工业厂房防爆设计的改进

工业厂房防爆设计的改进

1防治发生爆炸和燃烧事故，降低运行成本，是防治小

在建造氢站工厂的过程中，由于在生产过程中存在爆炸的风险，因此应认真考虑避免爆炸。

如果发生爆炸，生命财产的损失应该降至最低。爆炸是在瞬间发生的，人在爆炸的当时是

来不及采取任何措施的，因此工业厂房防爆设计应该贯彻“安全笫一，预防为主”的方针。

设计中一定要严格执行国家现行有关规定、法规，采取有效的防爆措施、合理的抗爆结构，

解决处理好泄压设施等。通过技术手段，保障安生生产,防止发生爆炸和燃烧事故。

本文就有效的防爆措施、合理的抗爆结构,解决处理好泄压设施发表一些个人看法。

2提出问题

2.1计算结果比较

2006年12月1日开始实施的《建筑设计防火规范》GB50016—2006(以下简称规范)中，美

于厂房(仓库)的防爆部分对•2001年版的《建筑设计防火规范》GBJ16—87(以下简称旧规

范)做出了重大的调整，其中，在泄压设计方面,提出了更高的要求。

(1)泄压面积的变化

在旧规范中，泄压面积与厂房体积的比值(m2/m3)宜采用0.05~0.22。爆炸介质威力较强或

爆炸压力上升速度较快的L房，应尽量加大比值。体积超过1000m3的建筑，如采用上述

比值有困难时,可适当降低，但不宜小于0.03o(见旧规范第3,4.2条和第3.4.3条)。

而新规范则规定：有爆炸危险的甲、乙类厂房，其泄压面积宜按下式计算，但厂房的长径比

大于3时,宜将该建筑划分为长径比小于等于3的多个计算段，各计算段中的公共截面不得

作为泄压面积：

式中:A一泄压面积(m2);

V一厂房的容积53);

C一泄压比系数,厂房容积为1000m3时,按规范表3.6.3选取。

下面通过一个简单的计算二匕较新旧规范泄压面积之间的差异。如图1制氢站示意图中，液

氨分解净化间是氢爆炸危险性车间;液氨气化间是氨爆炸危险性车间。

对于液氨分解净化间，经计算体积为:V=2262m3,查规范表3.6.3氢一项得C20.250,按式

(1)计算(长宽比满足要求1泄压面积为：

按旧规范第3.4.3条查得泄压面积与厂房体积的比值可取0.03,则:

计算可以看出，新规范是旧规范的6倍多。

对于液氨气化间,经计算体积为:V=1203m3,查规范表3.6.3氢一项得C20.030,按式(1)计

算(长宽比满足要求)泄压面积为：

按旧规范第3.4.3条查得泄压比系数可取0.03,则:

