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建筑物抗爆淺析

發(fā)布時(shí)間：

2024-07-29 09:13

近年來(lái)，我國石油化工行業(yè)的安全形勢依然嚴峻，安全事故發(fā)生的數量雖然在一定程度上有所減少，尤其是重、特大事故，但是這些事故如果一旦發(fā)生往往存在著(zhù)群死群傷的風(fēng)險，政府及企業(yè)需要付出的代價(jià)極大。因此如何有效的管控這些風(fēng)險，使其在事故鏈條的初期就扼殺在搖籃之中，就顯的尤為重要。對此，我們國內也出臺了一系列的管控方法和策略，比如安全標準化、雙重預防機制的建設、過(guò)程安全管理、建筑物抗爆計算等，其中建筑物的抗爆計算涉及的理論知識較為復雜、計算輸入條件較多，使用計算工具較為復雜，后續本文將以此為切入點(diǎn)展開(kāi)分析。

 

建筑物為什么會(huì )涉及到抗爆的問(wèn)題，原因如下：

（1）石油化工企業(yè)中的危險化學(xué)品或高壓物料，極易發(fā)生爆炸，雖然發(fā)生爆炸的概率非常低，但是一旦發(fā)生爆炸，對周邊設施及建筑物的損壞通常是非常嚴重的，而控制室作為企業(yè)的一部分可能受到爆炸沖擊波的影響。

（2）控制室的人員密集區域，控制系統及機柜間等全廠(chǎng)關(guān)鍵設施布置在內，這些建筑與設施在爆炸沖擊波影響下的存活能力至關(guān)重要。

從《全國安全生產(chǎn)專(zhuān)項整治三年行動(dòng)計劃》（國務(wù)院安委【2020】3號）下發(fā)以來(lái)，全國各地?；髽I(yè)對控制室等開(kāi)展了一輪抗爆改造、搬遷的行動(dòng)。

隨著(zhù)行動(dòng)的深入，對于“什么樣的建筑需要抗爆？怎樣確定建筑物的抗爆能力？”這個(gè)問(wèn)題一直困擾著(zhù)企業(yè)。本文就這個(gè)問(wèn)題通過(guò)標準法規及軟件的計算結果等進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

 

一 、哪些建筑需要進(jìn)行抗爆計算？

1、《危險化學(xué)品安全專(zhuān)項整治三年行動(dòng)實(shí)施方案》

（1） 涉及爆炸危險性化學(xué)品的生產(chǎn)裝置控制室、交接班室不得布置在裝置區內，已建成投用的必須于2020年底前完成整改。

（2）涉及甲乙類(lèi)火災危險性的生產(chǎn)裝置控制室、交接班室原則上不得布置在裝置區內，確需布置的，應按照《石油化工控制室抗爆設計規范》（GB50779-2012），在2020年底前完成抗爆設計、建設和加固。

（3）具有甲乙類(lèi)火災危險性、粉塵爆炸危險性、中毒危險性的廠(chǎng)房（含裝置或車(chē)間）和倉庫內的辦公室、休息室、外操室、巡檢室，2020年8月前必須予以拆除。

 

2、安監總管三〔2017〕121號 《化工和危險化學(xué)品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標準》

十三、控制室或機柜間面向具有火災、爆炸危險性裝置一側不滿(mǎn)足國家標準關(guān)于防火防爆的要求。

（一）其面向具有火災、爆炸危險性裝置一側的安全防護距離應符合《石油化工設計防火規范》（GB50160-2018）表4.2.12等標準規范條款提出的防火間距要求，且控制室、機柜間的建筑、結構滿(mǎn)足《石油化工控制室設計規范》（SH/T3006-2012）第4.4.1條等提出的抗爆強度要求。

 

3、GB 50779-2012 《石油化工控制室抗爆設計規范》

4 建筑設計

4.1 一般規定

4.1.6 活動(dòng)地板下地面以上的外墻上不得開(kāi)設電纜進(jìn)線(xiàn)洞口?；A墻體洞口應采取封堵措施，并應滿(mǎn)足抗爆要求。

 

4、GB 50160-2008（2018年版） 《石油化工企業(yè)設計防火標準》

5 工藝裝置和系統單元

5.7 其他要求

5.7.1A 中央控制室應根據爆炸風(fēng)險評估確定是否需要抗爆設計。布置在裝置區的控制室、有人值守的機柜間宜進(jìn)行抗爆設計，抗爆設計應按現行國家標準《石油化工控制室抗爆設計規范》GB50779 的規定執行。

 

5、HG/T 20508-2014 《控制室設計規范》

3 控制室

3.4 建筑和結構

3.4.1 對于有爆炸危險的化工工廠(chǎng)，中心控制室建筑物的建筑、結構應根據抗爆強度計算、分析結果設計；

3.4.2 對于有爆炸危險的化工裝置，控制室、現場(chǎng)控制室應采用抗爆結構設計；

4 現場(chǎng)機柜室

4.0.7 對于有爆炸危險的化工裝置，現場(chǎng)機柜室應采用抗爆結構設計。

 

