建筑物为什么会涉及到抗爆的问题,原因如下: (1)石油化工企业中的危险化学品或高压物料,极易发生爆炸,虽然发生爆炸的概率非常低,但是一旦发生爆炸,对周边设施及建筑物的损坏通常是非常严重的,而控制室作为企业的一部分可能受到爆炸冲击波的影响。 (2)控制室的人员密集区域,控制系统及机柜间等全厂关键设施布置在内,这些建筑与设施在爆炸冲击波影响下的存活能力至关重要。 从《全国安全生产专项整治三年行动计划》(国务院安委【2020】3号)下发以来,全国各地危化企业对控制室等开展了一轮抗爆改造、搬迁的行动。 随着行动的深入,对于“什么样的建筑需要抗爆?怎样确定建筑物的抗爆能力?”这个问题一直困扰着企业。本文就这个问题通过标准法规及软件的计算结果等进行简单说明。 一 、哪些建筑需要进行抗爆计算? 1、《危险化学品安全专项整治三年行动实施方案》 (1) 涉及爆炸危险性化学品的生产装置控制室、交接班室不得布置在装置区内,已建成投用的必须于2020年底前完成整改。 (2)涉及甲乙类火灾危险性的生产装置控制室、交接班室原则上不得布置在装置区内,确需布置的,应按照《石油化工控制室抗爆设计规范》(GB50779-2012),在2020年底前完成抗爆设计、建设和加固。 (3)具有甲乙类火灾危险性、粉尘爆炸危险性、中毒危险性的厂房(含装置或车间)和仓库内的办公室、休息室、外操室、巡检室,2020年8月前必须予以拆除。 2、安监总管三〔2017〕121号 《化工和危险化学品生产经营单位重大生产安全事故隐患判定标准》 十三、控制室或机柜间面向具有火灾、爆炸危险性装置一侧不满足国家标准关于防火防爆的要求。 (一)其面向具有火灾、爆炸危险性装置一侧的安全防护距离应符合《石油化工设计防火规范》(GB50160-2018)表4.2.12等标准规范条款提出的防火间距要求,且控制室、机柜间的建筑、结构满足《石油化工控制室设计规范》(SH/T3006-2012)第4.4.1条等提出的抗爆强度要求。 3、GB 50779-2012 《石油化工控制室抗爆设计规范》 4 建筑设计 4.1 一般规定 4.1.6 活动地板下地面以上的外墙上不得开设电缆进线洞口。基础墙体洞口应采取封堵措施,并应满足抗爆要求。 4、GB 50160-2008(2018年版) 《石油化工企业设计防火标准》 5 工艺装置和系统单元 5.7 其他要求 5.7.1A 中央控制室应根据爆炸风险评估确定是否需要抗爆设计。布置在装置区的控制室、有人值守的机柜间宜进行抗爆设计,抗爆设计应按现行国家标准《石油化工控制室抗爆设计规范》GB50779 的规定执行。 5、HG/T 20508-2014 《控制室设计规范》 3 控制室 3.4 建筑和结构 3.4.1 对于有爆炸危险的化工工厂,中心控制室建筑物的建筑、结构应根据抗爆强度计算、分析结果设计; 3.4.2 对于有爆炸危险的化工装置,控制室、现场控制室应采用抗爆结构设计; 4 现场机柜室 4.0.7 对于有爆炸危险的化工装置,现场机柜室应采用抗爆结构设计。 6、SH/T 3006-2012 《石油化工控制室设计规范》 4 控制室 4.1 一般规定 4.1.1 控制室的工程设计应符合职业卫生、安全和环境保护的要求。有爆炸危险的石油化工装置的控制室设计应符合 SH/T 3160的规定。 4.2 总图位置 4.2.1 控制室位置应符合GB 50160-2008中5.2节有关控制室布置的规定。 4.2.2 不同装置规模的控制室其总图位置应符合以下规定: (a) 联合装置的控制室宜位于联合装置内,应位于爆炸危险区域外: (b) 装置的控制室宜位于装置内,应位于爆炸危险区域外。 4.4 建筑和结构 4.4.1 对于有爆炸危险的石油化工装置,控制室建筑物的建筑、结构应根据抗爆强度计算、分析结果设计。 二、建筑物抗爆计算 爆炸可以产生很多导致人员伤亡的方式,如爆炸冲击压影响、热辐射影响、二次伤害影响等,一般来说,最直接的影响因素是爆炸冲击压,即爆炸超压,根据《危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法》(GBT 37243-2019)爆炸超压的影响后果可参见下表: 从上表可以看出,当建筑物受到的爆炸冲击波超压达到3.5kpa时,大窗户和小窗户通常破碎。当建筑物受到的爆炸冲击波超压≥6.9kPa,且未进行抗爆设计时,房屋部分破坏不能居住,建筑物应进行抗爆治理改造或进行搬迁。爆炸超压值达到20kpa时为较高爆炸风险区的临界值;炸超压值达到45kPa时为高爆炸风险区,房屋几乎完全破坏需要整体进行抗爆设计。 本文以10000m3的LNG储罐为例,采用DNV的phast&safeti软件,通过基于后果和基于风险的方法分别计算爆炸超压值,来让大家简单了解抗爆计算的方法和差异。 1. 基于后果的计算 从上图可以看出,6.9kpa的爆炸冲击波波及到了控制室,会导致控制室部分破坏,所以需要进行抗爆治理改造或进行搬迁。 2. 基于风险的计算 本文计算的输入条件及参数,不在本文中详细介绍,仅对关键结果进行对比。文中数据部分根据经验及假设进行计算,因此具体项目结果需要根据实际情况进行计算,本文结果仅为参考。 从上图可以看出,6.9kpa的爆炸冲击波的累计发生频率大概在8E-05,其小于1E-4,可以不用进行抗爆治理改造或进行搬迁。累计频率企业可以根据自身情况进行确定,在《SHT xxxx石油化工过程风险定量分析标准(征求意见稿)》及中石化《关于印发《中国石化既有建筑物抗爆治理指导意见(试行)》的通知》中累计频率为1E-4,企业根据自身情况制定累计频率时,不可高于该值。 通过这两种计算方法的对比,可以发现基于后果的计算偏保守一些。 建筑物是否需要抗爆需要根据事故发生的概率、潜在后果的风险评估及可接受的风险标准来确定。一个爆炸事故中,作用在建筑物上的爆炸冲击波超压、作用时间与建筑物距爆炸源的距离有关,距爆炸源越近,爆炸荷载就越大。如果按照一个定值进行抗爆设计,就会出现因为所处位置的不同,部分建筑物在爆炸事故中倒塌,造成人员伤亡和经济损失;同时一部分建筑物就会变成过度设计,造成投资浪费。因此,建筑物是否需要抗爆、爆炸冲击波峰值入射超压及正压作用时间应经过定量风险评估确定。在制定抗爆建筑的设计方案时,基于定量风险品评估报告来选择适当的建筑结构型式及构造措施,在保障人员及重要设施安全的基础上,有效控制工程造价,避免投资浪费。 基于风险的安全管理是以后的发展趋势,其实大家现在已经开始向这方面在靠近,像在做制定应急预案或HAZOP/LOPA分析时参考定量风险评估的结果,或者在HAOP/LOPA分析过程中采用较简单的定量分析软件辅助判断影响区域等,比如像使用事故后果模拟软件ALOHA,陶氏化学的风险分析筛选工具RAST及化学危害工程基chef等工具。
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