控制室的抗爆设计2010
石油化工控制室抗爆设计浅析
石油化工控制室抗爆设计浅析控制系统作为石油化工项目关键的部分，其中控制中心（控制室）在石油化工项目中占有重要的地位。
本文阐述了石油化工控制室抗爆设计范围、爆炸荷载及石油化工抗爆控制室的工程设计，以供参考。
标签：石油化工控制室；抗爆结构；设计1、概述控制系统在石油加工过程中是最重要的生产环节之一。
随着控制技术的进步和发展，在石油加工生产过程中集散控制系统已经得到广泛的应用。
通常在现代化的炼油项目中只设置一个控制相关生产环节的控制中心。
在该控制中心中，设置了大量的控制仪器或设备，并配备了相应的操作和系统维护人员。
随着人们不断的提高安全意识，控制中心（控制室）抗爆作用越来越重要，应用也越来越多。
爆炸荷载作为一种动态荷载，作用力较大，持续的时间较短，危害后果比较严重，发生来源和作用机理的特殊性较强，与常规的静荷载不同。
2、石油化工控制室抗爆设计范围一直以来关于石油化工装置控制室抗爆设计的范围都缺乏明确的规定，所以在具体的执行过程中会因设计单位和项目的不同，存在一定的差异。
如中国成达工程有限公司对控制室（控制中心）、现场机柜间采用的抗爆设计的范围规定为：（1）中石化、中石油、中海油等按照国内石油石化行业建设项目的标准执行；（2）国外引进的工艺包或项目、基础设计等文件中建设项目提出相关要求的；（3）业主针对建设项目提出的进行抗爆设计要求的；（4）项目安全评价、政府部门安全消防审查意见中提出建设项目需要进行抗爆设计的。
3、爆炸荷载分析石油化工装置可能产生的爆炸主要包括粉尘爆炸、蒸汽云爆炸、压力容器爆炸及浓缩相物质爆炸等。
虽然可能发生很多形式的爆炸，但是石油化工装置主要的爆炸形式为蒸气云爆炸。
蒸气云指的是易燃易爆的气体发生泄漏后在空气中形成的气团，因为蒸气云能自由在空中飘移，所以其爆炸方向和位置具有较大的不确定性。
爆炸最重要的特征是突然向空气中释放被压缩的能量，而使其瞬时压力激增的情况，即爆炸波超压，向建筑物上传递便形成了爆炸荷载。
石油化工控制室抗爆设计规范
石油化工控制室抗爆设计规范
在石油化工工厂的控制室，抗爆设计规范是一个十分重要的组成部分。
抗爆设计是指
用以防止爆炸危险更高或爆炸性气体和空气混合物在控制室内循环的设计。
第一，抗爆设计首先要满足国家有关法律法规和安全标准。
二来，控制室内应采用
抗爆设备，设备需要经过有关认证机构核实，确保爆炸抗性能符合国家及行业的认证要求。
第三，为保证控制室的抗爆性能，控制室的尺寸必须满足国家规定，设备安装前必须
按要求做好抗爆处理，控制室的布线要以抗爆材料为主，必要的振动器件也要采用抗爆设备，以免发生爆炸事故。
第四，控制室的安全保护措施必须得到保证，设备应该能够有效地抵御外界因素所引
起的间接性爆炸。
控制室内的温度也需要控制在正常范围以内，潮湿度也不能太高，要能
够控制在爆炸安全的范围内。
第五，控制室内必须搭建加之视频监控系统，同时安装烟雾传感器等报警设备，在检
测出爆炸性气体时及时发出警报，以确保安全。
最后，抗爆设计应该结合实际情况，根据现场情况和实际需求进行定制设计，以确保
合理地抗爆安全。
总之，石油化工控制室的抗爆设计是一项重要的工作，也是确保控制室安全的必要保
障措施。
此外，任何抗爆设计应在安全角度和技术角度都应符合国家标准和行业规范，以
确保安全可靠。
石油化工控制室抗爆设计
石油化工控制室抗爆设计简述了控制室抗爆设计的缘由，结合实际工程介绍了控制室抗爆结构设计时爆炸荷载取值及荷载组合、设计方案的确定原则等。
关键词抗爆设计爆炸荷栽刚性地坪概念设计1 控制室抗爆概述近年来，由于工艺生产装置技术的发展，对装置自动控制水平的集成化程度也不断得到提高。
我们知道，炼油、化工厂中许多生产装置均具有易燃易爆的特点，为保证在任何情况下对生产装置的正常操作和安全开停车，最经济有效的方式是总图规划时将控制中心设置在远离装置爆炸区的范围内。
但是，控制中心与装置之间距离过大必将增加管线与电缆的造价，占地面积也相应增加，而控制中心距离装置较近则需要考虑爆炸力对控制室的影响，即对控制室进行抗爆设计，因此有关控制室的选址应该进行必要的技术经济分析。
有时当总图布置受实际场地及诸多原因的影响，只能设置在距装置较近的地方时，为保证生产装置的正常操作，必须对控制中心建筑物进行抗爆设计。
2 本工程控制室介绍本设计为某石化分公司储运系统控制室，长31.5米，宽15米，高5米（平、立、剖面图见图1、2、3）。
一层钢筋混凝土框架-剪力墙结构，总建筑面积为593.55平方米。
室内设置有控制室、机柜间，同时还设置有辅助设施。
平面布局规整，整体外观简单大方，有利于整体结构的抗震、抗爆。
目前国内还没有专门针对控制室抗爆设计的标准和规范，有关《石油化工控制室抗爆设计规范》的编制工作正在进行。
因此本设计以国外相关规范、标准为主要参考依据，结合国内相关标准及其它参考资料进行。
3 爆炸荷载取值及组合抗爆建筑工程成本远远高于普通建筑，经统计，一般为普通框架结构建筑物的2.5至4倍。