新规范比旧规范小2m2。

通过对比,可以看出，旧规范中的泄压面积设置比较模糊,并没有对不同的物质，具体的场所

做分类，相对笼统。而新规范的措施对物质、空间有了粗略的界定，能运用公式、代人参数,

得出相应的泄压面积,其针对性和准确性都有了很大的提高，能更有效起到减爆效果，从而

更好地保障人们生命和财产安全。但是对于液氨分解净化间的泄压面积设置却出了一个难

题，本例液氨分解净化间的屋面面积只有324m2,即使屋面全部为泄压面积还差107m2,力口

上窗也不够。所以除充分利用屋面泄压面积外,还必须把墙面设置为泄压面积。

(2)规范增加了避免产生二次伤害部分

(1)规范在第3.6.4条特别指出“不应采用普通玻璃”是避免在爆炸时产生玻璃破子造成

二次伤害而规定的，也就是说不能靠玻璃破碎泄压，而应靠开启窗扇泄压。

(2)规范在第3.6.4条第二款说明中明确，最好采用“具有在爆炸时易破坏成碎块”的建筑

材料,且强调“对于爆炸时易形成尖锐碎片四散喷射的材料不能布置在公共走道或贵直设

备的正面或附近”。

(3)泄压面积的轻质屋盖和轻质墙体单位质显的变化

作为泄压面积的轻质屋盖和轻质墙体的每平方米重量,新规范从旧规范的不宜超过120kg

减少为60kg,这应该不难办到,本文不做深入讨论。

2.2火炬气的扩散及除蒸

(D一旦氢气泄露，能很快从建筑物中排出，使氢站室内不能达到爆炸的气体浓度。

⑵排除点燃氢气的可能性。

(3)一旦爆炸，在建筑物内能尽量减轻人员伤亡及设备损坏；

(4)尽量不造成建筑物外人员伤亡及设备损坏。

3设计规范和规范

与制氢站防爆和泄压设计有关的国家现行规范有《建筑设计防火规范》GB50016—2006和

《氢气站设计规范》GB50177—2005o

3.1开敞提风器的改造

(1)液氨分解净化间屋顶设自动开启通风器。根据《氢气站设计规范》GB50177—2005第

7.0.11条“制氢间、氢气压缩机间、氢气纯化间、氢气灌瓶间等的厂房跨度大于9.0m时,

宜设天窗”，如图1。为了不留死角，屋脊处通常设自然通风器，在严寒和寒冷地区设电动可

启闭自然通风器，当检测到氢气浓度大丁战时自动开启c其它地区可设开敞通风器,氢气的

扩散速度较快，尤其是向上扩散,所以在液氨分解净化间屋面不再设置强制排风机，以免影

响泄压面积。自然通风器的喉口宽度，由暖通专业计算确定。

(2)液氨气化间屋顶最高处每一开间设置强制排风机,如图1所示。

(3)屋面板与榭条之间留空隙。如果屋盖系统为有楝结构，屋面板与楝条之间留出空隙,以

防止氢气滞留,利于氢气从通风器排到室外。

(4)氢爆炸危险性车间与氨爆炸危险性车间应彻底隔离。液氨分解净化间是氢爆炸危险性

车间,液氨气化间是氨爆炸危险性车间，如图1所示,液氨分解净化间和液氨气化间之间隔

墙应突出屋面，使两个车间彻底隔离。轻质屋面不宜连通，因液氨分解净化间一旦发生爆炸,

冲开屋面板时，会出现把液氨气化间屋面部分揭起，如图2所示,空气超压冲击波亳无阻碍

地冲击氨气化间设备,有引起连环爆炸的危险性。

3.2行业防火花要求

氢气虽然很轻，但氢气泄露后,扩散速度很快，如果在封闭空间内，会迅速充满整个空间。所

以车间地面、墙•面、柱面均须有防火花措施。

(1)地面。防火花地面，日前玻璃行业为混凝土或用石灰石做骨料的防火花地面，如果取用

树脂类防火花地面,需要采取防静电措施。

(2)踢脚。采用防火花材料。

(3)墙面。(1)砌体或混凝土墙体:有防火花要求时,不得采用含有石英砂的材料抹面；⑵压

型钢板墙面:因压型钢板有变形卸载能力，故有漆面的压型钢板，可认为是防火花材料。

(4)柱面。(1)混凝土柱面:有防火花要求时，不得采用含有石英砂的材料抹面。(2)钢柱面：

采用纸面石膏板使其达到耐火极限及防火花要求。

(5)液氨气化间仅需地面和踢脚采用防火花构造。

4抗爆墙的设置

在有爆炸危险性厂房设计中，有爆炸危险性和无爆炸危险性车间及有爆炸危险性车间之间，

设抗爆墙，使爆炸事故损失限定在一定的范围内。如图】所示,液氨分解净化间与液氨气化

间之间，以及它们与辅助用房之间，化验室和仪表室之间设抗爆墙，并要有和防火墙相同的

防火性能。

抗爆墙上的门如果不是爆炸危险性车间的疏散门，则设抗爆门，抗爆门开向爆炸危险性车间。

非爆炸危险性车间（房间）的抗爆门外开。

液氨分解净化间通向辅助用房的门，虽然设F抗爆墙上，但由丁是疏散门，不能设抗爆门，因

此辅助用房走廊墙暴露在冲击波超压冲击之下，因此走廊墙宜设抗爆墙。

5泄压口的设置

泄压是为防止建筑物因内部爆炸而减轻破坏所广泛采用的方法。其基本理念为在爆炸初始

或扩展阶段,将包括建筑物内高温高压气体通过泄压口（泄压口厂房泄压功能区域）向安全

方向泄出，使建筑物内压力无法上升到使建筑物主体结构破坏程度，从而减轻人员伤亡及设

备损坏。其设计关键是合理设置泄压口面积和泄压口高效的泄压构造。如上所述,按规范

要求,液氨分解净化间的泄压面积计算值为431m2,而屋面只有324nl2,除屋面作为泄压口

外，还要加上外窗和部分外墙。本节就泄压口构造提出一些看法.

