石化企业分析化验室高效通风防毒系统设计与应用

杨怀军，于金宁

（1.中国石化齐鲁分公司，山东淄博 255000 2.中国石化青岛安全工程研究院，山东青岛 266104）

分析化验是石化企业职业病危害高风险作业岗位之一，化验室通常设置由排风柜、局部排风罩等组成的通风系统，用于化验室有毒有害物质的控制。石化分析化验室原有通风防毒系统多采用集中排风，存在“大马拉小车”、排风点相互干扰和无新风等问题，排风柜和局部排风罩控制风速不稳定、能耗高、污染物控制效果不理想。本文经过对某石化企业分析化验室原有通风防毒设施的检测、分析与评价后，提出了基于变风量通风原理的高效通风防毒系统的设计，达到了预期通风防毒效果。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择某石化企业分析化验室作为研究对象，该化验室设有2个分析室、1个色谱室和1个天平室等，改造前部分房间设有排风柜或排风罩。

1.2 研究方法

1.2.1 职业病危害因素与通风设施效果检测

利用职业卫生学调查、通风防毒设施检测和职业病危害因素检测等方法，对研究对象有害物质的控制现状进行分析。根据分析结果并结合实验室布局、分析化验工况等设计基于变风量通风原理的高效通风防毒系统，进行工程实践后对高效通风防毒系统的效果进行评价。职业病危害因素按照《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》、《工作场所空气有毒物质测定》等进行布点与采样；通风防毒设施按照《局部排风设施控制风速检测与评估技术规范》、《排风柜》进行布点、检测与分析。

1.2.2 变风量通风控制系统设计

化验室高效通风防毒系统的设计采用变风量控制系统，主要包括房间排风柜变风量控制、万向罩定风量控制、通风换气次数的控制和房间补风的变风量控制。

a)排风柜风量的控制。排风柜是化验室控制毒物污染最重要的局部通风设施之一，其操作口面风速是主要的技术性能指标，通常取(0.5±0.1)m/s。排风柜面风速采用流量控制法，即通过监测排风柜门的开启面积来实现风量的控制，具体原理为：排风柜门移位传感器利用附于柜门的可变电阻将柜门的开度信号变送到调节器，调节器根据设定的罩面风速

υ

计算出所需风量

L

。在排风柜分支风管设置流量变送器，将实时风量

L

变送到调节器。调节器比较计算出所需风量

L

和流量变送器测得的流量

L

，并据此调整变风量文丘里阀的开度，达到面风速稳定的效果。

b)万向罩定风量控制。在与万向排风罩连接的排风汇管上设置与压力无关的定风量文丘里风阀，实现排风汇管压力变化时万向排风罩排风量保持不变。万向排风罩的排风量按150 m/h设计。

c)房间通风换气次数的控制。房间换气次数按不小于7次/h设计，当排风柜和万向罩等通风设施最小排风量不能满足7次/h时，增加室内排风口并在与之相连的支管上安装压力无关变风量文丘里阀，满足最低换气次数要求。

d)房间新风补风控制。房间新风补风控制采用余风量法，通过计算房间所有排风量，调节新风补风阀开度，控制补入新风量，使排风量与送风量差值保持恒定。

2 结果

2.1 职业病危害因素检测结果

为准确评价化验室通风防毒设施改造前有毒物质控制现状，对化验室的分析室和色谱室内共17个操作位处的苯、甲苯、二甲苯和溶剂汽油等典型毒物浓度进行了检测。检测结果显示：在色谱室、分析室内苯和溶剂汽油均有检出，部分分析化验岗苯的浓度超过职业接触限值的要求，见表1。

表1 分析化验岗位职业病危害因素检测结果 mg/m3

2.2 原有通风防毒设施效果检测

对色谱室和分析室内排风柜及万向罩的面风速和罩口风速的检测结果显示47.1%检测点不合格，主要表现为排风柜平均面风速没有达到(0.5±0.1)m/s，万向罩的罩口风速没有达到0.5 m/s，通过发烟管模拟有毒物质扩散检测发现无法实现有毒物质的有效捕集，见表2和图1。

图1 万向罩毒物捕集效果模拟测试

表2 化验室通风设施检测结果 m/s

2.3 高效变风量通风系统实施效果

根据化验室各分析间布局设计了横向分区的高效变风量通风系统，包括由文丘里变风量阀和排风柜门位传感器等组成的排风柜排风变风量系统，由变风量阀和房间压差变送器等组成且与房间排风联锁的房间送风变风量系统，由定静压变频控制系统组成的主风道变风量控制系统，见图2。

图2 高效变风量通风系统

每台排风柜排风支管上设置1台文丘里变风量控制阀，与柜门开度传感器联锁实现排风柜的变风量控制。在万向排风罩排风汇总管上设置1台文丘里定风量风阀，保证其运行时排风量始终不变。在房间设置综合排风阀和房间压差传感器，房间变风量送风管道上设置变风量文丘里阀。由于排风柜、送风系统均采用变风量系统，在整个通风系统分支多的情况下，会造成风管压力的波动，因此在主风管安装静压传感器，监测其静压。当排风柜开启数量及高度变化时，则安装传感器位置点的静压也会发生变化，变频器接受此变化值，经过其内部PID运算输出对应的风机运行频率，使风机叶轮转速发生变化。

为有效评估防毒通风系统的性能，对多种工况下排风柜面风速和万向罩罩口风速、系统响应速度等进行了测试。不同测试工况下排风柜面风速均能稳定达到了(0.5±0.1)m/s，罩口风速≮0.5 m/s，各个排风柜流量的精度在3%以内，达标率100%，见表3。测试排风柜在开关过程中，面风速达到0.5 m/s的响应时间，对排风柜不同开关情况下的响应时间进行了测量，测量结果显示平均响应时间在1.7～2.4 s。在系统正常运行的情况下，对实验室内典型毒物的检测结果显示各有毒有害物质的浓度均符合职业接触限值要求，见表1。

表3 不同工况下排风柜面风速和万向罩罩口风速测试结果

3 讨论

石化企业分析化验室承担全厂性化验任务，作业过程中使用的试剂及分析样品中含有有机溶剂、酸碱等有毒有害物质。化验室通风防毒设施的效果对于降低分析化验人员职业健康风险至关重要。随着石化企业化验室向集中化、大型化发展，传统的定风量通风防毒系统已不能满足对有毒有害物质控制要求。

传统的静压控制法和速度控制法分别依赖于柜体内压力传感器和速度传感器的布置位置和气流稳定性，会导致调节稳定性差。因此本研究排风柜面风速的控制采用流量控制法。变风量阀采用文丘里阀，与蝶阀相比能有效化解来自管网的压力波动，具有系统稳定、精度高，反应速度快等优点。与利用测量房间压差或采用流量测量装置闭环调节补风量方法相比，采用余风量(送风量与排风量的差值恒定)原理的送风系统具有快速、无过冲和稳定的优点。以上设计保证了高效变风量通风防毒系统稳定的排风柜面风速、万向罩罩口风速和房间负压及通风换气次数，利于有毒物质的控制与捕集，化验室内典型毒物的浓度较改造前有明显降低。