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實(shí)驗室暖通工程

發(fā)布時(shí)間：2019-09-29 11:42:26 文章作者：geermo

所屬分類(lèi)： 解決方案

產(chǎn)品簡(jiǎn)介：由于生物安全實(shí)驗室特有的高生物危害性,無(wú)論系統正常運行還是發(fā)生故障,都要時(shí)刻確保實(shí)驗房間必要的負壓,確保生物安全柜等重污染實(shí)驗設備相對實(shí)驗房間維持必要的負壓,以避免生物污染外泄,確保操作人員安全。因此,確保系統24h處于安全狀態(tài)是設計者和建設者的一項重要任務(wù)。

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實(shí)驗室暖通系統

由于生物安全實(shí)驗室特有的高生物危害性,無(wú)論系統正常運行還是發(fā)生故障,都要時(shí)刻確保實(shí)驗房間必要的負壓,確保生物安全柜等重污染實(shí)驗設備相對實(shí)驗房間維持必要的負壓,以避免生物污染外泄,確保操作人員安全。因此,確保系統24h處于安全狀態(tài)是設計者和建設者的一項重要任務(wù)。

一、與設計相關(guān)的主要運行故障

1.1?送風(fēng)系統故障

由于有排風(fēng)系統的強有力保障,在故障發(fā)生至人員安全撤離期間,雖然會(huì )出現很高的房間負壓,但始終可保證不出現生物安全柜相對房間呈正壓或實(shí)驗房間正壓的情況。

1.2?各類(lèi)風(fēng)量及壓力傳感器故障

傳感器發(fā)生故障后,傳遞錯誤信號,會(huì )使得系統悖離設計者的意愿運行,因此要求設計者、建設者熟悉各種傳感器的性能,選用性能匹配、質(zhì)量穩定可靠的傳感器,其中傳感器的響應特性常常易被忽略,而使得調試結果偏離設計值,這是設計者尤其需要注意的。

1.3?排風(fēng)系統故障

排風(fēng)機或排風(fēng)機變頻器的故障,對整個(gè)系統是致命的。所以生物安全實(shí)驗室的通風(fēng)系統須設置備用排風(fēng)機及備用排風(fēng)機變頻器。但具體到細節,僅僅有備用排風(fēng)機或變頻器還遠不夠。生物安全實(shí)驗室的高生物危害性要求白天實(shí)驗室工作狀態(tài)下不允許出現哪怕1s的實(shí)驗房間正壓和生物安全柜相對于實(shí)驗房間呈正壓的情況。這給暖通及暖通自控系統設計提出了更高的要求,即,如何在排風(fēng)機或排風(fēng)變頻器故障時(shí)系統自動(dòng)切換至備用排風(fēng)機和備用排風(fēng)變頻器過(guò)程中,確保實(shí)驗房間負壓及生物安全柜相對房間呈負壓。

排風(fēng)機變頻器的故障中*嚴重的是使排風(fēng)機停機,將排風(fēng)機故障或排風(fēng)機變頻器故障引起的排風(fēng)機停機統稱(chēng)為排風(fēng)系統停機故障。

二、?排風(fēng)系統停機故障、排風(fēng)設備自動(dòng)切換時(shí),避免房間出現正壓的設計原則

下面以某實(shí)驗室的P3級生物安全實(shí)驗室為例,對設計原則作一闡述。該工程采用PLC控制系統,僅有一個(gè)實(shí)驗室,實(shí)驗房間排風(fēng)與生物安全柜排風(fēng)共用一個(gè)排風(fēng)系統。

2.1?排風(fēng)系統停機故障瞬間分析

首先,假設一個(gè)生物安全實(shí)驗室的暖通及暖通自控系統設計如下。

1)在排風(fēng)系統發(fā)生停機故障、排風(fēng)設備自動(dòng)切換時(shí),未采取任何避免房間出現正壓的措施。

2)排風(fēng)系統故障信號采集是通常的做法,即,設置空氣流量開(kāi)關(guān),當排風(fēng)管內的風(fēng)量接近零時(shí),流量開(kāi)關(guān)向控制中心發(fā)出ON/OFF信號,報告排風(fēng)系統出現停機故障。

基于上述假設,模擬生物安全實(shí)驗室發(fā)生排風(fēng)系統停機故障的狀況,實(shí)驗記錄為:實(shí)驗房間在發(fā)生排風(fēng)系統停機故障后約4s內出現房間正壓;控制中心感知排風(fēng)系統停機故障在大約10s后。

該數據是本例的實(shí)測數據,不同工程會(huì )有差異,由此可知:1)房間正壓是在故障發(fā)生后的極短時(shí)間內(約4s)出現的。主要原因是,對于生物安全實(shí)驗室,為保證房間負壓的送排風(fēng)量差值(這里的排風(fēng)量指房間加實(shí)驗設備的總排風(fēng)量)本來(lái)就很小,每h幾十至一二百m3左右,一旦出現排風(fēng)系統停機故障,房間排風(fēng)量在1～2s內就能減少一二百m3。所以雖然4s僅是針對本例一個(gè)實(shí)驗房間的測試數據,其他實(shí)驗室會(huì )有差異,但卻表明從排風(fēng)系統故障到房間開(kāi)始出現正壓的時(shí)間極其短暫。上述討論均是基于同一個(gè)前提,即,實(shí)驗室房間排風(fēng)與實(shí)驗設備(如生物安全柜)排風(fēng)共用一個(gè)排風(fēng)系統,雖然排風(fēng)系統不共用時(shí)可能會(huì )在某一種故障狀況下測出幾十s才出現房間正壓的情況,但由于其系統劃分的致命缺陷,使得該種系統無(wú)法解決所有同類(lèi)故障下消除正壓的安全運行問(wèn)題[1]。2)控制中心感知系統故障時(shí)間太長(cháng),主要原因是風(fēng)機從停機至風(fēng)量降至接近零,需經(jīng)歷至少10s。這種停機時(shí)間是所有風(fēng)機的固有特性,相對應的還有風(fēng)機的另一個(gè)固有特性———開(kāi)機時(shí)間,兩種時(shí)間長(cháng)度基本接近。

2.2?避免房間出現正壓的設計思路

由上可知,要避免房間出現正壓,必須采取兩個(gè)步驟:

1)使控制中心以*快速度感知排風(fēng)系統停機故障。

2)使控制中心及控制執行系統以*快速度采取措施避免房間正壓出現。

對于本例,上述兩個(gè)步驟必須在4s內完成。

2.3?避免房間出現正壓的技術(shù)措施

本例中采用了如下措施。

1)在排風(fēng)總管上設計響應速度較快的風(fēng)量傳感器,專(zhuān)門(mén)用于判斷排風(fēng)系統停機故障,將判斷排風(fēng)系統停機故障的排風(fēng)量設定在一個(gè)較高的水平,既不至于使控制中心誤判故障,又能使控制中心在不到2s內感知排風(fēng)系統停機故障。該風(fēng)量傳感器不同于設計在排風(fēng)總管上的另一個(gè)響應速度較慢、抗湍流性能更好的風(fēng)量傳感器,后者主要用于實(shí)現前者無(wú)法兼顧的房間壓力穩定問(wèn)題(關(guān)于在同一根排

風(fēng)總管上設計性能截然不同的兩個(gè)風(fēng)量傳感器的做法,筆者擬另外撰文介紹)。

2)在送風(fēng)系統總管上設計可完全關(guān)斷的電動(dòng)蝶閥,該閥采用響應速度為115s的執行器,使得控制執行系統在不到2s內迅速切斷系統送風(fēng),以有效避免房間出現正壓。