■ 中國石油工程建設有限公司北京設計分公司 崔戍

隨著我國經濟社會的快速發(fā)展，石油化工產品的需求日益增大。同時，隨著石化工藝的日益復雜、石化工程規(guī)模的日益擴大，意外爆炸的風險也日益增加。爆炸不僅會摧毀石化工程建筑物，還會造成重大人員傷亡和經濟損失。因此，有必要對石化工程建筑物進行抗爆設計，預防此類事件的發(fā)生。

1.石化工程建筑物抗爆設計的必要性

石油化工裝置儲存或加工易燃、易爆的烴類和其他燃料，如果發(fā)生泄露，很可能造成火災或爆炸事故。雖然發(fā)生這類事件的概率較小，但是一旦發(fā)生，造成的后果將不堪設想，不僅包括人員傷亡和財產損失，還極有可能影響公共安全。因此，石化工程建筑物應能承受爆炸的影響，以保護室內人員至少做到建筑物不應給建筑內的人員帶來更多的危險。對于建筑物來說，通常來自沖擊波的超壓是工藝裝置意外爆炸最具破壞性的特征。然而，除了爆炸的影響，這類事件可能導致火災、飛濺物和地面震動，還可能對建筑物及其內部造成破壞。為保障建筑物內人員和設備的安全，應對處于爆炸影響范圍內的建筑物根據《爆炸安全評估報告》確定的“爆炸超壓”進行抗爆設計。

2.建筑物抗爆設計的目標

建筑物抗爆設計的主要目標是保障建筑物內人員的安全、確保工藝裝置控制的關閉和減少經濟損失。

抗爆設計為建筑物內的人員提供的安全度，不應小于發(fā)生爆炸時建筑物外的人員。以往石化工程爆炸事故的證據表明，許多人員死亡和嚴重受傷的原因在于由于建筑物倒塌砸到了建筑物內的人身上所致。建筑物抗爆設計目的就是降低在爆炸發(fā)生時建筑物本身成為危險源的可能性。

防止由于未涉及的工藝裝置失去控制而導致的關聯事件，是防爆設計的目標之一。一個工藝裝置的事故應該不影響其他裝置的繼續(xù)安全運行或有序關閉。

防止或盡量減少經濟損失是抗爆的另一個設計目標。如果建筑物內有商業(yè)資料、重要或必需的設備、昂貴和長周期的設備，一旦被破壞，將會造成重大影響或經濟損失，應當予以抗爆保護。

3.建筑物的抗爆設計原則

在爆炸動荷載作用下，允許結構構件進入彈塑性狀態(tài)，是建筑物抗爆設計的一項重要原則?？贡瑒恿Ψ治龅哪康氖且_定建筑物的變形，其變形的計算包括延性比、支座轉角的計算等。由于爆炸所產生沖擊波超壓的性質和破壞力具有不確定性的特征，因此，在力學計算的基礎上，抗爆設計過程中更應該重視概念設計，從建筑布局、結構選型、材料選擇，以及結構的整體性、剛度、超靜定等多方面進行綜合考慮。

4.建筑物的選址

石化工程建筑物平面位置的確定，需要考慮其危險性、擴建、間距等多種因素。建筑物選址時，應考慮相鄰和附近的工藝操作的危險性，以及涉及這些危險的事故產生的后果。

建筑物的抗爆保護，可以通過與潛在危險源保持足夠的安全距離或加固建筑物來實現。安全距離是抗爆保護的首選方式。

對建筑物進行選址，應考慮以下因素：

（1）建筑物的朝向應使短邊朝向最可能發(fā)生爆炸的爆炸源；

（2）建筑物內如果有不需要實際操作的人員，應該盡可能地安排到較遠的位置；

（3）建筑物的位置應遠離擁擠和封閉的區(qū)域，否則會增加爆炸的嚴重性；

（4）建筑物不應位于釋放比空氣重的物質的潛在釋放源的下坡；

（5）建筑物不應位于潛在釋放源的下風向；

（6）建筑物不應位于易燃液體可能聚集的位置。

5.抗爆建筑的結構類型

抗爆結構最重要的特點是吸收爆炸能量而不會引起結構整體的災難性破壞。抗爆結構中的建筑材料不僅要具有延性而且要具有強度。此外，在發(fā)生爆炸時，建筑物將承受爆炸荷載在一個方向產生的側向力。一個結構具有的抗爆措施需包括其框架和基礎必須具有吸收較大的橫向載荷的能力，結構構件還必須具有足夠的變形能力。

