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建筑物抗爆淺析
發(fā)布時間：
2024-07-29 09:13
近年來，我國石油化工行業(yè)的安全形勢依然嚴(yán)峻，安全事故發(fā)生的數(shù)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)生往往存在著群死群傷的風(fēng)險，政府及企業(yè)需要付出的代價極大。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(nèi)也出臺了一系列的管控方法和策略，比如安全標(biāo)準(zhǔn)化、雙重預(yù)防機制的建設(shè)、過程安全管理、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(fù)雜、計算輸入條件較多，使用計算工具較為復(fù)雜，后續(xù)本文將以此為切入點展開分析。
建筑物為什么會涉及到抗爆的問題，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(shè)施及建筑物的損壞通常是非常嚴(yán)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(qū)域，控制系統(tǒng)及機柜間等全廠關(guān)鍵設(shè)施布置在內(nèi)，這些建筑與設(shè)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)專項整治三年行動計劃》（國務(wù)院安委【2020】3號）下發(fā)以來，全國各地危化企業(yè)對控制室等開展了一輪抗爆改造、搬遷的行動。
隨著行動的深入，對于“什么樣的建筑需要抗爆？怎樣確定建筑物的抗爆能力？”這個問題一直困擾著企業(yè)。本文就這個問題通過標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)及軟件的計算結(jié)果等進行簡單說明。
一 、哪些建筑需要進行抗爆計算？
1、《危險化學(xué)品安全專項整治三年行動實施方案》
（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(qū)內(nèi)，已建成投用的必須于2020年底前完成整改。
（2）涉及甲乙類火災(zāi)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(qū)內(nèi)，確需布置的，應(yīng)按照《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》（GB50779-2012），在2020年底前完成抗爆設(shè)計、建設(shè)和加固。
（3）具有甲乙類火災(zāi)危險性、粉塵爆炸危險性、中毒危險性的廠房（含裝置或車間）和倉庫內(nèi)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(jiān)總管三〔2017〕121號 《化工和危險化學(xué)品生產(chǎn)經(jīng)營單位重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)》
十三、控制室或機柜間面向具有火災(zāi)、爆炸危險性裝置一側(cè)不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于防火防爆的要求。
（一）其面向具有火災(zāi)、爆炸危險性裝置一側(cè)的安全防護距離應(yīng)符合《石油化工設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160-2018）表4.2.12等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條款提出的防火間距要求，且控制室、機柜間的建筑、結(jié)構(gòu)滿足《石油化工控制室設(shè)計規(guī)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(shè)計規(guī)范》
4 建筑設(shè)計
4.1 一般規(guī)定
4.1.6 活動地板下地面以上的外墻上不得開設(shè)電纜進線洞口。基礎(chǔ)墻體洞口應(yīng)采取封堵措施，并應(yīng)滿足抗爆要求。
4、GB 50160-2008（2018年版） 《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》
5 工藝裝置和系統(tǒng)單元
5.7 其他要求
5.7.1A 中央控制室應(yīng)根據(jù)爆炸風(fēng)險評估確定是否需要抗爆設(shè)計。布置在裝置區(qū)的控制室、有人值守的機柜間宜進行抗爆設(shè)計，抗爆設(shè)計應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》GB50779 的規(guī)定執(zhí)行。
5、HG/T 20508-2014 《控制室設(shè)計規(guī)范》
3 控制室
3.4 建筑和結(jié)構(gòu)
3.4.1 對于有爆炸危險的化工工廠，中心控制室建筑物的建筑、結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)抗爆強度計算、分析結(jié)果設(shè)計；
3.4.2 對于有爆炸危險的化工裝置，控制室、現(xiàn)場控制室應(yīng)采用抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計；
4 現(xiàn)場機柜室
4.0.7 對于有爆炸危險的化工裝置，現(xiàn)場機柜室應(yīng)采用抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計。
6、SH/T 3006-2012 《石油化工控制室設(shè)計規(guī)范》
4 控制室
4.1 一般規(guī)定
