引言

石油化工企業(yè)中的生產(chǎn)和儲存裝置所涉及的油品及物料多為易燃易爆、有毒有害物質(zhì),一旦發(fā)生泄漏,易發(fā)生火災(zāi)、爆炸及中毒事故,導(dǎo)致巨大的人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境破壞。

在國外化工廠,移動庇護所已經(jīng)被廣泛采用,能在一定時間內(nèi)為避難人員提供生命安全保障必要條件以等待救援,是疏散逃生的關(guān)鍵補充,對保障石油化工企業(yè)人員安全具有十分重要的意義。

在國內(nèi),尤其是內(nèi)資企業(yè),較少使用移動式庇護所,國內(nèi)缺少相關(guān)規(guī)范。爵格工業(yè)承擔(dān)了2016年安全生產(chǎn)重大事故防治關(guān)鍵技術(shù)科技項目一抗爆庇護所技術(shù)研究,就相關(guān)技術(shù)開展了研究,包括通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計。

在事故發(fā)生時,庇護所所處環(huán)境較為復(fù)雜,四周受到爆炸沖擊波的影響,且有毒有害、易燃易爆氣體四處彌漫。與室外相通的通風(fēng)設(shè)備須能夠抵抗沖擊波,避免沖擊波進入庇護所內(nèi),損傷室內(nèi)設(shè)備及人員,且其電氣元件須防爆,避免其成為點火源,引爆易燃易爆氣體。

1庇護所通風(fēng)系統(tǒng)組成

本課題所設(shè)計庇護所大小為6058mm×2438mm×2896mm,用于5人庇護。

庇護所最終可以任意組合成所需尺寸,根據(jù)實際庇護人數(shù)而定。庇護所通風(fēng)系統(tǒng)由新風(fēng)化學(xué)過濾系統(tǒng)、室內(nèi)循環(huán)化學(xué)過濾系統(tǒng)、高壓應(yīng)急呼吸系統(tǒng)、室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)以及PLC控制系統(tǒng)六部分組成,如圖1所示。

2新風(fēng)化學(xué)過濾系統(tǒng)

其由新風(fēng)入口處安裝于墻壁上的抗沖擊波閥、有毒有害氣體傳感器、隔離庇護所氣密閥、換向閥、化學(xué)濾料、帶手動功能的風(fēng)機及出風(fēng)口組成。

正常通風(fēng)狀態(tài)下新風(fēng)量按照30m3/(h)人)計算,應(yīng)急通風(fēng)狀態(tài)時新風(fēng)量按照3.2m3/(h)人)。

新風(fēng)入口處閥門須在室外爆炸沖擊波作用下瞬間關(guān)閉,關(guān)閉時間在2~10ms內(nèi),要求不發(fā)生損壞。

有毒有害氣體傳感器須根據(jù)氣體種類及報警范圍進行選擇,石油化工廠典型有毒氣體H2S,其不同濃度會對人體造成不同程度的影響,如表1所示。在新風(fēng)入口處安裝H2S傳感器,設(shè)置高低濃度2級報警。

室內(nèi)人員產(chǎn)生的C02濃度在1%以下,不同濃度C02對人體的影響如表2所示。

室內(nèi)02濃度一般在19.5%~23.5%(0sHA),02濃度不足時對人體的影響如表3所示。

隔離庇護所氣密閥在H2s傳感器探測到周圍有高濃度H2s時,傳感器信號觸發(fā),傳至PLC控制柜,發(fā)送信號至氣密閥電動執(zhí)行器,將閥門關(guān)閉,最終將庇護所密閉,避免毒氣進入室內(nèi)。

換向閥用于改變新風(fēng)氣流方向。正常通風(fēng)時,室外新風(fēng)不流經(jīng)化學(xué)過濾模塊而直接進入室內(nèi),避免化學(xué)過濾模塊因吸收空氣中的水分而失效。

化學(xué)濾料作為通風(fēng)系統(tǒng)核心部件,用于去除空氣中的有毒有害氣體。我們主要依據(jù)所需去除氣體的種類、濃度、流速、庇護時間以及濾料吸附能力,來確定化學(xué)濾料型號和用量。

新風(fēng)系統(tǒng)所使用風(fēng)機須自帶手動功能,確保在斷電情況下,通過手動轉(zhuǎn)動風(fēng)機保證室內(nèi)正常通風(fēng)。

抗爆余壓閥用于維持室內(nèi)正壓50Pa以上,避免室外有毒氣體滲透至室內(nèi),同時防止沖擊波通過排風(fēng)口進入室內(nèi)造成人員及設(shè)備損傷,該閥門須具備抗爆功能。

