王同堯，漢建德

（中國石化集團寧波工程有限公司，浙江寧波315103）

隨著技術的發(fā)展，石油化工企業(yè)向著大型化、一體化、智能化方向轉變，傳統(tǒng)的過程控制和生產管理模式也在發(fā)生改變。從企業(yè)的生產操作、管理、維護的角度出發(fā)，要求生產操作自動化、經營管理信息化、生產管理與過程控制管控一體化。由此，對控制室的設計要求隨之提高，企業(yè)對控制室設計的關注和重視程度也越來越高。

在新建、擴建或改建的石化裝置中，控制室設計的好壞直接關系到業(yè)主對設計單位的滿意程度，也是工程設計單位整體設計水平的具體體現。由于項目建設區(qū)域、業(yè)主習慣等的多樣性，在控制室設計的過程中，設計人員會遇到各種問題，如是否與規(guī)范有偏差、是否需要抗爆設計、控制室內房間的設置、進線方式等。筆者根據SH 3006—1999《石油化工控制室和自動分析器室設計規(guī)范》修訂過程中調研遇到的問題，結合實際工程現狀對控制室設計過程中的常見問題進行探討，供相關人員參考。

1 控制室的設置模式

1.1 中心控制室的命名

該規(guī)范在修訂過程中，鑒于以下原因將“中央控制室”改為“中心控制室”。

a）雖然“中央”和“中心”兩個詞的中文意義相近，但是有細微差別。根據中文詞匯的語義和控制室的作用及位置的確切含義，“中心”比“中央”更能表現“集中控制”和“統(tǒng)一管理”功能。

b）中心控制室、控制中心與英文的“Central Control Room”和“Control Center”對應。

c）中心控制室并不強調地理位置和行政意義，而“中央”隱含有惟一的意思。

d）雖然中央控制室命名先入為主，且沿用多年，但經過眾多技術專家的討論，認為在規(guī)范修訂中予以更正是必要的。其他標準規(guī)范中使用中央控制室的命名將會在以后的修訂過程中逐步修改。

1.2 控制室的分類

石油化工控制室CR（Control Room）是指“位于石油化工裝置或聯(lián)合裝置內，具有生產操作、過程控制、安全保護、儀表維護等功能的建筑物”。根據CR的功能和所控制的裝置區(qū)域，CR又可分為“中心控制室”CCR（Central Control Room）、“現場控制室”LCR（Local Control Room）和“現場機柜室”FAR（Field Auxiliary Room）。

a）CCR是指在石油化工工廠內除了具有CR的功能以外，還具有先進控制與優(yōu)化、仿真培訓、生產管理及信息管理等功能的綜合性建筑物。

b）LCR是指位于石油化工工廠內的公用工程、儲運系統(tǒng)、輔助單元、成套設備的現場，具有生產操作、過程控制、安全保護等功能的建筑物。

c）FAR是指位于石油化工廠現場，用于安裝儀表、控制系統(tǒng)機柜及其他設備的建筑物。

1.3 控制室模式

20世紀90年代之前，CR的設置模式分為全廠級（聯(lián)合裝置）CCR和裝置（車間）級CR，而且大多為每套裝置配備一個CR，這種設置模式是由當時不高的自動化水平以及生產和管理模式決定的。20世紀90年代中后期，隨著大型聯(lián)合裝置的出現，自動化水平的日益提高，先進DCS的大面積應用，CR的設置模式也發(fā)生了變化。大型聯(lián)合裝置合建一個CCR的設置模式得到了應用。SH 3006—1999中明確規(guī)定：“聯(lián)合裝置或同一界區(qū)的多個工藝裝置，應合建控制室。具備條件的工廠，全廠設一個中央控制室”。

進入21世紀以來，按照國家對石油化工行業(yè)發(fā)展規(guī)劃中關于“石油化工裝置煉油化工一體化、裝置集約化布置”的要求，CR的設置模式有了新的變化。新建及改擴建的石油化工裝置中，CR的設計已由原先單一的CCR更新為“CCR加LCR，FAR”的模式。根據新建及改擴建石油化工裝置的規(guī)模、總圖布置，并結合生產操作和管理模式，CCR的設計可以歸納為以下三種：

a）一個CCR加多個FAR模式。新建大型聯(lián)合裝置或同一界區(qū)的多個工藝裝置，其生產操作和管理模式適合于全廠集中操作、統(tǒng)一管理的，宜采用一個CCR加多個FAR模式。該模式在中石化近幾年新建的項目中有所應用，如SEECO的乙烯項目、福建煉油化工一體化項目等。

b）多個CCR加多個FAR模式。新建大型聯(lián)合裝置或同一界區(qū)的多個工藝裝置，其生產操作和管理模式適合于全廠分區(qū)域操作和管理的，宜采用該模式。如中石化鎮(zhèn)海分公司的1Mt／a乙烯工程共設置4個CCR，29個FAR。

c）僅有CCR模式。規(guī)模較小的新建工廠、各裝置距CCR的距離適中（通常不大于600m）、老廠改造或其生產操作模式適合于分車間（或裝置）操作的，宜采用該模式，該模式在很多石化企業(yè)都有應用。