4.1.1 控制室的工程設(shè)計應(yīng)符合職業(yè)衛(wèi)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(shè)計應(yīng)符合 SH/T 3160的規(guī)定。
4.2 總圖位置
4.2.1 控制室位置應(yīng)符合GB 50160-2008中5.2節(jié)有關(guān)控制室布置的規(guī)定。
4.2.2 不同裝置規(guī)模的控制室其總圖位置應(yīng)符合以下規(guī)定：
（a) 聯(lián)合裝置的控制室宜位于聯(lián)合裝置內(nèi)，應(yīng)位于爆炸危險區(qū)域外：
（b) 裝置的控制室宜位于裝置內(nèi)，應(yīng)位于爆炸危險區(qū)域外。
4.4 建筑和結(jié)構(gòu)
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(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)抗爆強度計算、分析結(jié)果設(shè)計。
二、建筑物抗爆計算
爆炸可以產(chǎn)生很多導(dǎo)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，一般來說，最直接的影響因素是爆炸沖擊壓，即爆炸超壓，根據(jù)《危險化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲存設(shè)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下表：
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從上表可以看出，當(dāng)建筑物受到的爆炸沖擊波超壓達到3.5kpa時，大窗戶和小窗戶通常破碎。當(dāng)建筑物受到的爆炸沖擊波超壓≥6.9kPa，且未進行抗爆設(shè)計時，房屋部分破壞不能居住，建筑物應(yīng)進行抗爆治理改造或進行搬遷。爆炸超壓值達到20kpa時為較高爆炸風(fēng)險區(qū)的臨界值；炸超壓值達到45kPa時為高爆炸風(fēng)險區(qū)，房屋幾乎完全破壞需要整體進行抗爆設(shè)計。
本文以10000m3的LNG儲罐為例，采用DNV的phast&safeti軟件，通過基于后果和基于風(fēng)險的方法分別計算爆炸超壓值，來讓大家簡單了解抗爆計算的方法和差異。
1. 基于后果的計算
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圖一 爆炸超壓范圍
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圖二 超壓作用時間與距離關(guān)系
從上圖可以看出，6.9kpa的爆炸沖擊波波及到了控制室，會導(dǎo)致控制室部分破壞，所以需要進行抗爆治理改造或進行搬遷。
2. 基于風(fēng)險的計算
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圖三 6.9kpa的個人風(fēng)險
?
側(cè)向超壓累計頻率
本文計算的輸入條件及參數(shù)，不在本文中詳細(xì)介紹，僅對關(guān)鍵結(jié)果進行對比。文中數(shù)據(jù)部分根據(jù)經(jīng)驗及假設(shè)進行計算，因此具體項目結(jié)果需要根據(jù)實際情況進行計算，本文結(jié)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，可以不用進行抗爆治理改造或進行搬遷。累計頻率企業(yè)可以根據(jù)自身情況進行確定，在《SHT xxxx石油化工過程風(fēng)險定量分析標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》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(dǎo)意見（試行）》的通知》中累計頻率為1E-4，企業(yè)根據(jù)自身情況制定累計頻率時，不可高于該值。
通過這兩種計算方法的對比，可以發(fā)現(xiàn)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(jù)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(biāo)準(zhǔn)來確定。一個爆炸事故中，作用在建筑物上的爆炸沖擊波超壓、作用時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。如果按照一個定值進行抗爆設(shè)計，就會出現(xiàn)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；同時一部分建筑物就會變成過度設(shè)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間應(yīng)經(jīng)過定量風(fēng)險評估確定。在制定抗爆建筑的設(shè)計方案時，基于定量風(fēng)險品評估報告來選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖY(jié)構(gòu)型式及構(gòu)造措施，在保障人員及重要設(shè)施安全的基礎(chǔ)上，有效控制工程造價，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，其實大家現(xiàn)在已經(jīng)開始向這方面在靠近，像在做制定應(yīng)急預(yù)案或HAZOP/LOPA分析時參考定量風(fēng)險評估的結(jié)果，或者在HAOP/LOPA分析過程中采用較簡單的定量分析軟件輔助判斷影響區(qū)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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