●趙偉剛，趙東峰

(1.河南省消防總隊，鄭州 450000;2.周口市消防支隊，河南 周口 466000)

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，壓縮天然氣汽車得到了廣泛應(yīng)用，城市中也相應(yīng)增加了越來越多的壓縮天然氣(CNG)加氣站。加氣站與民用建筑間的防火間距成了消防設(shè)計中必須重視的問題。在現(xiàn)行的《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中，對民用建筑附近的液體儲罐、可燃氣體儲罐和化學(xué)易燃物品庫房等的防火間距進行了規(guī)定。但對儲氣井儲存方式的加氣站，無法用儲罐的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。在針對加氣站的規(guī)范《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》中，對儲氣井與民用建筑的防火間距進行了詳細規(guī)定，但在該規(guī)范中對加氣站與附近民用建筑防火間距的要求需要根據(jù)民用建筑的類別進行確定，但目前民用建筑的使用類型趨于多樣化，城市綜合體等形式越來越多，如何界定相鄰建筑的保護類別，成為影響防火間距設(shè)計的重點。因此，若能對加氣站與民用建筑之間的防火間距進行量化分析，在此基礎(chǔ)上判定加氣站與民用建筑之間的消防安全性，是可以解決目前規(guī)范在對非儲罐類加氣站與民用建筑之間防火間距設(shè)計困難的問題。

1 某加氣站與民用建筑概況

某加氣站為CNG加氣站，其儲氣方式為地下儲氣井的方式，儲氣壓力≤25.0MPa。汽車加氣站的設(shè)計規(guī)模為1.5～2.0萬立方米/日，設(shè)有5個公共汽車標(biāo)準(zhǔn)車位。加氣站附近有一座綜合辦公樓，由樓1、樓2、樓3組成。樓1的1F為商業(yè)，2F～3F為辦公，建筑高度14.05m;樓2的1F為商業(yè)，2F～12F為辦公，建筑高度46.15m;樓3的1F為商業(yè)，2F～13F為辦公，建筑高度49.85m。加氣站工藝設(shè)備與建筑的距離如表1所示，加氣站與建筑之間的相對位置如圖1所示。

表1 工藝設(shè)備與建筑的距離/m

圖1 加氣站與建筑之間的相對位置

2 加氣站各工藝設(shè)備發(fā)生爆炸的可能性分析

加氣站各工藝設(shè)備發(fā)生爆炸的可能性:(1)儲氣井一般會在井口裝置發(fā)生天然氣的泄漏，但加氣站每個工藝設(shè)備之間均設(shè)有截斷閥在緊急狀況下切斷氣源，儲氣井不會產(chǎn)生大量天然氣泄漏而發(fā)生爆炸;(2)加氣機只儲存少量天然氣，僅會發(fā)生爆燃事故;(3)壓縮機位于封閉式壓縮機房，在封閉的壓縮機房內(nèi)，一旦天然氣的濃度達到其爆炸極限5% ～15%，容易引發(fā)爆炸。根據(jù)以上分析，壓縮機發(fā)生爆炸的可能性最大。但儲氣井作為天然氣大量儲存的部位，其發(fā)生火災(zāi)的危害性較大。加氣機距離民用建筑最近，其發(fā)生火災(zāi)對附近建筑的影響較大。因此，量化分析中，將討論儲氣井、加氣機天然氣點燃時發(fā)生噴射燃燒，在現(xiàn)有的防火間距條件下，根據(jù)加氣站各工藝設(shè)備對附近建筑不同位置處的熱輻射通量，分析是否對附近建筑的安全構(gòu)成威脅;同時討論壓縮機天然氣點燃時發(fā)生噴射擴散，達到天然氣的爆炸極限，利用TNT當(dāng)量法計算爆炸的嚴重程度，通過天然氣的爆炸沖擊波超壓計算，分析壓縮機房發(fā)生爆炸產(chǎn)生的沖擊波對站外建筑物的影響。

3 量化分析判據(jù)

根據(jù)澳大利亞《消防安全工程指南》:(1)當(dāng)被引燃物是輕薄的窗簾或松散堆放的報紙等易燃物品時，臨界輻射強度為10kW·m－2;(2)當(dāng)被引燃物是帶軟墊的家具等一般物品時，臨界輻射強度為20kW·m－2;(3)當(dāng)被引燃物是超過5cm的木板等難燃物品時，臨界輻射強度為40kW·m－2。本文臨界熱輻射強度取值為10kW·m－2。

根據(jù)《安全評價方法應(yīng)用指南》中“傷害(破壞)范圍評價法”提出沖擊波超壓對建筑物的破壞作用判據(jù)如表2所示。

表2 沖擊波超壓對建筑物的破壞作用

4 儲氣井、加氣機起火對附近建筑的熱輻射通量

參考美國消防工程師協(xié)會《SFPE消防工程手冊》，假設(shè)火焰形狀為圓柱體，根據(jù)HASEGAWA與SATO提出的計算熱輻射強度的方法進行計算。計算公式如下:

式中，qr為火焰產(chǎn)生的最大熱輻射強度，kW·m－2;mF為燃料氣的質(zhì)量，加氣站內(nèi)有2m3儲氣井6口，儲氣井的工作壓力為25MPa，計算得到參與燃燒爆炸的燃料氣質(zhì)量為279.52kg(1口井)及1 677.12kg(6口井);R為火焰中心距離目標(biāo)物的距離，m;VF為燃料氣的體積，m3;ρF為燃料氣密度，壓縮天然氣的主要成分為甲烷，甲烷氣體密度為0.60kg·m－3;Zp為火焰的最大高度，m;L為圓柱體火焰邊緣與目標(biāo)物邊緣的距離(見表1)，m。

