黃志凌 劉永寧 田野 張曉暉 韓堯 汪蓓 孫麗

(中國兵器工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所 北京 100089)

0 引言

火炸藥等軍工燃燒爆炸品科研生產(chǎn)過程涉及的原材料、半成品及成品大多具有燃燒爆炸性，事故易發(fā)且后果嚴(yán)重，固有風(fēng)險(xiǎn)高。軍工危險(xiǎn)性建筑物外部安全距離的設(shè)置，是事故發(fā)生時(shí)保障建筑物周邊安全，減少事故傷亡損失的重要措施[1]。

軍工危險(xiǎn)性建筑物外部安全距離主要按1990年頒布的《火藥、炸藥、彈藥、引信及火工品工廠設(shè)計(jì)安全規(guī)范》(以下稱安全規(guī)范)執(zhí)行，隨著新產(chǎn)品新技術(shù)的發(fā)展，建筑物外部安全距離確定時(shí)藥量覆蓋不全面、新產(chǎn)品無依據(jù)、廠房用地與城市發(fā)展用地矛盾等問題日益突出[2]，制訂更加科學(xué)合理的外部安全距離標(biāo)準(zhǔn)需求越發(fā)強(qiáng)烈。

軍工行業(yè)為安全規(guī)范的修訂開展了大量工作，但由于安全規(guī)范涉及面廣，影響范圍大，修訂難度高，且缺乏相應(yīng)的試驗(yàn)支撐，遲遲未能完成修訂。本文針對(duì)安全規(guī)范中外部安全距離問題，對(duì)我國及美國《國防部彈藥和火炸藥安全標(biāo)準(zhǔn)》(DOD 6055.09)中外部安全距離的分類、確定原則、確定方法進(jìn)行對(duì)比分析，為我國軍工危險(xiǎn)性建筑物外部安全距離標(biāo)準(zhǔn)的制修訂提供借鑒。

1 美國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外部安全距離的要求

1.1 安全距離的分類

美國標(biāo)準(zhǔn)按生產(chǎn)或儲(chǔ)存產(chǎn)品的危險(xiǎn)等級(jí)來分類確定安全距離，危險(xiǎn)等級(jí)按TB 700-2《彈藥和爆炸品危險(xiǎn)性分級(jí)方法》要求執(zhí)行，將彈藥和火炸藥分為1.1級(jí)至1.6級(jí)，其中1.2級(jí)又細(xì)分為1.2.1～1.2.3三個(gè)不同等級(jí)[3-4]。

在建筑物類型方面，美國標(biāo)準(zhǔn)將其分為覆土庫和其他潛在爆炸場所(包括生產(chǎn)廠房、地面庫房等)。在爆炸可能影響的目標(biāo)方面，美國標(biāo)準(zhǔn)將被保護(hù)對(duì)象分為居住建筑物和公共交通路線，其中居住建筑物是指有人的與彈藥和火炸藥生產(chǎn)無關(guān)的建筑物，如學(xué)校、住宅、商店、醫(yī)院等，公共交通路線是指公共街道、道路、高速公路、可通航河道或運(yùn)人鐵路等[5]。

在此基礎(chǔ)上，標(biāo)準(zhǔn)中分別對(duì)1.1級(jí)到1.6級(jí)不同危險(xiǎn)等級(jí)的覆土庫和其他潛在爆炸場所至居住建筑物、至公共交通線路的安全距離進(jìn)行了規(guī)定，其中對(duì)覆土庫的外部安全距離，前面、側(cè)面、后面的要求不一樣。

1.2 安全距離的確定原則及方法

美國標(biāo)準(zhǔn)以不同危險(xiǎn)等級(jí)的彈藥和火炸藥的爆炸反應(yīng)效應(yīng)來確定安全距離，主要考慮沖擊波、破片、熱輻射、地震波以及其他可能的后果，其中沖擊波、破片是確定安全距離的主要考慮因素。