以上CCR的幾種設置模式在石油化工企業(yè)中都存在。由于不同的業(yè)主對工廠生產操作和管理模式有不同的見解，故不同的工廠關于CR設置的模式也不盡相同。從減少占地節(jié)省投資的角度考慮，一個CCR加多個FAR的模式更具有優(yōu)勢。

CR的設置模式在可研階段就確定了，這不但關系到總圖位置和投資，更重要的是關系到業(yè)主的工廠管理模式。因此，CR設置模式的選擇以業(yè)主的意見為主導。

2 CR的位置

20世紀90年代之前，當時的設計理念是CR盡量靠近所控制裝置或宜靠近操作較頻繁和控制點較集中的主要操作區(qū)。在朝向裝置側的墻體上留有大面積玻璃窗戶，以便室內操作人員觀察裝置的運行情況。這種設計理念基于兩方面原因：當時裝置自動化程度不高，在裝置運行階段需要更多的現場人員操作干預；從生產管理和縮短線路角度來考慮，CR盡可能和操作頻繁的生產裝置靠近，并有寬敞的通道或場地裝置相連，以利于操作人員往返于現場和CR。

20世紀90年代之后，隨著石油化工項目大型化、一體化的發(fā)展，CR的位置選擇也發(fā)生了較大變化。在石油化工項目設計中，要求本質安全和HSE的設計理念貫穿于設計的全過程。為了保護人員和控制系統(tǒng)的安全，CR的設計應從集中控制和統(tǒng)一管理的理念出發(fā)，提倡全廠或區(qū)域統(tǒng)一考慮，CCR宜布置在生產管理區(qū)。生產管理區(qū)是指在工廠圍墻或邊界內除生產區(qū)、公用和輔助生產設施區(qū)以外的區(qū)域，俗稱“廠前區(qū)”。GB50160—2008《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》中第5.2.16，5.2.17，5.2.18條對CR，FAR位置的確定已做出明確規(guī)定，本次新修訂的規(guī)范中也有具體要求。需要說明的是，在設計過程中，盡管CR，FAR的位置不是由自控專業(yè)人員直接確定的，但自控專業(yè)人員需重點關注以下幾點：

a）合理布線。CCR的進出線主要是與各FAR的通信光纜，采用“一天一地”方式敷設，即一組架空沿管廊在電纜橋架中敷設，另一組在電纜溝中敷設。CR在總圖定位時，自控專業(yè)人員需分析規(guī)劃光纜和電纜的最佳敷設路徑，研究裝置管廊延伸至CR架空管架的可行性和合理性，電纜溝最近路徑的可行性等因素。如果電纜敷設缺乏可行性或合理性，則有必要提出優(yōu)化CR總圖位置的建議。FAR位于各裝置界區(qū)內，其位置也應考慮裝置電纜的合理布線，盡可能減少電纜長度，并便于工程實施、維護及管理，節(jié)省工程費用等。

b）建筑物形式。CR總圖位置的確定與CR建筑物形式有關。SH 3006—1999發(fā)布之前，由于傳統(tǒng)習慣的延續(xù)，石化系統(tǒng)各工廠中較多采用綜合樓的模式，即CR，分析化驗室，機電儀維修，管理辦公等采用同一建筑物，原因在于CR大都不采用抗爆結構設計。SH 3006—1999發(fā)布之后，形成了獨立抗爆結構CR，防爆結構CR（如面向工藝裝置一側的墻采用防爆墻），獨立非抗爆CR，綜合樓型非抗爆CR共存的局面。隨著全社會安全意識的不斷加強，抗爆結構CR越來越得到普及。在石化系統(tǒng)新建或改擴建的項目中，已基本不再采用綜合樓模式。如果業(yè)主為了節(jié)省投資或憑經驗決定采用綜合樓模式或獨立非抗爆CR形式，自控專業(yè)人員有責任提出由安全專業(yè)進行計算評估，或設計評審決定CR結構形式的建議。

c）周邊環(huán)境。在確定CR總圖位置的過程中，除了總圖專業(yè)參照文獻［1］的要求以外，還應關注對控制系統(tǒng)有影響的其他因素。如控制室應遠離高噪聲源、遠離振動源和存在較大電磁干擾的場所；不應與危險化學品庫、變配電所相鄰布置；不應靠近運輸物料的主干道；LCR不宜與變配電所共用同一建筑等。另外，如果能夠關注豎向設計時CR周邊的綠地面積則更好。作為廠區(qū)的一個亮點，CR周邊的空地宜多采用綠化裝飾，少采用水泥地面，以減少生硬單調的壓迫感覺。