对于布置在装置区域内的控制室，国外的做法是先由专业咨询公司根据相邻装置在设计基准期内可能发生爆炸的概率、爆炸的类型及其可能产生的破坏特征等，综合作出该控制室的安全评估报告，其中提出可能的爆炸力的详细情况，作为该控制室抗爆设计的依据。
由于国内尚无这样的专业咨询公司，也没有相应的标准规范。
石油化工控制室新新抗爆设计规范GB50779-在工程建设中的运用
1中石化洛阳工程有限公司《石油化工控制室抗爆设计规范》GB 50779-2012在工程中的应用2013年7月2中石化洛阳工程有限公司目录国标与行标相比的主要变化抗爆结构设计抗爆结构设计中的基本概念爆炸荷载取值问题《石油化工控制室抗爆设计规范》的定位动力分析方法3中石化洛阳工程有限公司《石油化工控制室抗爆设计规范》的定位《石油化工控制室抗爆设计规范》解决的是在主体专业提出建筑物的抗爆要求之后，建筑、结构、采通专业如何做抗爆设计，规定了总平面布置、建筑设计、结构设计、通风与空调等几方面的内容，是一本独立编制的建筑结构设计规范。
按照本规范进行设计的控制室，当遭受相当于设计取定的爆炸荷载作用时，可能局部损坏，但经一般修理应可以继续使用。
4中石化洛阳工程有限公司《石油化工控制室抗爆设计规范》的定位本规范编制中参考的主要文献：1）Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities 石油化工行业建筑抗爆设计，由美国土木工程师协会能源部石油化工委员会抗爆设计任务委员会编制, ASCE 美国土木工程师协会出版2）Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions （TM5-1300）抗偶然爆炸结构（设计手册）3）ASCE Manual 42美国抵抗核爆炸建筑物设计规范4）Siting and Construction of New Control Houses for Chemical Manufacturing Plants, (SG-22), Chemical Manufacturing Association.化工生产协会的《化工生产装置新建控制室的现场布置和施工》5）Code Requirments for Nuclear Safety Related Concrete Structures(ACI349-01)核安全相关混凝土结构规范6）Process Plant Harzard and Control Building Design （CIA 1992），Chemical Industries Association 化学工业协会出版的《工艺装置危险性分析及控制室设计,7）《人民防空工程设计规范》GB502258）《人民防空地下室设计规范》GB500389）一些国际知名工程公司的相关标准等。
石油化工控制室抗爆结构设计探讨
石油化工控制室抗爆结构设计探讨【摘要】石油化工控制室抗爆结构设计在石油化工领域具有重要意义。
本文首先探讨了设计原则，包括减少爆炸冲击力、增加结构稳定性等。
其次介绍了设计方案，如采用阻爆材料、增加防爆门等。
然后讨论了材料选择的重要性，建议选用耐高温、抗腐蚀的材料。
接着描述了设计实施的步骤与要求，强调了实施过程中的安全性和规范性。
最后介绍了结构检测与维护的重要性，以确保设计的可靠性。
总结指出抗爆结构设计的重要性，展望未来发展方向，预测其应用前景。
研究对石油化工行业的安全发展具有重要意义。
【关键词】石油化工、控制室、抗爆、结构设计、原则、方案、材料选择、实施、检测、维护、重要性、未来发展方向、应用前景。
1. 引言1.1 石油化工控制室抗爆结构设计探讨石油化工控制室抗爆结构设计是石油化工行业中非常重要的一环，其设计质量直接关系到生产安全和人员生命财产安全。
在石油化工生产中，随着设备规模的不断扩大和工艺参数的不断提高，控制室作为生产的中枢，承担了监控生产过程、操作设备和保障人员安全的重要职责，因此其抗爆结构设计显得尤为重要。
在石油化工控制室抗爆结构设计中，需要遵循一些基本原则。
必须对控制室内部的结构和设备进行全面的分析，了解潜在的安全隐患和事故发生的可能性。
要根据事故类型和危险等级确定合适的抗爆结构设计方案，包括防爆墙、防护结构等。
需要选择合适的抗爆结构材料，确保在事故发生时能够有效保护设备和人员安全。
在实施设计方案时，应充分考虑工艺连续性、设备运行稳定性等因素，确保设计的实用性和有效性。
对抗爆结构进行定期检测与维护，保证其长期的有效性和安全性。
通过对石油化工控制室抗爆结构设计的探讨，不仅能够提高生产安全水平，减少事故发生概率，同时也能够为石油化工行业的发展和进步提供有力保障。
在未来，随着技术的不断进步和经验的积累，石油化工控制室抗爆结构设计将不断完善，为行业的可持续发展提供更加稳固的保障。
2. 正文2.1 石油化工控制室抗爆结构设计原则1. 安全性原则：设计抗爆结构时，首要考虑的是保障控制室内人员和设备的安全。
石油化工控制室抗爆设计规范GB50779-2012在工程中的应用
