引言

石油化工企業(yè)中的生產(chǎn)和儲(chǔ)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(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境破壞。

在國外化工廠,移動(dòng)庇護(hù)所已經(jīng)被廣泛采用,能在一定時(shí)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(bǔ)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(dòng)式庇護(hù)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(xiàng)目一抗爆庇護(hù)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(jì)。

在事故發(fā)生時(shí),庇護(hù)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(jìn)入庇護(hù)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(diǎn)火源,引爆易燃易爆氣體。

1庇護(hù)所通風(fēng)系統(tǒng)組成

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

庇護(hù)所最終可以任意組合成所需尺寸,根據(jù)實(shí)際庇護(hù)人數(shù)而定。庇護(hù)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(hù)所氣密閥、換向閥、化學(xué)濾料、帶手動(dòng)功能的風(fēng)機(jī)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(jì)算,應(yīng)急通風(fēng)狀態(tài)時(shí)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(shí)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(bào)警范圍進(jìn)行選擇,石油化工廠典型有毒氣體H2S,其不同濃度會(huì)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(jí)報(bào)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(shí)對人體的影響如表3所示。

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

換向閥用于改變新風(fēng)氣流方向。正常通風(fēng)時(shí),室外新風(fēng)不流經(jīng)化學(xué)過濾模塊而直接進(jìn)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(hù)時(shí)間以及濾料吸附能力,來確定化學(xué)濾料型號(hào)和用量。

新風(fēng)系統(tǒng)所使用風(fēng)機(jī)須自帶手動(dòng)功能,確保在斷電情況下,通過手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)機(jī)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(shí)防止沖擊波通過排風(fēng)口進(jìn)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(jìn)出庇護(hù)所而帶入的少量有毒有害氣體以及報(bào)警前經(jīng)過新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(shí),系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并關(guān)閉新風(fēng)口,自動(dòng)由低到高啟動(dòng)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(hù)所。

若檢測到高壓球閥沒自動(dòng)打開,系統(tǒng)會(huì)提示人員手動(dòng)打開高壓球閥,高壓減壓閥自帶的高壓保護(hù)裝置能在中壓管路壓力過高時(shí),自動(dòng)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(chǔ)氣量計(jì)算

庇護(hù)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(hù)所內(nèi)人員按照80%時(shí)間處于休息狀態(tài)和20%時(shí)間處于適度活動(dòng)狀態(tài),每人每小時(shí)所需空氣量為3.2m3,選用4個(gè)20MPa高壓氣瓶形成高壓氣瓶組給庇護(hù)所供氣,滿足室內(nèi)人員需氧量,同時(shí)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(hù)所內(nèi)的溫度,室外機(jī)處于爆炸危險(xiǎn)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(jí)報(bào)警,低濃度報(bào)警值為5ppm,高濃度報(bào)警值為50ppm。室內(nèi)02傳感器報(bào)警值為19.5%,C02傳感器報(bào)警值為1%。傳感器信號(hào)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(dòng)式庇護(hù)所通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行分為正常模式和應(yīng)急模式,整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)配合傳感器系統(tǒng)自動(dòng)控制通風(fēng)設(shè)備開啟和關(guān)閉。在正常運(yùn)行模式下,室外新風(fēng)通過新風(fēng)系統(tǒng)直接進(jìn)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(yùn)行模式下,低濃度報(bào)警時(shí),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(hù)時(shí)間內(nèi)的新風(fēng)空氣處理量。高濃度報(bào)警時(shí),氣體濃度超出了毒氣過濾系統(tǒng)的處理能力而直接進(jìn)入室內(nèi),此時(shí)須關(guān)閉氣密閥,封閉整個(gè)庇護(hù)所,當(dāng)室內(nèi)02和C02濃度超過限值時(shí),啟動(dòng)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(shí)際情況,提出了合理的庇護(hù)所通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)庇護(hù)時(shí)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(hù)所通風(fēng)系統(tǒng)在室內(nèi)外設(shè)置相關(guān)傳感器,可實(shí)時(shí)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(hào)自動(dòng)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(yuǎn),操作人員無法及時(shí)避難的問題。