3 CR的布置和面積

布置和面積是CR設計的重點，也是業(yè)主最為關注的。它不僅涉及內部區(qū)域的劃分，而且關系到建筑物的外部造型。因涉及工程經驗、審美水平、對規(guī)范的理解等因素，同樣條件下CR的設計會因人而異。因個人發(fā)揮的空間比較大，也是最能體現設計水平的地方。

3.1 布 置

通常業(yè)主的共同要求是“大而全，豪華氣派”。CCR內部的空間布局（房間設置）與工廠的管理和生產模式密切相關。CR常見的房間設置如下：

a）常規(guī)功能。包括操作室、機柜室、工程師室、空調機室、UPS室、過程計算機室、電信設備室、打印機＼復印室、備件室等，儀表維修間根據業(yè)主的需要確定是否設置。

b）相關管理功能。消防監(jiān)控，生產調度，安全＼消防設備，電信，IT，HSE，有的企業(yè)將電氣監(jiān)控中心也集中在CCR。

c）輔助功能。包括交接班室、辦公室、來賓會議室、會議室、培訓室、資料＼閱覽室、休息室＼餐廳、茶水室、更衣室、保潔室、儲藏室、衛(wèi)生間等，其中辦公室的數量根據不同專業(yè)和不同管理人員的需要考慮。

隨著大型CCR功能的增加和“綠色數據中心”設計理念的引入，體現人性化設計，科學合理的空間布局和CR布置是考慮的主要內容，需與業(yè)主多次研究確定。

3.2 面 積

操作室的面積關系到CR的空間布局及面積。操作室的主要功能是生產操作和管理，其設計重在實用，應便于操作人員工作、便于運行和維護、便于清潔，適當整齊實用，“辦公室”化，應考慮操作人員、管理人員的聯(lián)絡和視覺效果。營造“尊重個人”的工作環(huán)境，不應片面追求華麗美觀，既要避免擁擠造成的“壓抑感”，又要避免太大產生的“空洞感”。操作室的面積根據操作臺的數量及布置形式確定，從人性化設計考慮，操作臺宜采用弧形結構及花瓣形布置，既可最大限度地降低各操作組之間的相互干擾，又可避免直形、小弧形布置易產生的“空洞感”。

筆者參與新修訂的《石油化工控制室設計規(guī)范》中給出了“對具有兩個操作站的操作室，面積宜為40～50m2；每增加一個操作站，面積可增加5～8m2”的原則。但在具體項目設計中，建議操作區(qū)域的縱向凈距離（如操作臺距后墻凈距離）不大于6m。

4 CR的建筑和結構設計

在現代大型煉化一體化項目中設置的CCR，已不是單一對生產裝置進行監(jiān)控和安全保護，還將完成生產管理、信息管理、仿真培訓等工作，是企業(yè)的“綠色數據中心”?？梢哉f石油化工CR是企業(yè)技術水平、管理水平、員工綜合素質的集中體現。石油化工裝置的特征決定了石油化工CR的建筑結構設計應將其安全性予以重點關注。CR的安全性設計是隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，全社會安全意識的不斷加深逐步改進的。

4.1 國內CR抗爆設計理念的引入

20世紀90年代之前，國內的CR設計理念中沒有提及“抗爆設計”的內容，而同期國外的工程公司和國際企業(yè)標準中對CR抗爆設計已經有了較為明晰的規(guī)定。隨著國內設計單位與國外工程公司合作的加深，CR的抗爆設計理念逐漸體現在工程設計中，并在國內的具體項目中得到應用。之后石化系統(tǒng)的一次裝置爆炸事故加深了對CR“抗爆設計”的認識。20世紀90年代中期，中石化某煉廠的催化裂化裝置建成投產，該工程的設計方在與國外工程公司的合作中對CR“抗爆設計”已積累了相關經驗。因此，將該裝置的CR設計為抗爆結構。該裝置在1998年發(fā)生了一次爆炸事故，造成與CR相鄰的綜合樓（非抗爆結構）嚴重受損，面向裝置側的窗戶框架嚴重變形，窗戶玻璃全部破碎，室內人員受到不同程度的外傷，設備有所損壞。由于CR采用了抗爆結構設計，CR外墻結構并未受到損壞，室內人員和設備安全得到了保障。

此次爆炸事故的教訓是慘痛的，但CR的設計經驗得到了大家一致的肯定和贊譽，中石化工程部也專門組織下屬的各家設計院相關專家到現場進行調研，并在隨后頒布實施的SH 3006—1999中對于CR“抗爆設計”予以了明確規(guī)定。因此，國內CR的“抗爆設計”理念是在吸收國外設計標準和工程經驗的基礎上，結合國內的工程應用實踐逐步形成的。