1中石化洛阳工程有限公司《石油化工控制室抗爆设计规范》GB 50779-2012在工程中的应用2013年7月2中石化洛阳工程有限公司目录国标与行标相比的主要变化抗爆结构设计抗爆结构设计中的基本概念爆炸荷载取值问题《石油化工控制室抗爆设计规范》的定位动力分析方法3中石化洛阳工程有限公司《石油化工控制室抗爆设计规范》的定位《石油化工控制室抗爆设计规范》解决的是在主体专业提出建筑物的抗爆要求之后，建筑、结构、采通专业如何做抗爆设计，规定了总平面布置、建筑设计、结构设计、通风与空调等几方面的内容，是一本独立编制的建筑结构设计规范。
按照本规范进行设计的控制室，当遭受相当于设计取定的爆炸荷载作用时，可能局部损坏，但经一般修理应可以继续使用。
4中石化洛阳工程有限公司《石油化工控制室抗爆设计规范》的定位本规范编制中参考的主要文献：1）Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities 石油化工行业建筑抗爆设计，由美国土木工程师协会能源部石油化工委员会抗爆设计任务委员会编制, ASCE 美国土木工程师协会出版2）Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions （TM5-1300）抗偶然爆炸结构（设计手册）3）ASCE Manual 42美国抵抗核爆炸建筑物设计规范4）Siting and Construction of New Control Houses for Chemical Manufacturing Plants, (SG-22), Chemical Manufacturing Association.化工生产协会的《化工生产装置新建控制室的现场布置和施工》5）Code Requirments for Nuclear Safety Related Concrete Structures(ACI349-01)核安全相关混凝土结构规范6）Process Plant Harzard and Control Building Design （CIA 1992），Chemical Industries Association 化学工业协会出版的《工艺装置危险性分析及控制室设计,7）《人民防空工程设计规范》GB502258）《人民防空地下室设计规范》GB500389）一些国际知名工程公司的相关标准等。
石油化工装置控制室的抗爆设计
石油化工装置控制室的抗爆设计摘要：石油化工装置发生火灾极易造成爆炸等次生事故，所造成的后果相当严重，往往造成群死群伤，经济损失特别巨大。
文章阐述了石油化工装置的特点，基于石油化工装置特点分析了装置火灾的特点，明确了火灾的控制措施。
关键词：石油化工；火灾；爆炸；控制措施1前言石化企业每一次火灾爆炸事故的发生，不仅容易造成人员伤亡，而且还会带来一定经济损失。
目前，我国各大石化企业虽然采取了一些危险源消防措施，包括固定消防炮、消火栓等。
由于这些消防措施均属于事后消防措施，未能起到防范于未然作用。
另外，采用人工处理，致使消防员人身安全无法得到保障。
智能化消防处理手段，能够及时发现火灾爆炸问题，为防范和处理争取更多时间，安全系数较高，是火灾爆炸事故消防发展的必然趋势。
当前此方面研究较少，尚未形成完整的消防设计方案，本文引入智能消防思路展开探究。
2石油化工企业危险源火灾爆炸事故产生的原因分析储罐区和生产装置是石化企业生产加工的重要模块，同时也是埋藏危险源的主要区域，容易引发火灾爆炸事故。
2.1储罐区火灾爆炸事故产生原因2.1.1当前石化生产缺少火灾自动报警装置，虽然在储蓄区安排值班人员巡视，但是容易出现漏查，或者疏忽情况，导致火灾事故产生。
其中，夜班执勤期间事故发生频率较高。
21.1.2该区域相关管理工作以人工管理模式为主展开，由于各个环节人工管理模式需要耗费大量时间，未能在灭火最佳时期处理，导致延长了火灾处理时间，人身安全很难得到保障，并且带来较大经济损失。
2.1.3火灾爆炸危险系数较高，当前事故需要人员冲锋靠近现场，危险系数较高。
在没有远程操控情况下，现场安全事故发生频率难以下降。
2.1.4目前，部分储罐外壁添加了喷淋系统，利用化学品控制温度，达到安全保护目的。
然而该系统作业未能做到每一个环节均覆盖自动化控制模式，需要人工开启，导致系统开启时间不及时。
另外，该系统流量和压力两项指标参数数值比较小，未能达到标准。
《控制室的抗爆设计》课件
采用耐爆材料和防爆门窗，确保 控制室能够在爆炸事故中保持结 构完整。
焊接车间控制室抗爆设计 实例
考虑到焊接过程可能引发火花和 爆炸，采用防爆电气设备和防火 防爆材料。
结论与展望
控制室的抗爆设计是确保人员安全和设备稳定性的关键措施。未来，需要进 一步研究和改进，以应对不断变化的爆炸威胁。
空气净化系统的防爆措 施
设计安全的空气净化系统， 防止爆炸气体扩散和积聚。
用电系统的安全设计
合理规划用电系统，采取安全措施，防止电火灾 和电气设备故障引发爆炸。
