有鑒于國內(nèi)爆炸事件頻傳，造成人員傷亡及企業(yè)設(shè)備重大損失，國家安監(jiān)總局（當(dāng)時尚未更名為國家應(yīng)急管理部）于2017年發(fā)布了《化工和危險化學(xué)品生產(chǎn)經(jīng)營單位重大生產(chǎn)判定標(biāo)準(zhǔn)(試行)》。其中第十三條規(guī)定控制室或機(jī)柜間面向具有火災(zāi)，爆炸危險性裝置一側(cè)不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于防火防爆的要求。

本文就此規(guī)定來研究現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于防火防爆要求并參考國內(nèi)外的規(guī)范中在控制室及機(jī)柜間或其他類似建筑物當(dāng)面向爆炸隱患時，設(shè)置幾種可行的防火抗爆墻，以有效降低爆炸隱患帶來人員傷亡及設(shè)備的重大損失。

在化工行業(yè)中，如何降低爆炸的隱患一直是國內(nèi)專注的話題。首先國家應(yīng)急管理部規(guī)定第十三條主要的目的在要求生產(chǎn)企業(yè)在控制室及機(jī)柜間等重要設(shè)施能起到防火防爆的要求，在火災(zāi)爆炸事故中，能有效保護(hù)控制室作業(yè)人員的生命，并對控制室及機(jī)柜間的控制系統(tǒng)保持正常運作的功能。

其中所涉及到國家現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要包括《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB50160-2008）和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014）。

針對具有火災(zāi)爆炸危險性的化工和危險化學(xué)品企業(yè)控制室及機(jī)柜間應(yīng)滿足以下要求：

（1）其面向具有火災(zāi)，爆炸危險性裝置一側(cè)的安全防護(hù)距離應(yīng)符合《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB50160-2008）表4.2.12等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條款提出的防火間距要求【注2】，且控制室，機(jī)柜間的建筑，結(jié)構(gòu)滿足《石油化工控制室設(shè)計規(guī)范》（SH/T3006-2012）第4.4.1條等提出的抗爆強度要求；

（2）面向具有火災(zāi)，爆炸危險性裝置一側(cè)的外墻應(yīng)為無門窗洞口耐火極限不低于3小時的不燃燒材料實體墻。

根據(jù)對上述規(guī)范的解讀，在執(zhí)行上如何確認(rèn)抗爆強度？現(xiàn)行的建筑規(guī)范除了《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》及《建筑設(shè)計防火規(guī)范》外，還有哪些灰色地帶需要國外及國內(nèi)規(guī)范進(jìn)一步完善防火防爆設(shè)計？針對爆炸沖擊波是如何規(guī)定及取值？如何進(jìn)行爆炸分析？需要哪些信息來確認(rèn)爆炸沖擊波的數(shù)據(jù)？爆炸沖擊波作用在不同防火間距的建筑物本身的受力情況如何？如何選擇滿足現(xiàn)場條件情況的防火抗爆墻的解決方案？

本文將一一將散落在各處的國內(nèi)外規(guī)范整理并提供相應(yīng)的分析計算及可行性的解決方案論述，供政府部門，設(shè)計院，專家?guī)旌拖嚓P(guān)企業(yè)參考并望指正。

在引用國內(nèi)外規(guī)范及量化數(shù)據(jù)前，我們先從爆燃還是爆炸的差異說起。從NFPA 68爆炸泄壓指南的 3.3.4 和 3.3.6對爆燃（Deflagration)及爆炸（Detonation)的定義。爆燃（Deflagrations)是可燃的區(qū)域爆炸速度小于聲速的傳播；爆炸（Detonation)是可燃的區(qū)域爆炸速度大于聲速的傳播。

首先在針對爆炸的速度上，NFPA 68已經(jīng)將爆炸的特性進(jìn)行了劃分。目前針對化工行業(yè)危險品的爆炸都是屬于爆燃（Deflagrations)的范圍。

