石油化工企業(yè)抗爆控制室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

叢愷源

（中海油石化工程有限公司，山東青島 266000）

石油生產(chǎn)的產(chǎn)品種類(lèi)多種多樣，容易發(fā)生燃燒現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生爆炸。這樣一來(lái)，嚴(yán)重影響該企業(yè)的發(fā)展，對(duì)該企業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重的不良影響。這時(shí)，抗爆控制室應(yīng)運(yùn)而生。控制室對(duì)整個(gè)化工生產(chǎn)起到一個(gè)控制和領(lǐng)導(dǎo)作用。它對(duì)平時(shí)的生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督，避免發(fā)生爆炸現(xiàn)象。控制室擔(dān)負(fù)著越來(lái)越重的責(zé)任，對(duì)控制室結(jié)構(gòu)的要求越來(lái)越高。需要重點(diǎn)關(guān)注控制室的防爆能力，希望可以減少對(duì)石油化工企業(yè)的危害。尤其是在生產(chǎn)的過(guò)程中，往往容易產(chǎn)生易燃易爆的物質(zhì)，而且生產(chǎn)環(huán)境是高溫高壓的，這樣一來(lái)，極容易發(fā)生不良現(xiàn)象，造成災(zāi)害。因此，控制室就需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，作為整個(gè)生產(chǎn)的不可或缺部分，它的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。

對(duì)抗爆控制室進(jìn)行分析，不能忽略一個(gè)名詞，它就是爆炸荷載。爆炸荷載不同于傳統(tǒng)的靜荷載，它具有很強(qiáng)的特殊性。在進(jìn)行控制室設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮它。要保障裝備和工作人員的安全，一旦發(fā)生爆炸事故，立即采取控制措施，減少對(duì)企業(yè)的危險(xiǎn)和損害[1]。

1 爆炸荷載的作用

對(duì)于抗爆控制室而言，不僅僅針對(duì)的是常規(guī)荷載，而且還要抵抗爆炸荷載。爆炸荷載是一種具有高爆發(fā)性的荷載，威力是相當(dāng)大的，其產(chǎn)生的威力遠(yuǎn)高于地震荷載以及常規(guī)荷載等，因此在抗爆控制室的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這一因素。爆炸是各種化學(xué)物質(zhì)觸碰瞬間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的一種化學(xué)現(xiàn)象，在發(fā)生爆炸時(shí)，爆炸的中心會(huì)產(chǎn)生極大的壓力并與周?chē)纬蓧毫Σ睿纱水a(chǎn)生了一股氣流推動(dòng)著聲波向四周推進(jìn)。爆炸荷載雖是一次性的，但它產(chǎn)生的危害也是極大的。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本規(guī)定

2.1 設(shè)計(jì)的依據(jù)

隨著我國(guó)的科技水平不斷提高，建筑行業(yè)的發(fā)展越來(lái)越好，但在抗爆建筑方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍顯不足。我國(guó)在這方面的研究相對(duì)欠缺，目前抗爆控制室的標(biāo)準(zhǔn)還是主要參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)

依照設(shè)計(jì)規(guī)范中的條例進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，控制室的結(jié)構(gòu)不能發(fā)生較大的變化，允許出現(xiàn)一定的損壞，但是必須要在能進(jìn)行修復(fù)的范圍之內(nèi)。準(zhǔn)確分析爆炸荷載，以此為基礎(chǔ)來(lái)確定控制室的變形程度，根據(jù)爆炸的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)控制室的結(jié)構(gòu)，使控制室的性能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

爆炸所產(chǎn)生的影響是不確定的，因此在控制室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅局限于例行的計(jì)算，更應(yīng)注重對(duì)整個(gè)控制室的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。在建設(shè)控制室時(shí)，可以采取鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行矩形平面的設(shè)置，單層最優(yōu)，多層控制室與一層控制室結(jié)構(gòu)相比，其安全性能相對(duì)不足。

爆炸波是由于發(fā)生爆炸的現(xiàn)象，在空中形成的一種沖擊波和壓力波。這兩種波存在不同的形式，如圖1所示。

圖1 爆炸波的表現(xiàn)形式

2.3 設(shè)計(jì)方法

抗爆控制室的設(shè)計(jì)采取動(dòng)力分析法，該分析方法主要分為兩類(lèi)：?jiǎn)巫杂啥润w系動(dòng)力分析和等效靜荷載分析方法。