如對(duì)于1.1級(jí)危險(xiǎn)品，美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

(1)當(dāng)計(jì)算裝藥量小于13 608 kg時(shí)，安全距離由破片控制。并規(guī)定計(jì)算藥量大于226.8 kg時(shí)距離其他潛在爆炸場所應(yīng)不小于381 m，計(jì)算藥量小于226.8 kg時(shí)按照相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)典型產(chǎn)品露天堆放和建筑物內(nèi)存放時(shí)的危險(xiǎn)破片距離進(jìn)行了規(guī)定。

(2)當(dāng)計(jì)算藥量大于13 608 kg時(shí)，安全距離由沖擊波超壓控制。在考慮沖擊波傷害時(shí)，對(duì)至居住建筑物距離的確定，其風(fēng)險(xiǎn)可接受度類似于我國二級(jí)破壞(次輕度破壞)等級(jí)，對(duì)至公共交通線路距離的確定，其風(fēng)險(xiǎn)可接受度類似于我國三級(jí)破壞(輕度破壞)等級(jí)。

此外，在確定安全距離時(shí)，美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一些情況下可對(duì)計(jì)算藥量及安全距離進(jìn)行折減。如在對(duì)計(jì)算藥量進(jìn)行確定時(shí)，當(dāng)建筑物內(nèi)多個(gè)點(diǎn)的爆炸品在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)爆炸時(shí)，其沖擊波疊加，應(yīng)當(dāng)按藥量的總量作為計(jì)算藥量，當(dāng)不同點(diǎn)的爆炸品爆炸間隔時(shí)間長，爆炸沖擊波不發(fā)生疊加時(shí)，可按最大藥量的爆炸點(diǎn)的藥量作為計(jì)算藥量；對(duì)在有效爆炸防護(hù)措施的爆炸品，其計(jì)算藥量可進(jìn)行折減；對(duì)有防護(hù)屏障的建筑物，其安全距離可進(jìn)行折減。

美國標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)不同情況的安全距離列表進(jìn)行了規(guī)定，并在標(biāo)準(zhǔn)中提供了安全距離的計(jì)算方法。如對(duì)1.1級(jí)爆炸品，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“13 608 kg<計(jì)算藥量≤45 359 kg”時(shí)，安全距離為“15.84×計(jì)算藥量1/3”，“45 359 kg<計(jì)算藥量≤113 398 kg”時(shí)，安全距離為“1.1640×計(jì)算藥量0.577”，“113 398 kg<計(jì)算藥量”時(shí)，安全距離為“19.84×計(jì)算藥量1/3”。

2 我國安全規(guī)范對(duì)安全距離的要求

2.1 安全距離的分類

我國安全規(guī)范以危險(xiǎn)品TNT壓力當(dāng)量作為分級(jí)的主要依據(jù)，同時(shí)考慮危險(xiǎn)品感度、工藝加工方法、建筑物本身的防護(hù)措施等因素，確定生產(chǎn)或貯存危險(xiǎn)品的建筑物危險(xiǎn)等級(jí)，再規(guī)定不同危險(xiǎn)等級(jí)建筑物的外部安全距離。建筑物危險(xiǎn)等級(jí)分為A1，A2，A3，B，C1，C2，D級(jí)7個(gè)等級(jí)，A1，A2，A3級(jí)建筑物統(tǒng)稱為A級(jí)建筑物，C1，C2級(jí)建筑物統(tǒng)稱為C級(jí)建筑物[6]。

A級(jí)建筑物的特點(diǎn)是在該建筑物中生產(chǎn)或貯存的危險(xiǎn)品具有整體爆炸危險(xiǎn)性，所采用的生產(chǎn)工藝又不宜把爆炸事故的破壞局限在一定的小范圍內(nèi)(例如抗爆間室內(nèi))。B級(jí)建筑物實(shí)質(zhì)是建筑物內(nèi)的彈藥、炸藥、黑火藥、起爆藥和煙火藥等危險(xiǎn)品，由于在特定條件下降低了危險(xiǎn)品的危險(xiǎn)性能或減輕事故的破壞能力，如危險(xiǎn)作業(yè)是在抗爆間室或裝甲防護(hù)下進(jìn)行的，炸藥生產(chǎn)工序中由于同時(shí)存在水或其他鈍感物質(zhì)降低了其危險(xiǎn)性，爆炸物已裝入金屬或非金屬殼體內(nèi)，操作相對(duì)比較安全。C級(jí)建筑物的特點(diǎn)是該建筑物中生產(chǎn)或貯存的產(chǎn)品能強(qiáng)烈地燃燒，在特定條件下由燃燒可以轉(zhuǎn)化為爆燃或爆炸。

