談在某廠房中運用NFPA68進行泄壓面積計算

崔 彥

(惠生工程(中國)有限公司，上海 201210)

1 概述

近年來，工業建筑尤其是化工行業的廠房存在很多爆炸的風險。如何避免爆炸和降低爆炸帶來的傷害，就是在建筑設計時需要考慮的問題。最直接的處理方法就是，在爆炸時，當建筑物內壓力迅速上升時，利用泄壓口將爆炸產生的壓力快速釋放出去，從而保護人員，生產設備及建筑物的安全。因此，有爆炸危險的廠房設計中，常常需要面臨如何計算建筑泄壓面積的問題。

本文是基于筆者在某沙特化工廠區設計中，遇到一個有粉塵爆炸危險的擠壓機廠房。生產物質主要為高密度聚乙烯。該廠房為矩形，長16.3 m。進深9.45 m,高度為15.1 m，一共兩層。其中2層樓板局部開敞，因此泄壓計算時按照一個完整空間來考慮。

由于這個擠壓機廠房是在境外項目，沙特業主方采用的是國際標準，因此項目的泄壓面積是按照美國消防協會標準NFPA68—2018爆炸泄壓指南(Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting)(下文簡稱NFPA68)來進行計算。

本文以此廠房為例，著重來探討如何按照NFPA68來計算有爆炸危險廠房的泄壓面積，同時對比了相同情況下根據我國規范GB 50016—2018建筑設計防火規范(以下簡稱《建規》)的計算結果，以此來給廣大的設計人員提供一個參考。

2 我國《建規》中泄壓面積的計算方法

國內的常規做法是根據《建規》中3.6.4條給出的推薦公式，來進行計算。

A=10CV2/3

(1)

其中,A為泄壓面積；C為泄壓比值；V為廠房的容積。利用此式計算的前提是廠房的長徑比不大于3，如果大于3的情況要將建筑物分段計算。此建筑物長徑比為1.4,符合單獨計算的要求。

本項目中，爆炸物為高密度聚乙烯HDPE(High density polyethylene)，屬于合成樹脂，按照《建規》表3.6.4取值，C值取0.055 m2/m3。

泄壓面積計算結果如下：A=10×0.55×2 3262/3=96.55 m2。

3 美國消防協會標準《爆炸泄壓指南》NFPA68中泄壓面積的計算方法

3.1 設計依據

美國消防協會標準NFPA68—2018爆炸泄壓指南，在國際上屬于比較權威的相關規范。自1954年第一版以來，至今已經有66年的發展歷史了，《建規》3.6.4條也是參考了該規范以及結合相關的實驗研究成果等。

NFPA68共分為11個章節。第一章～第六章主要闡述了基本原理和概念。第七章為混合氣體和霧的泄壓計算(Chapter 7 Venting Deflagrations of Gas Mixtures and Mists)；第八章為粉塵及混合物的泄壓計算(Chapter 8 Venting of Deflagrations of Dusts and Hybrid Mixtures)，其中細分為很多不同情況，根據每種情況分別有不同的公式進行泄壓計算。根據本項目的高密度聚乙烯，是顆粒狀產品，屬于粉塵物質，所以應該選用第八章粉塵泄壓計算中的計算公式。

3.2 泄壓面積計算

在進行計算之前，要再核實一下L/D長徑比(length to diameter radio)，由于計算方式和《建規》一致，在此不贅述。接近正常大氣壓時的圍護結構的計算方式應選用8.2.1.1條。

3.2.1計算公式

(2)

其中，AV0為泄壓開口的幾何面積，m2；V為容器體積，m3;Pstat為靜開啟壓力，通過壓力緩慢上升使泄壓裝置開啟的壓力，bar-g;KSt為粉塵爆炸指數，bar-m/s;V為建筑物的體積，m3;Pmax為最大爆炸壓力，bar-g;Pred為泄爆壓力，bar-g。

3.2.2設計參數選擇

根據NFPA68中附表F可燃性粉塵爆燃選擇參數中塑料粉塵的參數見表1。

表1 塑料粉塵

KSt=156 bar-m/s,Pmax=8.0 bar-g,

Pstat=0.1 bar-g,Pred=0.2 bar-g。

將上述參數代入式(2)中，AV0=34.96 m2。

3.2.3系數修正

根據NFPA68中，建筑物的泄壓計算，還需要系數修正,在AV0的數值上再乘以系數1.7。

AV1=1.7AV0

(3)

因此最終的泄壓面積應為1.7×34.96=59.43 m2。

4 總結對比

表2 兩個規范的泄壓面積計算結果對比

從上述依據國內外不同的規范的計算結果可以看出(見表2)，《建規》中的計算公式僅考慮了廠房容積、長徑比和泄壓比這三個參數。在計算時不用區分爆炸物質。

NFPA68中的計算方法考慮的因素更加全面。除了充分考慮上述參數外，還針對不同物質的爆炸進行了區分，氣體混合物爆炸、粉塵或復合混合物爆炸等不同情況分別進行規定，更有針對性，其結果也更符合實際情況。相比之下，我國《建筑設計防火規范》中的相關規定則較為簡單，計算公式也較為單一，其危險等級的劃分和泄壓比的取值，則較多的參考了美國和日本標準中的規定值。因此，其針對性較后者有一定的差距。

5 結語

相對于國內現行標準GB 50016—2018建筑設計防火規范，美國消防協會NFPA68—2018爆炸泄壓指南在防爆泄壓方面的計算比較精確，但涉及不同情況及計算參數較多，計算公式也更復雜。了解不同設計標準的泄壓計算，可以為建筑設計人員在進行泄壓面積計算時提供更為全面的參考。