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关于化工企业建筑防爆设计的探讨
作者：刘志坚 陆婷婷
来源：《建筑建材装饰》2014年第03期
摘要：近些年来，由于经济与科技水平的不断发展与进步，我国化工行业也取得了飞速的发展。但不断发生的爆炸、火灾事故给人们的生命及财产安全带来了巨大威胁。因此，为了能满足化工企业安全生产的需要，避免在生产过程中出现不必要的爆炸、火灾事故，笔者结合实际工作经验，对化工企业建筑物中隐藏存在的爆炸因素进行了简要阐述，并结合实例提出优化建筑防爆设计的方法，以期能为同行提供参考，进而能减少化工企业的爆炸事故，保障人们的生命财产安全。
关键词：化工企业；建筑；防爆；泄爆；隔爆；建议 前言
据统计，我国化工企业火灾爆炸事故的死亡人数占因公死亡总数的13.8%，居第一位。火灾爆炸事故一旦发生，爆炸威力强，燃烧速度快，过火面积大，扑救困难，极易造成污染。而在化工企业生产储运过程中，大量易燃易爆物质的使用，高温高压的操作过程，安全隐患难免存在，如何提高化工企业的安全系数，预防事故发生，是我们要解决的最基本的问题。 1化工建筑爆炸危险分析
爆炸事故的发生是由多种原因引起的，首先，生产工艺不稳定，超高压、超高温运转，极易引起设备老化和疲劳，造成介质跑、冒、滴、漏；其次，工人操作失误，麻痹大意也是引发事故的重要原因；一旦有明火甚至微小的火花遇到易燃易爆物质，后果不堪想象。以下简单分析一下化工企业建筑的危险环境。 1.1建筑物火灾危险性分类
《建筑设计防火规范》GB50016（以下简称建规）将生产的火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊五类，其中甲、乙、丙类为可燃物质，丁戊类为难燃和不燃物。甲类物质及部分乙、丙类物质有爆炸危险。 1.2爆炸的危险环境分析 （1）爆炸性气体危险环境
生产、使用或储存具有爆炸危险的气体，如氢气、天然气、乙炔、液化石油气等。可燃气体的浓度过高或过低时是没有危险的，只有按一定比例与空气混合或更确切的说是与氧气按一定比例混合时既能发生爆炸。由于可燃气体爆燃引发的事故屡见不鲜，2010年7月28日南京
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某化工厂由于丙烯管道破裂引起的爆燃事故导致22人死亡，120人不同程度受伤，周边建筑物受损，直接经济损失4784万元。
值得一提的是有很多易燃液体，由于闪点低，极易挥发出可燃蒸汽（闪点：在一稳定的空气环境中，可燃液体或固体表面产生的蒸汽在试验火焰作用下被点燃的最低温度），最常见的酒精就属于这一类物质，不同浓度乙醇水溶液闪点参见表1-1。乙醇含量40～60%的乙醇水溶液闪点均在28℃以下，属于易燃液体。2011年10月20日，安徽六安一家酒精厂爆燃，大火持续燃烧两小时才被扑灭。 表1-1
乙醇含量（%） 100 95 90 80 60 闪点（28℃） 9 11.5 14 19 22.75 （2） 爆炸性粉尘危险环境
很多爆炸是由于粉尘引发的，常见的爆炸粉尘物质有碳粉、纸、粮食、煤粉，金属粉尘等。粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源，火焰瞬间传播于整个粉尘空间，化学反应速度极快，同时释放大量的热量和压力，破坏力极强。2010年2月24日河北省秦皇岛某淀粉车间发生爆炸事故，造成19人死亡，49人不同程度受伤。 2 建筑设计防爆措施
化工厂爆炸会使国家财产遭受巨大损失，更严重威胁到操作人员的生命安全。成熟的工艺，规范的操作，设备的更新固然是减少事故发生的必要措施，而建筑设计中若能采取一系列措施，也能很大程度上降低爆炸发生的几率，并尽可能的减少爆炸带来的危害。
2.1隔爆：将爆炸危险源尽可能集中的布置在一定范围内，与其他部位采用防爆墙分隔，且应远离厂区重要部位，如人员集中的办公楼、厂区控制室变电站等。
2.2防爆：保证厂房内的通风，降低易燃易爆介质浓度；对于不同比重介质采取不同的防集聚措施，散发较空气轻的可燃气体，应使顶棚平整，散发较空气重的可燃气体，不应设置地沟，粉尘环境应保证一定湿度并作除尘处理；减少火花发生，地面、设备及工具做不发火处理，地面、门窗防静电接地等。
2.3泄爆：结构选型应尽量选取混凝土框架结构，辅以轻质墙面、屋面，这样爆炸即使发生，建筑主体结构不易被破坏；泄压面应避开人员密集场所和主要交通道路。
2.4疏散：有爆炸危险建筑尽量选取室外楼梯疏散，因为室外楼梯不会积聚可燃气体，爆炸发生时，楼梯不易被损坏。若不能做室外疏散楼梯，应保证安全出口不正对爆炸源。
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3 工程实例
以下，笔者将结合某化工厂厂房改造的实例阐述建筑防爆设计需要考虑的问题。 项目概况：某工厂位于上海市化学工业园区，主要产品为羧甲基纤维素钠，是一种应用广泛的增稠剂，生产该产品的原料主要为酒精（乙醇）及精制棉。酒精属于甲类火灾危险类别物质，具有爆炸危险，精制棉属于丙类物质，具有粉尘爆炸危险。由于业主在厂房最初建设时没有请具有化工设计资质的设计院，错误的将厂房火灾危险类别定义为丙类，并且没有考虑防爆设计，导致无法通过消防验收。改造主要从以下几个方面着手：