在建筑物類型方面，安全規(guī)范分為生產(chǎn)廠房(工序)和倉庫兩類，分別規(guī)定了危險(xiǎn)品生產(chǎn)區(qū)和倉庫區(qū)的外部安全距離。在爆炸物可能影響的目標(biāo)方面，安全規(guī)范將被保護(hù)對(duì)象分為七類，如表1所示。

表1 安全規(guī)范中七類保護(hù)目標(biāo)

在此基礎(chǔ)上，安全規(guī)范分別規(guī)定了不同危險(xiǎn)等級(jí)的生產(chǎn)區(qū)建筑物、倉庫區(qū)建筑物，在不同計(jì)算藥量情況下，與不同受保護(hù)對(duì)象之間的安全距離。

2.2 安全距離的確定原則

安全規(guī)范在確定建筑物安全距離時(shí)，遵循以下原則：

(1)A級(jí)建筑物主要考慮爆炸沖擊波的破壞作用，不考慮爆炸建筑物的飛散物對(duì)周圍的破壞影響。

(2)生產(chǎn)或貯存彈藥的A級(jí)、B級(jí)建筑物處考慮爆炸空氣沖擊波的破壞作用外，在外部距離上還必須考慮彈藥爆炸時(shí)彈片的危害。

(3)地面建筑物爆炸時(shí)，爆炸地震波的破壞作用大大地小于空氣沖擊波的作用，因?yàn)楹雎员ǖ卣鸩ǖ钠茐淖饔谩?/p>

(4)生產(chǎn)或貯存C級(jí)產(chǎn)品的建筑物一般除考慮燃燒危險(xiǎn)，熱輻射及燃料顆粒飛散對(duì)周圍建筑物及人員的危害外，還必須考慮某些產(chǎn)品由爆燃或爆轟而引起的對(duì)周圍建筑物及人員的傷害。

(5)由于防護(hù)土堤在遠(yuǎn)距離時(shí)阻擋空氣沖擊波的作用甚小，外部距離可不考慮防護(hù)土堤對(duì)空氣沖擊波的減弱作用。

安全規(guī)范在對(duì)外部距離各類目標(biāo)的破壞標(biāo)準(zhǔn)方面，采用二級(jí)破壞(次輕度破壞)作為可接受破壞，二級(jí)破壞的超壓Δp的范圍為2～9 kPa，安全規(guī)范制定時(shí)，采用4～8 kPa作為爆源至本廠住宅區(qū)邊緣、村莊、零散住戶、鐵路車站、高壓線路、區(qū)域變電站等的外部距離的依據(jù)[7]。具體如下：

(1)對(duì)本廠住宅區(qū)的安全距離，至危險(xiǎn)品生產(chǎn)區(qū)采用4 kPa為可接受沖擊波壓力，至危險(xiǎn)品總倉庫采用5 kPa。

(2)對(duì)本廠危險(xiǎn)品總倉庫和零散住戶，由于這兩部分的人員相對(duì)較少，其可接受沖擊波壓力采用7～8 kPa。

(3)對(duì)國家鐵路，由于列車只是短暫通過，承受爆炸事故時(shí)沖擊波的幾率很低，其安全距離采用相當(dāng)于爆源建筑物至本廠區(qū)住宅邊緣的0.5倍。

(4)對(duì)鐵路車站中的區(qū)段站，其安全距離按靠近的城鎮(zhèn)確定，對(duì)中間站，有摘掛作業(yè)的按至本廠住宅區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)確定，無摘掛作業(yè)的按零散住戶的標(biāo)準(zhǔn)確定。