根據(jù)上述公式，分別計算1口井燃燒及6口井同時燃燒時，距離建筑不同位置處的最大熱輻射強度值，見表3。與熱輻射量化判據(jù)進行比較可知，在現(xiàn)有的防火間距下，加氣站儲氣井、加氣機起火(1口井燃燒或6口井同時燃燒)對附近已建綜合辦公樓的熱輻射強度均小于10kW·m－2，向附近建筑通過熱輻射進行火災(zāi)蔓延的可能性較小。

表3 熱輻射強度值/kW·m－2

5 壓縮機房爆炸對附近建筑的沖擊波超壓

參考《SFPE消防工程手冊》中針對各類燃料點燃發(fā)生爆炸的預(yù)測計算方法，參考《安全評價方法應(yīng)用指南》中提到的“傷害(破壞)范圍評價法”，確定爆炸沖擊波破壞作用的計算步驟為:(1)根據(jù)燃料的類別，計算其發(fā)生爆炸的爆炸能量E;(2)利用TNT當(dāng)量法將該爆炸能量轉(zhuǎn)換為TNT當(dāng)量q;(3)計算爆炸的模擬比;(4)計算1000kgTNT爆炸試驗中的相當(dāng)距離R0;(5)根據(jù)R0值找出距離為R0處的超壓，即為所求距離為R處的超壓;(6)根據(jù)超壓值在沖擊波超壓對建筑的破壞判據(jù)中找到對應(yīng)超壓下爆炸對建筑的破壞作用。計算公式如下:式中，E為爆炸能量，kJ;α為產(chǎn)率，默認值為100%;Hc為燃燒熱，50 030kJ·kg－1;q 為 TNT 當(dāng)量，kg。

假定在燃燒過程中100%的燃料轉(zhuǎn)化成爆炸能量。壓縮機房的長、寬、高尺寸為:16.8m×8.1m×6.9m，壓縮機房的體積為938.952m3。天然氣的體積濃度達到5%～15%時發(fā)生爆炸，因此壓縮機房內(nèi)發(fā)生爆炸時，機房內(nèi)天然氣的質(zhì)量為:28.17～84.50kg。計算中取爆炸極限的上限值，假設(shè)84.50kg的天然氣參與爆炸。設(shè)周圍環(huán)境的溫度為25℃，大氣壓力為101.35kPa。根據(jù)R0值找到距離為R0處的沖擊波超壓，如表4。根據(jù)上述方法，得到距離建筑不同位置的沖擊波超壓值，與沖擊波超壓對建筑的破壞作用判據(jù)進行比較，可以得到:(1)距建筑紅線處的爆炸沖擊波超壓最大，為0.027MPa，造成的破壞作用為墻裂縫;(2)距樓1的爆炸沖擊波超壓為0.018MPa，造成的破壞作用為窗框損壞;(3)距樓3、樓2外墻的相當(dāng)距離R0分別達到90m及99m，不會對其造成嚴重破壞。

表4 沖擊波超壓

6 附近建筑起火對加氣站的熱輻射計算

加氣站附近的建筑發(fā)生火災(zāi)時，火焰的熱輻射是造成火焰跨越防火間距進行蔓延的主要途徑。在火焰的熱輻射場，一般把火焰模擬成位于火焰中心的一個點火源，用點火源熱輻射模型進行預(yù)測，其最大熱輻射強度 qr=QCr/(4pR2)=0.14kW·m－2。將計算得到的最大熱輻射強度與熱輻射量化判據(jù)比較，qr為0.14kW·m－2，遠小于判據(jù)10kW·m－2，表明在現(xiàn)有的防火間距下，附近建筑起火向加氣站蔓延輻射的可能性較小。

7 結(jié)論

通過對CNG加氣站儲氣井、加氣機起火對站外建筑物的熱輻射、壓縮機房爆炸對站外建筑物的爆炸沖擊波危害、站外建筑物起火對加氣站的熱輻射危害等三方面進行量化分析，可得到如下結(jié)論:(1)可以判定CNG加氣站與民用建筑防火間距是否達到消防安全要求，以解決儲氣井儲存方式的CNG加氣站無法按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》進行防火間距設(shè)計的問題，也避免了由于無法對民用建筑的保護類別進行判定，從而無法根據(jù)《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》進行防火間距設(shè)計的問題。(2)根據(jù)量化分析結(jié)果，在現(xiàn)有防火間距下，還可得到加氣站附近的民用建筑外墻的防爆要求，要求防爆墻應(yīng)具有抗爆炸沖擊波的能力、能將爆炸的破壞作用限制在一定范圍內(nèi)，并提供了設(shè)計壓力。(3)量化分析方法同時可以為規(guī)范的制修訂提供參考，對CNG加氣站采用儲氣井儲存等其他方式進行補充修訂，進而指導(dǎo)CNG加氣站與民用建筑防火間距的設(shè)計。

［1］GB50045－95，高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范(2005年版)［S］.

［2］GB50016－2006，建筑設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［3］GB/T50156－2002，汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范［S］.

［4］SFPE Handbook of Fire Protection Engineering［S］.USA，3rd Edition，2002.

［5］DGJ08－88－2006，建筑防排煙技術(shù)規(guī)程［S］.

［6］劉鐵民，張興凱，等.安全評價方法應(yīng)用指南［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.