易燃易爆试剂室安全性工艺设计探索

陈文云,王辉宇,赵全建

(1.中船第九设计研究院工程有限公司,上海 200090;2.重庆铁马工业集团有限公司,重庆 400039)

1 引言

试剂室是科研高校、兵器、航空、航天、海洋工程、船舶、特种设备、计量、石油化工、食品、生物制药、医疗器械、检验检疫、疾控、公安司法、农林渔牧等广泛领域的实验室必备功能房间。通常实验室需要用到各种化学试剂多达200多种,除供日常使用外,还需要储存一定量的化学试剂。存储的化学试剂大部分都具有一定的危险性:如无水甲醇、乙醚、甲苯等100多种易燃易爆危险品,如硝酸、硫酸等具有较强的酸碱腐蚀性,因此,试剂室是实验室的安全隐患要害部位之一[1]。

试剂室安全是设计、建设及使用单位最为关心的问题,考虑使用安全和消防验收,设计人员常因如何设计试剂室发生争执。焦点是实验楼是按民用建筑还是按工业建筑设计,试剂室对整体实验楼的火灾危险定性影响,试剂室是放在实验楼内还是放在实验楼外单独建设,但不同的标准规范有不同的规定和解释。实验楼的不同定性决定了实验楼与相邻实验楼、与园区内道路、与园区外道路、与重要公共建筑、与变配电站之间不同的防火间距,进而影响到园区整体规划,结果甚至可能是颠覆性的。甲类仓库、民用建筑与其他建筑、铁路等的防火间距如图1所示[2]。

名称甲类仓库及其储量(t)甲类储存物品第3、4项甲类储存物品第1、2、5、6项≤5>5≤10>10民用建筑(一、二级耐火等级)重要公共建筑506甲类仓库20———甲类厂房————————————25民用建筑、明火或散发火花地点304025306其他建筑(一、二级耐火等级)152012156 电力系统电压为35～500 kV且每台变压器容量在10 MV∙A以上的室外变配电站; 工业企业在变压器总油量大于5 t的室外降压变电站。30402530——— 室外变配电站变压器总油量(t)≥5,≤10———15>10,≤50———20>50———25厂外铁路线中心线40———厂内铁路线中心线30———厂外道路路边20———厂内道路路边主要10———次要5———

2 依据的行政法规、标准规范

依据的行政法规主要有:国务院令第344号《危险化学品安全管理条例》和上海市应急局印发的《上海市工贸企业危险化学品使用安全管理指南(试行)》等。依据的标准规范主要有:GB 50016—2014《建筑设计防火规范》、JGJ 91—2019《科研建筑设计标准》、GBT 32146.3—2015《检验检测实验室设计与建设技术要求》和GB 15603—1995《常用化学危险品贮存通则》等。

较为权威的GB 50016—2014《建筑设计防火规范》规定如下。

1)如按民用建筑设计,强制规定:“经营、存放和使用甲乙类火灾危险性物品的商店、作坊和储藏间,严禁附设在民用建筑内”。此强制规定,试剂室不能放进民用建筑实验大楼。

2)如按工业建筑设计,归纳起来有3个重要内容:a.试剂室的火灾危险性类别定性为甲类,自身泄爆面积要满足要求;b.试剂室(负压、有探测报警)面积占防火分区面积比例≤20%时,不影响整体实验楼(或防火分区)火灾危险原定性;c.试剂室只能单层。

以上标准规定均针对“室内试剂室”而言的。

3 检验检测实验室设计与建设现状

从目前国内建成的实验室看,真实落地情况如下。

1)检验检测类实验室建设用地是按科研用地(科研事业单位用地,类别代码A35)而非工业用地。

2)检验检测类实验室基本是按民用建筑设计[3]。

3)违反标准规定,将易燃易爆试剂室建在民用建筑内,设计与建设单位为通过审图和消防验收,设计图样回避“试剂室”字样,竣工消防验收后,在装饰装修阶段把试剂室放进实验楼,单独建有试剂库独立于实验楼之外的较少。

4)试剂室本身按甲类设计处理,有防爆墙和泄爆面。

4 新型安全性试剂室设计

笔者认为,实验室无论是按民用建筑设计还是按工业建筑设计,重要的是要在根本源头上提升实验室的自然安全性。经梳理相关标准规范分析,结合笔者多年实验室工程设计经验,提出了较为安全的新型试剂室与民用建筑的结合方法。其创新点如下:1)在不违反标准规范的情况下,让易燃易爆试剂室能够“间接放进”按民用建筑设计的实验室;2)试剂室建于实验楼北侧一角能形成自然对流通风的位置[4];3)试剂室具有自然通风、防雨、泄爆、遮光的特征,通风泄爆轻质外墙采用竖直曲面百叶集成;4)试剂室的安全内装。新型试剂室已从室内走到了半敞开,视同露台,突破了标准规范所针对“室内”而言的条款,一定程度上不受标准规范相关条款的约束。