6、SH/T 3006-2012 《石油化工控制室設計規范》

4 控制室

4.1 一般規定

4.1.1 控制室的工程設計應符合職業(yè)衛生、安全和環(huán)境保護的要求。有爆炸危險的石油化工裝置的控制室設計應符合 SH/T 3160的規定。

4.2 總圖位置

4.2.1 控制室位置應符合GB 50160-2008中5.2節有關(guān)控制室布置的規定。

4.2.2 不同裝置規模的控制室其總圖位置應符合以下規定：

（a) 聯(lián)合裝置的控制室宜位于聯(lián)合裝置內，應位于爆炸危險區域外：

（b) 裝置的控制室宜位于裝置內，應位于爆炸危險區域外。

4.4 建筑和結構

4.4.1 對于有爆炸危險的石油化工裝置，控制室建筑物的建筑、結構應根據抗爆強度計算、分析結果設計。

 

二、建筑物抗爆計算

 

爆炸可以產(chǎn)生很多導致人員傷亡的方式，如爆炸沖擊壓影響、熱輻射影響、二次傷害影響等，一般來(lái)說(shuō)，最直接的影響因素是爆炸沖擊壓，即爆炸超壓，根據《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設施外部安全防護距離確定方法》（GBT 37243-2019）爆炸超壓的影響后果可參見(jiàn)下表：

?

 

從上表可以看出，當建筑物受到的爆炸沖擊波超壓達到3.5kpa時(shí)，大窗戶(hù)和小窗戶(hù)通常破碎。當建筑物受到的爆炸沖擊波超壓≥6.9kPa，且未進(jìn)行抗爆設計時(shí)，房屋部分破壞不能居住，建筑物應進(jìn)行抗爆治理改造或進(jìn)行搬遷。爆炸超壓值達到20kpa時(shí)為較高爆炸風(fēng)險區的臨界值；炸超壓值達到45kPa時(shí)為高爆炸風(fēng)險區，房屋幾乎完全破壞需要整體進(jìn)行抗爆設計。

本文以10000m3的LNG儲罐為例，采用DNV的phast&safeti軟件，通過(guò)基于后果和基于風(fēng)險的方法分別計算爆炸超壓值，來(lái)讓大家簡(jiǎn)單了解抗爆計算的方法和差異。

 

1. 基于后果的計算

?

圖一 爆炸超壓范圍

?

圖二 超壓作用時(shí)間與距離關(guān)系

 

從上圖可以看出，6.9kpa的爆炸沖擊波波及到了控制室，會(huì )導致控制室部分破壞，所以需要進(jìn)行抗爆治理改造或進(jìn)行搬遷。

 

2. 基于風(fēng)險的計算

?

圖三 6.9kpa的個(gè)人風(fēng)險

 

?

側向超壓累計頻率

 

本文計算的輸入條件及參數，不在本文中詳細介紹，僅對關(guān)鍵結果進(jìn)行對比。文中數據部分根據經(jīng)驗及假設進(jìn)行計算，因此具體項目結果需要根據實(shí)際情況進(jìn)行計算，本文結果僅為參考。

從上圖可以看出，6.9kpa的爆炸沖擊波的累計發(fā)生頻率大概在8E-05，其小于1E-4，可以不用進(jìn)行抗爆治理改造或進(jìn)行搬遷。累計頻率企業(yè)可以根據自身情況進(jìn)行確定，在《SHT xxxx石油化工過(guò)程風(fēng)險定量分析標準(征求意見(jiàn)稿)》及中石化《關(guān)于印發(fā)《中國石化既有建筑物抗爆治理指導意見(jiàn)（試行）》的通知》中累計頻率為1E-4，企業(yè)根據自身情況制定累計頻率時(shí)，不可高于該值。

通過(guò)這兩種計算方法的對比，可以發(fā)現基于后果的計算偏保守一些。

建筑物是否需要抗爆需要根據事故發(fā)生的概率、潛在后果的風(fēng)險評估及可接受的風(fēng)險標準來(lái)確定。一個(gè)爆炸事故中，作用在建筑物上的爆炸沖擊波超壓、作用時(shí)間與建筑物距爆炸源的距離有關(guān)，距爆炸源越近，爆炸荷載就越大。如果按照一個(gè)定值進(jìn)行抗爆設計，就會(huì )出現因為所處位置的不同，部分建筑物在爆炸事故中倒塌，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失；同時(shí)一部分建筑物就會(huì )變成過(guò)度設計，造成投資浪費。因此，建筑物是否需要抗爆、爆炸沖擊波峰值入射超壓及正壓作用時(shí)間應經(jīng)過(guò)定量風(fēng)險評估確定。在制定抗爆建筑的設計方案時(shí)，基于定量風(fēng)險品評估報告來(lái)選擇適當的建筑結構型式及構造措施，在保障人員及重要設施安全的基礎上，有效控制工程造價(jià)，避免投資浪費。

基于風(fēng)險的安全管理是以后的發(fā)展趨勢，其實(shí)大家現在已經(jīng)開(kāi)始向這方面在靠近，像在做制定應急預案或HAZOP/LOPA分析時(shí)參考定量風(fēng)險評估的結果，或者在HAOP/LOPA分析過(guò)程中采用較簡(jiǎn)單的定量分析軟件輔助判斷影響區域等，比如像使用事故后果模擬軟件ALOHA，陶氏化學(xué)的風(fēng)險分析篩選工具RAST及化學(xué)危害工程基chef等工具。

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