西安实验室净化、排风系统停机故障、排风设备自动切换时,避免房间出现正压的设计原则--西
文章来源：本站人气：0发表时间：2020-10
1 西安实验室净化排风系统停机故障瞬间分析
首先,假设一个生物安全实验室的暖通及暖通自控系统设计如下。
1)在排风系统发生停机故障、排风设备自动切换时,未采取任何避免房间出现正压的措施。
2)排风系统故障信号采集是通常的做法,即,设置空气流量开关,当排风管内的风量接近零时,流量开关向控制中心发出ON/OFF信号,报告排风系统出现停机故障。
基于上述假设,模拟生物安全实验室发生排风系统停机故障的状况,实验记录为:实验房间在发生排风系统停机故障后约4s内出现房间正压;控制中心感知排风系统停机故障在大约10s后。
该数据是本例的实测数据,不同工程会有差异,由此可知:
1)房间正压是在故障发生后的极短时间内(约4s)出现的。主要原因是,对于生物安全实验室,为保证房间负压的送排风量差值(这里的排风量指房间加实验设备的总排风量)本来就很小,每h几十至一二百m3左右,一旦出现排风系统停机故障,房间排风量在1～2s内就能减少一二百m3。所以虽然4s仅是针对本例一个实验房间的测试数据,其他实验室会有差异,但却表明从排风系统故障到房间开始出现正压的时间极其短暂。上述讨论均是基于同一个前提,即,实验室房间排风与实验设备(如生物安全柜)排风共用一个排风系统,虽然排风系统不共用时可能会在某一种故障状况下测出几十s才出现房间正压的情况,但由于其系统划分的致命缺陷,使得该种系统无法解决所有同类故障下消除正压的安全运行问题[1]。
2)控制中心感知系统故障时间太长,主要原因是风机从停机至风量降至接近零,需经历至少10s。这种停机时间是所有风机的固有特性,相对应的还有风机的另一个固有特性———开机时间,两种时间长度基本接近。
2 西安实验室净化避免房间出现正压的设计思路
由上可知,要避免房间出现正压,必须采取两个步骤:
1)使控制中心以最快速度感知排风系统停机故障。
2)使控制中心及控制执行系统以最快速度采取措施避免房间正压出现。
对于本例,上述两个步骤必须在4s内完成。
3 西安实验室净化避免房间出现正压的技术措施
本例中采用了如下措施。
1)在排风总管上设计响应速度较快的风量传感器,专门用于判断排风系统停机故障,将判断排风系统停机故障的排风量设定在一个较高的水平,既不至于使控制中心误判故障,又能使控制中心在不到2s内感知排风系统停机故障。该风量传感器不同于设计在排风总管上的另一个响应速度较慢、抗湍流性能更好的风量传感器,后者主要用于实现前者无法兼顾的房间压力稳定问题(关于在同一根排风总管上设计性能截然不同的两个风量传感器的做法,笔者拟另外撰文介绍)。
2)在送风系统总管上设计可完全关断的电动蝶阀,该阀采用响应速度为115s的执行器,使得控制执行系统在不到2s内迅速切断系统送风,以有效避免房间出现正压。
另外,对于其他的措施,如尽快地减少送风量(包括采用送风机变频控制)和利用定风量阀可否保证房间负压,结论是否定的。如果把送风机变频控制的速度无限加大,就相当于瞬间强制关断送风机,但即使这样,送风机必须经历的停机时间无法满足上述步骤2)对快速响应速度的要求。对于具有多种排风实验设备的要求房间负压的生物安全实验室,在排风系统上采用的是变风量阀,在送风系统上采用定风量阀。定风量阀的作用是固定送风量,而不是快速减少送风量,所起的作用是正好相反的。上述两种方式,笔者在调试过程中均作过试验,测试结果证明是不可行的,在模拟排风系统停机故障时,房间迅速出现正压。
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