石油化工控制室抗爆设计及算例

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《石油化工控制室抗爆设计规范》中室内空气参数的探析

作者：毛德海

来源：《科学与财富》2019年第03期

摘 要：本文通过笔者近几年设计实际工作，对抗爆控制室室内设计参数提出一些观点与同仁分享，欢迎大家批评指正。

关键词：抗爆控制室 ；室内设计参数 ；空调系统

引言

《石油化工控制室抗爆设计规范》GB50779-2012到目前已经实施到第七个年头了，笔者在实际设计工作中关于此规范的应用有些切身体会与大家分享，尤其是室内空气设计参数。在《石油化工控制室抗爆设计规范》GB50779-2012中，要求抗爆控制室内重要房间的温湿度要求见下表[1]

其中：重要房间的含尘浓度应小于0.2mg/m3，H2S的浓度应小于0.015mg/m3，SO2的浓度应小于0.15mg/m3，且温度变化率应小于5℃/h，湿度变化率应小于6%/h。

在实际设计工作中，经过设计计算，一般由于机柜间设备布置密集，总体散热量较大，一般华东、华北等地区的机柜间在冬季、过渡季均需要供冷，甚至东北、西北寒冷地带的机柜间在冬季也出现供冷需求，更何况华南地区。笔者先后现场在西北、华南地区看到过这样的设计，机柜间与有人职守的房间比如操作室、工程师室等设计成一套空调系统，结果一到冬季业主就反映空调无法正常使用，按供冷工况运行人受不了，按供热工况运行设备超温报警，最终只能委屈人，冬季供冷满足设备的环境要求。因此机柜间与有人职守的房间空调温度必须能够单独控制。笔者在新疆地区某装置控制室设计中，在工程师室末端送风管道上设置电加热器，既能满足机柜间供冷，又很好的解决了工程师室冬季供热问题，电加热器与空调送风机联锁，且有独立温控器。机柜间按冬季供冷运行，那么室内设计参数就不应该是20±2℃，而应该按26±2℃设计运行，否则会因为送风温度过低，不仅浪费制冷用电，也增加了电加热器的电耗，所以选取合适的送风温度十分重要。

科学管理

218 2024年第1期

1 概述近年来，我国石油化工行业的安全形势严峻，石油化工企业存在大量的危险化学品或高压物料，极易发生爆炸，一旦发生爆炸，会对周边设施及建筑物的造成损坏、重大财产损失和人员伤亡。因此，国家针对此类情况密集出台了一系列的管控方法和策略。从《全国安全生产专项整治三年行动计划》（国务院安委[2020]3号）下发以来，全国各地危化企业对控制室，办公楼等人员密集场所等开展了一轮抗爆改造、搬迁的行动。如何确定建筑物的抗爆能力？”对企业至关重要。建筑物的抗爆计算涉及的理论知识较为复杂、计算输入条件较多，使用计算工具较为复杂，以某化工厂球罐泄漏爆炸对附近控制室的安全影响为实例，简单介绍一下抗爆计算的方法[1]。2 抗爆计算实例2.1 泄漏量计算以某化工厂球罐组2000m3环氧丙烷罐作为假定泄漏主体，对附近控制室进行抗爆分析。球罐组设置有可燃气报警，并在进出口设置了比较完善的安全联锁系统，一旦有泄漏发生，可以及时发现并在短时间内控制泄漏事故，因此泄漏时间可确定为＜0.5h。球罐的泄漏点为物料进出口、排污口、液位计口的法兰密封面破损泄漏，最大管口口径DN100。根据《危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法》（GB/T37243-2019），我们选择10mm的中孔泄漏模拟泄漏情况[2]。根据《危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法》（GB/T37243-2019）附录D.1.2液体经储罐上的孔流出公式计算：D.1.2 液体经储罐上的孔流出瞬间质量流率可按照式（1）计算D.1.2液体经储罐上的孔流出瞬间质1002ghppACQmρρ.. （1）式中：Qm—质量流率，单位为，kg/s；P—储罐内液体压力，为绝对压力，Pa；P0—环境压力，为绝对压力，Pa；g—重力加速度，取9.8m/s2；A —泄漏孔面积，m2；ρ—液体密度，kg/m3；h1 —泄漏孔上方液体高度，m。参数：P=3.0*105Pa，P0=1.01*105Pa，C0按照计算结果最大化取1.0，ρ=859kg/m3按照满罐 取h1 =14m，泄漏时间按照t=0.5h。中孔泄漏10mm，A=7.85×10-5 m2 Qm=1.834kg/s Q1=1.834×0.5×3600=3302kg/30min 2.2 软件模拟本次计算采用挪威船级社（DNV）的事故后果模拟仿真系统（PHAST）软件对厂区环氧丙烷储罐泄漏发生蒸汽云爆炸的事故进行模拟分析[3]。参数：设备名称：环氧丙烷储罐危险物料：环氧丙烷容积：2000m3操作温度：25℃操作压力：0.3MPa相对蒸汽密度（空气=1）：2.0泄漏点距地面高度：3m泄漏孔径：10 mm泄漏时间：约0.5h环氧丙烷罐防火堤高度：1.2m大气条件：风速1.5m/s，大气稳定度F（风速越大，相对范围内可燃气浓度越低，爆炸造成的影响越小，因此选择较苛刻的情况，风速定为1.5m/s）根据泄漏模型模拟云团如图1、图2所示：