人员疏散及应急措施
制定合理的疏散计划和应急预案，保障人员安全， 并降低事故损失。
控制室抗爆设计的优点
1 提高安全性和保障人
身安全
减少爆炸事故对人员的伤 害风险，提高控制室的整 体安全性。
控制室常常与危险品接触，可能面临爆炸风险。抗爆设计能够减少可能的损失和伤害，确保操作人员的安全。
抗爆设计要点
建筑物整体结构及保护 结构选择
选择能够抵御爆炸冲击波和 破片影响的建筑材料和结备的防护
为重要设备和关键构件提供 专门的防爆措施，如防爆罐、 防爆阀门等。
2 减少损失和降低影响
通过抗爆设计，可以减少 爆炸事故对设备和财产的 损失，并降低对生产的影 响。
3 提高控制室设备和机
器的可靠性和稳定性
抗爆设计有助于提高设备 和机器的抗冲击能力，延 长设备寿命，保证控制室 运行的稳定性。
抗爆设计实例
化工厂控制室抗爆设计实例 矿山控制室抗爆设计实例
根据爆炸物质类型和风险评估结 果，实施防爆隔离、防爆电气和 防爆装备等措施。
控制室的抗爆设计
控制室的抗爆设计对于确保人身安全和设备稳定性至关重要。本课件将介绍 抗爆设计的概述、要点以及实例，展望控制室抗爆设计的未来发展。
石油化工控制室抗爆设计规范在工程设计中的使用
荷载沿建筑物长向作用（荷载沿建筑物宽度方向 作用不起控制作用），综合考虑前墙和后墙数值计 算分析结果的组合，即
屋面荷载=前墙反力-滞后ta时间的后墙反力。
抗爆结构设计
4) 假定屋面板厚、屋面配筋（用于抗剪）、翼缘配筋（用 于抗弯）。
5) 构件抗力计算： 计算抗弯承载力、抗剪承载力： 比较抗弯承载力及抗剪承载力，得到控制承载力R。
数值积分的方法
使用以下等式计算时间 tn 时的加速度值,直到达到有限抗力。
X n
Fn Ry M
（式 10）
确定弹塑性抗力函数中最大变形的数值积分分析过程如下： 1．给定 t=0 时刻的位移及速度均为 0，根据式 8 计算此时的加速度。 2．分别根据式 3~6 计算弹簧的加速度、位移、速度及内力。 3．核实计算得出的荷载是否超过 Ry。若未超过，给定新的时间,继续第 2 步
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2221:04:5821:04Oc t-2022- Oct-20
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。21:04:5821:04:5821:04Thursday, October 22, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2220.10.2221:04:5821:04:58October 22, 2020
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月22日星期 四9时4分58秒21:04:5822 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午9时4分58秒 下午9时 4分21:04:5820.10.22
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专注今天，好好努力，剩下的交给时 间。20.10.2220.10.2221:0421:04:5821:04:58Oct-20
控制室抗爆设计
２．１．１ 计 算模 型 抗 爆前 墙 简 支 在 基 础 、屋 面 和 侧 墙 上 ，常 取
ｌｍ 宽 的墙 体 为计 算 单 元 。为 使 前 墙 与 基 础 铰 接 ， 前 墙 与基 础 连 接 节 点 处 墙 纵 筋 交 叉 锚 入 基 础 内 ， 或 另设 交叉钢 筋 连接 。 ２．１．２ 荷 载
爆 炸荷 载 数 据 应 由安 全 专 业 根 据 抗 爆 分 析 计 算结果提供 ，包括爆炸冲击波入射超压 Ｐ 。和作用 时 间 ｔ 等参 数 。
前墙 动荷 载计 算 ： 在发 生爆 炸 时 前 墙 承 受 爆 炸 冲 击 波 产 生 的 反 射压 力 。峰值 反射 压力 Ｐ 按 下式 计算 ：
ｍ Ｋ ｍ
（３）振 动周 期
筋或 钢 材 动 力 强 度 设 计 值 ，Ｎ／ｍｍ ；ｆ 。为砼 动 力 抗压 强度 设 计 值 ，Ｎ／ｍｍ ；ｆ 为 砼 动 力 抗 拉 强 度 设计 值 ，Ｎ／ｍｍ 。 ２．１．４ 确定 允许 变形
Ｔ √南
２．１．６ 弹 塑性变 形验算 跨 中极 限弹性 变形 ：
抗爆墙与基础及屋面板铰接与框架梁预留间隙用素砼填实等其具体节点见5结语枟石油化工控制室抗爆设计规范枠是从美国土木工程协会ascedesignresisting图3节点详图buildingspetrochemicalfacilities借鉴转化而来计算采用单自由度体系的弹塑性动力模型按照爆炸荷载的传导路径逐个构件应用图解法或数值积分法进行构件抗爆计算
前 墙计算 单元 总 的峰值 荷载 Ｐ ：
Ｐ。＝Ｐ ｂＨ