對于抗爆建筑物，特別是臨近潛在爆炸源的建筑物，很可能在爆炸時受到相對較高的爆炸超壓和熱效應。建筑物抗爆設計的重要目的就是使建筑物在爆炸荷載的作用下不發(fā)生脆性破壞，且應具備良好的耐火性能，同時能夠滿足上述條件的結構形式。采用以鋼筋混凝土框架—剪力墻結構較為經濟和實用，鋼筋混凝土常用于抗爆建筑物的外墻和屋頂，直接承受爆炸的影響。墻壁和屋頂應設計成具有一定的延性以吸收爆炸能量，而不會將其傳遞給支撐構件。建筑物采用鋼筋混凝土結構形式，其受力體系的布置、外墻墻體構造及厚度應通過結構計算確定。另外,預制的鋼結構建筑物，如果設計合理，可以在距離爆炸危險源適當的位置使用。

6.抗爆建筑物概念設計

抗爆建筑物的平面和立面設計應盡可能地“簡潔”，避免凹角和偏移，否則容易造成爆炸載荷局部集中。建筑物的朝向應盡量降低爆炸引起的荷載，這就要求建筑物面對最可能的爆炸源的面積應該盡可能小。

抗爆建筑物的平面宜做成正方形或接近正方形的矩形。正方形建筑平面在矩形類平面中，整體剛度最大、爆炸荷載相對較小，且由于以最小的外表面面積圍合的室內空間最大，故平面利用率較高、建筑能耗較低，可以有效降低工程成本。

抗爆建筑物的層數一般為地上一層。對建筑層數的限制既要考慮工程計算的復雜程度，還要考慮在滿足基本安全要求的前提下的工程成本問題。與較高的結構相比，較矮的建筑物所承受的爆炸載荷較低。

為了避免在工藝裝置爆炸狀態(tài)下非抗爆建筑物可能產生的碎塊阻塞控制室內人員疏散通道的現象的發(fā)生，抗爆建筑物應獨立設置，不得與非抗爆建筑物合建。

遇到工藝裝置爆炸時，建筑安全出口有可能被爆炸所產生的碎片阻塞，影響人員疏散。為了提高人員疏散的可靠性，抗爆建筑物至少應在兩個方向設置安全出口，且不可直接面向有爆炸危險的工藝裝置。

人員通道外門的室內側，應設置隔離前室。設置隔離前室可以有效地保持室內的正壓環(huán)境，如果外門在爆炸荷載作用下損壞時，還可以成為第二道防護體系。

建筑物采取保溫的構造措施，有利于減少溫差對建筑結構產生的應力。同時，普通變形縫的設置可能導致在建筑物整體抗爆體系中形成一個安全缺陷或隱患。因此，應在抗爆建筑方案及結構設計中共同采取措施，避免設置變形縫。

7.抗爆建筑物構造措施

采取構造措施，是為了減少爆炸時可能產生的次生災害?？贡ㄖ锿獗砻娌粦街芏容^大的裝配式建筑構件，不得采用裝配式架空隔熱的構造。女兒墻屬于懸臂構造，應由結構工程師根據爆炸力的特性進行專門的驗算，以確保在爆炸力的作用下因破壞產生碎塊飛濺傷人。女兒墻高度應在滿足屋面泛水構造要求的同時取最小值，采用鋼筋混凝土的結構形式。

在發(fā)生爆炸時，鋼筋混凝土結構體系可能產生較大的變形，為了減少吊頂由于受到水平力沖擊而造成面板脫落傷人的現象，吊頂周邊與抗爆建筑物外墻之間應設置變形縫，寬度不應小于50mm。同時增加吊頂龍骨的剛度，吊頂面板選擇密度小的材料，減輕爆炸時可能產生的次生災害。自重較大的燈具應采用鋼筋吊桿直接將其固定在鋼筋混凝土屋面板上，防止燈具脫落，以免對人員造成傷害。

抗爆建筑物的開孔包括進風口、排風口、電源和控制電纜。對于抗爆建筑，有必要在建筑物的開口處提供保護措施。通過使用專用設備，電纜或管道周圍的環(huán)形空間可以實現完全密封。另外，也可以使用定制設計的封閉板。直徑大于150mm的進風口、排風口應安裝與建筑圍護結構同等抗爆等級的抗爆閥?？贡y應確保在建筑物外發(fā)生爆炸時可以自動關閉，當外部空氣壓力恢復正常時自動復位。

8.結語

石化工程建筑物的抗爆設計，直接關系人員及設備的安全、正常的生產運營和經濟效益，具有非常重要的意義。只有提高安全意識，重視建筑物的抗爆設計，才能保證石油化工生產的正常運行和經濟社會的穩(wěn)步發(fā)展。