某工业厂房的抗爆及泄压措施分析

□闫 云 胡肖静

一、项目背景

某工业厂房内部三个相邻房间的设备进行操作时将产生可燃体氢气。由于厂房使用功能的需要，三个房间除南侧外，其他三面及屋顶均为有使用功能的房间，厂房一层平面图如图1所示。因此只有南侧外墙可采取泄压设施，根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2018年版)第3.6.4条规定，经过计算，三个房间可用泄压面积均不能满足规范规定。

图1 一层平面图

但该厂房的平面布置与生产要求紧密相关，依照现行消防技术规范对该厂房进行平面调整不能满足生产的要求。因此，在满足现有的生产工艺要求的前提下，就必须对该厂房的泄压设计方案的可行性开展进一步的分析研究，确定其他可行且等效的替代做法，以达到规范规定的消防安全水平。

二、采取措施

在满足现有的生产工艺要求的前提下，对该厂房的泄压设计方案的可行性开展进一步的分析研究，并通过国家权威部门的可行性评估，以达到规范规定的消防安全水平。采取如下安全措施。

(一)氢气探测及通风。设计中设置氢气导出系统，可在事故工况下及时导出工艺系统内的氢气。此外，设置完善的可燃气体监测系统和事故通风系统。

(二)抗爆设计。考虑到可用泄压面积小于规范所需泄压面积，有爆炸危险的三个房间之间以及与其他相邻房间的墙体及屋面板采用钢筋混凝土防爆结构。按照氢气存量最大房间的氢气爆炸计算压力增加峰值，根据爆炸压力增加峰值对结构形变、应力和配筋等方面进行验算，确保结构在爆炸压力增加峰值作用下结构的安全。并按照2.5倍、10倍进行校核计算，即结构在承受2.5倍的压力下墙体和周边结构构件不会破坏；在10倍的压力下结构整体不会发生倒塌。

并根据《石油化工控制室抗爆设计规范》GB 50779-2012要求，主要采取如下构造措施:第一，按照《建筑抗震设计规范))GB50011-2010(2016年版)中边缘构件的规定，将墙体两端设暗柱加强；第二，楼板及墙体双面配筋，单面竖向和横向分布钢筋最小配筋率均不小于0.25%，并不大于1.5%。屋面板厚度为200mm，墙体厚300mm；钢筋采用搭接接头；第三，墙体及框架构造符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)的有关规定。

三个房间之间以及与其他相邻房间的钢筋混凝土墙体及屋面板，其承压能力远大于最大量氢气爆炸条件下的压力峰值。即使在最不利条件下发生氢爆，也能确保在爆炸压力增加峰值作用下结构的安全。

(三)泄压措施及泄爆墙的选用。根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2018年版)第3.6.2条规定，有爆炸危险厂房或厂房内有爆炸危险的部位应设置泄压设施。同时，规范规定泄压设施宜采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等，且作为泄压设施的轻质屋面板和轻质墙体的单位质量不宜超过60kg/m2。

考虑到本厂房泄压面积不能满足规范要求，为确保厂房安全，三个房间的南侧外墙设计时采用容重更轻的材料作为泄压面积的构配件，同时采取其他等效替代安全措施，满足总体安全要求。

图2 泄爆墙体结构示意图

本厂房三个房间的南侧外墙采用国标图集《抗爆、泄爆门窗及屋盖、墙体建筑构造》(14J938)的岩棉夹芯彩钢板作为轻型泄压墙体，泄爆设计方案采用单向泄爆螺栓式泄压方式，如图2所示。岩棉夹芯彩钢板是以水平龙骨为墙梁支撑的多跨连续板，岩棉夹芯彩钢板与墙梁之间用泄爆螺栓固定。为快速泄压和避免产生二次危害，且不使岩棉夹芯彩钢板乱飞，在岩棉夹芯彩钢板与墙梁之间采用牵引绞索控制。

单个泄爆螺栓的泄压值取350N，根据厂房的爆炸压力峰值，并结合风荷载等荷载工况，经过计算，取泄爆螺栓个数为6个/m2。

三、结论与建议

目前，大量新型轻质材料得到开发和应用，为降低泄压面积构配件的单位质量提供了条件。在进行同类工业厂房设计时，应尽可能地降低泄压面积构配件的单位质量。同时，为快速泄压和避免产生二次危害，泄压面积的构配件在材料的选择上除了要求容重轻以外，最好对构配件采取适当的牵引措施，或构配件具有在爆炸时易破碎成碎块的特点，以便于泄压和减少对人的危害。同时，泄压面积应避免面向人员集中场所和主要交通道路，以免造成人员大量伤亡和交通道路堵塞，减小灾害的影响。