石油化工装置控制室安全设计浅析

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环　保
石油化工装置控制室安全设计浅析苏苗印 汪　慧　杭州杭氧化医工程有限公司　杭州　３１００１４
摘要　随着石油化工装置自动化程度逐渐提高，对装置生产的全过程实时监控大都依靠远程控制系统实
现，操作室作为装置控制中枢和人员聚集场所，其安全运行对石油化工装置的整体性安全尤为重要。

本文对现行有关石油化工装置中控制室的规范条文进行研读探讨，重点分析控制室的位置选择和抗爆设置的特点，并结合工程经验提出一些合理化建议，为控制室安全设计提供参考。

关键词　石油化工装置　控制室　抗爆设计　安全防护
苏苗印：高级工程师，注册公用设备（动力）工程师。

２０１１年毕业于浙江工业大学流体机械及工程专业获硕士学位。

主要从事化工和储能工程设计。

联系电话：１３８５８０４７１３８，Ｅ＿ｍａｉｌ：ｓｕｍｉａｏｙｉｎ＠１２６ ｃｏｍ。

石油化工装置的物料大多具有可燃、易爆、有毒或腐蚀等特性，生产又往往伴有高温、高压、深冷等现象，容易引发火灾、爆炸或泄露等事故。

石油化工企业一旦发生生产事故，不仅会导致设备损坏、生产停歇等经济损失，而且经常造成人员伤亡，甚至影响公共安全。

控制室作为石油化工生产
装置的“指挥中心”，聚集大量操作人员，承担装置的控制和安全联锁，是石油化工企业的控制中枢［１］，其安全性尤为重要。

近年来，鉴于国内石化企业安全事故频发，政府及相关部门为了健全风险防范机制，制定了一系列法规和条例，严格规范控制室安全设计。

因此，对控制室的安全要求不断升级，就迫切要求设计单位和生产单位及时适应新规范，配合完成对已建控制室自查自纠，对违规控制室尽快拆除、搬迁、整改或加固，从源头上防范化解重大风险。

１　控制室简介控制室集监测、控制和管理为一体，根据房间功能区分，石油化工装置控制室由功能房间和辅助
房间组成，其中功能房间包括操作室、机柜间、工程师室和不间断电源（ＵＰＳ）室，辅助房间包括交接班室、资料室和休息室等。

另外，从控制室的所处位置或区域范围上划分，石油化工装置控制室分为现场控制室（装置控制室）和中央控制室（中心控制室）。

除此之外，控制室可以合并功能组成综合性多功能建筑单体，比如集中控制楼；或单独以某一功能房间存在，如现场机柜室、操作室，其中机柜室还可分为有人值守的机柜室和无人值守的机柜室。

控制室为石油化工装置安全运行保驾护航，既要在正常状态下实现控制系统可靠执行安全指令，又要在事故发生时实现装置有序安全停车。

目前，石油化工装置控制的安全设计除符合《石油化工企业设计防火标准》ＧＢ５０１６０、《石油化工工厂布
置设计规范》ＧＢ５０９８４、《石油化工控制室设计规范》ＳＨ／Ｔ３００６、《控制室设计规范》ＨＧ／Ｔ２０５０８和《石油化工控制室抗爆设计规范》ＧＢ５０７７９等现行标准规范外，尚应满足《危险化学品安全专项整治三年行动实施方案》（安委［２０２０］３号文附件３）、《化工和危险化学品生产经营单位重大生产安全事故隐患判定标准（试行）》（安监总管三［２０１７］１２１号）等政府部门的规范性文件［２－６］。

２　总图位置选择
为了使控制室安全、可靠、有效地发挥作用，控制室的总图位置设置是进行安全防护的重点，根据最新最严要求，表１主要罗列了现行标准、规范中对石油化工装置控制室总图布局的要求。

从表１可看出，中央控制室宜远离装置区，布置在生产及行政管理区，装置控制室的布置分成以下两种情况：①涉及到爆炸危险性化学品的生产装. All Rights Reserved.
表１　石油化工控制室总图位置规范条文摘录
序号规范条文适用规范
１涉及爆炸危险性化学品的生产装置控制室、交接班室不得布置在装置区内，已建成投用的必须
于２０２０年底前完成整改。

涉及甲乙类火灾危险性的生产装置控制室、交接班室原则上不得布置在装置区内，确需布置的，
应按照《石油化工控制室抗爆设计规范》ＧＢ５０７７９－２０１２，在２０２０年底前完成抗爆设计、建设和
加固。

