建筑物抗爆淺析
發布時間：
2024-07-29 09:13
近年來，我國石油化工行業的安全形勢依然嚴峻，安全事故發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生往往存在著群死群傷的風險，政府及企業需要付出的代價極大。因此如何有效的管控這些風險，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）石油化工企業中的危險化學品或高壓物料，極易發生爆炸，雖然發生爆炸的概率非常低，但是一旦發生爆炸，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關鍵設施布置在內，這些建筑與設施在爆炸沖擊波影響下的存活能力至關重要。
從《全國安全生產專項整治三年行動計劃》（國務院安委【2020】3號）下發以來，全國各地危化企業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。本文就這個問題通過標準法規及軟件的計算結果等進行簡單說明。
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品的生產裝置控制室、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）涉及甲乙類火災危險性的生產裝置控制室、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）具有甲乙類火災危險性、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 《化工和危險化學品生產經營單位重大生產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足國家標準關于防火防爆的要求。
（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 活動地板下地面以上的外墻上不得開設電纜進線洞口。基礎墻體洞口應采取封堵措施，并應滿足抗爆要求。
4、GB 50160-2008（2018年版） 《石油化工企業設計防火標準》
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，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、現場控制室應采用抗爆結構設計；
4 現場機柜室
4.0.7 對于有爆炸危險的化工裝置，現場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衛生、安全和環境保護的要求。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) 聯合裝置的控制室宜位于聯合裝置內，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，一般來說，最直接的影響因素是爆炸沖擊壓，即爆炸超壓，根據《危險化學品生產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下表：
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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，大窗戶和小窗戶通常破碎。當建筑物受到的爆炸沖擊波超壓≥6.9kPa，且未進行抗爆設計時，房屋部分破壞不能居住，建筑物應進行抗爆治理改造或進行搬遷。爆炸超壓值達到20kpa時為較高爆炸風險區的臨界值；炸超壓值達到45kPa時為高爆炸風險區，房屋幾乎完全破壞需要整體進行抗爆設計。
本文以10000m3的LNG儲罐為例，采用DNV的phast&safeti軟件，通過基于后果和基于風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
?
圖二 超壓作用時間與距離關系
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. 基于風險的計算
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圖三 6.9kpa的個人風險
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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，僅對關鍵結果進行對比。文中數據部分根據經驗及假設進行計算，因此具體項目結果需要根據實際情況進行計算，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。累計頻率企業可以根據自身情況進行確定，在《SHT xxxx石油化工過程風險定量分析標準(征求意見稿)》及中石化《關于印發《中國石化既有建筑物抗爆治理指導意見（試行）》的通知》中累計頻率為1E-4，企業根據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生的概率、潛在后果的風險評估及可接受的風險標準來確定。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，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計，就會出現因為所處位置的不同，部分建筑物在爆炸事故中倒塌，造成人員傷亡和經濟損失；同時一部分建筑物就會變成過度設計，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間應經過定量風險評估確定。在制定抗爆建筑的設計方案時，基于定量風險品評估報告來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，避免投資浪費。
基于風險的安全管理是以后的發展趨勢，其實大家現在已經開始向這方面在靠近，像在做制定應急預案或HAZOP/LOPA分析時參考定量風險評估的結果，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域等，比如像使用事故后果模擬軟件ALOHA，陶氏化學的風險分析篩選工具RAST及化學危害工程基chef等工具。
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