□閆 云 胡肖靜

一、項目背景

某工業(yè)廠房內(nèi)部三個相鄰房間的設備進行操作時將產(chǎn)生可燃體氫氣。由于廠房使用功能的需要，三個房間除南側(cè)外，其他三面及屋頂均為有使用功能的房間，廠房一層平面圖如圖1所示。因此只有南側(cè)外墻可采取泄壓設施，根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》GB50016-2014(2018年版)第3.6.4條規(guī)定，經(jīng)過計算，三個房間可用泄壓面積均不能滿足規(guī)范規(guī)定。

圖1 一層平面圖

但該廠房的平面布置與生產(chǎn)要求緊密相關(guān)，依照現(xiàn)行消防技術(shù)規(guī)范對該廠房進行平面調(diào)整不能滿足生產(chǎn)的要求。因此，在滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝要求的前提下，就必須對該廠房的泄壓設計方案的可行性開展進一步的分析研究，確定其他可行且等效的替代做法，以達到規(guī)范規(guī)定的消防安全水平。

二、采取措施

在滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝要求的前提下，對該廠房的泄壓設計方案的可行性開展進一步的分析研究，并通過國家權(quán)威部門的可行性評估，以達到規(guī)范規(guī)定的消防安全水平。采取如下安全措施。

(一)氫氣探測及通風。設計中設置氫氣導出系統(tǒng)，可在事故工況下及時導出工藝系統(tǒng)內(nèi)的氫氣。此外，設置完善的可燃氣體監(jiān)測系統(tǒng)和事故通風系統(tǒng)。

(二)抗爆設計?？紤]到可用泄壓面積小于規(guī)范所需泄壓面積，有爆炸危險的三個房間之間以及與其他相鄰房間的墻體及屋面板采用鋼筋混凝土防爆結(jié)構(gòu)。按照氫氣存量最大房間的氫氣爆炸計算壓力增加峰值，根據(jù)爆炸壓力增加峰值對結(jié)構(gòu)形變、應力和配筋等方面進行驗算，確保結(jié)構(gòu)在爆炸壓力增加峰值作用下結(jié)構(gòu)的安全。并按照2.5倍、10倍進行校核計算，即結(jié)構(gòu)在承受2.5倍的壓力下墻體和周邊結(jié)構(gòu)構(gòu)件不會破壞；在10倍的壓力下結(jié)構(gòu)整體不會發(fā)生倒塌。

并根據(jù)《石油化工控制室抗爆設計規(guī)范》GB 50779-2012要求，主要采取如下構(gòu)造措施:第一，按照《建筑抗震設計規(guī)范))GB50011-2010(2016年版)中邊緣構(gòu)件的規(guī)定，將墻體兩端設暗柱加強；第二，樓板及墻體雙面配筋，單面豎向和橫向分布鋼筋最小配筋率均不小于0.25%，并不大于1.5%。屋面板厚度為200mm，墻體厚300mm；鋼筋采用搭接接頭；第三，墻體及框架構(gòu)造符合《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010(2016年版)的有關(guān)規(guī)定。

三個房間之間以及與其他相鄰房間的鋼筋混凝土墻體及屋面板，其承壓能力遠大于最大量氫氣爆炸條件下的壓力峰值。即使在最不利條件下發(fā)生氫爆，也能確保在爆炸壓力增加峰值作用下結(jié)構(gòu)的安全。

(三)泄壓措施及泄爆墻的選用。根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》GB50016-2014(2018年版)第3.6.2條規(guī)定，有爆炸危險廠房或廠房內(nèi)有爆炸危險的部位應設置泄壓設施。同時，規(guī)范規(guī)定泄壓設施宜采用輕質(zhì)屋面板、輕質(zhì)墻體和易于泄壓的門、窗等，且作為泄壓設施的輕質(zhì)屋面板和輕質(zhì)墻體的單位質(zhì)量不宜超過60kg/m2。

考慮到本廠房泄壓面積不能滿足規(guī)范要求，為確保廠房安全，三個房間的南側(cè)外墻設計時采用容重更輕的材料作為泄壓面積的構(gòu)配件，同時采取其他等效替代安全措施，滿足總體安全要求。

圖2 泄爆墻體結(jié)構(gòu)示意圖

本廠房三個房間的南側(cè)外墻采用國標圖集《抗爆、泄爆門窗及屋蓋、墻體建筑構(gòu)造》(14J938)的巖棉夾芯彩鋼板作為輕型泄壓墻體，泄爆設計方案采用單向泄爆螺栓式泄壓方式，如圖2所示。巖棉夾芯彩鋼板是以水平龍骨為墻梁支撐的多跨連續(xù)板，巖棉夾芯彩鋼板與墻梁之間用泄爆螺栓固定。為快速泄壓和避免產(chǎn)生二次危害，且不使巖棉夾芯彩鋼板亂飛，在巖棉夾芯彩鋼板與墻梁之間采用牽引絞索控制。

單個泄爆螺栓的泄壓值取350N，根據(jù)廠房的爆炸壓力峰值，并結(jié)合風荷載等荷載工況，經(jīng)過計算，取泄爆螺栓個數(shù)為6個/m2。

三、結(jié)論與建議

目前，大量新型輕質(zhì)材料得到開發(fā)和應用，為降低泄壓面積構(gòu)配件的單位質(zhì)量提供了條件。在進行同類工業(yè)廠房設計時，應盡可能地降低泄壓面積構(gòu)配件的單位質(zhì)量。同時，為快速泄壓和避免產(chǎn)生二次危害，泄壓面積的構(gòu)配件在材料的選擇上除了要求容重輕以外，最好對構(gòu)配件采取適當?shù)臓恳胧?，或?gòu)配件具有在爆炸時易破碎成碎塊的特點，以便于泄壓和減少對人的危害。同時，泄壓面積應避免面向人員集中場所和主要交通道路，以免造成人員大量傷亡和交通道路堵塞，減小災害的影響。