２．１．３ 截 面承 载力计 算 （１） 抗弯 承载 力 前墙 截（４）
张维秀 ：研究员 ，国家一级注册结构 师、注册岩土工程师 、英联邦结构工程师 （ＭＩＣＥ）。１９８９年毕业于南京水 利科 学研究院 。从事结构 设 计 工 作 。 联 系 电 话 ：（０４３２）６３９５９４０２，Ｅｍａｉｌ：Ｊｌｙ—ｚｗｘ０２４７＠ ｐｅｔｒｏｅｈｉｎａ．ｃｏｒｎ．ｃｎ。
石油化工控制室的抗爆设计计算
石油化工控制室的抗爆设计计算作者：孙海珍张亮来源：《城市建设理论研究》2013年第14期【提要】本文针对石油化工装置中控制中心的抗爆问题结合我国现有的规范论述钢筋混凝土抗爆墙的概念、传力途径、计算方法及步骤。
【关键词】石油化工抗爆建筑爆炸荷载蒸汽云爆炸抗爆设计单自由度体系中图分类号：O643.2+21文献标识码： A 文章编号：1爆炸荷载的由来、概念及指标爆炸荷载属于偶然荷载，一旦出现，其值很大且持续时间短，在空气冲击波传播过程中强度衰减的很快。
通常人们用TNT当量来描述一个特定爆炸的大小。
在石油化工工业中，人们通过测量特定爆炸的冲击波性质，确定多少TNT数量可以产生同样的冲击波。
石油化工装置中的爆炸，可分为蒸汽云爆炸（Vapor Cloud Explode，简称VCE）、压力容器爆炸、浓缩相物质爆炸以及粉尘爆炸。
现在的趋势是，TNT当量应用在减少。
通过蒸汽云计算机模型研究以及对真实爆炸的观测表明，冲击波的大小和持续时间随距离、爆炸能量以及爆炸形式的变化而变化。
蒸汽云爆炸是一个很复杂的过程，没有理论模型能精确的模拟蒸汽云的爆炸过程，在国外，一般由专业咨询公司结合石油化工装置性质等因素，运用安全模拟分析软件，模拟计算建筑物的爆炸冲击波参数进行安全分析综合评估确定。
首先引入三个重要概念如下：超压：冲击波通过时产生的超过大气压的空气压力反射压：冲击波在传播方向上遇到障碍物时反射的超压增量。
正压作用时间：超压（或反射压）作用在建筑物上的时间。
作用时间越长，建筑物反应越大。
当未进行评估时或者其他方法确定爆炸荷载时，可按下列规定确定。
a.冲击波峰值入射超压10 psi (69kPa)，正压作用时间20ms;b.冲击波峰值入射超压3 psi (21kPa)，正压作用时间100ms;不管采用何种方法确定设计爆炸荷载，在详细设计前都应该得到业主的确认。
对于蒸汽云爆炸，设计计算时采用冲击波超压为20 KPa、持续时间为100ms的冲击波。
控制室抗爆结构概念设计及计算方法-494
4. 主要节点
抗爆墙下端简支于刚性 地坪，因墙可能受压或反 弹，所以地坪钢筋应该锚 入墙体。
为了减少传给基础的墙 体面外弯矩，墙筋下端交 叉锚入底板。为了传递墙 体面内弯矩，交叉筋宜不 小于墙体竖筋且与竖筋有 效搭接。
进线洞口不宜对 墙体和刚性地坪与 墙体的连接有较大 的削弱。
室外防护沟内填 砂，避免冲击波直 接侵入。
3.2．等效静力法 条件同上，相应参数计算同上例。
构件冲击荷载P，即对应的爆炸峰值荷载Pr。 按上例 P=Pr=45.22kPa; τ=Td/TN=0.86 假定延性比=1.9，则α=2μ-1=2*1.9-1=2.8
•Qd
P
45.22
2.8
2.8 * 0.86
43.36kPa
2( 0.637) 3.14*0.86 2*1.9*(0.86 0.637)
相应跨中弯矩
Mu=Qd*H2/8=0.125*43.36*6.62=236kN.m As≈Qd/(0.9fdy*h0)
=236*10E6/(0.9*514.8/310) =1643mm2/m 则实配φ18@150，As=1696mm2/m， 与上例计算结果接近。
需要注意的是，构件自振周期TN是与配筋 相关的，一般先假定配筋计算出TN，然后再假 定延性比μ，计算Qd及相应配筋后再与假定配 筋相对比，如果相差较大要迭代计算（配筋对
同理，施工过程也应避免随意提高钢 筋强度等级或加大纵向配筋面积，这样可能 造成构件的弯曲抗力提高，不仅对构件强剪 弱弯具有不利影响，同时可能造成构件不能 按设计预期进入塑性，所以也是对结构不利 的，应该予以避免。
1.3 屋面构件布置
屋面构件的跨度尽可能规整一致以简化 分析计算，如果屋面构件存在多种跨度或支 座形式，应分别选择截面、配筋并计算传递 给下一级构件的“时程力”，不能简单地选 择较大或较小跨度的构件进行分析并作为类 似构件的配筋依据，否则可能造成不安全或 不合理的设计。
控制室的抗爆设计2010
为什么要抗爆
– 紧急停工：一次事故后的正确停工步骤实施后可以有效预防二次 火灾或爆炸。有时业主需要保持某种操作而进行另外的保护。这 种额外的保护通常要求对控制设备控制的设施进行保护。
• 国内
– – – – – 国际接轨：众多国外投资石化项目的实践 《石油化工控制室和自动分析器室设计规范》-正在修订 中石油企业规定（2005年） 化工行业：设计规定 爆炸危险性评估等HSE问题。
抗爆建筑物设计-材料 抗爆建筑物设计 材料