《危险化学品安全专项整治三年
行动实施方案》
２中央控制室的布置应符合下列要求：１应布置在非爆炸危险区。

２应远离振动源、高噪音声源和
存在较大电磁干扰的场所；３宜布置在装置区以外，且与装置区联系方便的地段；
《石油化工工厂布置设计规范》
３中央控制室宜布置在行政管理区。

装置的控制室、化验室、办公室等宜布置在装置外，并宜全厂性或区域性统一设置。

当装置的控
制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室等布置在装置内时，应布置在装置的一侧，位于爆炸危
险区范围以外，并宜位于可燃气体、液化烃和甲Ｂ、乙Ａ类设备全年最小频率风向的下风侧。

控制室、机柜间面向有火灾危险性设备侧的外墙应为无门窗洞口、耐火极限不低于３ｈ的不燃烧
材料实体墙。

《石油化工企业设计防火标准》
４中心控制室宜布置在生产管理区。

中心控制室宜为单独建筑。

现场机柜室宜单独设置。

《石油化工控制室设计规范》
５现场控制室宜位于或靠近所属的工艺装置区域，应位于爆炸危险区域外。

现场机柜室宜位于或靠近所属的工艺装置区域，应位于爆炸危险区域外。

《控制室设计规范》
置控制室（有人员操作），一律不得设置在装置区；②涉及到甲乙类火灾危险的生产装置，控制室原则上应布置在装置区外，现场不具备条件的，在进行抗爆加固设计等前提下允许布置在装置区，且位于装置区一侧，一般建议距离甲乙类生产装置不少于３０米。

对于无人值守的机柜室，如果现场条件特殊，如操作室（或控制室）距离装置区较远，可以布置在装置区，但需要设置防火墙等方式进行加固设计，且不应位于爆炸危险区域（０区、１区或２区）内。

３　防护设计
３ １　抗爆设计简析
爆炸为石油化工装置最为常见的重大灾难性事故之一，石油化工工艺过程中引发的爆炸方式主要包括：超压引起的设备爆炸、蒸气云爆炸（又称可燃云爆炸）和沸腾液体扩展引起的蒸汽爆炸，其中蒸气云爆炸最为常见。

控制室为人员集中建筑物，本着“以人为本”的原则，设计人员优先考虑将控制室搬离出装置区到相对安全区域，即控制室总图位置位于安全防护距离范围之外。

同时应当根据抗爆风险，评估确定控制室是否需要抗爆设计。

控制室抗爆设计指外立面能抵抗爆炸冲击，新建建筑物爆炸后可修、改扩建建筑物爆炸后不倒，减少爆炸事故对生产运行的影响，保证室内人员和设施安全。

控制室的抗爆设计应兼顾安全性和经济性。

按《石油化工企业设计防火标准》ＧＢ５０１６０等规范要求，石油化工装置控制室是否需要设置抗爆结构依据如下：中央控制室距离装置区较远，应根据爆炸风险评估确定是否需要抗爆设计，若已达到安全防护要求，则无需设置抗爆结构，否则应采取抗爆等结构加固设计；由于装置区的控制室、有人值守的机柜间等建筑物是人员集中场所和重要设施，涉及到爆炸危险性化学品的生产装置控制室不允许设置在装置区，若生产装置的火灾危险性为甲乙类，则必须进行抗爆设计，其余情况宜进行抗爆设计。

至于无人值守的机柜室，虽然规范未明确是否需要进行抗爆设计，但由于仪表设备及控制系统价格昂贵，一旦损坏直接造成装置停工且恢复时间较长，故布置在上述生产装置区内的机柜间，也应考虑进行抗爆设计。

石油化工生产装置产生的冲击波超压性质和破坏力具有难以量化的特征，《石油化工控制室抗爆设计规范》ＧＢ５０７７９新版规范意见征求稿针对控制室抗爆荷载计算有较大变化，爆炸冲击波值从给出特定值调整为通过安全评估确定。

评估结果需结合石油化工装置性质、泄漏点布置和风向等因素，运用安全模拟分析软件，模拟计算建筑物所处位置的爆炸冲击波参数。

目前蒸汽云爆炸的模拟研究方法主要采用ＴＮＴ当量法、ＴＮＯ多能模型、Ｂａｋｅｒ－Ｓｔｒｅｈｌｏｗ－Ｔａｎｇ模型和流体力学模型［７］。

抗爆控制室多为单层整体钢筋混凝土箱型建筑，建筑物外围抗爆墙体为钢筋混凝土剪力墙，围
. All Rights Reserved.
墙结构和屋面板直接承受爆炸荷载作用，而与外墙脱开的柱及内墙等一般不考虑爆炸动力作用，仅做适度加强。

