化工装置新建控制室布置和建造.docx

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化工装置新建控制室布置和建造

化工装置新建控制室布置和建造（SG-22）

Ⅰ、目的

近年来，化工装置一些控制室被爆炸严重损坏，并且造成人员伤亡。

在新建控制室的设计、布置和建造时最大限度地减少蒸汽云爆炸或反应爆炸冲击物冲击带来的损害，正是编制本指南的目的。

Ⅱ、控制室设计概念

为避免因火灾破坏，大多工艺装置控制室都与主要工艺设备有足够的距离。

装置区域的防火设计和给排水设计，可以预防控制室遇火灾而严重破坏。

近年来，一些控制室被破坏，并不是被火灾破坏，而是被可燃气体泄露到空气中被引爆的爆炸冲击波损坏或者是被反应冲击物的冲击致坏，这些事件虽然在这些装置里发生的比例很低，但事件的严重性使人考虑在新建类似装置时考虑控制室的特殊保护。

目前还没有一个被普遍接受的方法来预计蒸汽云爆炸的危害围，甚至还不可预计蒸汽云爆炸的概率。

因此，按照我们现有的知识，解决控制室爆炸问题的途径有：

首先，要确认装置中的哪些区域可以泄露可燃气体；其次就是采取措施防止泄漏。

这些主要措施是对已发生过泄漏的装置对操作工提前提出予警，以减少泄漏量，还有就是对控制室实施抗爆炸保护。

本规程要识别三种潜在爆炸类型，从而按照不同类型进行布置和设计。

这些条文适合于蒸汽云爆炸，亦同样适用于RunawayReaction引起的爆炸。

Ⅲ、蒸汽云

A．蒸汽云爆炸的定义

蒸汽云爆炸的发生，首先要有可燃物的泄漏的充分时间和泄漏速度，这是可燃物与空气形成爆炸混合物的重要条件，其次还要存在点火源（与空气混合）。

几种情况缺一不可，有时候可燃物质在高于自然温度时被点火，而且迅速燃烧，而并没有形成爆炸。

B．蒸汽云爆炸因素

下面一些因素决定一个蒸汽云爆炸的规模，可能几率和严重性：

1．点火时的可燃物数量；

2．包含的其他可燃物；

蒸汽云的湍流度——它影响着蒸汽云中可燃介质围的混合物总量。

3．可燃物的浓度（degreafurbulence）

4．火焰速度

5．障碍物—阻止蒸汽云自膨胀，从而加火焰速度；

6．点火源位置；

7．燃烧模式：

燃烧或者爆炸。

对一个潜在危险，关键因素是可燃物的数量和点火时间。

点火的可能性随着蒸汽云规模的增加（点火源随着蒸汽云扩而增多），而爆炸的可能性也随着（不像火灾那样）蒸汽云规模增大，可燃围可燃物数量跟着增加，从而爆炸几率增大。

一般估计，有10%形成的蒸汽云，被点火爆炸。

这个机率（指点火爆炸）很低，数据不是十分可靠。

一些观察者认为蒸汽云中可燃气体的最低含量是一个爆炸最值得考虑的一个因素。

举个例子，Marshall（4）重新整理了Strehlow（7）提供的数据说明，蒸汽云中含有15t以下可燃物可以造成火灾，而超过30t可以引起爆炸。

虽然这些数据是有限的，但还是已经用10t这个标准来区分下面的分类B和分类C。

基于以上因素，可燃物释放量是装置设计者和操作者直接可以控制的。

工艺装置可以用潜在的蒸汽云危险性来区分，这些危险主要包括一定物理状态（温度和压力等）的大量可燃物，可以以蒸汽形式或者以液体挥发到空气中的形式泄漏到空气中。

在这些装置中，设计者需要考虑限制潜在危险物质的最少量（装置控制正常）限制容器的连接数量（尤其是液位以下部分），提供安全减压和设备（施），设计至罐火炬及其他出口的减量措施（步骤），遥控独立操作阀门亦应考虑多数量。

