江西化工
主办单位:江西省化学化工学会
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化学实验室通风系统工艺优化技术
  摘 要:目前国内许多研发中心实验室环境恶劣,布局混乱、风管错综复杂,没有从根本上考虑到通风系统对于实验室的重要性,故结合自己的工作实践和理论研究,探讨一下研发实验室通风系统的方案优化及方法。
  关键词:化学实验室;定风量通风系统;变风量通风系统;补排风联动型控制模式
  由于企业对实验室不够重视,以往的实验室设计理念缺乏长远、整体的规划,实验室之间布置格局紊乱,不能整体协调,设备的利用率低,投资效益差,实验室室内、走道气味刺鼻通风效果差,设备噪音大,耗能高,风管布置杂乱无章,三废处理不当达不到环保要求等诸多问题。所以对于设计一个美观、舒适、适用、安全的现代化实验室是很有价值的。
  1 化学实验室设计要求
  实验室是广泛存在于化工类企业及科研机构中,其特点是在实验室内设置通风柜或者万向排风罩将有害气体排除室内再经尾气吸收装置达标后排至大气中,而根据ASHRAE对实验室的要求,化学实验室要求送风全部采用新风,排风100%全部排出室外,通风柜的排气不能在室内循环。
  在研发中心实验室的设计中,由于参与化学反应的原料一般具有一定的可燃性和毒性,再加上反应过程中操作等原因,实验室内的空气受到污染,如果不及时将实验室内的有害气体排出,势必影响实验人员的身体健康(一般化学实验室换气次数要求6-15次,有机合成化学实验室换气次数要求15-18次,实验室无人时换气可减少为4次);其次,实验室有毒有害气体如果散发到厂房外,也会造成周围其他环境的污染。因此如何将实验室产生出来的有害气体及时排出并且对其无害化处理便是我们设计中的重点。而在设计如何做到有效控制有害气体的扩散污染使实验室内环境满足卫生生产要求是我们实验中的主要任务。
  2 研发实验室通风系统分析
  创造一个美观、安全、舒适、经济适用的现代化理想实验环境是我们设计的宗旨。而通风系统则是此次设计的核心,以往国内许多研发中心实验室没有从根本上考虑到通风系统对于实验室的重要性,在初期通风系统的选择上往往以成本来定夺,而忽略运行的费用;然而通过对几种通风系统模式的市场调查及以往项目的的成果分析得出,从初期投资及运行费用这两方面综合比较,采用变风量控制系统中的补风联动型控制模式是比较经济适用的,既能节约资金,又能降低能耗。
  所以实践中按照企业相关性紧凑布局实验室内的通风柜等设备,尽量减少风管的走向;采用变风量通风系统(VAV)中的补风联动型控制模式,;每台通风设备可单独控制,而不影响其它设备使用;选择变频送排风机组,根据通风工作面情况末端可以独立控制风量调节风速,在自动控制系统的合理控制下,风机只按实际负荷需要运行,噪音低、降低主管道风速,因此可大幅度减少风机的动力耗能和运行费用还有利于房间的灵活分隔。和定风量空调系统相比,变风量通风系统能耗一般可节约1/3,两年内节电所省的费用就可收回控制系统的投资。另外变风量通风系统还具有分室调节的能力,灵活性高。
  3 研发实验室通风系统优化
  根据以上对实验室通风系统的分析,选择变风量通风系统中补风联动型控制模式,结合试验室的布局及尾气处理,减少尾气对环境的危害,确定优化技术方案如下:
  首先通风柜配备二级调控及面板、风阀、变风量控制系统,自动控制使用方便,可自由控制通风设备的开启或关闭;面风速保持在0.5m/s±20%;通过面风速传感器实施监测实际面风速,面风速不在设定范围内时监控器声光报警;当通风柜调节门位置变化时,通风柜的面风速变化,面风速传感器感知风速变化,将值传递至通风柜监控器,后者将比较通风柜面风速值与设定面风速值,并调节阀门的开度,使面风速达到设定值且响应时间小于2秒的目标。根据试验需求,普通实验室采用蝶阀,特殊实验室采用文丘里风量控制阀,文丘里风量控制阀是一个高密度、高速反应的风量控制设备,具有高精度、高速反应(响应时间小于1秒)、高调节比(高达20:1)、无需直管段、维护简单等特性。
  其次实验室根据更能划分,需要排风的部位集中布局,从而使风管紧密衔接,尽量不上下穿插,从而也减少了风管的走向,节约成本。
  再次为保证排风尽可能的全部排出室外,减少人员暴露在危险空气下的可能性,采用变频排风机,排风机组与变风量通风柜连锁控制。风机风量随通风柜的开启数量的增加而增大,随开启数量的减少而减小,根据每组通风柜的排风量确定排风机组的大小。变频排风机排风效果好、噪音低,节能降耗。
  最后化学实验室在排风的同时需补风,这样才能保持实验室内气流平衡与温度平稳。补风控制系统与排风控制系统是联动的。当实验室内排风设备每增加一组,排风系统自动让排风风机增加一个排风量,同时这个控制信号送给补风系统,同步增加一个补风量,反之也相同,故根据选择的排风机组,对应选择相应的补风机组。
  优化结果如图1:
  通过以上对实验室通风系统方案的优化,以及完善对实验室的设计,可有效节约能源,减少运行费用,并能减少尾气对人体及环境的危害。但对目前的研发实验室来说,试验试剂品种繁多,其中不乏易燃易爆及有毒物料,对人体的危害还是不能得到有效解决。因此,对实验室通风系统的优化和改进还有很多的路要走,期待更多的技术人员去研究和实践,创造一个适用、经济、健康、环保的现代化实验室。

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