對于爆炸（Detonation)的范圍多數(shù)為軍工企業(yè)的炸藥爆竹雷管，其爆炸速度是超越聲速，因此不在本文探討的范圍內(nèi)。

為了文章描述的方便性，本文仍統(tǒng)稱爆炸（Explosion)來描述，以方便讀者在理解上的方便。但爆炸傳播速度上及范圍有其不同的定義。

國內(nèi)的化工爆炸的傳播速度基本上都是屬于NFPA 68爆炸泄壓指南中小于聲速的爆燃范圍，其中種類包括蒸氣云爆炸（VCE），壓力容器爆（Pressure Vessel），凝聚相爆炸（液態(tài)或固態(tài)）及粉塵爆炸（Dust)，但NFPA 68的爆炸泄壓指南只是針對室內(nèi)的爆炸進(jìn)行分析計算及提供防護(hù)做法。相對于《石油化工工廠布置設(shè)計規(guī)范》（GB50984-2014）中，對于爆炸危險源的定義僅局限在蒸汽云爆炸的設(shè)備。關(guān)于粉塵爆炸及壓力容器的國標(biāo)規(guī)范則是參考《粉塵爆炸安全規(guī)程》（GB15577-2018）以及《粉塵爆炸泄壓指南》（GB/T15605-2008）（類似于NFPA 68爆炸泄壓指南），主要是針對存在粉塵爆炸危險場所及設(shè)備的泄壓及爆炸的解決措施。

還有其他針對除塵器（GB/T17919-2008），斗提機(jī)及噴涂設(shè)備在木材加工，飼料加工（GB19081-2008），粉末靜電工藝（GB15607-2008）等行業(yè)的防爆規(guī)范，本文不一一列舉。然而這些國標(biāo)規(guī)范只針對面對來自建筑物內(nèi)的爆炸危險源。

對于面對外來的爆炸的建筑物如何進(jìn)行爆炸量化分析，國外比較常用的規(guī)范是石化廠房防爆設(shè)計（Design of Blast-Resistant Buildings in Petrochemical Facilities ），而此內(nèi)容也大量被借鑒于《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》（GB50779-2012）之中。例如，如何確認(rèn)爆炸沖擊波的參數(shù)規(guī)定。

根據(jù)《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》（GB50779-2012）5.2.1的規(guī)定，“控制室抗爆設(shè)計采用的峰值入射超壓及相應(yīng)的正壓作用時間，應(yīng)根據(jù)石油化工裝置性質(zhì)以及平面布置等因素進(jìn)行安全分析綜合評估確定；當(dāng)未進(jìn)行評估時，也可按下列規(guī)定確定，并應(yīng)在設(shè)計文件中說明：1 沖擊波峰值入射超壓最大值可取21kPa，正壓作用時間可為100ms;也可沖擊波峰值入射超壓最大值取69kPa,正壓作用時間取20ms。”【注6】如果我們參考國外規(guī)范石化廠房防爆設(shè)計（Design of Blast-Resistant Buildings in Petrochemical Facilities, P.21-22 “Commonly used criteria includes SG-22 (withdrawn), and CIA 9being revised). Both documents specify at least two blast overpressures for buildings spaced 100 feet(30 meters) from a vapor cloud explosion hazard as follows: a. High pressure, short duration, triangular shock loading: Side-on overpressure of 10 psi (69kPa) with a duration of 20 milliseconds. b. Low pressure, long duration triangular loading: Side-on overpressure of 3 psi(21kPa) with a duration of 100 milliseconds.” 不難發(fā)現(xiàn)其引用的來源于此。

