抗爆控制室

首先先分清楚两个概念:防爆和抗爆

防爆:区域由《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058定义。建筑物的主要措施:泄压。

抗爆:能够抵抗来自建筑物外部由于可燃性气体爆炸所产生的冲击波超压的建筑结构系统措施。

控制室为什么需要考虑抗爆,如何考虑?

近些年,一些控制室被破坏,并不是被火灾破坏,而是被可燃气体泄露到空气中被引爆的爆炸冲击波损坏或者是被反应冲击物的冲击致坏,这些事件虽然在这些装置里发生的比例很低,但事件的严重性(如人员伤亡)使人不得不在新建类似装置时考虑控制室的特殊保护。因此在新建控制室的设计、布置和建造时应最大限度地减少蒸汽云爆炸或反应爆炸冲击物冲击带来的损害。

建筑结构周围的峰值冲击波载荷分配示意图

(参考自New BuildingDesign Considerations for Petrochemical Facilities

采用抗爆结构的设计的出发点是:

1. 建筑物不倒塌,保护建筑物内人员的安全,保障建筑物内重要的控制设备能够再继续运行一段时间。

2. 满足救援的要求,室内生命环境的保持,通道的设置及相关措施等。

根据SH/T 3006-2012《石油化工控制室设计规范》第4.4.1条:“新建控制室是否采用抗爆结构设计一直是相关专业(安全专业、建筑专业、结构专业)无法量化解决的问题,原因是缺少相关依据。”

此处所谓缺少依据一方面是指采用距离区分是否抗爆缺乏依据(因为距离相同,不同装置所产生的爆炸力不同)。另一方面是建筑专业无从验证不同量值的爆炸力与建筑物不同破坏程度之间的对应关系,因而无法确定抗爆结构的爆炸力限值。

当没有对装置爆炸冲击波参数进行评估时,可按照SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆设计规范》第6.3.1执行。

什么是蒸汽云爆炸

蒸汽云爆炸的发生,首先要有可燃物的泄漏的充分时间和泄漏速度,这是可燃物与空气形成爆炸混合物的重要条件,其次还要存在点火源(与空气混合)。几种情况缺一不可,有时候可燃物质在高于自然温度时被点火,而且迅速燃烧,而并没有形成爆炸。

根据SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆设计规范》条文解释第6.3.1条,抗爆建筑物被定义成足以抵抗外部装置爆炸所产生的冲击波超压为69Kpa,作用时间为20ms。对于蒸汽云爆炸,设计计算时不用69Kpa、作用时间20ms爆炸冲击波,而采用冲击波超压为20 Kpa2.9Psi)、持续时间为100ms。它近似相当于直径60m,高4包含6%乙烷的气体爆炸,距中心距离75处产生的冲击波超压。一般情况下,控制室抗爆只考虑蒸汽云爆炸,对于像压力设备爆炸、液体爆炸等的影响一般不予考虑。

蒸汽云爆炸的危害范围,爆炸的概率怎么考虑?

目前还没有一个被普遍接受的方法来预计蒸汽云爆炸的危害范围,甚至还不可预计蒸汽云爆炸的概率。

作为装置设计者和操作者在控制室抗爆这一块可以做些什么?

1)首先要确认装置中的哪些区域可能会泄露可燃气体,其次就是采取措施防止泄漏。这些主要措施是对已发生过泄漏的装置对操作工提前提出预警,以减少泄漏量。

2)可燃物释放量是装置设计者和操作者直接可以控制的。工艺装置可以用潜在的蒸汽云危险性来区分,这些危险主要包括一定物理状态(温度和压力等)的大量可燃物,可以以蒸汽形式或者以液体挥发到空气中的形式泄漏到空气中。

3)在这些装置中,设计者需要考虑限制潜在危险物质的最少量(装置控制正常)限制容器的连接数量(尤其是液位以下部分),提供安全减压和设备(施),设计至罐火炬及其他出口的减量措施(步骤),遥控独立操作阀门亦应考虑多数量。

4)在平面布置上,控制室要布置在主导风向的上风向(可燃物泄露)是一个比较常见的措施。

5)装置(操作)人员的高标准的操作、维护和设备检查是保证工艺流程及机械设备良好的保证。

即便采取以上这些措施后,仍然会存在潜在的可燃气体泄露并造成爆炸,这时控制室的设计就要有抗爆措施,对其中的人员和设备实施足够的保护。

是否所有的控制室都需要抗爆?

当然不是!大前提就是该装置是否属于存在爆炸危险的装置。

1)SH3006-1999《石油化工控制室和自动分析室设计规范》规定“联合装置的中央控制室建筑物应采用抗爆结构设计”,在SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆设计规范》条文说明第4.2中对联合装置控制室再次做了引用说明。

2)单一的工艺装置,根据存在的爆炸危险程度,中央控制室建筑物应采取相应的抗爆结构设计措施,如面向工艺装置一侧的墙采用防爆墙等。注意此条要求的是要有抗爆结构设计措施。

钢筋混凝土墙、基础和板的接缝示意图

(参考自New Building Design Considerations for PetrochemicalFacilities

3)小型或者没有爆炸危险的装置,根据本文第8项进行综合评估后认为如无必要(即无抗爆要求,业主风险可接受)可以采用非抗爆结构设计。常见的工程案例如某些公用工程场合的控制室。

石油化工控制室抗爆设计规范的适用范围

根据SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆设计规范》第1条:“本规范适用于新建的石油化工控制室的抗爆设计。改建或扩建的石油化工控制室的抗爆设计可参照执行。”换句话说,规范的本意是以新建为主,改扩建的参考,非强制性的,只适用于“有抗爆要求”的。

抗爆要求由谁来提出呢?

一般来说,有以下几方面:

1)由业主提出,根据业主的实际要求(风险可承受程度)。

2)根据安全分析(评估)报告的结果提出,即:对装置(或设备)泄漏、火灾、爆炸、危害的定量风险分析(QuantitativeRisk Analysis 缩写:QRA)。

3)根据行业的惯例和要求提出。

4)根据设计上游专业的要求提出。

抗爆控制室的布置及设置原则

1)间距符合《石油化工企业防火规范》GB50160的要求;

2)应布置在GB50058定义的非爆炸危险区域内(附加II区以外);

3)根据安全分析(评估)报告的结果进行调整。

4)布置在工艺装置的一侧,四周不应同时布置甲、乙类装置(预留安全通道),且场地不应低于相邻装置区的地坪(防爆措施)。

5)应独立设置,不得与非抗爆建筑物合并建造(抗爆和常规结构类型不同)。另外,也是为减少事故状态下二次灾害损失的措施。

6)至少应在两个方向设置人员的安全出口,且不得直接面向甲、乙类装置。事故状态下人员疏散通道及救援通道的畅通至关重要。

抗爆控制室可以设置成两层吗?

根据SH/T3160-2009《石油化工控制室抗爆设计规范》第5.1.3条“建筑平面宜为矩形,层数宜为一层。”

根据该规范条文解释第5.1.3 b)“建筑层数的限制除了考虑了工程计算复杂程度之外,更主要考虑到在满足基本安全要求的前提下工程成本的问题。”

由此可见,非要设两层没说不行,在满足安全前提下,土豪请随意。或者还有一种方式是建筑结构为一层,内部做个隔层,用作一些辅助房间,前提还是满足安全。再有此类建筑属于能耗高、造价高的生产性建筑,寿命相对也短,综合考量,此类建筑规模不宜过大,宜矮不宜高。