石化企业中心控制室的抗爆需求探讨.docx

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1、石化企业中心控制室的抗爆需求探讨张*。刘*（1.中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东青岛266071；2.海工英派尔工程有限公司，山东青岛266061）摘要：石油化工企业中心控制室通常采用抗爆结构，随着企业规模的不断扩大，中心控制室的生产管理功能逐渐增强，越来越多的企业希望中心控制室能采用非抗爆结构设计以满足室内人员的舒适性要求。叙述了中心控制室的抗爆要求，并引用近年来爆炸超压对建筑物的影响、蒸汽云爆炸超压后果预测模型和空气中爆炸冲击波传播规律等领域的一些研究成果，探讨了爆炸冲击波超压与控制室抗爆结构之间的关系，商讨如何根据距离判断中心控制室是否可以选择非抗爆结构，并给出了初步的量化指标，

2、供自控设计人员参考。关键词：中心控制室抗爆结构蒸汽云爆炸冲击波超压中图分类号：X932文献标志码：B文章编号：1007 -7324 （2013） 05 -0007 -05Discussion on Blast Resistant Requirement of Central Control Room for Petro-Chemical EnterpriseZhang Shaopengl , Liu Xiuqin2(1. CPECC East-China Design Branch, Qingdao, 266071, China；2. Cooec-Enpal Engineering Co. L

3、td. , Qingdao, 266061, China)Abstract: The central control room (CCR) in petrcrchemical enterprise is usually constructed with blast resistant. With thecontinuous expansion of enterprise, the production managerial functions of CCR are becoming more and more. To makeindoor human comfortable, more and

4、 more enterprise prefer to use non-blast resistant structure for the CCR. The requirementof blast resistant for CCR has been disclosed in detail. With the quotation of some new research results in the fields ofexplosion overpressure effects on buildings, models lbr predicting the strength of vapor c

5、loud explosion and propagation ruleof explosion shock wave in the air, the relationship between explosion overpressure and blast resistant control room isdiscussed, and how to make the judgment on whether CCR could adopt non-blast-resistant structure based on the distancebetween CCR and explosion ha

6、zard phints are also discussed. Some preliminary parameters are recommended, and can beused as the reference for instrumentation designers. Key words: central control room； blastresistant structure； vaporcloud；blastshockwave；overpressure中心控制室作为石化企业的控制中心和数据中心，正在发挥越来越大的作用。许多新建大型石 化项目，要求中心控制室除了具备传统的生产操

7、作和过程控制功能外，还要承担更多的生产管理功能，成为全厂的生产管理中心、安全环保管理中心和机动中心。出于安全性的考虑，中心控制室通常设计成抗 爆结构，但抗爆结构造价高、空间封闭、面积受限，难以满足室内办公人员对光照、通风等方面的舒适 性要求。目前由于中心控制室功能提升，大量生产 管理和技术人员进入办公，要求控制室要像常规办公室那样在外墙开窗。因此，能否在保证安全性的前提下，进行人性化设计，选择非抗爆结构的中心 控制室，成为业内讨论的重点话题。一般认为，如果建筑物远离爆炸源，建筑物受到的爆炸冲击力可以忽略不计，就不必进行抗爆设计。但建筑物离爆炸源多远、冲击力多大可以不进行抗爆设计，尚无定论。稿件

8、收到日期:2013 -04 T5,修改稿收到日期:2013 -05 -09.作者简介：张少鹏（1970），男，辽宁抚顺人，1991年毕业于大连理工大学自动控制专业，现就职于中国石油工程建设公司华东设计分公司电控室，任主任工程师、高级工程师，曾在石油化工自幼化、自动化博览等刊物上发表论文多篇。SH/T 30062012 (石油化工控制室设计规范第4. 4条中规定“对于有爆炸危险的石油化工 装置，控制室建筑物的建筑、结构应根据抗爆强度计算、分析结果设计”。与SH 30061999石油化工控制室和自动分析器室设计规范相比，新版规 范不再强调“联合装置的中央控制室建筑物应采用 抗爆结构设计”，也没有给

9、出控制室是否应采用抗爆结构设计的星化判断标准。按照新版规范的解 释，该问题应由安全、建筑和结构专业人员解决，但这些专业人员无论是从距离上星化，还是从爆炸力上量化，都缺少相关依据，因而未能有效解决该问题。作为中心控制室的主体设计专业，自控专业的设计人员-一直非常关心中心控制室是否需要采用抗爆结构设计，因为这对规划中心控制室的位置和功能结构非常重要。针对该问题，笔者进行了一些 探讨，对控制室是否需要采用抗爆设计提出了初步的量化指标，供自控设计人员参考，以便在中心控 制室设计中结合不同的需求，合理规划其位置和功能。1中心控制室的抗爆需求石油化工企业中可能存在的爆炸形式有蒸汽云爆炸VCE (Vapor