• 脆性材料：砖或者无筋混凝土块不能用于抵抗爆炸荷载。这些材料比 适合用于外墙或者内墙。因为砌块之间抗拉强度低，材料的坠落可能 危及室内人员 • 半柔性材料：通常的结构构件如，配筋混凝土砌体、翼缘无连结的钢 结构托梁以及压型钢板上浇筑混凝土的组合楼板，其延性非常有限。 配筋混凝土砌体的延性受钢筋布置以及砂浆抗剪承载力的限制，翼缘 无连结的钢结构托梁受焊接质量、特定截面缺陷以及支撑构件的微小 限制。这些结构构件只能应用于超压在2 psi 以下的情况。 • 柔性材料：因为钢筋混凝土结构和钢结构可以设计成适应大的塑性变 形，因此一般被推荐在抗爆建筑物使用。压型钢板同样可以抵抗冲击 荷载，但在防止爆炸残骸穿入方面能力较小。
关于爆炸-对设施的危害
压力 (bar) 0.001 0.002 0.003 0.007 0.01 0.021 0.028 0.034-0.069 0.048 0.069 0.069-0.138 破坏程度 讨厌的噪音 (137 dB)，低频 (10-15 Hz) 偶尔震破受压的大玻璃窗户 高噪音 (143 dB)，声音震破玻璃 震破受压的小窗户 典型玻璃破碎的压力 “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） 发射物限度对房屋的天花板造成一些破坏，10% 的窗户玻璃破碎 有限的较小结构损坏 大小窗户通常会被粉碎 对房屋的结构造成较小的破坏 房屋部分毁坏，无法居住 波纹状的石棉被粉碎 破坏了波纹状的钢或铝板的牢固, 它们跟着被弯曲 破坏了标准住宅木板的牢固, 导致木板被吹掉 造成建设物架的钢结构轻微地扭曲 房屋墙和屋顶部分坍塌 没有加固的混凝土或空心砖的墙壁被粉碎
控制室抗爆设计
• 不管采用何种方法确定设计爆炸荷载，在详细设计前者写设计基础都 应该得到业主的确认。
• 《核安全相关混凝土结构规范》（Code Requirments for Nuclear Safety Related Concrete Structures）（ACI349-01）是美国ACI349 委员会2001年发布的报告。它内容涵盖了核电站以及与核安全相关混 凝土结构的设计、建造标准要求，规范形式及编排上与《建筑混凝土 规范》（Building Code requirment for Structural Concrete）（ACI 319 - 95）相同。其中的附录C“脉动、冲击影响特殊规定”（Special Provisions for Impulsive and Impactive Effects）给出了脉动、冲击影 响下材料动力强度的提高（Dynamic strength increase）系数、结构 的弹塑性变形、结构保证延性的措施，是其他手册等资料引用的原始 依据。
• 《化工装置新建控制室布置和建造指南》（SG-22） 是美国化学工业 协会（MANUFACTURING CHEMISTS ASSOCIATION）1978年发 布的一个设计指南。它从设计意图、原理、装置分类、控制室布置考 虑的因素以及建筑、结构、通风方面的构造要求等方面对化工装置新 建控制室进行了阐述和规定，其中的等效静力荷载的设计方法较为简 便、实用，已被大多数公司采纳，作为其企业规范。比如，ABB lumous, Flour Daniel, Exxon公司以及韩国GS公司等的企业规范都采 用这种方法。
• 冲击波的大小和持续时间随距离、爆炸能量以及爆 炸形式的变化而变化。一般冲击波的特性描述和高 能量爆炸特性计算见TM5-1300 第二章或者ASCE手 册的第四章。
石化控制室结构抗爆设计思考
石化控制室结构抗爆设计思考【摘要】从控制室抗爆设计规范编制的背景出发，结合规范条文、结构动力学以及工程设计经验，在概念设计和计算设计两个方面对结构抗爆设计进行分析和总结；并对控制室结构抗爆改造进行思考，提出两种方案供交流讨论。
【关键词】控制室；爆炸冲击波；抗爆设计；动力计算；抗爆改造[Abstract] From the background of the code for design of blast resistant control building in petrochemical industry，combined with the code articles，structural dynamics and engineering design experience，analysis and summarize the structural antiknock design at the points of conceptual design and numerical design；and discuss the transformation of the blast resistant control building，put forward two proposals for discussion.[Keywords] blast resistant control building；explosion wave；antiknock design；dynamic calculation；blast transformation控制室是石油化工装置或联合装置内具有生产操作、过程控制、安全环保、仪表维护等功能的建筑物。