石油化工控制室抗爆结构设计分析

摘要：随着石油化工行业装置大型化、联合装置的出现，化工设备出现爆炸事故的风险越来越高，爆炸形成空气冲击波荷载，结构工程师应就爆炸荷载采用合适的分析设计方法，来使石油化工控制室具有相应的抗爆能力。因此对装置内的抗爆控制进行结构分析是相当重要的，应根据实际的特点对其进行计算，提出些许设计改进的建议。

关键词：石油化工控制室；抗爆结构设计；分析

1结构设计的基本规定

1.1设计的依据

随着我国的科技水平不断提高，建筑行业的发展越来越好，但在抗爆建筑方面与发达国家相比仍显不足。我国在这方面的研究相对欠缺，目前抗爆控制室的标准还是主要参考国外标准。

1.2规则标准

依照设计规范中的条例进行设计，要求当爆炸发生时，控制室的结构不能发生较大的变化，允许出现一定的损坏，但是必须要在能进行修复的范围之内。准确分析爆炸荷载，以此为基础来确定控制室的变形程度，根据爆炸的特点来设计控制室的结构，使控制室的性能满足规范要求。爆炸所产生的影响是不确定的，因此在控制室结构设计时，不仅局限于例行的计算，更应注重对整个控制室的结构体系设计。在建设控制室时，可以采取钢筋混凝土的结构进行矩形平面的设置，单层最优，多层控制室与一层控制室结构相比，其安全性能相对不足。

1.3设计原理

第一，结构方面。控制室通常是采用防爆结构来进行设计的，外防爆剪力墙与内框架柱分离，以实现外防爆墙消散爆炸水平荷载、内框架不受水平爆炸荷载（仅垂直荷载）的目的，保证主体结构安全。第二，作用原理。若石油化工生产时发生了爆炸，爆炸所产生的爆炸力会贯穿控制室墙面，因此要利用屋面板，将荷载传递给墙边，再传递给控制室的基础。内部的框架只适合承担竖向的荷载。

1.4变形方面

控制室在遭受爆炸时，要求变形程度较小，这就要求构件的延展性和弹塑性较好。

1.5材料方面

选取好的材料，承受的压力较强，产生的形变较好。钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C30，且不宜超过C50。钢筋宜采用延性、韧性和焊接性较好的钢筋，纵向受力钢筋宜采用HRB400级热轧钢筋，箍筋宜采用HRB400级热轧钢筋。纵向受力钢筋应满足抗震性能。

石油化工装置控制室的抗爆设计

摘要：石油化工装置发生火灾极易造成爆炸等次生事故，所造成的后果相当严重，往往造成群死群伤，经济损失特别巨大。文章阐述了石油化工装置的特点，基于石油化工装置特点分析了装置火灾的特点，明确了火灾的控制措施。

关键词：石油化工；火灾；爆炸；控制措施

1前言

石化企业每一次火灾爆炸事故的发生，不仅容易造成人员伤亡，而且还会带来一定经济损失。目前，我国各大石化企业虽然采取了一些危险源消防措施，包括固定消防炮、消火栓等。由于这些消防措施均属于事后消防措施，未能起到防范于未然作用。另外，采用人工处理，致使消防员人身安全无法得到保障。智能化消防处理手段，能够及时发现火灾爆炸问题，为防范和处理争取更多时间，安全系数较高，是火灾爆炸事故消防发展的必然趋势。当前此方面研究较少，尚未形成完整的消防设计方案，本文引入智能消防思路展开探究。

2石油化工企业危险源火灾爆炸事故产生的原因分析

储罐区和生产装置是石化企业生产加工的重要模块，同时也是埋藏危险源的主要区域，容易引发火灾爆炸事故。

2.1储罐区火灾爆炸事故产生原因

2.1.1当前石化生产缺少火灾自动报警装置，虽然在储蓄区安排值班人员巡视，但是容易出现漏查，或者疏忽情况，导致火灾事故产生。其中，夜班执勤期间事故发生频率较高。

21.1.2该区域相关管理工作以人工管理模式为主展开，由于各个环节人工管理模式需要耗费大量时间，未能在灭火最佳时期处理，导致延长了火灾处理时间，人身安全很难得到保障，并且带来较大经济损失。 2.1.3火灾爆炸危险系数较高，当前事故需要人员冲锋靠近现场，危险系数较高。在没有远程操控情况下，现场安全事故发生频率难以下降。

2.1.4目前，部分储罐外壁添加了喷淋系统，利用化学品控制温度，达到安全保护目的。然而该系统作业未能做到每一个环节均覆盖自动化控制模式，需要人工开启，导致系统开启时间不及时。另外，该系统流量和压力两项指标参数数值比较小，未能达到标准。