抗爆控制室的爆炸荷载属于偶然荷载，动力分析宜采用有限元模拟计算，也可近似采用单自由度体系动力分析或等效静态分析法。

抗爆控制室结构设计时还应注意：①所有外墙、屋面开洞必须进行密封并保证可靠性；②抗爆门窗、抗爆阀和隔离前室应满足抗爆要求；③外墙不应设置室外楼梯及装配式雨蓬等。

３ ２　安全防护距离引起石油化工厂人员伤亡的主要原因为蒸汽云爆炸和毒气泄漏，为了预防和减缓石油化工装置潜在事故的影响，在人员风险可接受风险范围内，确定防护目标与生产、储存装置的安全距离为安全防护距离。

对人员集中的控制室，《石油化工工厂布置设计规范》ＧＢ５０９８４给出了最小安全防护距离建议值［８］，见表２。

表２的防护距离来源于工程公司根据工程实践经验得出的建议值，未体现与爆炸物、有毒气体或易燃气体等有关的工艺参数或过程，当如果有足够的输入条件，可采用实际计算结果确定安全防护距离。

《危险化学品生产装置和储存设施外部安全防
护距离确定方法》ＧＺＢ／Ｔ３７２４３提供了两种针对外部安全防护距离的计算方法，可供参照执行［９］。

表２　控制室最小安全防护距离建议值（ｍ）
场所名称及岗位人数甲乙丙类火灾危险性装置ＶＣＥ爆炸危险源高度气体泄露源（构成重大危险源）高度气体泄露源
（未构成重大危险源）防护措施
中央控制室＞３００人·ｈ／ｄ
４０～３００人·ｈ／ｄ装置控制室《石油化工企业设计防火标准》２００２００１５０
１５０１００
６０６０有
注：表中防护措施指该建筑物为抗爆结构，建筑物设有强制通风系统及进风口处设有毒气体检测器等。

（１）对于ＶＣＥ存在爆炸危险源的防护距离，采用事故后果法确定生产装置与控制室的安全防护距离，计算公式如下：ΔＰ＝１４ＱＲ３＋４ ３Ｑ２３Ｒ２＋１ １Ｑ１３Ｒ式中，ΔＰ为空气冲击波超压值，单位为１０５帕斯卡（Ｐａ）；Ｑ为一次爆炸的梯恩梯（ＴＮＴ）炸药当量，根据计算药量折算，单位为千克（ｋｇ）；Ｒ为爆炸点距防护目标的距离，单位为米（ｍ）。

从人体防护角度出发，安全防护距离一般指空气冲击波超压阙值为２０００～７０００Ｐａ，低于该值范围内窗户通常会遭破坏，房屋主体结构不会破坏。

（２）对于有毒气体或易燃气体，采用定量风险评价方法确定安全防护距离。

通过危险识别和场景辨识，分析事故概率和事故后果，绘制生产装置的风险等值线，判断不同类型防护目标防护距离是否满足风险基准。

由于控制室为企业重要设施，建议其防护目标的主要性质参照《危险化学品生产装置和储存设施风险基准》ＧＢ３６８９４中的其它非危险化学品工业企业来做要求，即当班人数在１００人及以上的控制室为二类防护目标，当班人数在１００人以下的控制室为三类防护目标。

在石油化工新建、改建、扩建生产装置设置防护目标时，二类防护目标的个人基准为３×１０－６次／年，三类防护目标的个人基准为１×１０－５；在为已建生产装置设
置防护目标时，二类防护目标的个人基准为１×
１０－５次／年，三类防护目标的个人基准为３×１０－５。

