抗爆控制室
防爆:區域由《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規范》GB50058定義。建筑物的主要措施:泄壓。
抗爆:能夠抵抗來(lái)自建筑物外部由于可燃性氣體爆炸所產(chǎn)生的沖擊波超壓的建筑結構系統措施。
近些年,一些控制室被破壞,并不是被火災破壞,而是被可燃氣體泄露到空氣中被引爆的爆炸沖擊波損壞或者是被反應沖擊物的沖擊致壞,這些事件雖然在這些裝置里發(fā)生的比例很低,但事件的嚴重性(如人員傷亡)使人不得不在新建類(lèi)似裝置時(shí)考慮控制室的特殊保護。因此在新建控制室的設計、布置和建造時(shí)應最大限度地減少蒸汽云爆炸或反應爆炸沖擊物沖擊帶來(lái)的損害。
建筑結構周?chē)姆逯禌_擊波載荷分配示意圖
(參考自New BuildingDesign Considerations for Petrochemical Facilities)
采用抗爆結構的設計的出發(fā)點(diǎn)是:
1. 建筑物不倒塌,保護建筑物內人員的安全,保障建筑物內重要的控制設備能夠再繼續運行一段時(shí)間。
2. 滿(mǎn)足救援的要求,室內生命環(huán)境的保持,通道的設置及相關(guān)措施等。
根據SH/T 3006-2012《石油化工控制室設計規范》第4.4.1條:“新建控制室是否采用抗爆結構設計一直是相關(guān)專(zhuān)業(yè)(安全專(zhuān)業(yè)、建筑專(zhuān)業(yè)、結構專(zhuān)業(yè))無(wú)法量化解決的問(wèn)題,原因是缺少相關(guān)依據?!?/span>
此處所謂缺少依據一方面是指采用距離區分是否抗爆缺乏依據(因為距離相同,不同裝置所產(chǎn)生的爆炸力不同)。另一方面是建筑專(zhuān)業(yè)無(wú)從驗證不同量值的爆炸力與建筑物不同破壞程度之間的對應關(guān)系,因而無(wú)法確定抗爆結構的爆炸力限值。
當沒(méi)有對裝置爆炸沖擊波參數進(jìn)行評估時(shí),可按照SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆設計規范》第6.3.1執行。
蒸汽云爆炸的發(fā)生,首先要有可燃物的泄漏的充分時(shí)間和泄漏速度,這是可燃物與空氣形成爆炸混合物的重要條件,其次還要存在點(diǎn)火源(與空氣混合)。幾種情況缺一不可,有時(shí)候可燃物質(zhì)在高于自然溫度時(shí)被點(diǎn)火,而且迅速燃燒,而并沒(méi)有形成爆炸。
根據SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆設計規范》條文解釋第6.3.1條,抗爆建筑物被定義成足以抵抗外部裝置爆炸所產(chǎn)生的沖擊波超壓為69Kpa,作用時(shí)間為20ms。對于蒸汽云爆炸,設計計算時(shí)不用69Kpa、作用時(shí)間20ms爆炸沖擊波,而采用沖擊波超壓為20 Kpa(2.9Psi)、持續時(shí)間為100ms。它近似相當于直徑60m,高4米包含6%乙烷的氣體爆炸,距中心距離75米處產(chǎn)生的沖擊波超壓。一般情況下,控制室抗爆只考慮蒸汽云爆炸,對于像壓力設備爆炸、液體爆炸等的影響一般不予考慮。
目前還沒(méi)有一個(gè)被普遍接受的方法來(lái)預計蒸汽云爆炸的危害范圍,甚至還不可預計蒸汽云爆炸的概率。
1)首先要確認裝置中的哪些區域可能會(huì )泄露可燃氣體,其次就是采取措施防止泄漏。這些主要措施是對已發(fā)生過(guò)泄漏的裝置對操作工提前提出預警,以減少泄漏量。
2)可燃物釋放量是裝置設計者和操作者直接可以控制的。工藝裝置可以用潛在的蒸汽云危險性來(lái)區分,這些危險主要包括一定物理狀態(tài)(溫度和壓力等)的大量可燃物,可以以蒸汽形式或者以液體揮發(fā)到空氣中的形式泄漏到空氣中。
3)在這些裝置中,設計者需要考慮限制潛在危險物質(zhì)的最少量(裝置控制正常)限制容器的連接數量(尤其是液位以下部分),提供安全減壓和設備(施),設計至罐火炬及其他出口的減量措施(步驟),遙控獨立操作閥門(mén)亦應考慮多數量。