(5)對(duì)公路，三級(jí)以上公路(不含三級(jí))的外部距離采用本廠區(qū)住宅區(qū)距離的0.5倍 ，三級(jí)公路的外部距離采用本廠住宅區(qū)距離的0.35倍。

2.3 安全距離的確定方法

我國安全規(guī)范中采用表格列出了不同情況下建筑物的危險(xiǎn)等級(jí)及相應(yīng)的建筑物外部距離，對(duì)于其確定方法和原則在標(biāo)準(zhǔn)中并未涉及。采用列表法，雖然更能簡單直接地指導(dǎo)建筑物的選址和設(shè)計(jì)工作，避免規(guī)范執(zhí)行過程中的爭議，但對(duì)表中未列出產(chǎn)品、工藝、計(jì)算藥量，無法在規(guī)范中找到相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

安全規(guī)范在確定外部距離時(shí)，以爆源建筑物距本廠住宅區(qū)邊緣所產(chǎn)生的建筑物破壞程度的距離為基礎(chǔ)，其他目標(biāo)則按其重要程度及爆后損失大小，采用不同破壞程度而確定不同的外部距離。

其外部距離按經(jīng)驗(yàn)公式(1)計(jì)算：

R=k1k2W1/2.8

(1)

式中，R為爆源建筑物的外墻至目標(biāo)邊緣的直線距離，m；W為爆源建筑物內(nèi)的計(jì)算藥量(折合成TNT當(dāng)量)，kg；k1為破壞類別系數(shù)；k2為防護(hù)等級(jí)系數(shù)。

在確定各類保護(hù)目標(biāo)的安全距離時(shí)，其破壞類別系數(shù)k1均取值23，防護(hù)等級(jí)系數(shù)k2根據(jù)目標(biāo)的重要程度和爆后損失大小確定，如表2所示。

表2 各類保護(hù)目標(biāo)的防護(hù)等級(jí)系數(shù)k2值

此外，對(duì)A級(jí)建筑物，安全規(guī)范還增加了外部距離等級(jí)系數(shù)，以鱗片狀TNT的爆炸當(dāng)量參照，其TNT當(dāng)量確定為1，將A2級(jí)建筑物外部距離的等級(jí)系數(shù)確定為1，將TNT當(dāng)量大于1的A1級(jí)建筑物外部距離等級(jí)系數(shù)確定為1.2，而TNT當(dāng)量小于1的A3級(jí)建筑物外部距離等級(jí)系數(shù)確定為0.8。

居于上述考慮，計(jì)算得出了安全規(guī)范中的安全距離。如對(duì)TNT當(dāng)量為10 t的A1級(jí)建筑物，其建筑物外墻至本廠住宅區(qū)邊緣的外部距離計(jì)算為

R=1.2×23×1×10 0001/2.8=740.4 m

(2)

3 美國和我國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析及建議

3.1 美國和我國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

對(duì)美國標(biāo)準(zhǔn)和我國安全規(guī)范對(duì)安全距離的相關(guān)要求進(jìn)行對(duì)比表明：

(1)在安全距離的分類方面，美國標(biāo)準(zhǔn)按照產(chǎn)品的危險(xiǎn)等級(jí)，考慮不同危險(xiǎn)等級(jí)的覆土庫以及其他潛在爆炸場所距離人居建筑物、公共交通線路之間的安全距離，安全規(guī)范中考慮了產(chǎn)品危險(xiǎn)性、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品狀態(tài)，保護(hù)目標(biāo)考慮了七級(jí)。安全規(guī)范盡管考慮更為細(xì)致和全面，滿足了當(dāng)時(shí)危險(xiǎn)性建筑物的設(shè)計(jì)需求，但其分類方法按照當(dāng)時(shí)的技術(shù)狀態(tài)確定，且標(biāo)準(zhǔn)中亦未提及相關(guān)的分類原則和方法，新產(chǎn)品、新工藝的廠房設(shè)計(jì)未能納入到標(biāo)準(zhǔn)中。美國標(biāo)準(zhǔn)盡管劃分較為籠統(tǒng)，但其分類方法具有較強(qiáng)的通用性和普適性，新產(chǎn)品按照其分類方法，即可確定安全距離。

