移动式庇护所通风系统设计

引言

石油化工企业中的生产和储存装置所涉及的油品及物料多为易燃易爆、有毒有害物质,一旦发生泄漏,易发生火灾、爆炸及中毒事故,导致巨大的人员伤亡、财产损失和环境破坏。

在国外化工厂,移动庇护所已经被广泛采用,能在一定时间内为避难人员提供生命安全保障必要条件以等待救援,是疏散逃生的关键补充,对保障石油化工企业人员安全具有十分重要的意义。

在国内,尤其是内资企业,较少使用移动式庇护所,国内缺少相关规范。爵格工业承担了2016年安全生产重大事故防治关键技术科技项目一抗爆庇护所技术研究,就相关技术开展了研究,包括通风系统设计。

在事故发生时,庇护所所处环境较为复杂,四周受到爆炸冲击波的影响,且有毒有害、易燃易爆气体四处弥漫。与室外相通的通风设备须能够抵抗冲击波,避免冲击波进入庇护所内,损伤室内设备及人员,且其电气元件须防爆,避免其成为点火源,引爆易燃易爆气体。

1庇护所通风系统组成

本课题所设计庇护所大小为6058mm×2438mm×2896mm,用于5人庇护。

庇护所最终可以任意组合成所需尺寸,根据实际庇护人数而定。庇护所通风系统由新风化学过滤系统、室内循环化学过滤系统、高压应急呼吸系统、室内温度调节系统、传感器系统以及PLC控制系统六部分组成,如图1所示。

2新风化学过滤系统

其由新风入口处安装于墙壁上的抗冲击波阀、有毒有害气体传感器、隔离庇护所气密阀、换向阀、化学滤料、带手动功能的风机及出风口组成。

正常通风状态下新风量按照30m3/(h)人)计算,应急通风状态时新风量按照3.2m3/(h)人)。

新风入口处阀门须在室外爆炸冲击波作用下瞬间关闭,关闭时间在2~10ms内,要求不发生损坏。

有毒有害气体传感器须根据气体种类及报警范围进行选择,石油化工厂典型有毒气体H2S,其不同浓度会对人体造成不同程度的影响,如表1所示。在新风入口处安装H2S传感器,设置高低浓度2级报警。

室内人员产生的C02浓度在1%以下,不同浓度C02对人体的影响如表2所示。

室内02浓度一般在19.5%~23.5%(0sHA),02浓度不足时对人体的影响如表3所示。

隔离庇护所气密阀在H2s传感器探测到周围有高浓度H2s时,传感器信号触发,传至PLC控制柜,发送信号至气密阀电动执行器,将阀门关闭,最终将庇护所密闭,避免毒气进入室内。

换向阀用于改变新风气流方向。正常通风时,室外新风不流经化学过滤模块而直接进入室内,避免化学过滤模块因吸收空气中的水分而失效。

化学滤料作为通风系统核心部件,用于去除空气中的有毒有害气体。我们主要依据所需去除气体的种类、浓度、流速、庇护时间以及滤料吸附能力,来确定化学滤料型号和用量。

新风系统所使用风机须自带手动功能,确保在断电情况下,通过手动转动风机保证室内正常通风。

抗爆余压阀用于维持室内正压50Pa以上,避免室外有毒气体渗透至室内,同时防止冲击波通过排风口进入室内造成人员及设备损伤,该阀门须具备抗爆功能。

3室内循环化学过滤系统

其主要用于去除进出庇护所而带入的少量有毒有害气体以及报警前经过新风系统进入室内的有毒有害气体,确保室内人员生命安全。

4高压应急呼吸系统

其由高压气瓶组1、高压手动球阀2、高压气体过滤器3、高压压力表4、高压变送器5、高压电动球阀6、高压减压阀7、中压压力表8、中压减压阀9、低压变送器10、低压压力表11、电磁阀12、消音出气口13和PLC控制柜组成,如图2所示。

4.1工作原理

H2s传感器探测到周围有高浓度H2s时,系统发出警报并关闭新风口,自动由低到高启动球阀,高压压缩空气经高压减压阀减压至约700kPa(7bar),再经中压减压阀将压力减至约200kPa(2bar),空气释放后经消音出气口送至庇护所。

若检测到高压球阀没自动打开,系统会提示人员手动打开高压球阀,高压减压阀自带的高压保护装置能在中压管路压力过高时,自动切断高压管路,阻止中压管路压力影响。中压压力传感器的作用是检测中压管路的压力。消音出气口带流量调节功能。

4.2储气量计算

庇护所通风系统须能够提供足够的新鲜空气维持室内人员正常呼吸,且空气质量满足NFPA1989一2008标准要求。

庇护所内人员按照80%时间处于休息状态和20%时间处于适度活动状态,每人每小时所需空气量为3.2m3,选用4个20MPa高压气瓶形成高压气瓶组给庇护所供气,满足室内人员需氧量,同时将空气中C02浓度稀释到1%以下,避免发生C02中毒问题。人员不同状态下02消耗量和C02释放量如表4所示。

5室内温度调节系统

采用壁挂式分体空调维持庇护所内的温度,室外机处于爆炸危险环境中,须具备防爆功能。

6传感器系统

H2s传感器设置高低2级报警,低浓度报警值为5ppm,高浓度报警值为50ppm。室内02传感器报警值为19.5%,C02传感器报警值为1%。传感器信号输入给PLC控制系统,通过PLC控制系统控制相应设备开启和关闭。

7PLC控制系统

移动式庇护所通风系统的运行分为正常模式和应急模式,整个通风系统由PLC控制系统配合传感器系统自动控制通风设备开启和关闭。在正常运行模式下,室外新风通过新风系统直接进入室内,由室内循环化学过滤系统处理,满足日常空气要求。在应急运行模式下,低浓度报警时,室外新风通过毒气过滤系统过滤,该系统可以满足要求庇护时间内的新风空气处理量。高浓度报警时,气体浓度超出了毒气过滤系统的处理能力而直接进入室内,此时须关闭气密阀,封闭整个庇护所,当室内02和C02浓度超过限值时,启动应急呼吸系统给室内提供所需空气,维持生命,等待救援。

8结语

本课题研究基于石油化工厂实际情况,提出了合理的庇护所通风系统设计,在设计庇护时间内能确保提供足够维持避难人员生命的空气以等待消防救援。庇护所通风系统在室内外设置相关传感器,可实时读取室外毒气浓度以及室内o2和Co2浓度,由PLC控制柜根据传感器信号自动开启新风化学过滤系统和高压应急呼吸系统,解决了因中控室距离装置区较远,操作人员无法及时避难的问题。