在现代自动化的石油化工生产企业中，控制室就是工厂的“大脑”。
随着经济发展、社会进步、以及对生命安全的重视和重大安全事故的教训，控制室应根据情况进行抗爆设计，从而保证人员生命安全和相关设备在爆炸工况下正常工作。
控制室的抗爆设计 PPT
柔性材料：因为钢筋混凝土结构和钢结构可以设 计成适应大的塑性变形，因此一般被推荐在抗爆 建筑物使用。压型钢板同样可以抵抗冲击荷载， 但在防止爆炸残骸穿入方面能力较小。
宜采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。 对于控制室，一般采用单层现浇钢筋混凝
土框结构。
材料
混凝土等级：不应低于C30。 钢筋：宜采用HRB400和HRB335。 抗爆结构构件的钢筋强度等级以及配筋面积应 按计算确定，不得任意提高钢筋强度等级和加大 配筋面积。
构件初始加载时，抗力随挠度理想的线性增加，直 到达到钢筋屈服为止
(3) 正压作用时间：超压（或反射压）作用在 建筑物上的时间。作用时间越长，建筑物反应越 大。
爆炸冲击波峰值入射超压 (Pso )和正压作用时 间(td) 通常由他人确定。这个过程包括化学工 程原理、工艺危害分析和工业风险评价。
业主的标准有时也确定一个冲击波荷载。业主 的抗爆标准不同，但是很多业主的爆炸荷载是 根据装置包含的工艺方案以及平面布置研究确 定的。
剪力墙两端和门框墙应设暗柱加强。
屋面板及外墙应双面配筋，单面配筋率不应小于 0.25%，且不大于1.5%。屋面板的最小厚度不 小于125mm，墙体的最小厚度不小于200mm。
框架顶层端节点处，宜采用框架梁钢筋伸入框架 柱中的锚固方式。
钢筋接头不宜采用焊接接头。
独立基础应设系梁。
一般情况下，爆炸在临近区域形成冲击波形式，、运输、操作 要素控制：浓度、温度、火源、震动
防爆 总平规划、建筑防爆措施、泄爆
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关于爆炸-对设施的危害
压力 (bar) 0.001 0.002 0.003 0.007 0.01 0.021 0.028 0.034-0.069 0.048 0.069 0.069-0.138 破坏程度 讨厌的噪音 (137 dB)，低频 (10-15 Hz) 偶尔震破受压的大玻璃窗户 高噪音 (143 dB)，声音震破玻璃 震破受压的小窗户 典型玻璃破碎的压力 “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） 发射物限度对房屋的天花板造成一些破坏，10% 的窗户玻璃破碎 有限的较小结构损坏 大小窗户通常会被粉碎 对房屋的结构造成较小的破坏 房屋部分毁坏，无法居住 波纹状的石棉被粉碎 破坏了波纹状的钢或铝板的牢固, 它们跟着被弯曲 破坏了标准住宅木板的牢固, 导致木板被吹掉 造成建设物架的钢结构轻微地扭曲 房屋墙和屋顶部分坍塌 没有加固的混凝土或空心砖的墙壁被粉碎
关于爆炸-爆炸荷载 关于爆炸 爆炸荷载
• 通常人们用TNT当量来描述一个特定爆炸的大小。从工业 应用来看，很多材料可以引起爆炸。每种爆炸物或者爆炸 物组合有其自身的燃烧率。对于蒸汽云，其冲击波特性同 样依赖于可燃气（可燃气与空气混合）混合物以及蒸汽云 团可燃气的浓度。通过测量特定爆炸的冲击波性质，确定 多少TNT数量可以产生同样的冲击波，这就是TNT当量。 虽然有很多其他爆炸物存在，但由于有大量的实验数据可 以应用，因此TNT当量仍然被用作一个普遍的爆炸参数。 • 现在的趋势是，TNT当量应用在减少。通过蒸汽云计算机 模型研究以及对真实爆炸的观测表明，采用TNT当量得出 的结果，在距离爆炸源较近时超压偏大，而距离较远时超 压偏小。
0.207-0.276
0.276 0.345
0.345-0.483 0.483 0.483-0.552 0.621 0.689
20.68
关于爆炸-对部分炼油设施的危害
爆炸超压对受到冲击的部分炼油设施的影响（Stepgens 1970年）
压力 (bar) 0.17 0.20 0.24 0.34 0.37 0.41 0.51 0.82 破坏程度 加热炉结构移动、管线破裂 再生器电线切断 裂化反应器电线切断；管架框架变形 加热炉翻倒\破坏 再生器框架变形 管架框架倒塌、管线破裂 再生器倒 裂化反应器倒
控制室的抗爆设计
---简化动力分析的方法
2010年元月
提纲
• 提纲：
– – – – 关于爆炸 为什么要抗爆 钢筋混凝土构件在爆炸作用下的性能 抗爆建筑物的设计
关于爆炸-概念