(2)在安全距離的確定原則和方法方面，美國標(biāo)準(zhǔn)和安全規(guī)范確定安全距離的核心思想是一致的，即通過評(píng)估爆炸的傷害效應(yīng)，考慮風(fēng)險(xiǎn)可接受程度，最終確定安全距離。在對(duì)人居建筑物方面，其風(fēng)險(xiǎn)可接受度均為二級(jí)破壞，但安全規(guī)范中風(fēng)險(xiǎn)可接受度相對(duì)較低，其對(duì)住宅建筑物的沖擊波超壓可接受值為4 kPa，美國的則為0.62 kPa，風(fēng)險(xiǎn)可接受程度大大小于美國，此外在具體計(jì)算確定過程中，我國考慮了破壞類別系數(shù)、防護(hù)等級(jí)系數(shù)，還考慮了外部距離等級(jí)系數(shù)，安全系數(shù)遠(yuǎn)大于美國標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

(3)在標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容方面，安全規(guī)范中采用列表法給出了現(xiàn)有產(chǎn)品、工藝的建筑物危險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)安全距離同樣采用列表法列出，對(duì)安全距離確定的原則和方法未在標(biāo)準(zhǔn)中涉及，美國標(biāo)準(zhǔn)中不但列舉出了安全距離，同時(shí)還將安全距離的計(jì)算方法在標(biāo)準(zhǔn)中予以了說明。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)修訂建議

為更好地指導(dǎo)國防工業(yè)軍工危險(xiǎn)性建筑物的設(shè)計(jì)，科學(xué)合理地確定建筑物外部安全距離，建議開展以下研究：

(1)構(gòu)建完善的軍工燃燒爆炸品危險(xiǎn)分級(jí)體系。參照國際上對(duì)爆炸品的危險(xiǎn)分級(jí)程序、方法，對(duì)行業(yè)現(xiàn)有燃燒爆炸品分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充完善，構(gòu)建我國軍工燃燒爆炸品危險(xiǎn)分級(jí)體系，并以危險(xiǎn)品分級(jí)為基礎(chǔ)，建立危險(xiǎn)性建筑物的分級(jí)體系。

(2)開展建筑物破壞風(fēng)險(xiǎn)可接受程度研究。參考國內(nèi)外相關(guān)研究成果，結(jié)合當(dāng)前建筑材料、結(jié)構(gòu)形式等現(xiàn)狀，開展沖擊波破壞風(fēng)險(xiǎn)可接受程度研究，重新核定軍工危險(xiǎn)性建筑物事故時(shí)外部建筑物、設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)可接受程度，為安全距離的確定提供依據(jù)。

(3)開展安全距離計(jì)算方法研究。借鑒國外對(duì)外部安全距離的計(jì)算方法，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬、試驗(yàn)驗(yàn)證等方式，結(jié)合我國爆炸品危險(xiǎn)分級(jí)體系、風(fēng)險(xiǎn)可接受程度等，研究提出我國危險(xiǎn)性建筑物的安全距離計(jì)算方法。

4 結(jié)論

我國軍工危險(xiǎn)性建筑物安全距離的確定標(biāo)準(zhǔn)與美國的標(biāo)準(zhǔn)在安全距離分類、風(fēng)險(xiǎn)可接受程度、安全距離確定方法等方面存在一定的區(qū)別，未來可參考美國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過構(gòu)建完善的軍工燃燒爆炸品危險(xiǎn)分級(jí)體系，研究建筑物破壞風(fēng)險(xiǎn)可接受程、安全距離計(jì)算方法等工作， 推動(dòng)安全規(guī)范中建筑物外部安全距離確定方法的修訂，提升軍工危險(xiǎn)性建筑物設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。