4.2 國內對抗爆CR的不同看法

設計抗爆CR的目的：保護內部人員的生命安全；保護內部設備在爆炸危險發(fā)生后不受損壞，能夠實現有序的安全停車操作，可保留事件記錄。SH 3006—1999發(fā)布后，石化行業(yè)聯(lián)合裝置的CR都采用了抗爆結構設計，單一裝置的CR也采取了防爆措施。至今各方人員對此仍有不同的看法，也是項目審查中多有爭議的焦點，主要集中在以下兩點：

a）抗爆CR保護了內部操作人員的生命安全，而與CR相鄰或附近的綜合辦公樓是非抗爆結構，內部人員更多，他們的生命安全為什么不予以保護？

b）抗爆CR保護了內部設備不受損壞，而與CR（或FAR）相鄰或附近的配電室是非抗爆結構。如果爆炸破壞了配電室中的設備并造成全廠或裝置失電，那抗爆CR，FAR中的控制系統(tǒng)還有多大作用，抗爆的必要性還有多大？

上述問題應該這樣理解，不能因為綜合辦公樓是非抗爆結構來推斷相鄰或附近的CR，FAR也可以采用非抗爆結構。盡管目前尚沒有相關標準來規(guī)定辦公樓應距爆炸裝置（爆炸源）多遠，且因歷史原因，現有工廠中存在很多綜合辦公樓布置在裝置區(qū)的現象，但根據本質安全和HSE的要求，綜合辦公樓布置在裝置區(qū)是不合適的，新建工廠宜盡可能把綜合辦公樓布置在生產管理區(qū)。配電室是否要求抗爆目前沒有規(guī)范依據，但在執(zhí)行國外項目中，項目管理方也要求對配電室進行安全評估以確定建筑物的結構形式。如果爆炸破壞了配電室中的設備，造成全廠或裝置失電，抗爆CR，FAR中的控制系統(tǒng)還是有作用的。UPS的備用電池可以供電30min，足以實現有序的安全停車操作。這也正是要求把UPS放置在CR或FAR的原因。有的企業(yè)的UPS屬電氣專業(yè)管理，會提出把UPS放置在配電室的要求。這時，管理習慣要服從本質安全的需要。

4.3 國外標準對控制中心安全防護的規(guī)定

關于石油化工CR安全防護設計的相關內容，下列標準可提供借鑒：API RP550煉油廠儀表及調節(jié)系統(tǒng)安裝手冊第12部分“控制中心”，ISARP60.1 Control Center Facilities，API RP554 Part2 Process Control Systems Design，PIP STC01018 Blast Resistant Building Designs Criteria（Process Industry Practices），DEP 34.17.10.30 BlastResilientandBlastResistant ControlBuildings／Field Auxiliary Rooms（SHELL Design and Engineering Practice）。

4.3.1 API RP550

API RP550第12部分“控制中心”第12.3.2.3款對外部爆炸的防護有以下論述：“由統(tǒng)一操作而產生的大型控制中心也會引起危險的集中。含有操作整個煉廠或者大量工藝單元所需的全部控制系統(tǒng)的建筑物一旦損壞，將造成大量設備的停工，成本十分昂貴。因而在構筑控制中心時，使其具有適當程度的抵御爆炸的能力是必要的”。12.4.2條對建筑上的考慮：“抗爆結構的實際設計標準取決于存在的潛在條件和需要保護的程度。這種結構的定義是建筑物能承受在30.5m以外裝置的爆炸（爆炸的能量相當于1t的TNT炸藥），發(fā)生中等程度的結構損壞，但沒有倒塌。其目的是遭受這樣的爆炸時，仍能保證人身的安全和工廠的操作”。

4.3.2 ISA RP60.1

ISA RP60.1第3.3.1.3款“Blast Waves and Fragments”指出了來自工藝裝置或儲罐區(qū)的爆炸危險，對于防沖擊波和碎片的考慮如下：

a）中等程度爆炸。外墻和屋頂應設計能抵御過壓近似在3.44kPa的靜荷載或者20.7～34.5kPa的動荷載。單獨支撐的屋頂應使用防護墻。如果在爆炸面需要設防爆窗或可視板，應使用不碎材料，并且不大于254mm×254mm。內墻應能抵御3.44kPa的過壓靜荷載。

b）嚴重的爆炸。外墻和屋頂應設計能抵御過壓近似在20.7kPa的靜荷載或者68.9～103.44kPa的動荷載。增加負荷時應考慮一個大的潛在的爆炸或者裝置至爆炸源的近距離要求，通常要求采用鋼筋或者同等結構，不應有窗。外門的設計和位置應予以特殊的考慮。

