手段二:保护气体与换气稀释计算

正压的核心计算全在气体上:气从哪来(第 9 章)、开机前吹多少(换气,附录 A)、有泄漏源时持续吹多少(稀释,第 13 章/附录 F)。本篇给出三套计算的设计方法和算例——这是正压系列的技术核心。

系列 正压设计思维 · 03/07阅读 约 12 分钟对应标准 GB/T 3836.5-2021 第 9 章、附录 A、第 13 章、附录 F

一、保护气体:气源的三条硬规矩(第 9 章)

  1. 不可燃、无点燃能力:压缩空气、氮气是主流;空气须经处理(除尘、除油、干燥);
  2. 含氧量受控:惰性气体(氮气)作保护气时,壳内人员进入/设备运行条件要单独评估;内置系统不得释放含氧超常的气体(第 1 章排除条款);
  3. 取气点必须安全:气源(空压机吸入口)必须设在非危险场所——气路一旦穿行危险区,管道接口的泄漏就是新的释放源。这是正压项目现场核查的第一红旗:气源取自厂房危险区压缩空气网(该管网本身可能被可燃物污染)的方案,一票否决。

配套要求:气源压力与流量要有裕量(覆盖最低正压维持 + 换气峰值 + 泄漏补偿),气路上配过滤器、减压阀、流量计,且参数可查可调。

二、换气:开机前的"大扫除"

为什么必须换气:停机期间外壳失压,外部可燃气体可能已经钻进壳内积存。直接通电 = 在可能的爆炸性混合物里合闸。所以正压设备的启动顺序永远是:先换气、验证合格、再通电。

换气量设计:换气实质是"置换+混合"过程,工程上按换气倍数设计,常用设计值为5 倍外壳净容积量级(以附录 A 试验验证为准——型式试验用试验气体验证换气效果,稀释到规定浓度限值以下)。

换气时间算例: - 某正压柜净容积 V = 2 m³,设计换气倍数 n = 5 → 需要的总换气量 Q_total = 10 m³; - 保护气体流量 q = 100 m³/h(约 28 L/s)→ 换气时间 t = Q_total / q = 6 分钟; - 这 6 分钟由定时装置控制(pxb 必须安装定时装置,表 2),换气完成前通电回路被联锁锁死。

设计三参数联动:容积 V、流量 q、倍数 n——柜体做大一倍,换气时间翻倍;想缩短启动时间就加大流量。启动时间是有工艺代价的(生产线上的正压柜每天重启一次 = 每天损失 6 分钟可用性),这是客户在方案阶段就该知道的数。

标准条款卡片
标准条款卡片 GB/T 3836.5-2021 附录 A(换气和稀释试验,规范性):换气与稀释效果经型式试验验证;第 7 章/表 2:pxb 须安装定时装置并监测压力和流量;pyb、pzc 应标志换气时间和流量。

三、稀释:壳内有释放源时的持续吹扫

当壳内有内释放源(在线分析仪的样气流路)时,保护气体除了维持正压,还要持续稀释泄漏的可燃物,使其浓度保持在爆炸下限以下(第 13 章)。

稀释设计的两套思路(附录 F:稀释区域):

  1. 全稀释:大流量保护气体充分混合,整个壳内任何点浓度 < 规定限值(通常按爆炸下限的一定比例,如 25% LEL 量级的验证判据,以附录 A 试验为准);
  2. 稀释区域(局部稀释):只在释放源周围建立稀释气流保护区,把可燃物限制在局部区域并稀释——分析小屋里把样气排放管路包在稀释风道内的做法。

稀释流量算例(量级感): - 某分析仪样气管路最大可信泄漏率 0.1 L/min,样气为甲烷(LEL ≈ 5% v/v); - 用清洁空气稀释到 25% LEL(1.25% v/v)需要把甲烷体积稀释约 4 倍 → 稀释气量约 0.4 L/min 的量级起步,再叠加安全系数与壳内混合不均匀度(工程上放大 5~10 倍取值,并以稀释试验验证); - 实际设计流量通常远高于理论值——稀释试验是唯一裁判,计算只是选风机的起点。

换气与稀释的计算模型
图 3-1|换气与稀释的计算模型

四、泄漏与气量平衡:正压维持的日常账本

正压运行时,气量平衡是动态的:

供气量 = 泄漏量(门缝/穿线孔/排气) + 稀释需求(如有) + 储备裕量

泄漏量随密封件老化上升——设计时按密封寿命末期泄漏量预留风机/气源裕量,并设置压力低限告警点在最低正压值之上留出提前量。正压系统运维的本质,就是守住这本账。

五、客户落地清单(本篇相关)

  1. 气源方案图:取气点位置(非危险区证明)、处理链路(过滤/减压/流量计)、备用气源评估;
  2. 换气计算书:容积、倍数、流量、时间四参数 + 联锁逻辑(定时+验证);
  3. 稀释评估(有释放源时):释放率假设、稀释方式(全稀释/区域稀释)、试验验证计划;
  4. 气量平衡表:正常/末期泄漏、稀释需求、供气裕量、告警点设定;
  5. 用户侧资料(附录 D):把换气时间、流量、气源品质要求、允许的气源改造边界写成对用户的明确交付物。

本篇小结

  • 气源三条硬规矩:不可燃、含氧受控、取气点非危险区——最后一条是现场核查红旗;
  • 换气按倍数设计(5 倍净容积量级)+ 定时装置 + 试验验证,启动时间是有工艺代价的;
  • 稀释两思路:全稀释 / 稀释区域(附录 F),流量计算只是起点,稀释试验才是裁判;
  • 运行本质是气量平衡账本:泄漏随老化涨,裕量和告警点要提前布好。

下期预告:第 4 篇《手段三:安全装置与联锁》——压力传感器怎么取样?最低正压值设多少?失压后的"断电 or 报警"决策树怎么画?下一篇见。


参考资料 1. GB/T 3836.5-2021 第 9 章、第 13 章、附录 A、附录 F 2. GB/T 3836.1-2021 相关条款(温度与试验通则)

免责声明:本文为科普介绍,换气倍数与稀释判据以标准附录 A 试验方法和认证机构大纲为准;算例为教学用简化数字。

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