2.4 設(shè)計(jì)原理

2.4.1 結(jié)構(gòu)方面

控制室通常是采用防爆結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，外防爆剪力墻與內(nèi)框架柱分離，以實(shí)現(xiàn)外防爆墻消散爆炸水平荷載、內(nèi)框架不受水平爆炸荷載（僅垂直荷載）的目的，保證主體結(jié)構(gòu)安全。

2.4.2 作用原理

若石油化工生產(chǎn)時(shí)發(fā)生了爆炸，爆炸所產(chǎn)生的爆炸力會(huì)貫穿控制室墻面，因此要利用屋面板，將荷載傳遞給墻邊，再傳遞給控制室的基礎(chǔ)。內(nèi)部的框架只適合承擔(dān)豎向的荷載。

2.5 變形方面

控制室在遭受爆炸時(shí)，要求變形程度較小，這就要求構(gòu)件的延展性和彈塑性較好。

2.6 材料方面

選取好的材料，承受的壓力較強(qiáng)，產(chǎn)生的形變較好。

3 設(shè)計(jì)的流程

3.1 前期準(zhǔn)備

做好施工現(xiàn)場(chǎng)的勘測(cè)，合理的運(yùn)用建筑知識(shí)，確定控制室的前墻和后墻等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2 結(jié)構(gòu)方面

在前期準(zhǔn)備的基礎(chǔ)之上，根據(jù)實(shí)際情況利用建筑軟件進(jìn)行控制室的設(shè)計(jì)。通常情況下，重點(diǎn)關(guān)注外圍剪力墻的承受能力，需要對(duì)地震和爆炸有一定的抵抗能力。

3.3 計(jì)算過(guò)程

控制室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本質(zhì)是通過(guò)計(jì)算爆炸力來(lái)確定材料和結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)爆炸荷載的數(shù)據(jù)參數(shù)、變形結(jié)果、旋轉(zhuǎn)角等進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，根據(jù)最終的計(jì)算結(jié)果對(duì)控制室設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果。設(shè)計(jì)完成后應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步驗(yàn)證，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.4 施工圖紙的繪制

在繪制圖紙時(shí)，需將尺寸、材料強(qiáng)度、考慮和未考慮爆炸情況的計(jì)算結(jié)果綜合考慮，墻面通常設(shè)計(jì)為防爆墻，而配筋是影響構(gòu)件材料的性能的重要因素之一，圖紙應(yīng)準(zhǔn)確表明，不可隨意增大或者減小

4 工程實(shí)例

某抗爆控制室長(zhǎng)為48cm，寬為39cm，高為13cm，在這樣的情況之下，其內(nèi)部還有一個(gè)支架，支架的作用是支撐整個(gè)控制室，將這個(gè)支架設(shè)為長(zhǎng)23cm、寬34cm，采取等效荷載法進(jìn)行，利用公式可計(jì)算爆炸荷載的大致范圍，選擇出合適的構(gòu)件，設(shè)置前墻和后墻的厚度。通常將墻板設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)化，上至屋面板，后到抗爆墻基礎(chǔ)，簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 簡(jiǎn)支構(gòu)件

主墻和側(cè)墻的計(jì)算公式不同，不可直接等同。計(jì)算延比性時(shí)要多次重復(fù)計(jì)算，減少由于人為失誤而造成的誤差。一般情況下，延比性若小于規(guī)范值，說(shuō)明墻板的厚度適中，若大于范圍值，需進(jìn)行改進(jìn)，重新計(jì)算，使計(jì)算結(jié)果低于規(guī)范值，從而滿(mǎn)足要求。如圖3所示，縱軸是最大延性數(shù)值，橫軸是爆炸荷載值，曲線表示延比性隨著荷載值的變化而變化，從圖3即可得出最終的結(jié)果。

圖3 延比性隨著荷載值的變化圖

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于石油化工企業(yè)而言，設(shè)計(jì)抗爆控制室是相當(dāng)重要的。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到整體設(shè)計(jì)、構(gòu)建材料等。本文針對(duì)工程進(jìn)行分析，不斷地改進(jìn)石油化工企業(yè)的防爆控制室的結(jié)構(gòu)，達(dá)到完美的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)抵御爆炸的能力。