但問題是目前國內(nèi)安全評估機(jī)構(gòu)沒有能力也沒有相應(yīng)的國標(biāo)及第三方合法認(rèn)可軟件來進(jìn)行安全分析綜合評估。如果只用《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》（GB50779-2012）的指定參數(shù)來進(jìn)行設(shè)計，我們發(fā)現(xiàn)其國外的數(shù)據(jù)是建筑物在距離蒸氣云爆炸30米（備注：國標(biāo)規(guī)范并沒有提到與爆炸的防火距離的條件）的情況來進(jìn)行爆炸沖擊波的取值，如果將來真的發(fā)生爆炸，如何保證控制室的人身安全及設(shè)備的正常運營？可惜的是當(dāng)GB50779-2012的規(guī)范進(jìn)行重新修訂發(fā)出的征求意見稿時，我們發(fā)現(xiàn)規(guī)范征求意見稿還是沒有交代如何進(jìn)行爆炸安全性評估?？蓞⒖肌?a href="http://www.ugb67.cn/article/20240904170511.html">石油化工建筑物抗爆設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》（GB/T50779-201X）3.0.1抗爆建筑物的抗爆要求，爆炸沖擊波超壓應(yīng)通過爆炸安全性評估確定。【注7】所以國內(nèi)規(guī)范參編單位在了解并引用國外類似規(guī)范下，如何解決爆炸安全性評估？這也成為后續(xù)在量化爆炸沖擊波時無法明確的難解之謎。

在分析爆炸危險源之前，首先必須確認(rèn)筑物距離爆炸危險源的防火間距是否滿足要求，不論是新建或者改建項目防火間距是在設(shè)計時必須考慮的重要因素。

防火間距的要求可以從《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB50160-2008）表5.2.1設(shè)備、建筑物平面布置的防火間距中確認(rèn)控制室或機(jī)柜間在可燃?xì)怏w或者液體的設(shè)備根據(jù)不同的容積下，應(yīng)至少滿足15米的防火間距要求。【注8】從《石油化工工廠布置設(shè)計規(guī)范》（GB50984-2014）的條文解釋中續(xù)表5【注9】已經(jīng)將爆炸危險源的設(shè)備舉例列舉出來?？梢葬槍Ρ韮?nèi)提到的設(shè)備判定為爆炸危險源來進(jìn)行后續(xù)的爆炸分析。

就先前提到國標(biāo)規(guī)范的理解及要求后，針對爆炸分析計算的步驟主要分成三個部分。第一個部分是爆炸沖擊波的量化取值。第二部分是爆炸沖擊波作用在建筑物本身的量化取值。第三個部分是防火抗爆墻的量化取值。

3.1爆炸沖擊波的量化取值

首先針對爆炸沖擊波的量化取值，如先前所述，在國內(nèi)項目上由于缺少安全評估的相關(guān)規(guī)定及具有能力量化的評估機(jī)構(gòu)來提供爆炸沖擊波的具體數(shù)據(jù)，往往退而求其次選擇采用《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》（GB50779-2012）的21kPa,100ms來作為設(shè)計數(shù)據(jù)。

 圖1. 爆炸沖擊波曲線圖

如果我們參考石化廠房防爆設(shè)計（Design of Blast-Resistant Buildings in Petrochemical Facilities的介紹，目前主要有三種方法。第一種是TNT當(dāng)量法；第二種是Baker的Strehlow曲線法；第三種是TNO多能法。

第一種方法針對蒸氣云提供了不正確的結(jié)果，其他兩個方法中的曲線提供了火焰的速度或者爆炸的威力。這些曲線用來選擇實際超壓的數(shù)據(jù)。

另外針對國外常見的爆炸模擬軟件有DNV的EXIM，ANSYS的LS-DYNA，Gexcon的FLACS等對于爆炸模擬分析軟件的可靠性，目前國家沒有標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行確認(rèn)。

另外爆炸模擬分析軟件在分析時必須提供的信息，往往客戶無法提供相關(guān)的信息例如泄爆的位置，爆炸的反應(yīng)機(jī)制，環(huán)境氣體等數(shù)據(jù)，以至于爆炸模擬分析軟件無法進(jìn)行精確計算。究竟與實際發(fā)生的情況是否有落差，目前不得而知。