（1）屋顶抗风揭性

泄压口既是泄压功能区域,又是厂房的外围护结构。既要在需要的时候泄压，又不能让大风

把泄压口构造吹跑。两者必须兼顾,才能既保证大风天正常生产，又能在发生爆炸事故及时

泄压,保障人员生命和财产安全。

泄压开启压力为泄压口设定压力（物理术语应该叫压强），达到该压力，泄压口开始泄压动作。

屋面的抗风揭性为屋面抵抗风引起的负压揭起屋面板的能力。

美国制造商共同体标准FM4470-2010抗风揭测试值最低标准是2.9kPa（60psf）,安全

系数是2,可承受屋面风荷载设计值1.5kPa及以下。而行业协会标准《门式刚架轻型房

屋钢结构技术规程》CECS102-2002并没有抗风揭最低标准的规定。

规范仅就泄压口单位质量做了规定，并没有就泄压开启压力做出规定，如果用屋面做泄压口

或泄压口的一部分,60kg/m2的单位质量，不能保证屋面的抗风揭性，美国NFPA68-2007

要求单位质量更小（最大40kg/ni2）,更不能保证屋面的抗风揭性，由此证明泄压口单位质量

不等于泄压口开启压力。根据我国金属屋面屡屡被风揭起的现实,笔者认为泄压开启压力

不宜小于3kPa。

美国NFPA68—2007第7.2条和《粉尘爆炸泄压指南》GB15605—2008的第5.3条,均将

建筑物最大泄爆压力设定为10kPa,参考《粉尘爆炸泄压指南》GB15605—2008的第

5.3.1条公式对开启压力的规定,开启压力小于5kPa就符合要求。

据动物实验得知，人可以承受小于20kPa空气冲击波超压不受伤。所以笔者认为以上设

定是安全的。

在做制氢站厂房建筑的设计中，可根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102-

2002计算屋面和墙面风荷载设计值，如果小于1.5kPa,则按测试值3kPa设计,如吴大

于1.5kPa则按风荷载设计值2倍定测试值,但测试值大于5kPa就不能算作泄压口面

积。

因此，泄压口构造开启压力应在3~5kPa之间，以接近3kPa为佳。

(2)压板排水结构

泄压口构造最好既能泄压，还没有物质飞出。不会造成二次伤害。

(1)条不利用保温层减压板发减

压型钢板作为泄压口是很好的建筑材料,对于严寒和寒冷地区，泄压构造部分不会超过30

kg/m2,如图3把一层压型钢板设于楝条下方是不合适的做法。缺点是要完成泄压，楝条也

会飞出,造成二次伤害,或不能达到泄压效果。设保温层时，如图4两层钢板均置于模条上

方(下板最好用波高大于30的压型钢板，以利氢气向上方扩散)，屋脊一定要用螺钉钉左，其

它处卡式固定，能抗风压,并能在达到泄压压力时压型钢板能脱离卡扣(如果用螺钉固定，须

经过认证)，泄压时不让压型钢板飞出。效果如图5所示。

玻璃丝棉(或岩棉)保温层不能有塑料薄膜加强层，塑料薄膜加强层会使压型钢板不好分离,

影响泄压效果。

(2)d压钉固定

如图5所示，有楝喑面作为泄压门和屋面要求类似…最上方用螺钉钉牢，其它处卡式固定，

做到有效泄压且没有物质飞出。无橡墙面,一个方向螺钉固定,一个方向卡式固定,有效泄

压且没有物质飞出。

(3)侧窗框料设计

规范3.4.6条规定外窗不应采用普通玻璃,就意味着不能靠玻璃破碎作为泄压措施,要改为

开启扇泄压。

侧窗框料采用不会产生火花材料,全部为开启扇，上悬或中悬，窗高小于1500mm用上悬，

窗高大于1500mm用中悬，转轴设于上部1/3处，采用弹簧销，压力差开后，开后压力为风

荷载设计值(小于5kPa)o

侧窗玻璃采用钢化夹层玻璃，以防泄压时尖锐玻璃飞出。

5生产中的风险

(1)屋面坡度不宜小于咻

(2)屋面楝条开口朝向屋脊。

(3)泄压口统计面积时,通风器可开启部分，可算作泄压面积;柱、内天沟和钢梁不能算作泄

压面积。

(4)有氢气爆炸危险性的化验室不能用瓷釉面砖做地面和墙面。

(5)与有氢气爆炸危险性车间连通的走廊建议采用防火花地面。

(6)如果涉氨车间氨浓度控制在防毒安全生产范围内，就远远达不到燃爆下限。涉氨车间由

于氨的气味有预警性能,所以在生产中氨泄露爆炸危险性很小。如果因氢爆炸引起氨大面

积泄