装置（操作）人员的高标准的操作、维护和设备检查是保证工艺流程及机械设计良好的保证。

可是，如果采取这些措施后，仍然存在潜在的可燃气体泄露并造成爆炸，控制室的设计就要有适宜的（抵抗爆炸的）特点，对其中的人员和设备实施足够的保护。

在平面布置上，控制点要布置在主导风向的上风向（可燃物泄露）是一个比较常见的措施。

Ⅳ、装置分类

按照本指南，化工装置可分为三种类型，

类型A——小型或者设有爆炸危险装置

装置包含：

•吸热反应或者轻微放热反应，而且

•材料是不可燃材料，闪点在54℃（130℉）以上，而且高于最大净操作温度8℃（15℉）以上。

（一个流程中）

类型B——小型爆炸危险装置

装置包含：

•易于控制的化学放热反应，比如酯化、胺化装置通过减少氨和硫的用量，加上适当的控制措施及泄压保护措施防止反应失去控制，还有

•存在可燃气体和液体，但设备的布置、隔离阀隔离总量以及温度压力下使得可燃气体五分钟泄露量不会超过10吨。

类型C——有爆炸危害性的装置

装置包含：

•不易控制的高放热反应，比如硝化、氧化、卤化、加氢、烃化以及聚合反应。

或者

•装置中材料（使用）NFPA中活性系数2或者更高。

或者

•五分种释放可燃气体或液体，总量超过10吨。

以上类型不包含装置设施爆炸，这种爆炸不在本指南围，这些装置的建造、布置、保护和防护可参见国防部（手册）。

Ⅴ、影响布置的因素

新建控制室的布置不是决定于单一一种因素。

通常，单一因素比较容易识别，但是多种因素影响的平衡将决定选择（新建控制室）的布置——这些因素包括：

可能危险、暴露物、将来发展、环境影响和间距（控制室与装置之间的）。

可能的危险

1．控制室布置考虑临近装置操作的危险，以及可能发生事故造成的危害。

这些典型危险包括：

爆炸

•••••在一些存在爆炸可能的常见反应器（周围），高压或放热装置，设置适当障碍物减少暴露于这些爆炸危险中。

•可燃气体泄漏的可能伴随点火机率引起爆炸或大的火灾。

•爆炸残骸抛出的可能危害。

2．火灾

潜在火灾的大小和持续时间，可燃、易燃液体随地面流向控制室的可能性。

3．严重健康危害

设备附近存在有毒物质，如果泄漏对控制室人员造成集中伤害。

4．长期健康考虑

雇员长时间暴露于装置有轻微有害材料的环境下。

暴露物

考虑生产装置的危险性以后，也要适当考虑控制室本身：

1．联合控制室

如果一个控制室控制多个装置，一个装置发生危险时不能对其他装置失去控制也不能影响其他装置的安全停车，这点是十分重要的。

2．人员

装置必须的操作人员必须待在控制室。

他们应该接受过相应装置可能危害处理方面的培训。

控制室的布置要考虑这些人员的安全和可用设施重要性，以尽量减少生产装置发生事故的影响。

3．关键设备

要考虑对计算机、控制系统和其他类似设备（关键设备或者长周期运行设备）进行保护，降低设备损坏的可能。

C．将来发展

通常包含生产设施及控制室设施，考虑将来发展的可能性，对于扩可能性，控制室建造位置要适合将来发展需要。

（而不是先占据一块场地）

D.环境和其他因素

1．风向

应该考虑风向因素，它直接影响着释放可燃气体和有毒有害气体的流动方向；考虑风向的另外一个因素是空调和净化风入口位置的选择。

2．地形和排水

有比空气重的气体释放时要考虑地形因素。

如果有这种可能，控制室布置不宜在生产装置的下面。

如果存在液体物质泄漏，排水设计需要阻止可燃液体向控制室方向流动。

3．平面布置要求

平面布置要考虑地上地下电缆、仪表电线及管线的走向。

E.间距

在考虑上述因素的基础上，要考虑控制室同生产装置的距离。

没有单一因素确定一个固定距离，但从现有经验总结出一个典型距离或者布置要点将是非常有用的。

类型A——小型或者没有爆炸危险的装置

•如果生产设施及其具体情况下，很少或不可能发生前述或其他类型危险，那么控制室可以临近生产设施布置。

类型B——小型爆炸危险装置

•这种类型装置的控制室应距离含有可燃材料设备或放热反应器至少15米（50英尺）——符合APIRD500A第三版，1968.4月（1973年重新认定）。

关于“炼厂电气区域划分推荐标准”以及NFPA497—1975中“化工装置电气安装一类危险布置”