３ ３　其它防护措施
（１）石油化工厂中的中央控制室属于特殊重要设备室，火灾会严重影响生产，应采用自动灭火系统和自动火灾报警系统，并宜采用气体灭火系
统。

装置控制室、机柜室应设置自动火灾报警系统，视情况设置自动灭火系统，并宜设置气体型灭火器。

（２）处理可燃、有毒，有粉尘或有腐蚀性介质的装置，控制室宜设在本地区全年最小频率风向的下风侧。

控制室室内不得安装液化烃、可燃气体、可燃液体的在线分析仪器。

装置的控制室与其它建筑物合建时，应设置独立的防火分区。

（３）控制室或机柜间应远离振动大或噪声大的设备，将操作室与机柜室分开房间布置，对建筑物采用隔声处理，使控制室操作台处测得的噪声量应不大于５５ｄＢ。

（４）控制室内分别设置工作接地汇流排和保. All Rights Reserved.
护接地汇流排，汇流排装与防静电活动地板下，然后将工作接地和保护接地汇流排接至电气预留的接地系统汇流点。

４　结语
石油化工在中国能源领域具有重要地位，石油化工装置的安全对社会及经济发展产生巨大影响。

控制室的安全防护是保障装置安全的关键因素之一，随着化工技术、控制技术和建筑技术日新月异的发展，安全防护的内涵不断丰富。

尤其是涉及到现有控制室的改造升级，需要设计人员和生产人员深刻领会安全规范的最新要求，运用安全模拟仿真技术，根据评估风险结果合理进行整改。

参　考　文　献
１　范宗海．大型石油（煤）化工工程自动化和信息化集成系统与企业精益管理［Ｊ］．石油化工自动化，２０１５，５１ （４）：１－６．
２　ＨＧ／Ｔ２０５０８－２０１４，控制室设计规范［Ｓ］．北京：化工出版社，２０１４．
３　ＧＢ５０１６０－２００８（２０１８年版），石油化工企业设计防火标准［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２００９．
４　ＧＢ５０７７９－２０１２，石油化工控制室抗爆设计规范［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２０１２．
５　ＧＢ５０９８４－２０１４，石油化工工厂布置设计规范［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２０１４．
６　ＳＨ／Ｔ３００６－２０１２，石油化工控制室设计规范［Ｓ］．北京：中国石化出版社，２０１３．
７　李　韧．储油罐群罐体抗爆安全距离与防护措施研究［Ｄ］．天津大学，２０１６．
８　ＧＢ／Ｔ３７２４３－２０１９，危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法［Ｓ］．北京：中国标准出版社，
２０１９．
９　ＧＢ３６８９４－２０１８，危险化学品生产装置和储存设施风险基准［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１８．
（收稿日期　２０２１－０７－０５
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）（上接第１０页）
硫塔的操作温度和操作压力、贫胺液用量、胺液浓
度、贫胺液中的Ｈ
２
Ｓ含量及脱硫塔塔板数等。

其
中，调节贫胺液用量及降低贫液中的Ｈ
２
Ｓ含量是调节净化气中酸气含量的有效手段；当吸收过程达到平衡时，再继续增大贫胺液用量对脱硫效果无明显改善。

（２）由于胺液系统是一个极易发泡的系统，在装置实际运行过程中，常常因为溶液发泡导致净化气质量不合格，脱硫效率下降，甚至发生冲塔等现象。

因此，在设计阶段，应对可能使系统产生发泡的因素考虑周全，采取必要措施加以防范，且在 生产操作中加强管理，以保证脱硫效果及系统的长周期稳定运行。

参　考　文　献
１　王祥光．脱硫技术［Ｍ］．化学工业出版社，２０１２．
２　郎杰责．石油炼制工程（第四版）［Ｍ］．石油工业出版社，２０１０．
３　王开岳．天然气净化工艺［Ｍ］．石油工业出版社，２００５．４　石亚华．石油加工过程中的脱硫［Ｍ］．中国石化出版社，２００９．
（收稿日期　２０２０－０７－０１
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）（上接第３３页）
存在很强的非线性关系，而ＢＰ神经网络具备高度的非线性映射能力，ＢＰ神经网络与传统的求解方法相比，有良好的适应性和容错性，在解决结构工程问题时更具优势。

参　考　文　献
１　ＧＢ５００２３－２００９．建筑抗震鉴定标准［Ｓ］．中国建筑工业 出版社，２００９．
２　李盼臻，于江，荣彬．人工神经网络在结构工程中的应用综述［Ａ］．天津大学．第十三届全国现代结构工程学术研
讨会论文集［Ｃ］．天津大学：全国现代结构工程学术研讨
会学术委员会，２０１３：５．
３　郭　良．基于人工神经网络的旧工业建筑结构安全评定研究［Ｄ］．西安建筑科技大学，２０１４．
（收稿日期　２０２１－０４－１１）
. All Rights Reserved.。