4.3.3 API RP554Part2—2008

API RP554Part2第13章“控制中心”中描述：“控制中心應位于區(qū)域劃分等級為非危險區(qū)域；控制中心可能需要采用抗爆結構設計，以便在事故發(fā)生時能夠保證人身安全，保護控制系統(tǒng)計算機設備，保證操作人員仍能有序地進行緊急停車操作；詳細信息參見PIP STC0101ABlast Reasistant Building Design Criteria”。

4.3.4 PIP STC01018

PIP STC01018A－1.2中描述“石化裝置抗爆建筑物設計中普遍遇到的問題是確定抗爆設計壓力，即壓力達到多少時需要采用抗爆設計。很多公司采用3.4～6.9kPa的側向超壓作為抗爆設計壓力，該壓力可以對普通建筑物造成表面損壞或中度損壞，需維修后方可繼續(xù)使用”。PIP STC01018中描述“抗爆建筑物應首選單層箱型結構，高度5m，兩層結構在絕對需要（如總圖布置不允許單層設置）時也可以采用”。PIP STC01018A－4.2.3中描述“業(yè)主應按照PIP STC01018－D／DM數據表指定爆炸荷載數據，至少需提供建筑物位置的側向超壓；通常有三種途徑指定爆炸荷載數據：采用現有規(guī)范如SG－22中的數值；權威公司的一般經驗值；依據危險分析評估報告”。

4.3.5 DEP 34.17.10.30

殼牌（Shell）的DEP 34.17.10.30第2.2節(jié)“爆炸荷載設計考慮及信息”中有如下描述：爆炸荷載（側面過壓）和碎片撞擊將決定CR和FAR建筑物的結構及位置。爆炸、碎片撞擊和熱輻射荷載信息應來自危險評估或項目負責人。下列共同的要求適用于CR及FAR：

a）爆炸荷載（頂／側過壓）小于5kPa或一個脈沖沖擊力小于200kPa／ms時，無附加的防爆要求，應采用夾層安全玻璃。

b）爆炸荷載（頂＼側過壓）在5～20kPa（持續(xù)時間50～150ms）時，應采取防爆結構、夾層安全玻璃和防爆門。

c）爆炸荷載（頂＼側過壓）在20～45kPa（持續(xù)時間50～150ms）時，應采用增強防爆結構、夾層安全玻璃和增強防爆門。

d）爆炸荷載（頂＼側過壓）在45～65kPa（持續(xù)時間50～150ms）時，應采用抗爆結構設計、夾層安全玻璃和防護欄桿（護欄方格小于0.25m2），并增強防爆門。

e）爆炸荷載（頂＼側過壓）大于65kPa時，需請示項目負責人。

f）如果會遭受到碎片撞擊（爆炸引起）的潛在影響，且在距離小于200m的范圍內，則外墻和屋頂需建成鋼筋混凝土結構。

4.4 國內相關標準

4.4.1 石油化工控制室設計規(guī)范

SH 3006—1999修訂稿已于2010年完成，目前等待發(fā)布實施。其中第4.4節(jié)“建筑、結構”中規(guī)定：“對于有爆炸危險的石油化工裝置，控制室建筑物的建筑、結構應根據抗爆強度計算、根據分析結果設計”。

該規(guī)范在修訂過程中，希望能夠提出量化指標以確定CR在什么情況下需要抗爆結構設計，什么情況下不需要。由于缺少依據，從距離上量化，即控制室距離裝置多少米時可以采用非抗爆結構？該問題一直是相關專業(yè)（安全專業(yè)、建筑專業(yè)、結構專業(yè)）無法量化解決的問題。裝置的爆炸力與裝置的規(guī)模大小、物料特性、操作條件等諸多因素有關，需要安全專業(yè)進行抗爆強度計算，距離相同時，不同裝置所產生的爆炸力不同。因此采用距離區(qū)分是否抗爆缺乏依據。對于爆炸力的量化，即裝置的爆炸力小于多少kPa時可以采用非抗爆結構，由于目前建筑專業(yè)無從驗證不同量值的爆炸力與建筑物不同破壞程度之間的對應關系，亦無法確定抗爆結構的爆炸力限值。

對于有爆炸危險的石油化工裝置，安全專業(yè)對CR建筑物的抗爆強度計算分析和評估一般采用專業(yè)軟件進行。如中石化幾家工程公司采用DNV公司的PHAST（流程工藝安全分析）軟件；中石化青島安工院采用GexCon公司的FLACS軟件。表1是安全專業(yè)對某項目計算評估后提出的評估表。