因此，如果當(dāng)石油化工建筑物抗爆設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿通過審核并實施，取消原石油化工控制室抗爆設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的爆炸荷載值，明確了爆炸沖擊波超壓應(yīng)由評估確定。在目前安全評估機(jī)構(gòu)的技術(shù)能力上，將很難實施。這個灰色地帶還需進(jìn)行填補，方能提供合理的爆炸沖擊波的量化，以及后續(xù)針對既有建筑物或者新建建筑物受力值的參考。

3.2爆炸沖擊波作用在建筑物本身的量化取值

建筑物受力于爆炸沖擊波量化分析基本上按照《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》（GB50779-2012）第5.3節(jié)爆炸的沖擊波參數(shù)中提供的計算公式進(jìn)行計算分析。

當(dāng)爆炸危險性裝置或物質(zhì)發(fā)生爆炸時產(chǎn)生爆炸沖擊波將分別作用在面向危險源建筑物的前墻、側(cè)墻屋面、后墻，產(chǎn)生的爆炸沖擊波超壓也會有所不同。

前墻（迎爆面）第一時間接受爆炸沖擊波持續(xù)時間最長且產(chǎn)生反射所以爆炸沖擊波峰值超壓最大。側(cè)墻及屋面因為平行于爆炸沖擊波前進(jìn)方向且不產(chǎn)生反射所以承受的爆炸沖擊波超壓最小。由于爆炸沖擊波在前進(jìn)過程中會出現(xiàn)反作用力及爆炸沖擊波過后會形成負(fù)壓作用在后墻，所以后墻承受爆炸沖擊波超壓會大于側(cè)墻屋面小于前墻。

爆炸沖擊波作用在建筑物時所產(chǎn)生的沖擊波超壓形式，見下圖：

圖2.爆炸沖擊波對建筑的受力情況圖

3.3防火抗爆墻的量化取值

計算出前墻、側(cè)墻屋面、后墻所承受的爆炸沖擊波超壓后，結(jié)合原建筑物整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行爆炸荷載驗算。

按應(yīng)急管理部的第十三條要求的做法是在控制室或機(jī)柜間面向具有火災(zāi)、爆炸危險裝置一側(cè)為不燃3小時防火墻。如果不考慮應(yīng)急管理部的規(guī)定，發(fā)生爆炸時，控制室或機(jī)柜間在非面向爆炸隱患的其他區(qū)域如側(cè)墻，后墻及屋面都可能受到爆炸沖擊波的影響。

所以針對改建項目我們一般只考慮外墻滿足防火時效3小時并滿足抗爆強度。如果原有建筑物整體結(jié)構(gòu)無法滿足爆炸沖擊波，則由專業(yè)廠家提供防火抗爆墻來滿足應(yīng)急管理部的最低要求。

如果按石油化工建筑物抗爆設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50779征求意見稿）的規(guī)定，當(dāng)受力情況小于6.9kPa時，建筑物的屋面、側(cè)墻及后墻的結(jié)構(gòu)只需按3.0.8的要求來設(shè)計，不需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。根據(jù)兵器五院試驗，入射超壓不大于6.9kPa時僅門窗（框、玻璃）破壞，而墻體屋面板均可承受6.9kPa入射超壓作用，但還是有待編制單位進(jìn)一步提出解釋。

值得一提的是，就目前的國標(biāo)《石油化工控制室抗爆設(shè)計規(guī)范》（GB 50779-2012）未對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許變形表進(jìn)行規(guī)定。因此在遇到鋼結(jié)構(gòu)建筑物是否能滿足爆炸沖擊波的要求，沒有國標(biāo)可以進(jìn)行判定。