10、 Cloud Explosion) a压力容器 爆炸以及粉尘爆炸，但主要应考虑VCE。爆炸时产生的高温高压气体以极高的速度沿球面膨胀，把爆炸反应释放出的部分能星传递给相邻被压缩的空气层。空气受冲击而发生扰动，使其 压力、密度等产生突变，这种扰动在空气中传播被称为冲击波，冲击波通过时产生的超过大气压的空气压力被称为超压。冲击波产生的破坏作用主要是由其波阵面上的超压引起的，在超压作用下，建 筑物可能被摧毁，设备、管道等可能会遭到破坏，人 员也可能出现伤亡。API RP554 PART2 Process Control Syste?nDesign第13.3节中提出：“控制中心可能要建设 成抗爆结构，

11、以便在事故发生时能保护操作人员和计算机过程控制设备的安全，实现工艺过程的安全有序停车。”由于操作人员和计算机设备都处于中心控制室建筑物保护之下，因而建筑物在爆炸事故下可能的破损程度，是判定中心控制室是否选择抗爆结构 设计的主要因素。在爆炸中，建筑物的门窗玻璃通常比墙体更 容易损坏。爆炸中，如果只损坏少量的玻璃，中心控制室的建筑物可以按照普通工业办公建筑进行设计，但应采用安全玻璃；如果玻璃破损严重，需在建筑设计中考虑取消外墙上的玻璃窗；如果爆炸使建筑物结构损坏，就应合理采用抗爆 结构设计。当然，中心控制室建筑结构的破损不能危及室内人员的生命安全，人无伤的爆炸超压上限是6. 86 kPa。O2爆炸

12、超压与控制室结构选择爆炸冲击波产生的破坏作用可用峰值超压、持续时间和冲星3个特征参数衡量。其中，峰值超压是衡量爆炸冲击波的最重要参数。定量分析爆炸冲击波的危害，最简便的方法就是分析爆炸超压与 破坏作用的关系。许多国际先进标准中提出了不同的爆炸超压 下，对中心控制室建筑结构的要求。ISA RP60. 1 ControlCenter Facilities, DEP34. 17. 10. 30 Blast Resistantand Blast Resistant Control Buildings/ FieldAuxiliary Rooms等标准对爆炸超压与抗爆结构设计的关系进行了描述。DEP34.

13、 17. 1(). 32 Design andEngineering of Buildings进一步才旨 出爆炸荷载(侧/顶过压)小于1 kPa时，建筑物无防爆要求;在15 kPa时，门窗应采用夹层安全玻璃。但是，在这些标准中，并没有列出选定这些参数的依据。DNV以表的形式说明爆炸超压对建筑物的破 坏影响，见表1和表2所列，该2组数据分别引自1972年Clancey VJ在苏格兰爱丁堡第六届科学国际会议上的报告爆炸破坏的判断特点和Stepgens在1970年的研究结果。表1爆炸超压对受到冲击的炼油设施的影响压力/kPa破坏程度3窗户和仪表破碎7仪器设备破坏10控制室钢结构屋顶倒塌控制室混凝土建

14、筑物框架变形14控制室混凝土屋顶倒塌24控制室承重墙被破坏表2爆炸超压造成的破坏影响压力/kPa破坏程度0. 1讨厌的噪音(137 dB),低频(10-15 Hz)0. 2偶尔震破受压的大玻璃窗户0. 3高噪音(143 dB),声音鹿破玻璃续表2压力/kPa破坏程度0.7震破受压的小窗户1.0典型玻璃破碎的压力2. 1安全距离（有0. 95的可能性，超过这个值就不会造成严重的破坏）对房屋的天花板造成一些破坏，10%的窗户玻璃破碎2.8有限的较小结构损坏3. 46 9大小窗户通常会被粉碎4.8对房屋的结构造成较小的破坏6.9房屋部分毁坏，无法居住6. 9-13.89.0波纹状的石棉被粉碎波纹状的

15、钢或铝板被弯曲造成建设物架的钢结构轻微地扭曲13.8房屋墙和屋顶部分坍塌13. 8-20. 7没有加固的混凝土或空心砖的墙壁被粉碎15.9严重结构损坏的最低限度17.2砖砌的房屋受到50%的破坏20.7工厂厂房里的大型机器（1 362 kg （3000 1b）遭到少许的损坏钢结构的建设物被扭曲并脱离地基27.6轻工业厂房的夏合钢结构破裂34.5 48.3房屋几乎完全被毁坏68.9房屋可能完全损坏大型机床（3 178 kg （7 0001b）被 移动并遭到严重损坏破坏程度表3和表4列出了爆炸冲击波超压与建筑物破坏程度的对应关系。表3爆炸冲击力对砖结构建筑物的破坏作用结构部件典型的破坏压力（表压）/kPabr v20 -70房间门20 30轻分隔墙20 5()50 mm厚的矿渣砖墙40 5()未加固的破墙7