某工業廠房的抗爆及泄壓措施分析

□閆 云 胡肖靜

一、項目背景

某工業廠房內部三個相鄰房間的設備進行操作時將產生可燃體氫氣。由于廠房使用功能的需要，三個房間除南側外，其他三面及屋頂均為有使用功能的房間，廠房一層平面圖如圖1所示。因此只有南側外墻可采取泄壓設施，根據《建筑設計防火規范》GB50016-2014(2018年版)第3.6.4條規定，經過計算，三個房間可用泄壓面積均不能滿足規范規定。

圖1 一層平面圖

但該廠房的平面布置與生產要求緊密相關，依照現行消防技術規范對該廠房進行平面調整不能滿足生產的要求。因此，在滿足現有的生產工藝要求的前提下，就必須對該廠房的泄壓設計方案的可行性開展進一步的分析研究，確定其他可行且等效的替代做法，以達到規范規定的消防安全水平。

二、采取措施

在滿足現有的生產工藝要求的前提下，對該廠房的泄壓設計方案的可行性開展進一步的分析研究，并通過國家權威部門的可行性評估，以達到規范規定的消防安全水平。采取如下安全措施。

(一)氫氣探測及通風。設計中設置氫氣導出系統，可在事故工況下及時導出工藝系統內的氫氣。此外，設置完善的可燃氣體監測系統和事故通風系統。

(二)抗爆設計。考慮到可用泄壓面積小于規范所需泄壓面積，有爆炸危險的三個房間之間以及與其他相鄰房間的墻體及屋面板采用鋼筋混凝土防爆結構。按照氫氣存量最大房間的氫氣爆炸計算壓力增加峰值，根據爆炸壓力增加峰值對結構形變、應力和配筋等方面進行驗算，確保結構在爆炸壓力增加峰值作用下結構的安全。并按照2.5倍、10倍進行校核計算，即結構在承受2.5倍的壓力下墻體和周邊結構構件不會破壞；在10倍的壓力下結構整體不會發生倒塌。

并根據《石油化工控制室抗爆設計規范》GB 50779-2012要求，主要采取如下構造措施:第一，按照《建筑抗震設計規范))GB50011-2010(2016年版)中邊緣構件的規定，將墻體兩端設暗柱加強；第二，樓板及墻體雙面配筋，單面豎向和橫向分布鋼筋最小配筋率均不小于0.25%，并不大于1.5%。屋面板厚度為200mm，墻體厚300mm；鋼筋采用搭接接頭；第三，墻體及框架構造符合《建筑抗震設計規范》GB50011-2010(2016年版)的有關規定。

三個房間之間以及與其他相鄰房間的鋼筋混凝土墻體及屋面板，其承壓能力遠大于最大量氫氣爆炸條件下的壓力峰值。即使在最不利條件下發生氫爆，也能確保在爆炸壓力增加峰值作用下結構的安全。

(三)泄壓措施及泄爆墻的選用。根據《建筑設計防火規范》GB50016-2014(2018年版)第3.6.2條規定，有爆炸危險廠房或廠房內有爆炸危險的部位應設置泄壓設施。同時，規范規定泄壓設施宜采用輕質屋面板、輕質墻體和易于泄壓的門、窗等，且作為泄壓設施的輕質屋面板和輕質墻體的單位質量不宜超過60kg/m2。

考慮到本廠房泄壓面積不能滿足規范要求，為確保廠房安全，三個房間的南側外墻設計時采用容重更輕的材料作為泄壓面積的構配件，同時采取其他等效替代安全措施，滿足總體安全要求。

圖2 泄爆墻體結構示意圖

本廠房三個房間的南側外墻采用國標圖集《抗爆、泄爆門窗及屋蓋、墻體建筑構造》(14J938)的巖棉夾芯彩鋼板作為輕型泄壓墻體，泄爆設計方案采用單向泄爆螺栓式泄壓方式，如圖2所示。巖棉夾芯彩鋼板是以水平龍骨為墻梁支撐的多跨連續板，巖棉夾芯彩鋼板與墻梁之間用泄爆螺栓固定。為快速泄壓和避免產生二次危害，且不使巖棉夾芯彩鋼板亂飛，在巖棉夾芯彩鋼板與墻梁之間采用牽引絞索控制。

單個泄爆螺栓的泄壓值取350N，根據廠房的爆炸壓力峰值，并結合風荷載等荷載工況，經過計算，取泄爆螺栓個數為6個/m2。

三、結論與建議

目前，大量新型輕質材料得到開發和應用，為降低泄壓面積構配件的單位質量提供了條件。在進行同類工業廠房設計時，應盡可能地降低泄壓面積構配件的單位質量。同時，為快速泄壓和避免產生二次危害，泄壓面積的構配件在材料的選擇上除了要求容重輕以外，最好對構配件采取適當的牽引措施，或構配件具有在爆炸時易破碎成碎塊的特點，以便于泄壓和減少對人的危害。同時，泄壓面積應避免面向人員集中場所和主要交通道路，以免造成人員大量傷亡和交通道路堵塞，減小災害的影響。