所幸的是此次《石油化工建筑物抗爆設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50779-201X）表6.1.5（見下表）【注11】鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的允許變形表已經(jīng)選擇了石化廠房防爆設(shè)計（Design of Blast-Resistant Buildings in Petrochemical Facilities ）Table5.B.1.B（見下表） 及Table 5.B.2（見下表）: 關(guān)于Medium Response Limits for Steel Components的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許變形表【注12】，來補足原有GB50779-2012規(guī)范的不足。空氣沖擊波超壓作用于鋼結(jié)構(gòu)時，由于鋼結(jié)構(gòu)具有較大的延性，所以框架柱、框架梁支撐的延性比都可以比2~3更大一些，尤其是承受偶然性爆炸的鋼結(jié)構(gòu)更應(yīng)如此。

表1.GB/T50779-201X表6.1.5

表2.Design of Blast-Resistant Buildings in Petrochemical Facilities Table 5.B.1.B

表3.Design of Blast-Resistant Buildings in Petrochemical Facilities Table 5.B.2

針對新建的廠房，在設(shè)計時基本上都已經(jīng)考慮好防火間距及建筑的防爆設(shè)計。但針對舊有廠房的控制室及機(jī)柜間，由于時間久遠(yuǎn)，許多信息都已遺漏，甚至儲存的危險品數(shù)量及品名涉及到客戶的商業(yè)機(jī)密，很難針對原有建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算完整的分析。

另外防火間距不滿足要求，需要整體拆遷所付出的成本可能是企業(yè)不愿承擔(dān)的。另一方面，當(dāng)原有外墻無法滿足結(jié)構(gòu)的要求時，一般可以在原有建筑結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加固，或者采取獨立式的防火抗爆墻來滿足應(yīng)急管理部的要求。

關(guān)于建筑物的結(jié)構(gòu)加固可以參考《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB50367-2013）。其中加固的方法包括了增加截面加固，體外預(yù)應(yīng)力加固，外包型鋼加固，粘貼鋼板加固，粘接纖維復(fù)合材加固，預(yù)應(yīng)力碳纖維復(fù)合板加固等等。

在完成爆炸分析計算后，由專業(yè)廠家來提供解決的方案。一般有五種應(yīng)用方式。在設(shè)計規(guī)格要求上，我們一般采用按目前的規(guī)范，防火抗爆墻需經(jīng)過防火時效3小時CNAS認(rèn)證檢測及1000kPa的TNT爆炸測試。

4.1內(nèi)嵌式防火抗爆墻

內(nèi)嵌式的做法主要是緊貼原有外墻，在室內(nèi)側(cè)進(jìn)行一道獨立的防火抗爆墻。其防火抗爆墻連接原有建筑結(jié)構(gòu)部件如結(jié)構(gòu)柱及梁。這種做法的好處在安裝上比較便利，不需要太多登高作業(yè)。

但是對于原有外墻的障礙物必須移位，例如電纜管件或者消火栓箱或者與原有吊頂?shù)臎_突部份。

另外針對采光及通風(fēng)的部分也要另外考慮是否增加照明及將通風(fēng)系統(tǒng)移位到非面向爆炸隱患處。

可參考下列概念設(shè)計節(jié)點做法。

圖3.內(nèi)嵌式防火抗爆墻概念設(shè)計圖

4.2外掛式防火抗爆墻

與內(nèi)嵌式做法雷同，也是緊貼原有外墻，在室外進(jìn)行一道獨立的防火抗爆墻。其防火抗爆墻連接原有建筑結(jié)構(gòu)部件。但必須考慮建筑沉降問題。如有面向爆炸一側(cè)需保留進(jìn)出口時，可采用三小時防火抗爆門斗及甲級防火抗爆門的方式來解決。

不管是內(nèi)嵌式或者是外掛式的防火抗爆墻，都是依附在原有建筑物的結(jié)構(gòu)上。因此必須提供結(jié)構(gòu)計算證明能滿足爆炸沖擊波受力在建筑物的計算，或者經(jīng)過結(jié)構(gòu)加固計算后，方能確認(rèn)此方案可行?？蓞⒖枷铝懈拍钤O(shè)計節(jié)點做法。

