粘胶纤维工厂事故通风系统相关电气设计之探讨

陈 权

(恒天〈江西〉纺织设计院有限公司，江西 南昌 330096)

1 事故通风系统设置的必要性

1.1 粘胶纤维生产中会产生二硫化碳、硫化氢

在粘胶纤维的生产过程中，有一些工艺阶段需要使用或者会产生二硫化碳。二硫化碳是一种广泛性的酶抑制剂，具有细胞毒作用，可破坏细胞的正常代谢，干扰脂蛋白代谢，对血管病变、神经病变及全身主要脏器造成伤害。这些工艺区域在平时的正常工作生产、检修过程中不会出现二硫化碳。但当出现阀门损坏、黄化反应异常、某些风机无法正常工作等非正常状态时，就有可能导致管道内二硫化碳气体浓度过高，进而扩散到其所在区域的空气当中，从而导致周围作业人员中毒。

另外，粘胶纤维的生产过程中有一个气体副反应产物——硫化氢，这是一种毒性极强的气体。其最致命的特点在于，在能够致人急性中毒的浓度下，人的嗅觉神经会被麻痹，并且会迅速死亡。换言之，人的嗅觉对于硫化氢的毒害没有很强的防护作用，当人受到实质性毒害时，就已经闻不到异常的气味了。因此，作为工业领域的隐形杀手，无论在国内还是在国外，硫化氢都高居各类中毒事故原因的榜首。而在如今的粘胶纤维生产工艺条件下，硫化氢的产生不可避免。

1.2 事故通风系统的设置规范及相关工艺专业要求

粘胶纤维工厂设置事故通风系统的主要目的是降低人员中毒的潜在可能性。目前，粘胶纤维工厂事故通风系统主要设置在原液车间的黄化间、纺练车间的二硫化碳沉降间、二硫化碳储罐区、废气处理等部位。

其设计依据的规范是：《粘胶纤维工厂技术标准》(GB 50620-2020)，12.3.5：“粘胶纤维工厂在黄化间、二硫化碳沉降间应设置事故通风装置”；《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2015)6.4.1：“对可能突然放散大量有毒气体、有爆炸危险气体或粉尘的场所，应根据工艺设计要求设置事故通风系统。”

2 事故通风系统供电等级的电气设计

2.1 现有规范

《酒厂设计防火规范》(GB50694-2011)(以下简称《酒规》)第9.1.2条规定：“甲、乙类生产、储存场所设置的机械通风设施应按二级负荷供电。”

《冷库设计规范》(GB50072-2010)(以下简称《冷规》)第7.2.5条规定：“事故排风机应按二级负荷供电。”

《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2015)(以下简称《工建通风》)第6.4.7条的条文说明规定：“事故排风系统其供电系统的可靠等级应由工艺设计确定，并应符合现行国家标准《供配电系统设计规范》GB50052以及其他规范的要求。”

《化工采暖通风与空气调节设计规范》(HG/T20698-2009)第5.6.8条规定：“对于放置剧毒或爆炸危险物质的厂房，当设置可燃或有害气体检测、报警装置时，事故通风系统宜与其联锁启动，同时应保证事故通风系统电源的可靠性。”

《工建通风》第6.4.6条规定：“工作场所设置有毒气体或有爆炸危险气体监测及报警装置时，事故通风装置应与报警装置连锁。”其条文进一步解释：“随着技术的进步，事故通风系统的启动或停止不能仅依赖于人为发现、人为控制，条件具备时应当引入自动控制系统，以增加其可靠性。”可以推断，为了保证安全，事故风机的负荷等级不宜低于可燃或有害气体检测、报警装置所属的火灾自动报警系统的负荷等级。

《石油化工企业电信设计规范》(SH/T3153-2007)第8.6.1条规定：“火灾自动报警系统的主电源应为一级负荷。”第8.6.2条规定：“火灾自动报警系统的直流备用电源宜采用火灾报警控制器的专用蓄电池。”

