分析小屋的安全性设计

蒋 磊东洋工程（上海）有限公司 上海 200122

分析小屋的安全性设计

蒋 磊
东洋工程（上海）有限公司 上海 200122

分析小屋的设计是一个复杂和综合的流程，涉及到多个专业的协调和多种分析仪产品的集成。随着石油化工项目的大量投资建设，安全问题也层出不穷，带来了一定的人员和经济的损失。本文从安全设计的角度，对分析小屋的安全设计要点予与探讨。主要从总图位置、防爆及通风方式、尾气回收和排放、外部元件和安全联锁五个方面论述，得出了分析小屋需要更加注重安全性的设计。

安全；分析小屋；正压通风；尾气排放；泄漏危险

引言

分析小屋是一种可安装一台或多台分析仪的封闭型构筑物。小屋为分析仪表提供了可控制的操作和维护环境，并可延长分析仪的使用寿命，降低维护成本。在环境条件恶劣场合，这种保护形式尤为必要。随着工业项目设计理念的发展，分析小屋的使用变得越来越普遍。在小屋的设计中，对于安全方面的考虑存在不足。本文的出发点是尝试从五个方面浅谈一下分析小屋的安全设计，以供参考。

一、分析小屋的安全设计方案要点

1.分析小屋的总图位置的设计

由于分析仪的防爆等级的限制，即目前适合在Zone 0区使用的分析仪几乎没有，如果小屋位置选在Zone 0区的话，为了正常的使用分析仪，小屋必须要采用正压通风以降低小屋内的危险区域级别，这样才能正常的使用分析仪。这种方案中，一旦正压通风失效，整个小屋的分析仪表必须立即切断电源，这对整个装置的运行是十分不利的，甚至会产生一定的经济损失。如果小屋设置在Zone 1区，虽然不会出现以上的问题，但是按照IEC61285的明确规定，工作人员必须穿戴防护设施后才能靠近Zone 1区的小屋，这给日常的正常操作和运行维护带来严重的不便。所以分析小屋不得设置在Zone 0区，理论上可以设置在Zone 1区，最好设置在Zone 2区或安全区。以上是分析小屋总图位置选择的安全设计的原则。另外，小屋最好选择在比较空旷的地方，周围至少10m范围内没有高达的建筑和设备，以方便直排大气的尾气排放设计，详见第3节的介绍。

在选择总图位置前，我们需要先对整个项目中需要安装在小屋内的分析仪种类和数量做出统计，按照不同种类分析仪表的安装空间要求估计好小屋的大小。一般来说必须留有30%的空间，方便将来改扩建的实施。

2.分析小屋的防爆及通风方式的设计

通风的形式分为两个大类：自然通风和正压通风。选择正确的通风方式对分析仪及小屋的安全运行是至关重要的。在考虑通风形式之前，我们必须要先考虑小屋内的用电设备包括分析仪的防爆形式是否满足我们定义的小屋内的防爆危险区域等级。如果有不能满足的，我们必须要正压通风，根据所取新风点的位置，可以将小屋内部的危险区域等级相应的降低到新风点所属区域的等级，使这些用电设备能安全的使用。另外，在与分析小屋连接的0区和1区分界位置应有空气隔断间，即要采用正压通风。如果所有用电设备都能满足定义的防爆危险区域等级的话，我们可以考虑采用加强型的自然通风，即加装风机加强通风即可。不同的通风设计关联到不同的防爆设计，也对应于不同的现场操作要求。简单的说就是，考虑通风后的小屋，如果达不到安全区域的，用电设备严禁带电开盖。在IEC61285中规定了一些结合可燃有毒气体检测来决定的通风形式的选用，对于小屋的安全设计原则，这些都不是最佳的选择，本文不做介绍。

另外，对于正压通风的计算也是十分关键的，作为设计人员必须要采用一定的方法来验证正压通风设计是否合适。下面列举一个简单的验证计算方法。假设危险介质是氢气，采样管线为1/4＂。按低压气体最大设计流速20m/秒计算出1/4＂管线在极端非正常情况下最大的流量为37.9L/分钟。所以在最极端的情况下，可以假设37.9L/分钟的样品全部泄露，并按氢气来计算，验证正压通风是否绝对安全。具体计算过程如下：

可燃物质：氢气

爆炸下限（LEL）：4%

泄露等级：连续

泄露率：37.9L/分钟

小屋容积：=2.5m X 2.5m X 2.5m =15.625m3=15625L

分析仪：2台

产生100%LEL的空气流量：=（37.9L*2/分钟）/4% =1895L/分钟

每小时空气交换次数（N）应满足：15625L*N/60分钟＞ 1895L/分钟

即， N＞7.27次

从以上的计算可以看出，这种情况下每小时7次以上的通风率能保证正压通风的效果。按照惯例，一般通风率在6～8次即能满足设计要求。但从安全设计的角度出发，我们都应该对每一个正压通风设计进行必要的验算，做到心中有底。