类型C——爆炸危险装置

•这种装置的控制室应距离含有可燃材料设备或放热反应器至少30米（100英尺）。

（离开含有可燃材料设备）的最小距离——控制室不被生产装置爆炸影响，是60米（200英尺）。

如果这样布置，类型C装置可按第四节B中的类型B建造。

因为即使离开60米，空中爆炸仍可能使结构损坏，击碎玻璃窗等。

Ⅵ、装置分类、建设指南

1.类型A

小型或没有爆炸危险的装置控制室

　1.1符合当地建筑规（见表1.2）

　1.2必须是不可燃烧

　1.3支撑屋顶的墙体应避免采用脆性材料（如果存在爆炸危险）

2.类型B——类型A的补充要求

小型爆炸危险的单套装置控制室

2.1材料

2.1.1承重构件及外部构件应采用柔性材料如钢筋砼、配筋

砌体或金属夹心板结构。

2.1.2木材等其他辅助燃烧的材料不应使用。

2.1.3窗、门及透光材料满足如下要求：

a.窗框及格栅应为金属材料

b.门及门框（墙上的）以及部的防火门应为金属材料

c.部、外部使用的（门、窗及门窗的部件）玻璃应为“安全玻璃”，指标见ANSI97.1，最小厚度为6㎜刚化玻璃或者覆以（玻璃侧）最小厚度0.38㎜的金属网片。

表1

标准和规

ICBO——官方建筑国际会议

UBC——统筑规及当地规

ANSI规

CI——国家电力规INFDA—70

Z970.1——建筑用安全透光材料

表2

标准及出版物

ASHRAE—美暖、制冷及空调协会

指南及数据书原理手册

ANSI标准

A525锌涂层（或镀锌）钢板垫浸锌工艺一般要求

B209铝合金板

E84建筑材料表面燃烧性能

2.2设计

2.2.1屋顶及其垂直支撑构件连接应有足够延性。

2.2.2所有控制室应至少在两端外墙上有两个出口，外门均应外开，而且至少有一个门是应急出口。

2.2.3建筑物一般宜为单层。

如果超过一层，上层应至少有两种出口形式，其中一个应该是开敞防火通道或者封闭防火楼梯间。

2.2.4窗

2.2.4.1一般情况下，距离处理可燃液体、气体设备60米以，建议不设玻璃窗。

如果设窗应符合以下规定：

墙与设备距离（释放源在建筑物外）

小于30米（100英尺）

30~60米（100~200英尺）

玻璃G1、G3

面向设备（墙上）

窗户区域A1

玻璃G1、G3

窗框设计F1

窗框设计F1

其他墙上

玻璃G1、G2

窗户区域A2、A3

窗框设计F1

图例：

玻璃：

G1——6㎜（1/4′）完全刚化玻璃

G2——6㎜（1/4′）覆0.38㎜金属网片玻璃

G3——6㎜（1/4′）覆1.5㎜金属网片玻璃

玻璃面积（窗户大小）限值

A1——0.18㎡（2ft2）——门，0.46㎡（5ft2）——每边墙

A2——0.46㎡（5ft2）——每窗

A3——5%每边墙面积

窗框及格栅设计：

F1——对窗户、窗框、格栅及锚固设计应满足静荷载7.2Kpa（150psf）作用方向\外

2.2.5楼层地下构造

2.2.5.1每个房间的最终地坪标高应比相邻场地标高高200㎜

2.2.5.2为防止可燃气体、液体侵入，距离处理可燃液体设备60米以区域不应布置开敞的沟及坑槽。

地下室可以建设但不应对外设开敞通道。

涵洞、通道（为动力电缆及仪表缆）应有良好密封（为防止“串气”）措施，而且不应该有发火花设备。

2.2.6屋顶

钢筋砼顶及金属顶铺一般满铺沥青油毡层。

2.2.7排水

控制室一般不设地面排水收集系统。

如果需要，通向污水管线时要设一个存水弯。

2.3采暖、通风、空调

2.3.1所有封闭房间必须每小时四次（至少）通风换气。

2.3.2新鲜风进口应布置在可以得到干净空气的位置。

而且在进口位置最好设置爆炸分析探测装置以警报25%（或小于）爆炸浓度气体。

2.3.3当需要压力通风时（对电气分类区域或者有毒气体）压力要维持至0.02Kpa（0.1英寸水压），见NFPA496。

2.4其他

2.4.1除蒸汽、仪表风、水、新鲜空气的管线可以从安全位置进入外，控制室不允许其他液体和气体进入。

2.4.2所有管