表1 xx項目裝置爆炸對CCR／FAR建筑物影響評估

對于沒有安全專業(yè)或安全專業(yè)尚不能提出“裝置爆炸對CCR／FAR建筑物評估表”的設計單位，“CR是否抗爆”會是自控專業(yè)需要面對的問題，主要原因有兩方面：

a）自控專業(yè)代替不了安全專業(yè)。因安全專業(yè)的缺乏，相當一些人認為“CR是否抗爆”由自控專業(yè)決定，但該問題已超出了自控專業(yè)的范圍。

b）如何解決這一問題，筆者提出一個參考辦法：建筑或自控專業(yè)提出一個項目級的設計評審申請，由項目經理組織安全、總圖、工藝、建筑、結構、暖通、自控等專業(yè)進行評審，最終的評審結論作為設計條件的依據。設計評審是質量管理體系中的一個重要環(huán)節(jié)，也是設計質量檢查的主要內容之一?！癈R是否抗爆”方案進行設計評審雖然滿足了設計質量的控制要求，但這種“集體拍板，定性抗爆”的結果會造成建筑物設計與實際需要存有偏差。例如，按照安全專業(yè)提出的量化數據設計的建筑物墻厚可能是200mm，而定性不定量要求抗爆后，建筑結構專業(yè)按規(guī)范中推薦數據設計的建筑物墻厚可能是400mm。正確的辦法是強化安全專業(yè)的力量，實事求是，用數據說話。PIP標準對此具有靈活性和可操作性，該標準規(guī)定爆炸荷載數據的提供由業(yè)主負責。該標準的影響力日趨擴大，許多國際大型石化企業(yè)和工程承包商已加入PIP團體。國內目前還沒有企業(yè)加入PIP團體，還做不到按PIP要求由業(yè)主提供爆炸荷載數據。

4.4.2 石油化工控制室抗爆設計規(guī)范

《石油化工控制室抗爆設計規(guī)范》SH 3160—2009是建筑結構專業(yè)為設計抗爆結構CR而制定的。CR是否抗爆的定性需要經過爆炸危險的量化計算與評估，而國內的部分設計單位尚未購買相關軟件，或者缺乏專業(yè)人員。因此，在CR的抗爆設計中對“爆炸的沖擊波參數”的確定相對困難。建筑結構專業(yè)為解決上游專業(yè)提不出量化數據的問題，參考國外標準對“爆炸的沖擊波參數”的取值在SH 3160—2009中做出了規(guī)定。如果上游專業(yè)提不出峰值入射超壓和持續(xù)時間，他們將按照規(guī)范中的數據進行設計。該規(guī)范第6.3節(jié)“爆炸的沖擊波參數”中規(guī)定：“控制室抗爆設計采用的峰值入射超壓及相應的正壓作用時間應根據石油化工裝置性質以及平面布置等因素綜合評估確定。若沒有進行評估時，也可按照下列規(guī)定確定，并在設計文件中說明：沖擊波峰值入射超壓21kPa，正壓作用時間100ms；或沖擊波峰值入射超壓69kPa，正壓作用時間20ms；爆炸沖擊波形：時間為零時至正壓作用時間，峰值入射超壓從最大值到零的三角形分布”。

規(guī)范中采用的兩種沖擊波參數與Siting and Construction of New Control Houses for Chemical Manufacturing Plants，Safety Guide SG－22中相同。根據該指南定義，抗爆建筑物要足以抵抗外部裝置爆炸所產生的沖擊波超壓為69kPa，作用時間為20ms。這大概相當于一個球體在自由空氣中爆炸（1US ton TNT在距中心距離30.5m處）所產生的沖擊波超壓。為抵抗這種爆炸，結構允許產生中度損壞而不倒塌。在這種情況下，CR內人員可保證安全，設施保證具有可操作性。對于蒸汽云爆炸，設計計算時不用69kPa，作用時間20ms的爆炸沖擊波，而采用沖擊波超壓為20kPa，持續(xù)時間為100ms的沖擊波。它近似相當于直徑60m，高達4m乙烷體積分數為6%的氣體爆炸，距中心距離75m處產生的沖擊波超壓。

該規(guī)范統(tǒng)一了抗爆建筑物的結構設計要求，建筑物單面墻（面向工藝裝置一側的墻采用防爆墻）的防爆措施已不再適用，建筑物必須五面抗爆。

4.5 FAR是否抗爆

FAR位于或靠近所屬的工藝裝置區(qū)域，應位于爆炸危險區(qū)域外。規(guī)范要求FAR是否設計為抗爆結構仍需要安全專業(yè)進行抗爆強度計算、分析后確定。從石油化工行業(yè)的實際經驗看，抗爆結構的FAR具有如下優(yōu)點：

a）FAR內不僅在開車及試運行階段有較多人員，而且在正常生產階段也會有少量人員，抗爆結構的FAR更有利于保護人身安全，更加符合本質安全設計理念。

b）FAR內的控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)設備承擔所屬裝置的控制和安全聯(lián)鎖，抗爆結構的FAR在遭遇爆炸沖擊波的情況下，仍可實現裝置有序的安全停車。