《石油化工企业设计防火标准》(GB50160-2008)第8.12.6条规定：“火灾自动报警系统的220VAC主电源应优先选择不间断电源(UPS)供电。直流备用电源应采用火灾报警控制器的专用蓄电池，应保证在主电源事故时持续供电时间不少于8 h。”

《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-2013)第4.10.1条规定：“消防联动控制器应具有切断火灾区域及相关区域的非消防电源的功能。”

2.2 具体设计

笔者认为，粘胶纤维工厂事故通风系统的供电不属于消防用电，因此不能依据消防用电的等级划分事故通风系统的供电等级。《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014)10.1.1条的条文说明：“本规范中的‘消防用电’包括消防控制室照明、消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾探测与报警系统、自动灭火系统或装置、疏散照明、疏散指示标志，以及电动的防火门窗、卷帘、阀门等设施，设备在正常和应急情况下的用电。”这其中没有包含事故风机，且事故风机的设置用途也与消防用途截然不同，并非是发生火灾时的消防需求。

同样，粘胶纤维工厂事故通风系统的供电也不应依据《供配电系统设计规范》(GB 50052-2009)的3.0.1条，而划定为一级负荷或一级负荷中特别重要的负荷。首先，在粘胶纤维工厂安装事故风机的区域当中，在平时正常工作状态时，由于没有二硫化碳气体泄漏，因此中断事故风机的供电并不符合条款“中断供电将造成人身伤害”或者“当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况”的描述。另外，根据《粘胶纤维工厂技术标准》8.2.1，“主工艺生产装置应为二级负荷，辅助生产设施以及生活设施应为三级负荷”，即该工厂区域内最高供电负荷等级为二级。而二级负荷与一级负荷、特别重要负荷的供电要求及经济成本相差较大，粘胶纤维工厂事故通风系统的总用电负荷通常仅为几千瓦。

因此，在电气设计中，如从用途、经济方面综合考量，则按所在建筑物的最高供电等级为事故风机供电较为合理。例如原液车间、纺练车间的最高供电等级为二级，则该区域的事故风机供电等级应为二级。二硫化碳储罐区的最高供电等级一般为三级，则该区域的事故风机供电等级为三级即可。

3 事故通风系统供电终端的电气设计

3.1 不应由就近的消防配电箱供电

粘胶纤维工厂事故风机不应由就近的消防配电箱供电，而应由附近的普通配电箱供电，或者由专为事故风机独立设置的双电源切换箱供电。理由是事故风机不属于消防负荷，如果消防负荷、非消防负荷共用终端配电箱，那么由于存在短路、热过载、平时的人为操作等因素，会影响消防供电设备的供电可靠性。

《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014)的10.1.9条也规定：“按一、二级负荷供电的消防设备，其配电箱应独立设置；按三级负荷供电的消防设备，其配电箱宜独立设置。”笔者认为，其目的就是保证消防用电设备配电箱的独立性、防火安全和使用的可靠性。

3.2 火灾时事故风机应确保及时断电

当粘胶纤维工厂发生火灾时，事故风机的供电应当被切断。如果事故风机从就近的普通电源箱或非消防双电源箱供电，当火灾发生后，其电源由于消防联锁的关系会被切断，事故风机就无法正常工作。如果恰巧此时发生有毒、有害气体泄漏，事故风机就无法启动。但由于消防警报已经响起，按照人们常规的认知，相关区域的人员应该已经开始疏散或疏散完毕，故出现大面积人员中毒概率不大。

反之，如果事故风机从就近的消防电源箱供电，或因为某种原因，没有被断电，此时发生有毒、有害气体泄漏，则事故风机会启动。事故风机的风量非常大，会在该局部区域内形成负压，从而导致与此时正在运行的消防排烟风机产生气压“竞争”，火灾时产生的高温烟气也会更早地涌向该区域——这样完全不利于人员的疏散，也完全不利于火势的控制，甚至会引发更严重的次生事故。

