：

圖3 除塵系統(tǒng)流程圖

設(shè)置負壓靜壓箱，5 套除塵系統(tǒng)將過濾后的廢氣正壓送入靜壓箱內(nèi)，靜壓箱與高位排放煙囪之間設(shè)一臺防爆型離心排風(fēng)機，靜壓箱上設(shè) 600 mm× 600 mm檢修人孔，靜壓箱內(nèi)設(shè)壓差傳感器，排風(fēng)機與壓差傳感器連鎖，排風(fēng)機變頻運行，通過維持靜壓箱內(nèi)負壓的形式，將靜壓箱內(nèi)的廢氣排至高位排放煙囪。通過設(shè)計合理的靜壓箱尺寸和除塵風(fēng)管接口位置，靜壓箱維持 -10 Pa 時，5 套除塵系統(tǒng)送入靜壓箱內(nèi)的廢氣均不會倒灌至其它系統(tǒng)的除塵管道中。

根據(jù)靜壓箱體積，箱內(nèi)靜壓以及總除塵風(fēng)量進行計算，本案靜壓箱排風(fēng)機設(shè)計排風(fēng)量為20000 m 3/h，風(fēng)量變頻調(diào)節(jié)范圍為額定排風(fēng)量的25%～100%，即風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍為 5000～20000 m 3/h，排風(fēng)量低于5000 m 3/h 時，風(fēng)機電機長時間運行會過熱，引起保護性停機。

而5 套除塵系統(tǒng)根據(jù)不同的啟停狀態(tài)，總除塵風(fēng)量在 1000～18700 m 3/h 內(nèi)波動，筆者提出兩種解決方案：1 ）從現(xiàn)場運行管理的角度，向業(yè)主提出，即房間局部除塵系統(tǒng)維持開啟狀態(tài),包裝間排風(fēng)機最小排風(fēng)量大于5000 m 3/h，保證煙囪排風(fēng)機可以正常運行。2）靜壓箱上設(shè)置自垂式余壓閥，通過選型合適壓差的泄壓閥，以及相對應(yīng)的補風(fēng)風(fēng)量值。當(dāng)靜壓箱內(nèi)壓差小于-20 Pa 時，余壓閥自動打開，通過室外補風(fēng)進入靜壓箱，保證煙囪排風(fēng)風(fēng)機最低轉(zhuǎn)速時，仍有足夠的風(fēng)量被排風(fēng)機排出。

通過一系列的設(shè)置，能保證在滿足各種工藝生產(chǎn)運行的情況下，保證除塵系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3 結(jié)語

在工業(yè)生產(chǎn)中，保證生產(chǎn)車間內(nèi)的空間環(huán)境得到有效控制，對生產(chǎn)過程的安全性以及生產(chǎn)成品的質(zhì)量影響較大，筆者通過某個乙類生產(chǎn)廠房的空調(diào)通風(fēng)除塵設(shè)計，結(jié)合之前類似項目的一些經(jīng)驗教訓(xùn)，拋磚引玉，給暖通設(shè)計人員一些參考和借鑒。