c）FAR內的控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)設備昂貴，并且毀壞后的恢復時間很長，需要重新采購、集成、組態(tài)、安裝及回路聯(lián)調等，特別是有些裝置帶有專利控制系統(tǒng)，需通過專利商采購，恢復時間更長，對重新恢復生產很不利。

d）抗爆結構的FAR在危險情況下可作為緊急避難場所。

5 控制室的進線方式

SH 3160—2009發(fā)布之前，CR，FAR的室外進線有架空穿墻進線、在室外地面上開洞或埋管進線、墻外附設抗爆電纜間進線、地下開洞或埋管電纜溝進線等多種方式。從抗爆安全考慮，為了防止裝置爆炸產生的超壓通過電纜槽盒及建筑物外墻上的開洞進入室內，SH 3160—2009對抗爆結構的CR或FAR的進線方式做了嚴格規(guī)定，其中第5.1.8條“室外電纜進入室內應采用電纜溝進線方式，基礎墻體洞口采用防火材料封閉，溝內充砂。不得在室內地面以上的外墻上開設電纜進線洞口”；第5.1.9條“室內、外地面高差不應小于600mm，其中活動地板下基礎地面與室外地面的高差不應小于300mm”。該規(guī)范不再允許采用架空穿墻進線和墻外附設抗爆電纜間進線方式。

根據工程項目的實踐經驗，地下進線的防水問題很難解決，電纜泡水現象在南方較為普遍，不但增加了電纜維護工作，而且會影響電纜的性能及壽命，對控制系統(tǒng)的安全可靠性形成潛在威脅。而架空地面上進線有利于防水、防污和防鼠，便于施工維護、費用低。因此，新修訂的《石油化工控制室設計規(guī)范》推薦采用架空進線方式。當受條件限制或需要時，可采用電纜溝進線方式。兩個標準對于CR進線方式看起來互相矛盾，實際上可以統(tǒng)一（參見圖1～2）。結合工程項目的應用經驗，下面列舉幾種抗爆CR，FAR的進線方式供參考。

5.1 架空敷設室外地面上進線

理想的進線口位置是在室外地面以上，既便于施工又解決了防水問題。從SH 3160—2009要求的“不得在室內地面以上的外墻上開設電纜進線洞口”和“活動地板下地面與室外地面的高差不應小于300mm”兩點可以看出，在活動地板下地面與室外地面之間的“高差”中進線是規(guī)范允許的，也是可行的。采用這種方式時，每個電纜進線口的面積宜不大于1m2。

5.1.1 多列單層槽盒進線方式

對于中小規(guī)模的機柜間，一般當800mm× 200mm電纜槽盒數量不大于3個時，建議采用單層槽盒進線方式。該方式建議活動地板下地面與室外地面的高差不應小于600mm，如圖1所示。

圖1 多列單層槽盒進線方式

5.1.2 多列雙層槽盒進線方式

對于大中規(guī)模的機柜間，一般當800mm× 200mm電纜槽盒數量大于3個時，建議采用雙層槽盒進線方式。該方式建議活動地板下地面與室外地面的高差不應小于850mm。該方案人為地將機柜間的室內基礎地面抬高，以便留出進線口需要的空間。為了局部進線的需要，將整個建筑物的高度提高會帶來建筑費用的增加，如圖2所示。

圖2 多列雙層槽盒進線方式

5.2 架空敷設室外地面下進線

架空敷設室外地面下進線也是工程設計中常用的一種進線方式。根據已實施的工程項目經驗，該方式在電纜進口工作面（電纜入口池）處的電纜防水問題應是設計人員關注的重點。具體應注意以下幾點：

在地下條件允許的前提下，地下電纜進線口的位置要盡可能靠上。通常結構專業(yè)為了減小力矩，地下基礎梁底距室外地面1.5m左右，梁高700mm左右，則室外地面下與基礎梁上方之間有800mm左右的空間可以進入電纜。當要求電纜入口高度大于800mm時，通常建筑專業(yè)會將電纜入口設在基礎梁下。

電纜入口池中設置排水井。由于坡度及施工誤差等原因，實際排水效果可能并不理想，需要給予特別關注。

電纜進線口洞底標高應高于室外池底標高0.3m以上，并采取防水密封措施。電纜進線口的室外地面區(qū)域（電纜入口池區(qū)域）建議設置保護圍堰。圍堰的作用是防止地面上的雨水流入到電纜進口池中，圍堰的高度建議在0.6m以下。

