食品廠房的防爆設計

◎ 袁 亮，嚴福紅，付 曜，周開翔

（中國輕工業武漢設計工程有限責任公司，湖北 武漢 430060）

近年來，我國食品產業進入不斷創新和發展新階段，市場規模呈幾何級的速度增長，與此同時，我國食品廠房的建設也逐漸走向專業化、標準化和規范化的發展軌道。過去的食品廠房沒有復雜的功能組合，也沒有較高的形象要求，且火災危險性較低，多為丙類或丁、戊類，耐火等級不低于二級。隨著食品加工技術和規模的發展，專業化的綜合食品加工廠越來越多，因其工藝流程的需求，在某些工藝環節中可能涉及一些易燃易爆的物料，相應區域的設計要求比普通廠房更為嚴格。如糧食生產的粉碎間、使用有機溶劑的植物浸提車間、粉劑食品的混合或干燥車間，輔助料的危險品存放庫及高度白酒生產車間等，其中一些房間甚至還有潔凈要求。這些車間如果處理不當，很容易發生危險，引起爆炸。因此，食品廠房的設計除滿足生產工藝要求外，還應考慮防爆問題，采取有效合理的抗爆與泄爆設計，防止爆炸和燃燒事故。若一旦發生爆炸事故，盡可能將生命財產的損失減小到最底程度。本文結合相關規范和實際工作經驗，對易燃易爆的食品廠房進行探討，以供讀者參考。

1 爆炸的原因和性質

按照產生的原因和性質，爆炸可分為3類。第一類為物理爆炸，這是一種物理過程。在爆炸中，介質只發生物態變化，不發生化學反應。這類爆炸一般是由于容器內氣體壓力升高超過容器所能承受的范圍，致使容器破壞所形成的。如鍋爐爆炸，高壓氣瓶及其他壓力容器、輪胎爆炸等。第二類為化學爆炸，物質發生高速放熱化學反應，導致爆炸，主要化學反應有兩類：一類是乙烯、環氧乙烷等分解性氣體或某些炸藥等的分解爆炸；另一類為可燃物與氧化劑急劇的氧化反應，如炸藥爆炸、可燃氣或粉塵與空氣形成的混合物爆炸等。第三類為原子爆炸，即核爆炸。某些物質的原子核發生裂變反應，瞬間放出巨大能量而形成的爆炸。食品廠房主要防范的是化學爆炸，也是本文討論的重點。

2 食品廠房防爆設計的特點

食品廠房由于其功能的多樣性，一般采用輕鋼排架結構或鋼筋混凝土框架結構形式，其火災危險性多為丙類或丁、戊類，耐火等級不低于二級。其中儲存有爆炸危險物品的倉庫一般為甲類，每個防火分區面積不大于250 m2，每座倉庫的最大允許占地面積為250 m2。有爆炸危險區域的火災危險性一般為甲類或乙類，而其所在的生產廠房一般為危險性較小的丙類、丁或戊類，設計時一般嚴格控制有爆炸危險區域，即火災危險性較大的生產部分占本層或本防火分區建筑面積的比例小于5%[1]，略有差異時，設計中可采用適當增大危險性較小區域建筑面積的做法，使整個廠房符合規定按危險性較小的部分確定，否則需要整體按高標準設防。

若整個廠房的火災危險性整體按高標準設防，則各專業的設計都需有特殊要求，同時危險性較低區域的設計要求也要同時按高標準設計。如建筑專業的防火分區面積、疏散距離將會受嚴格限制，同時要有防爆、泄爆的措施；電氣專業防爆電器的選用及維護、線路敷設及控制方式、弱電通訊系統的防爆、可燃氣體的探測要求；通風專業的防爆通風、事故通風設計，尤其是潔凈區內其空調系統要用直流風（不能回風）、送、排風設備的防爆等。如果按此標準設計廠房，將增加大量的投資和運行費用，且不符合實際現實，從科學的角度評價也是不合理的。因局部原因，大量區域（可能達90%的設施設備）提高標準，同時有些生產設備也難有防爆型的，不符合生產的實際情況，也不符合業主的經濟利益。因此這類工程的設計，必須從方案構思階段，尋求科學的或局部的防控手段。