3室內(nèi)循環(huán)化學(xué)過濾系統(tǒng)

其主要用于去除進出庇護所而帶入的少量有毒有害氣體以及報警前經(jīng)過新風(fēng)系統(tǒng)進入室內(nèi)的有毒有害氣體,確保室內(nèi)人員生命安全。

4高壓應(yīng)急呼吸系統(tǒng)

其由高壓氣瓶組1、高壓手動球閥2、高壓氣體過濾器3、高壓壓力表4、高壓變送器5、高壓電動球閥6、高壓減壓閥7、中壓壓力表8、中壓減壓閥9、低壓變送器10、低壓壓力表11、電磁閥12、消音出氣口13和PLC控制柜組成,如圖2所示。

4.1工作原理

H2s傳感器探測到周圍有高濃度H2s時,系統(tǒng)發(fā)出警報并關(guān)閉新風(fēng)口,自動由低到高啟動球閥,高壓壓縮空氣經(jīng)高壓減壓閥減壓至約700kPa(7bar),再經(jīng)中壓減壓閥將壓力減至約200kPa(2bar),空氣釋放后經(jīng)消音出氣口送至庇護所。

若檢測到高壓球閥沒自動打開,系統(tǒng)會提示人員手動打開高壓球閥,高壓減壓閥自帶的高壓保護裝置能在中壓管路壓力過高時,自動切斷高壓管路,阻止中壓管路壓力影響。中壓壓力傳感器的作用是檢測中壓管路的壓力。消音出氣口帶流量調(diào)節(jié)功能。

4.2儲氣量計算

庇護所通風(fēng)系統(tǒng)須能夠提供足夠的新鮮空氣維持室內(nèi)人員正常呼吸,且空氣質(zhì)量滿足NFPA1989一2008標(biāo)準(zhǔn)要求。

庇護所內(nèi)人員按照80%時間處于休息狀態(tài)和20%時間處于適度活動狀態(tài),每人每小時所需空氣量為3.2m3,選用4個20MPa高壓氣瓶形成高壓氣瓶組給庇護所供氣,滿足室內(nèi)人員需氧量,同時將空氣中C02濃度稀釋到1%以下,避免發(fā)生C02中毒問題。人員不同狀態(tài)下02消耗量和C02釋放量如表4所示。

5室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

采用壁掛式分體空調(diào)維持庇護所內(nèi)的溫度,室外機處于爆炸危險環(huán)境中,須具備防爆功能。

6傳感器系統(tǒng)

H2s傳感器設(shè)置高低2級報警,低濃度報警值為5ppm,高濃度報警值為50ppm。室內(nèi)02傳感器報警值為19.5%,C02傳感器報警值為1%。傳感器信號輸入給PLC控制系統(tǒng),通過PLC控制系統(tǒng)控制相應(yīng)設(shè)備開啟和關(guān)閉。

7PLC控制系統(tǒng)

移動式庇護所通風(fēng)系統(tǒng)的運行分為正常模式和應(yīng)急模式,整個通風(fēng)系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)配合傳感器系統(tǒng)自動控制通風(fēng)設(shè)備開啟和關(guān)閉。在正常運行模式下,室外新風(fēng)通過新風(fēng)系統(tǒng)直接進入室內(nèi),由室內(nèi)循環(huán)化學(xué)過濾系統(tǒng)處理,滿足日?？諝庖?。在應(yīng)急運行模式下,低濃度報警時,室外新風(fēng)通過毒氣過濾系統(tǒng)過濾,該系統(tǒng)可以滿足要求庇護時間內(nèi)的新風(fēng)空氣處理量。高濃度報警時,氣體濃度超出了毒氣過濾系統(tǒng)的處理能力而直接進入室內(nèi),此時須關(guān)閉氣密閥,封閉整個庇護所,當(dāng)室內(nèi)02和C02濃度超過限值時,啟動應(yīng)急呼吸系統(tǒng)給室內(nèi)提供所需空氣,維持生命,等待救援。

8結(jié)語

本課題研究基于石油化工廠實際情況,提出了合理的庇護所通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計,在設(shè)計庇護時間內(nèi)能確保提供足夠維持避難人員生命的空氣以等待消防救援。庇護所通風(fēng)系統(tǒng)在室內(nèi)外設(shè)置相關(guān)傳感器,可實時讀取室外毒氣濃度以及室內(nèi)o2和Co2濃度,由PLC控制柜根據(jù)傳感器信號自動開啟新風(fēng)化學(xué)過濾系統(tǒng)和高壓應(yīng)急呼吸系統(tǒng),解決了因中控室距離裝置區(qū)較遠,操作人員無法及時避難的問題。