4 事故通风系统热保护功能的电气设计

4.1 消防风机热过载只报警不脱扣

过载脱扣设置的目的是保护供电线路不至于因过载发热而加速绝缘的老化、碳化，进而引发火灾。但在消防设备的供电回路中，我们一般采用热继“只报警，不脱扣”的处理方式。这是因为，当消防设备启动时，区域内已发生了火灾，再通过过载脱扣去防止线路老化、避免火灾已无现实意义。

4.2 事故风机热过载要脱扣

事故风机则不同，参考图集《常用风机控制电路图》(16D303-2)的89～96页介绍的4种平时兼事故两用单速风机的电路原理图中，均包含了热过载继电器，且该继电器动作后将直接切断事故风机的运行，并不会报警。在实际的设计和施工当中，事故风机只会使用普通的ZA-YJV电缆供电，如果过载时无热保护，则会使得事故风机的供电线路由于过载发热而加速老化，甚至最终可能引发火灾。而且，事故风机启动时，必然没有发生火灾。这是因为前面提到了，发生火灾后需要切断事故风机的供电，事故风机若能启动，表明此时还未发生火灾。既然还没有发生火灾，当然需要消除引发火灾的诱因。因此，当事故风机热过载时，应当将其脱扣、断电。

5 事故通风系统联动运行的电气设计

传统粘胶纤维工厂事故通风系统主要设置在原液车间的黄化间、纺练车间的二硫化碳沉降间、二硫化碳储罐区、废气处理等部位。

笔者认为，在上述相应区域，要同时设计设置各自独立的有毒有害检测报警系统，主要是及时探测防范硫化氢及二硫化碳等气体的出现并采取相应对策。

5.1 设置固定式硫化氢报警器

固定式硫化氢报警器由两部分组成：一部分是气体报警控制器，一部分是硫化氢气体探测器。报警器采用三芯或四芯屏蔽电缆把探测器和控制器上的接线端子连接起来，起到现场监测的作用。硫化氢报警器根据控制方式可分为总线式控制器和分线式控制器。总线式控制方式只需从探测器引出一根四芯线缆将所有探测器并联即可，而分线式控制方式要求每台探测器都要引出一根三芯线缆连接到控制器。因此，需要安装多台探测器时，工作人员要根据现场情况，选择合适的连接方式。

5.2 设置二硫化碳探测器

二硫化碳探测器为无干扰的“智能型”探测器。探测器由一个位于电解法抛光不锈钢结构外壳内的插入式电化学传感器、一个环氧树脂封装的智能型变送模块和一个传感器防溅罩组成。这个插入式的智能传感器能自动识别，并能实现现场探测的无缝连接。操作人员可通过一个磁棒进行操作，其中的一个主要特性是它的软件可以引导用户按照程序和LED显示的菜单进行操作。

5.3 设置有毒气体检测报警系统

当有毒气体检测报警系统中的有毒气体探测器检测到区域中的有毒气体浓度大于预先设置好的第二级报警设定值时，探测器的事故信号动合触点会闭合，从而启动现场的事故风机并保持运行。同时，探测器将数据传输给气体报警控制器，由气体报警控制器进行数据处理，并发出声光报警，起到现场监测的作用。当现场异常情况排除后，即现场的有毒气体浓度恢复到正常水平后，探测器的事故信号动合触点会断开。但此时，事故风机仍然不会停止运行，需要人工在事故风机配电柜上按下停止按钮，或者在事故风机的现场操作箱上旋转手动旋转开关，事故风机才会停止运行。

6 总结

在设计粘胶纤维工厂的事故通风系统时，一方面应充分认识到其具有不可替代的重要性，但同时也应做到不人为地、过高地提高其供电等级，应按其所在建筑物的最高供电等级设计供电，从而合理、经济地提高事故通风系统的供电可靠性。

同时，也不应设计由终端消防配电箱供电，且在启动回路设计中，应当设置热过载继电器，以保障事故风机热过载时能可靠脱扣、断电。