裝置開車后，建議圍堰上部采用水泥蓋板密封，達到防水要求。有的企業(yè)采用水泥現澆密封，防水效果好，但再次打開不方便。

5.2.1 采用電纜入口池進線方式

電纜槽盒架空敷設至機柜間地下電纜進線口上方距機柜間外墻約1.5m處下至電纜入口池中，電纜槽盒可以與池底接觸固定，也可以下至距池底0.5m左右與池壁固定。地下電纜進線洞口的設置數量和大小根據電纜的數量和規(guī)格確定，如圖3所示。

圖3 電纜入口池進線方式

5.2.2 采用預制電纜隧道進線方式

建筑專業(yè)在室外地面下沿電纜入口（高度通常大于800mm，洞口設在基礎梁下）外沿預制方形水泥電纜隧道至室外地面上，底部高于地面200mm，電纜入口的密封面在室外地面上。該方案適用于儀表電纜數量很多的場合，考慮到內部拆裝模具的施工需要，通常電纜隧道內徑不小于1.5m。預埋多根鋼管的方案在實際工程中也被采用，但鋼管穿墻處的建筑處理較為復雜（既要確保密封，又要允許鋼管活動），如圖4所示。

圖4 預制電纜隧道進線方式

5.3 電纜溝進線方式

盡管電纜溝進線是工程中通用的一種方式，但在南方多雨地區(qū)建議謹慎采用。在已實施的工程項目中，電纜溝內積水現象較難避免，這與排水井處的設計坡度、施工質量、溝蓋板密封形式等有關。在電纜數量較多，需要通過多個電纜入口進入室內時，建議在電纜入口的工作面也設置電纜入口池（橫溝），寬度不小于2m，長度根據進口的電纜數量確定，如圖5所示。

圖5 電纜溝進線方式

不論采用哪種進線方式，電纜進線口底標高應高于室外溝（池）底標高0.3m以上；電纜進線口與建筑物防雷引下線的距離應不小于3m；電纜進線口建議采用滿足防爆、防火、防水、防鼠要求的專用電纜密封模塊進行密封；現場澆注發(fā)泡密封形式也有所應用。

6 設計中關注的其他問題

CR設計中還會遇到一些與業(yè)主要求有關，設計標準難統(tǒng)一或寫入規(guī)范尚不成熟的問題，在具體設計中應予以重視。

6.1 裝 修

隨著CCR在工廠中地位的提升，CR的裝修問題越來越凸顯，傳統(tǒng)的裝修水平已不適應各方對CR裝修效果的期望。因此，有必要提高CR建筑物內部的整體裝修要求?，F在的CR裝修中，吊頂和地面已基本到位，需要改進的主要是建筑物內各立面裝修用材的選擇。常規(guī)的乳膠漆或墻紙墻面材質使用壽命短，造成以后多次裝修是不可避免的，應謹慎采用。近幾年新建的大型CCR中，如拋光磚等各種新型墻面材料的應用取得了很好的效果。設計中，在可研階段就要與業(yè)主和建筑專業(yè)溝通，確定整體裝修水平，選擇合適的墻面材料，做出相應概算。因裝修涉及到多方面因素，寫入設計規(guī)范尚不成熟。

6.2 FAR是否設置外操間

FAR是否設置外操間不是自控專業(yè)自行決定的問題，取決于業(yè)主的操作管理習慣和要求，以及項目的設計統(tǒng)一規(guī)定。操作工的外操駐地是統(tǒng)一考慮還是分布在各個FAR，不同的業(yè)主有不同的見解。對于新建工廠，尤其是多家設計單位采用EPC模式實施同一項目時，在總體設計階段，總體設計單位應與業(yè)主共同落實FAR是否設置外操間的問題，并在設計統(tǒng)一規(guī)定中做出規(guī)定。

6.3 FAR是否設置衛(wèi)生間

工廠衛(wèi)生間的設置方案也是在總體設計階段需要落實的問題。大多數工廠根據總平面的布置分區(qū)域集中設置，有的業(yè)主希望將衛(wèi)生間設置在各個FAR中。FAR大多是抗爆建筑物，無法實現自然通風。自然通風的衛(wèi)生間能夠避免不常使用造成水封失效、有害氣體倒灌傷人的潛在隱患。對于設有外操間的FAR，設有衛(wèi)生間盡管帶來了方便，但清掃保潔問題大多解決得不好。通過對工廠的調查顯示，多數建議FAR不設置衛(wèi)生間。因此，新修訂的《石油化工控制室設計規(guī)范》中規(guī)定“現場機柜室不宜設置衛(wèi)生間”。

7 結束語

隨著CCR功能的強化和“綠色數據中心”設計理念的引入，CCR在工廠中的地位越來越重要。因此，對石油化工CR的設計提出了更高的要求。如何將本質安全，HSE，人性化設計等要求體現在CR的設計中，是每一個參與CR設計者需要認真思考并身體力行的問題。

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