當有爆炸危險區域占本層或本防火分區建筑面積的比例不能控制到5%以內時，需改變設計理念乃至生產的操作方式，建議將甲類或乙類區域集中，同時減少車間內危險性較低區域的面積，設計為單層的全甲類或乙類的生產廠房。使在建工程既滿足生產安全和經濟性需求，也符合規范標準規定的要求。

3 平面布局

3.1 總平面布局

食品工廠中對于有爆炸危險的甲、乙類廠房或倉庫，如全甲類的提取車間、廠區內的危險品庫，應考慮整體泄爆獨立設置。還有一些有爆炸危險的廠房，如白酒陳釀庫、危險品罐區，可采用敞開或半敞開式建筑，通過良好的自然通風，使可燃氣體、蒸氣、粉塵等快速稀釋擴散，不易形成爆炸混合物，有效地排除形成爆炸的條件。且生產設備內部發生爆炸時，敞開或半敞開式建筑可很快釋放大量氣體和熱量，盡可能降低危害程度。

有爆炸危險的廠房應盡可能集中布置并遠離廠區內主要道路，與廠區內外其他建筑物留有足夠的消防間距。根據項目所在地的全年主導風向，此類有爆炸危險的廠房或倉庫宜布置在整個廠區全年最小頻率風向的上風側，避免或減少對周圍其他設施的影響和污染[2]。

3.2 單體平面布局

有爆炸危險的生產房間，在生產工藝允許的條件下，宜布置在單層廠房內靠外墻部位。若布置在多層廠房中，應盡量靠外墻或頂層布置，利用輕質外墻或輕質屋面泄爆。根據《建筑設計防火規范》（以下簡稱《建規》）甲乙類廠房不能設在地下或半地下。

生產或儲存有不同性質且相互接觸會引起化學反應引起爆炸的物質（如乙炔與氧氣）時，必須分開布置，并以防爆墻分隔。

有爆炸危險的生產房間布置在廠房局部時，應采用防爆墻與其他房間分隔，可采取靠邊布置外墻開門或利用外廊或陽臺進行車間內的工作聯系；若因生產工藝需求，須在內部進行工作聯系時，不同防爆區間需采用防爆門；防爆區與非防爆區間需設置門斗作為防爆緩沖，《建規》第3.6.10條中要求，門斗的隔墻應為耐火極限不應低于2.00 h的防火隔墻，門應采用甲級防火門并應錯位設計。考慮到爆炸所產生的沖擊波危害及《石油化工控制室抗爆設計規范》《人民防空地下室設計規范》等規范相應條文的要求，建議門斗亦采用防爆墻，同時考慮到消防疏散，門斗上的防火門朝疏散方向開啟。

辦公室、休息室等不應設置在甲、乙類廠房內，確需要貼鄰本廠房時，其耐火等級不應低于二級，并應采用耐火極限不低于3.00 h的防爆墻與廠房分隔，且應設置獨立的安全出口。

4 防爆、泄爆措施

4.1 防爆措施

食品廠房由于其平面功能的復雜性和多樣性，其主體結構形式一般采用輕鋼排架結構或鋼筋混凝土框架結構形式和非燃燒體的輕質墻填充的圍護結構。為降低爆炸事故波及范圍，減輕爆炸事故所造成的損失，圍護結構盡量充當泄壓段，框架結構用做防爆段降低爆炸造成的危害，不致影響整個廠房的安全。在有爆炸危險的區域，應相應設置防爆墻、防爆門、防爆窗和抗爆吊頂等。

防爆墻必須具有抵御爆炸沖擊波的作用，同時具有一定的耐火性能。防爆墻的構造設計，按照材料可分為防爆磚墻、防爆鋼筋混凝土墻、防爆單層和雙層鋼板墻、防爆雙層鋼板中間填混凝墻等。防爆墻上不得設置通風孔，不宜開門窗洞口，必須開設時，應為防爆門窗。