圖4.外掛式防火抗爆墻概念設(shè)計圖

4.3獨立式防火抗爆墻

獨立式的防火抗爆墻和上述兩種內(nèi)嵌式及外掛式的差別當(dāng)原有建筑物無法滿足爆炸沖擊波的受力情況時，采取的一個有效方案。

但此種做法除了需證明獨立式的防火抗爆墻本身結(jié)構(gòu)能滿足鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件允許變形量之外，關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)計的地基連接的抗彎矩及地基承載力計算后，防火抗爆墻基礎(chǔ)不至于傾覆。

從經(jīng)濟(jì)上來說，此種方案較上述兩種方案較昂貴，并且施工難度較高，周期較長。另外涉及到地下管道及排水問題，需在設(shè)計時考慮好，以避免發(fā)生地下管道挖斷情況。

可參考下列概念設(shè)計節(jié)點做法。當(dāng)爆炸沖擊波入射超壓較大時，可采用鋼筋混凝土框架式防火抗爆墻。

圖5.獨立式防火抗爆墻概念設(shè)計圖

4.4 噴涂式防火抗爆墻

噴涂式的防火抗爆墻在國外比較常見。主要是透過聚脲防爆涂料噴涂在原有件組墻體，透過拉伸強度及撕裂強度來抵擋爆炸沖擊波。目前經(jīng)我司（上海騰喜建筑工程有限公司）在CNAS認(rèn)證的爆炸測試，可以滿足1000kPa的爆炸沖擊波。安裝時采用噴涂方式進(jìn)行噴涂于室內(nèi)外墻表面。擁有防腐防爆的效果。對于原有建筑物結(jié)構(gòu)柱及梁起到結(jié)構(gòu)加固的效果。另外在建筑物非面向爆炸隱患的屋面上方或者側(cè)墻及后墻，均可采用同樣做法。

作為獨立的防火抗爆墻也可以利用滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014的防火時效的加氣混凝土砌塊墻噴涂防爆涂料，也能起到一定的抗爆及防火效果。在預(yù)算上較為經(jīng)濟(jì)，且安裝周期短?？蓞⒖枷铝懈拍钤O(shè)計節(jié)點做法。

圖6.噴涂式防火抗爆墻概念設(shè)計圖

4.5 移動式防火抗爆屋

此種做法主要是當(dāng)控制室及機(jī)柜間在防火間距無法滿足國標(biāo)要求下，一種可供選擇的做法。

移動式防火抗爆屋的做法在國外也是比較常見的做法，一般可作為化學(xué)品儲存間，人員避難所或者控制室機(jī)柜間使用。

具體做法可以參考14J938《抗爆、泄爆門窗及屋蓋、墻體建筑構(gòu)造》，墻體建筑構(gòu)造F1的做法。【注14】另外移動式防火抗爆屋的節(jié)點做法也正在模塊化鋼結(jié)構(gòu)房屋國標(biāo)圖集研編中，可參考下列概念設(shè)計節(jié)點做法。

圖7.移動式防火抗爆屋概念設(shè)計圖

針對本文提出的內(nèi)容不難知道，如何合理設(shè)計出有效解決方案涉及到國際及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計算存在相當(dāng)大的難度。除了借鑒國外相關(guān)行業(yè)規(guī)則及經(jīng)驗外，對于企業(yè)本身新建及改建的項目也往往造成業(yè)主預(yù)算執(zhí)行的難度。

面臨政府部門的要求，企業(yè)如何選擇合理的解決方案，除了滿足政府部門的要求外，對于本身安全的管控如何進(jìn)一步提升，選擇專業(yè)的設(shè)計及承包單位來降低爆炸產(chǎn)生的風(fēng)險，是每個化工危險品生產(chǎn)企業(yè)值得深思并研究的課題。

本文拋磚引玉將目前的國標(biāo)和市場現(xiàn)況提供給相關(guān)行業(yè)專家了解，希望在未來國標(biāo)制定的道路上盡快完善，以利化工企業(yè)及設(shè)計院參考，讓國內(nèi)爆炸事故的損害降到最低。