魯 婧

(陜西省燃?xì)庠O(shè)計(jì)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(guò)程中會(huì)放散有毒有害以及有火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)的物質(zhì),為保證控制室內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全、廠站正常運(yùn)行以及人員自身安全,控制室多為地上無(wú)外窗的抗爆建筑[3-4]。近年來(lái)建筑內(nèi)火災(zāi)頻發(fā),諸多報(bào)道指出,火災(zāi)后許多逃生人員因吸入過(guò)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(jì)的重要性。本文針對(duì)上述問(wèn)題,以某天然氣液化工廠抗爆控制室為例,通過(guò)劃分防煙分區(qū)、對(duì)排煙系統(tǒng)和補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,給出防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。闡述防排煙系統(tǒng)運(yùn)行及控制流程,以及抗爆閥、電動(dòng)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(jiǎn)稱控制室)設(shè)計(jì)。本工程抗爆控制室為地上無(wú)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(xiǎn)性為丙類。該控制室內(nèi)有操作室、機(jī)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(jì)

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(wú)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(jì)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(jī)柜室用于放置存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多排機(jī)柜,房間平時(shí)無(wú)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(wú)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(zhǎng)度為33 m。考慮到火災(zāi)發(fā)生后人員通過(guò)疏散走道逃生,且由試驗(yàn)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(jì)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(gè)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(gè)防煙分區(qū)無(wú)自然排煙條件,因此均采用機(jī)械排煙。鑒于控制室采用機(jī)械排煙以及機(jī)械送風(fēng)(補(bǔ)風(fēng))方式,為保證火災(zāi)情況下排煙風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)不受影響,將風(fēng)機(jī)設(shè)置在專用機(jī)房?jī)?nèi),故本設(shè)計(jì)中控制室內(nèi)設(shè)有排煙機(jī)房及補(bǔ)風(fēng)機(jī)房。

圖1 防煙分區(qū)劃分

② 排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)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(duì)于單層建筑,空間凈高度取排煙空間的建筑凈高度;對(duì)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(shí)也要滿足機(jī)械送風(fēng)口(補(bǔ)風(fēng)口)設(shè)置在最小清晰高度內(nèi)的要求。所設(shè)計(jì)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(chǔ)煙倉(cāng)厚度

儲(chǔ)煙倉(cāng)用于儲(chǔ)存房間或區(qū)域的煙氣,儲(chǔ)煙倉(cāng)厚度取值應(yīng)滿足:儲(chǔ)煙倉(cāng)底部距地面的高度(即儲(chǔ)煙倉(cāng)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(jī)械排煙時(shí),儲(chǔ)煙倉(cāng)厚度應(yīng)大于等于空間凈高的10%,同時(shí)不得小于500 mm。由此確定該控制室疏散走道及操作室儲(chǔ)煙倉(cāng)厚度均為1.5 m,機(jī)械排煙時(shí)最小清晰高度與儲(chǔ)煙倉(cāng)關(guān)系見圖2。

圖2 機(jī)械排煙時(shí)最小清晰高度與儲(chǔ)煙倉(cāng)關(guān)系

圖中h1——儲(chǔ)煙倉(cāng)底部高度,m

δ——儲(chǔ)煙倉(cāng)厚度,m

c.排煙量計(jì)算

各個(gè)防煙分區(qū)排煙量由GB 51251—2017第4.6.3條、第4.6.13條計(jì)算得到,具體數(shù)據(jù)見表1。當(dāng)計(jì)算排煙量小于排煙量最小限值時(shí),實(shí)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(shí)際排煙量為28 000 m3/h?？傇O(shè)計(jì)排煙量應(yīng)滿足不小于總實(shí)際排煙量的1.2倍,得出總設(shè)計(jì)排煙量不小于33 600 m3/h,本文取33 600 m3/h。根據(jù)總設(shè)計(jì)排煙量選擇一臺(tái)額定風(fēng)量為35 000 m3/h的排煙風(fēng)機(jī),排煙風(fēng)機(jī)設(shè)置在排煙機(jī)房?jī)?nèi)且排煙風(fēng)機(jī)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(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

a.補(bǔ)風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)空氣流動(dòng)原理,排除煙氣同時(shí)應(yīng)補(bǔ)入新風(fēng)?？贡刂剖覠o(wú)外窗且兩側(cè)外門為抗爆防護(hù)門,抗爆防護(hù)門設(shè)置在隔離前室外,從圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲入風(fēng)量較小,故通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)自然補(bǔ)風(fēng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效排煙。

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

b.排煙口、補(bǔ)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(bǔ)風(fēng)口至少要有5 m以上的間距,且補(bǔ)風(fēng)口應(yīng)設(shè)在儲(chǔ)煙倉(cāng)下方、最小清晰高度內(nèi)。排煙口與補(bǔ)風(fēng)口平時(shí)呈關(guān)閉狀態(tài),在火災(zāi)情況下聯(lián)動(dòng)開啟。

4 防排煙系統(tǒng)運(yùn)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(jī)為冷熱源的全空氣式空調(diào)系統(tǒng),同時(shí)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(shí),煙霧報(bào)警器響起,由火災(zāi)控制中心確定著火區(qū)域,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開啟或電動(dòng)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(chǎng)手動(dòng)開啟或電動(dòng)開啟方式聯(lián)鎖開啟排煙風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)以及著火區(qū)域的補(bǔ)風(fēng)口,同時(shí)聯(lián)動(dòng)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(guò)280 ℃時(shí),關(guān)閉排煙風(fēng)機(jī)前設(shè)置的排煙防火閥(280 ℃),同時(shí)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉排煙風(fēng)機(jī)以及補(bǔ)風(fēng)機(jī)。防排煙系統(tǒng)運(yùn)行及控制流程見圖3。

圖3 防排煙系統(tǒng)運(yùn)行及控制流程

為了將發(fā)生火災(zāi)情況下對(duì)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(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)以及補(bǔ)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(jī)房、補(bǔ)風(fēng)機(jī)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(shí),抗爆閥立即關(guān)閉,從而保護(hù)建筑內(nèi)人員及設(shè)備安全。抗爆閥的選擇由其關(guān)閉能力、關(guān)閉時(shí)間、抗爆能力、透壓率等參數(shù)綜合決定。

② 電動(dòng)密閉閥

電動(dòng)密閉閥一般安裝在進(jìn)風(fēng)管入口處,平時(shí)呈開啟狀態(tài),在檢測(cè)到可燃?xì)怏w或有害氣體時(shí)電動(dòng)密閉閥關(guān)閉,阻止室外有毒有害氣體進(jìn)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(jì)規(guī)范》僅要求在進(jìn)風(fēng)管處設(shè)置電動(dòng)密閉閥,新版規(guī)范GB/T 50779—2022《石油化工建筑物抗爆設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第7.4.5條,在舊版規(guī)范基礎(chǔ)上規(guī)定:進(jìn)出抗爆建筑物的風(fēng)管上均需設(shè)置電動(dòng)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(bǔ)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(shì)沿風(fēng)管蔓延。

6 結(jié)語(yǔ)

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(jī)的計(jì)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(jì)。