（1）隔爆设计：防火分区重新划分，详见图1-1。首先将整个车间的火灾危险类别定义为甲类。原车间为三层（局部四层）的混凝土框架结构，耐火等级为二级，每层一个防火分区。改造后，结合工艺流程，将甲类设备集中布置在建筑物的一侧，由于甲类生产区域有设备及工艺管道贯穿楼板，将A区共四层划分为一个甲类防火分区，其余丙类区域每层一个防火分区，为B，C，D区。甲类区域建筑面积3840m2，加设自动喷淋灭火系统，小于4000 m2，丙类防火分区建筑面积为1920 m2小于2000 m2，满足建规要求。 图1-1
这里着重指出的是，防火分区之间采用耐火极限为4小时防爆墙隔开。虽然建规中并没有规定甲类车间的防火分隔墙应采用防爆墙，但由于一般的防火墙，尤其现在很多设计中都会采用轻质防火墙，很难抵抗爆炸时产生的巨大冲击波，爆炸发生后很快波及到其余防火分区，导致火灾迅速蔓延，所以设计者选用了防爆墙作为甲类与丙类防火分区之间分隔墙。
（2）防积聚设计：由于该车间的爆炸危险物质属于比空气重的可燃蒸汽和粉尘，所以地面采用了不发火花的防静电环氧地坪，门窗、设备防静电接地，并取消了原车间内的地沟，有效的防止了车间内爆炸危险物质的集聚。
（2）泄爆设计：建规规定，具有爆炸危险的厂房宜采用敞开和半敞开式。原车间维护结构为小型混凝土空心砌块，改造设计将空心砌块墙体拆除，与以往采用门窗泄压不同，此次选用了轻钢龙骨百叶板墙体作为泄压墙面，并设置了泄爆螺栓及泄爆链条，保证了外墙质量小于60kg/m2，同时，爆炸产生时，泄爆螺栓脱开泄压，保护框架结构少受损害；泄爆链条保证墙体不会飞出破坏周边建筑及道路；百叶能保证厂房内有良好的通风，有效降低可燃气体积聚，得到了消防部门的认可。
泄爆面积计算：根据建规第3.6.2条厂房所需的泄压面积A=10CV2/3，其中C为厂房容积为1000m3时的泄压比，可按表选取，V为厂房的容积。①计算长径比。长径比为建筑平面几何外形尺寸中的最长尺寸与其横截面周长的积和4倍的该建筑横截面积之比。甲类区域的长径比为[40×2（24+6）]÷（4×24x6）=4.17>3，不满足建规要求，将该区域平均分为两段，长径比为[24×2（20+6）]÷（4×20x6）=2.6
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（4）疏散设计。原车间内设置三部封闭楼梯间，重新划分防火分区后原设计已经不能满足疏散要求，故增加了两部室外疏散钢梯，其中一部设置在甲类区域与丙类区域之间，保证疏散的同时也方便了两个区域之间相互联系；另外一部室外疏散楼梯的设置，保证了该车间所有防火分区内任意一点到最近安全出口的距离均小于25米。值得注意的是，疏散钢梯两米范围内的墙面保留原混凝土空心砌块墙体，除疏散门外不设门窗洞口，并且在疏散钢梯的平台上打50厚细石混凝土，保证平台耐火极限大于1小时。原封闭楼梯间设置防爆门斗，且门斗内正压通风，门斗上的两个门不正对，不同时打开，保证可燃蒸汽不进入楼梯间。
（5）建筑电气、通风及仪表设计。该车间属于爆炸危险环境，所有电气设备均选用防爆型，包括原有三部货梯都进行了更换，选取了防爆电梯。增设风机，保证车间正常换气次数3次/小时，事故通风12次/小时。在可燃气体释放源处均设置了可燃气体报警探头，并在厂区门卫处增设消防控制室，在源头上杜绝爆炸事故发生。 4 现行规范存在问题及解决办法
目前针对化工企业建筑设计的规范主要有《建筑设计防火规范》GB50016-2006及《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008，这两本规范中对于防爆墙的设计涉及的很少，由于现代建材业的迅猛发展，很多轻薄防火材料均能达到规范规定的耐火时间要求，而在有爆炸危险的厂房仓库内使用轻质防火墙，一旦爆炸发生，防火墙被破坏后就失去了它的保护作用，导致火灾迅速蔓延，事故扩大。另外，规范要求疏散门应朝疏散方向开启，即朝楼梯间内开门，爆炸发生时，冲击波方向正好与疏散方向一致，导致火势冲进楼梯间，阻挡了人员的逃生通道。
因此，笔者建议，在设计具有爆炸危险的厂房时，应采用防爆墙作为防火分隔，抗爆面尽量强，泄爆面尽量弱，这样爆炸对建筑物本身的破坏才会最小。疏散楼梯与厂房应采用防爆门斗分隔，尽量采用室外疏散楼梯，防止爆炸冲击波对逃生通道的破坏，至少保证每个防火分区有一个严格意义上的安全出口。应尽量使用钢筋混凝土框架结构，不建议采用钢结构，因为钢结构经常因为维修保养不善导致耐火等级降低，火灾发生时会迅速垮塌。在严格遵守规范的同时，结合工艺流程，制订建筑方案，隔爆、防爆与泄爆相结合，避免不必要的事故发生。 5 结论
防爆能有效的降低爆炸发生几率，隔爆、泄爆可以最大程度减少爆炸带来的危害，从建筑设计开始，科学的利用防爆设计，提升化工建筑综合防爆性能，才能减少事故的发生，保障人们的生命财产安全。 参考文献：
[1]GB50016建筑设计防火规范[S]
[2]陆大才.白酒的闪点及其计算[J].消防科学与技术，1999（3）
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