4.2 泄爆措施

有爆炸危險的甲、乙類區域應設置相應泄壓設施。食品防爆廠房的泄壓設施主要靠輕質屋蓋、輕質外墻和泄壓門窗等實現。這些泄壓構件對于建筑物整體而言是人為設置的薄弱部位。當發生爆炸時，它們最先遭到破壞或開啟，向外釋放大量的氣體和熱量，使室內爆炸產生的壓力迅速下降，從而達到主要承重結構不破壞、廠房不倒塌的目的。《建規》中對泄壓構件的要求詳見3.6.3條，泄壓面積計算詳見3.6.4條，其中危險物質為乙醇時，泄壓比C值不應小于0.110 m2/m3；爆炸危險物質為氨或K塵＜10 MPa·m/s的糧食粉塵時，泄壓比C值不應小于0.030 m2/m3。

4.3 防爆、泄爆構造做法

2013年，國家住房和城鄉建設部發布了由中國建筑標準設計研究院編制的圖集《抗爆、泄爆門窗及屋蓋、墻體建筑構造》（14J938），并于2014年9月1日正式實施。該圖集內詳細介紹了抗爆、泄爆門窗，抗爆、泄爆墻，泄爆屋蓋，抗爆吊頂、樓地面及抗爆屋的構造做法。圖集為廣大設計人員提供便利的同時，也提供了一定的設計依據。

相較于石油化工行業，一般食品廠房的爆炸危險性相對較低，在滿足符合泄爆面積要求的前提下，墻體的抗爆措施還可采用磚墻配筋的方式，具體做法可采用砌至結構梁板底的240非黏土實心磚（強度≥MU10）砌筑，墻體兩側配Φ6 @200（雙向）鋼筋，并設Φ6拉結筋@600梅花狀布置與墻體固定，抹30厚1∶2.5水泥砂漿。

5 其他安全措施

食品廠房中設計除遵照現行的國家規范、法規及有關規定外，同時也要采用合理的工藝和安全操作。需通過技術和管理手段消除或減少易燃物質的產生及積聚，防止爆炸事故的發生。

（1）有可能會引起爆炸的設備需采取防爆措施，如糧食粉碎機、斗提輸送機、噴霧干燥塔等，根據實際情況整機或可能引起爆炸的部件應自帶泄爆口，選用防爆電機電氣，設備靜電接地，設備內采用惰性氣體保護，采用合理的除塵方式等。

（2）輸送易燃易爆介質的管道不應穿越無關區域。同時應注意管道的靜電防護，并應按管道的材質、輸送介質及連接方式，設置合適、符合靜電防護規定要求的靜電跨接線及接地設施。

（3）散發較空氣輕的可燃氣體（如天然氣）、可燃蒸汽的房間，為避免生產過程中可燃氣體的積聚，廠房頂棚應盡量平整、避免死角，房間上部空間應通風良好。散發較空氣重的可燃氣體、可燃蒸汽的房間，應采用不發火地面，且廠房或房間內表面應平整、光滑、易于清掃。采用絕緣材料作整體面層時，應采取防靜電措施。廠房內不宜設置地溝，必須設置時，也只能設置淺弧溝，下水道設置水封。

（4）在防爆區域的安全措施中，必須考慮設置爆炸危險氣體或粉塵的濃度探頭，及時發現事故隱患，同時廠房內的防爆通風聯鎖啟動能將爆炸性氣體或粉塵迅速驅散。

6 結語

食品廠房中的爆炸危險是在瞬間發生的，人在爆炸的瞬間來不及采取任何措施，因此食品廠房的安全防爆措施應貫徹“安全第一，預防為主”的方針。從食品工程建設的設計策劃階段，結合物料特性、生產工藝、操作方式、設備特點及防爆、泄爆構造做法，有針對性地進行食品廠房和設施的防爆設計，才能有效地從硬件配置上避免安全設防的先天缺陷，從而真正地做到預防為主，確實保證工廠的安全生產。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部. GB 50073-2013潔凈廠房設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部. GB 50187-2012 工業企業總平面設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.