半敞开式试剂室在自然对流通风的状态下难以聚集微量泄漏的易燃易爆挥发性试剂,试剂室内甲、乙类试剂置于自带报警排风的试剂柜内,具有较好的自然安全性。

4.1 新型试剂室主要内容

1)试剂室位置确定。

试剂室布置于实验楼北侧一角、能形成自然对流通风的位置,同时实验室人员聚集办公区布置远离此处。假如实验楼是坐北朝南、东西方向布局,科研人员办公区通常布置于实验楼东南角,试剂室则应布置在西北角(一层西北角布置气瓶室),半敞开式试剂室类似室外露台效果,试剂室与实验楼内位置关系如图2所示。

图2 半敞开式试剂室位于实验楼主体建筑北侧一角

2)新型试剂室的特征。

试剂室半敞开式轻质围护通风外墙采用曲面百叶集成,具有较大限度的自然对流通风、防雨、泄爆、遮光效能,百叶墙可适当开有玻璃窗采光,试剂室面向实验楼内隔墙设置为防火墙,以防止实验楼与试剂室之间的相互危害。

3)应用于北方寒冷地区或南方热带地区的试剂室。

a.百叶墙内侧需要补备安装可推拉或折叠收回的封闭隔热玻璃墙。

b.室内增设配置可燃气体探测报警系统和自动抑爆强排风系统(电化学或红外式的精密探头测试泄漏),机械通风换气每小时不小于3次[5]。

c.需配置室内防爆空调。

d.甲类试剂室面积占所在防火分区建筑面积的比例,按相关标准执行(≤20%防火分区)。

f.试剂室内电线、照明、插座防爆性仍按相关标准执行。

g.部分试剂柜自带24 h排风,试剂室始终保持负压状态,此时,试剂室整体可视同一个装配式负压设备,仍具有较好的安全性。

北方寒冷地区或南方热带地区的试剂室内部布局参考如图3所示。

图3 北方寒冷地区或南方热带地区的试剂室内部布局参考

4.2 新型通风防雨泄爆百叶墙

新型试剂室半敞开式轻质围护结构,采用自然通风、防雨、泄爆、遮光曲面百叶墙,S型曲面百叶采用不锈钢板(t(0.5～1) mm)成形,百叶墙框材料采用不锈钢板(t(1～1.5) mm)成形。曲面百叶竖直集成安装,雨水不会形成淋挂,相邻百叶相互遮掩,百叶上有两道加强筋,可有效阻挡旋风、侧风、直风状态向室内飘雨,有效阻挡室外光线透过曲面百叶墙直射进试剂室(此技术已获得专利批复ZL201921061342.9)[6]。自然通风防雨泄爆遮光曲面百叶墙三视图如图4所示,曲面百叶模型图如图5所示,曲面百叶墙装配原理图如图6所示。

图4 通风防雨泄爆遮光曲面百叶墙三视图

图6 曲面百叶墙装配原理图

S型曲面百叶设有2个加强筋以增加百叶强度,加强筋上开有凹槽,用于自攻螺丝固定百叶与挡雨板,加强筋还有阻挡风吹飘雨进入室内的功能。百叶墙挡雨遮光原理图如图7所示。

4.3 试剂室防火内墙、防火门

试剂室防火内墙承重结构耐火极限按GB 50016—2014《建筑设计防火规范》执行,防火门应采用甲级防火门,并应有防盗功能。

4.4 试剂室安全性内饰

试剂室不吊顶,屋顶保持平整,防止易燃易爆气体聚集。防爆照明、防爆开关、防爆插座按相关标准执行[7]。

4.5 剧毒品室

剧毒品作为对生命安全危害较大的试剂,可在试剂室内分隔2～3 m2隔间作为剧毒品室。

4.6 新型试剂室存储试剂的方法

1)试剂室内化学试剂的分区、分类存放管理按相关标准执行[8]。

2)半敞开式自然对流通风试剂室可存放常温保存的试剂,试剂室内配置冰箱用于存储环境温度≤28 ℃、相对湿度≤75%的试剂。

3)甲乙类试剂、有毒及强酸碱试剂分类放置于带报警排风的试剂柜内(负压)。

4)新型试剂室内存储的易爆炸品、易燃品、强氧化剂、强腐蚀剂、剧毒品及放射性试剂的安全管理,按国务院令第344号公布的《危险化学品安全管理条例》(2013年修正本)执行。

5)新型试剂室内剧毒品存放管理按GA 1002—2012《剧毒化学品、放射源存放场所治安防范要求》规定执行。

5 结语

本文设计的新型半敞开式试剂室位于实验楼北侧一角,从室内走到了半敞开,具有自然对流通风、防雨、泄爆、遮光特性,其安全性得到了根本提升,填补了国内空白。

建议在科研高校、兵器、航空、航天、船舶、海洋工程、食品、药品、保化、疾控中心、医疗器械、公安司法、化学化工、石油、农林渔牧等行业或领域的实验室工程中,适当推广应用此新型自然通风防雨泄爆试剂室,避免设计人员碰到此类问题感到安全问题的困惑,避免设计单位为通过审图或消防验收,在设计中回避或隐瞒安全隐患实情。