4)在平面布置上,控制室要布置在主導風(fēng)向的上風(fēng)向(可燃物泄露)是一個(gè)比較常見(jiàn)的措施。
5)裝置(操作)人員的高標準的操作、維護和設備檢查是保證工藝流程及機械設備良好的保證。
即便采取以上這些措施后,仍然會(huì )存在潛在的可燃氣體泄露并造成爆炸,這時(shí)控制室的設計就要有抗爆措施,對其中的人員和設備實(shí)施足夠的保護。
當然不是!大前提就是該裝置是否屬于存在爆炸危險的裝置。
1)SH3006-1999《石油化工控制室和自動(dòng)分析室設計規范》規定“聯(lián)合裝置的中央控制室建筑物應采用抗爆結構設計”,在SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆設計規范》條文說(shuō)明第4.2中對聯(lián)合裝置控制室再次做了引用說(shuō)明。
2)單一的工藝裝置,根據存在的爆炸危險程度,中央控制室建筑物應采取相應的抗爆結構設計措施,如面向工藝裝置一側的墻采用防爆墻等。注意此條要求的是要有抗爆結構設計措施。
鋼筋混凝土墻、基礎和板的接縫示意圖
(參考自New Building Design Considerations for PetrochemicalFacilities)
3)小型或者沒(méi)有爆炸危險的裝置,根據本文第8項進(jìn)行綜合評估后認為如無(wú)必要(即無(wú)抗爆要求,業(yè)主風(fēng)險可接受)可以采用非抗爆結構設計。常見(jiàn)的工程案例如某些公用工程場(chǎng)合的控制室。
根據SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆設計規范》第1條:“本規范適用于新建的石油化工控制室的抗爆設計。改建或擴建的石油化工控制室的抗爆設計可參照執行?!睋Q句話(huà)說(shuō),規范的本意是以新建為主,改擴建的參考,非強制性的,只適用于“有抗爆要求”的。
一般來(lái)說(shuō),有以下幾方面:
1)由業(yè)主提出,根據業(yè)主的實(shí)際要求(風(fēng)險可承受程度)。
2)根據安全分析(評估)報告的結果提出,即:對裝置(或設備)泄漏、火災、爆炸、危害的定量風(fēng)險分析(QuantitativeRisk Analysis 縮寫(xiě):QRA)。
3)根據行業(yè)的慣例和要求提出。
4)根據設計上游專(zhuān)業(yè)的要求提出。
1)間距符合《石油化工企業(yè)防火規范》GB50160的要求;
2)應布置在GB50058定義的非爆炸危險區域內(附加II區以外);
3)根據安全分析(評估)報告的結果進(jìn)行調整。
4)布置在工藝裝置的一側,四周不應同時(shí)布置甲、乙類(lèi)裝置(預留安全通道),且場(chǎng)地不應低于相鄰裝置區的地坪(防爆措施)。
5)應獨立設置,不得與非抗爆建筑物合并建造(抗爆和常規結構類(lèi)型不同)。另外,也是為減少事故狀態(tài)下二次災害損失的措施。
6)至少應在兩個(gè)方向設置人員的安全出口,且不得直接面向甲、乙類(lèi)裝置。事故狀態(tài)下人員疏散通道及救援通道的暢通至關(guān)重要。
根據SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆設計規范》第5.1.3條“建筑平面宜為矩形,層數宜為一層?!?/span>
根據該規范條文解釋第5.1.3 b)“建筑層數的限制除了考慮了工程計算復雜程度之外,更主要考慮到在滿(mǎn)足基本安全要求的前提下工程成本的問(wèn)題?!?/span>
由此可見(jiàn),非要設兩層沒(méi)說(shuō)不行,在滿(mǎn)足安全前提下,土豪請隨意?;蛘哌€有一種方式是建筑結構為一層,內部做個(gè)隔層,用作一些輔助房間,前提還是滿(mǎn)足安全。再有此類(lèi)建筑屬于能耗高、造價(jià)高的生產(chǎn)性建筑,壽命相對也短,綜合考量,此類(lèi)建筑規模不宜過(guò)大,宜矮不宜高。