3.分析仪尾气回收和排放的安全设计

分析小屋内的很多分析仪都会涉及到尾气的处理问题。不同的分析仪对尾气的排放要求不尽相同。而且选用什么样的回收和排放设计，也和整个项目的实际情况有很大的关联。通常如果工厂设有尾气压缩机的话，所有分析尾气都会考虑回收利用。如果不具备条件，分析尾气一般排火炬或直接排放。不管采用什么方法，尾气的排放都应满足各种分析仪的要求，这样才能保证分析仪的正常工作。对于要求大气压排放的分析仪，如色谱，红外分析仪等需要特别注意。对于设置回收罐的大型尾气回收系统，仪表专业和工艺专业需要密切配合，对回收罐的分类设置，压力设置和控制，增压泵的设置等系统性问题做出最合理的设计，避免排放压力不符合要求、尾气回流、罐容不够等不安全的问题的产生。

另外，对于直接排大气的设计，我们必须要注意对排放点的选择。按GB-50160中5.5.11章节第二条的规定，放空管口应高出10m范围内的平台或建筑物3.5m以上，位于排放口水平10m以外斜上45°的范围内不宜布置平台或建筑物。所以在小屋的总图位置选择时也要考虑方便将来的尾气直接放空的设计。

4.小屋外部元件的安全设计

采样预处理单元的流路复杂，元器件众多，通常出于安全的考虑装在小屋的外侧。危险介质的管线必须设置手动切断阀，在发生紧急情况下可以快速的切断进出小屋的危险介质。为了减少泄漏的风险，所有管线和流量测量装置必须选用金属材质，所有非焊接连接都需要做密封试验并如实记录发生的问题和解决方法。按IEC-61285的规定，如果不可避免的采用了有限泄漏风险部件的话，必要的辅助措施必须要采用，具体见表1。

表1：部件评估（引用自IEC-61285）

通风口应依据可燃气体或蒸汽的密度来设置，也就是，密度比空气轻时设置在顶部，比空气重时设置在底部，这样可以有效的避免气体聚集到小屋内。通风口应有屏障保护防止昆虫和害虫进入以及树叶，积雪和沙尘的堆积。

另外，在小屋外部应分开设置各种用途的电源总开关，在紧急情况下，操作人员可以切断小屋的各类电源，彻底保护分析系统及相关人员的安全。

5.分析小屋的安全联锁设计

小屋的安全联锁设计对于保护小屋正常运行、维持正常生产和人员安全起到关键作用，是保证分析小屋安全的最后一道屏障。小屋的联锁方案通常会根据通风方案的不同而不同。下面分两个方面探讨：

当采用正压通风时：

·烟感报警时切断暖通系统。

·氧气含量低于18%时声光报警。

·有毒气体达到允许浓度时声光报警。

·新鲜空气入口可燃气体20%LEL时切断暖通系统，同时声光报警。

·新鲜空气出口可燃气体20%LEL或风机故障时启动备用风机，同时声光报警。

·小屋失去正压时切断所有不适合原小屋防爆区域的用电设备的电源并警。如果部分分析仪表的防爆措施是正压通风的话，同样的安全连锁必须要提供，以确保安全。

·暖通系统故障或停用时切断所有不适合原小屋防爆区域的设备电源并报警。

当采用自然通风或加强型自然通风时：·烟感报警时切断暖通系统。

·氧气含量低于18%时声光报警。

·有毒气体达到允许浓度时声光报警。

·小屋内可燃气体20%LEL报警时启动排风机，同时有声光报警。

二、结束语

分析小屋的设计是一个多专业配合，多种分析仪产品集成的较难的工作。以上从安全设计的角度探讨了需要注意的五个方面。总结如下，选择恰当的总图位置、选择正确的通风系统并进行必要的验算、注意尾气回收和排放设计的安全性、注意小屋外部设备的安全设计和小屋安全联锁系统的设计。对于整个分析系统包括小屋的设计，安全设计只是很小的一部分也是十分重要的一部分，我们在工程设计中必须加强安全性设计的考虑，减少不必要的危害发生。希望本文能为读者在实际工程设计中有所帮助。

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Safety Design of Analyzer House

Jianglei, Shanghai branch of Toyo engineering co., LTD，Shanghai，200122

The design of analyzer house is a complicated and comprehensive course, which involves the integration of various careers’coordination and various analyzer products. Along with the heavy investment and construction of petrochemical engineering projects, a lot of safety problems emerge one after another, which bring certain personnel loss and economic loss. This paper develops a discussion on the key points of analyzer house safety design from the point of safety design. In the end, a conclusion that analyzer houses need to pay more attention to safety design is got by expounding from f ve points: placement of general layout, anti-explosion and ventilation pattern, tail gas recovering and emission, external components and safety interlocking.

safety；analyzer house；positive draft；exhaust gas emission；leakage risk

T

A

蒋磊（1981～），男，东洋工程（上海）有限公司仪电部，任工程师，研究方向：石油化工自动化工程设计工作。