• 爆炸通过气体在受限制的空间里突然膨胀而释放 机械能、化学能或核能。 • 按照产生爆炸的物质分类，我们可以将石油化工 装置中可能发生的爆炸与TNT爆炸区别开来。常 规炸弹炸药包、手榴弹等爆炸就是TNT爆炸；核 弹爆炸也相当于TNT爆炸，只不过其释放的能量 非常巨大。TNT爆炸的特点是相对于爆炸影响的 范围讲，爆炸工步骤实施后可以有效预防二次 火灾或爆炸。有时业主需要保持某种操作而进行另外的保护。这 种额外的保护通常要求对控制设备控制的设施进行保护。
• 国内
– – – – – 国际接轨：众多国外投资石化项目的实践 《石油化工控制室和自动分析器室设计规范》-正在修订 中石油企业规定（2005年） 化工行业：设计规定 爆炸危险性评估等HSE问题。
关于爆炸-爆炸荷载 关于爆炸 爆炸荷载
• • • • 爆炸危险性分析给定； ASCE Manual SH 行标； GB 国标
– 焦点：方便实用的单一值\给出随距离变化的参数；（蒸气云的特点决定）
• 如果没有其他方法确定爆炸荷载，可以应用已经确定的荷载标准。下 面两组荷载，从CIA 和 SG-22而来，可以用作近似确定蒸汽云爆炸的 最后方法。
为什么要抗爆
– 通常的爆炸水平来看, 冲击波不足以直接地对生命造成 威胁。虽然有例外, 多数严重的伤害由爆炸引起残骸造 成。经验表明, 常规的建筑设计由于建筑物倒塌的残骸 阻挡了有限的逃生路线，从而增加了人员伤害的危险。 正像“中间风险” 的最小原则，建筑物不能对刚好在 外面的人员造成另外的伤害。为达到这个最低要求， 建筑物在外部爆炸的作用下应保持不倒塌。 – 控制设备：程序控制设备是昂贵的, 可能需要久时间替 换。控制室服务多个装置单元要求对控制设备进行保 护保证爆炸后恢复装置操作。
关于爆炸-爆炸相似率
• 爆炸相似率 爆炸相似率[1]
– 爆炸冲击波参数可以用爆炸相似率，（也叫 “Hopkinson规律”）来求得。假定特定的爆炸产生的 冲击波通过空气按照冲击波的形式传递，可以计算得 出某一确定的冲击波压力值会在距爆炸源某一距离处 产生，而且与能量的立方根成正比。大能量以及核爆 已经验证了这样的相似率。因此，爆炸冲击波参数可 以利用现有的武器爆炸试验数据（通常是1千吨或者1 万吨TNT当量）按照相似率求得。
0.09 0.138 0.138-0.207
关于爆炸-对设施的危害
0.159 0.172 0.207 严重结构损坏的最低限度 砖砌的房屋受到50% 的破坏 工厂厂房里的大型机器 (3000 lb) 遭到少许的损坏 钢结构的建设物被扭曲并脱离地基 无结构的钢板建筑物被破坏 储油罐破裂 轻工业厂房的复合钢结构破裂 木杆被折断 在建筑物里的大型水压机 (40,000 lb) 轻微损坏 房屋几乎完全被毁坏 装货的货车箱倾覆 没有被加固、8-12"厚的砖块因扭曲/弯曲而失效 装货的货车车箱完全被毁坏 房屋可能完全损坏 大型机床 (7000 lb) 被移动并遭严重损坏 特大机床 (12,000 lb) 幸免 弹坑边的极限
关于爆炸-对人体的伤害
人体直接暴露于爆炸超压可能受到的损害 1bar=100kPa
压力 (bar) 0.02 0.35 0.55 0.70 0.76 3.00 人体受害程度 “安全” 耳膜受损 致命的脑部受损 严重的肺部受损 致命的身体受损 生命威胁
来源：Loss Prevention in the Process Industries, Frank P Lees, Vol. 2, 2nd Edition
抗爆建筑物设计-材料 抗爆建筑物设计 材料
• 脆性材料：砖或者无筋混凝土块不能用于抵抗爆炸荷载。这些材料比 适合用于外墙或者内墙。因为砌块之间抗拉强度低，材料的坠落可能 危及室内人员 • 半柔性材料：通常的结构构件如，配筋混凝土砌体、翼缘无连结的钢 结构托梁以及压型钢板上浇筑混凝土的组合楼板，其延性非常有限。 配筋混凝土砌体的延性受钢筋布置以及砂浆抗剪承载力的限制，翼缘 无连结的钢结构托梁受焊接质量、特定截面缺陷以及支撑构件的微小 限制。这些结构构件只能应用于超压在2 psi 以下的情况。 • 柔性材料：因为钢筋混凝土结构和钢结构可以设计成适应大的塑性变 形，因此一般被推荐在抗爆建筑物使用。压型钢板同样可以抵抗冲击 荷载，但在防止爆炸残骸穿入方面能力较小。
钢筋混凝土构件的抗爆性能
• 钢筋混凝土构件的工作过程 • 钢筋混凝土构件的工作过程： • 构件初始加载时，抗力随挠度理想的线性增加，直到达到 钢筋屈服为止； • 随着构件继续挠曲，全部钢筋屈服，抗力不再随挠度的增 加而增大，而是保持常数； • 在屈服阶段内，在挠度相当于2o支座转角时，受压混凝土 被压碎； • 对于无抗剪钢筋的钢筋混凝土构件，混凝土压碎即导致构 件破坏； • 对于有抗剪钢筋（单肢箍筋或拉筋）的钢筋混凝土构件， 抗剪钢筋适当拉住抗弯钢筋，混凝土压碎导致承载能力稍 许降低，因为压力被传递到受压钢筋上；
– 职业安全健康管理局: OSHA 安全章程不具体地提及抗 爆设计。OSHA 要求, 雇主必须提供一个安全工作场所。 OSHA从以前爆炸经验调查表明, 抗爆措施应该被考虑 – 人员安全：虽然安全总是主要关注的事情，保护范围 也许是问题。明显地, 一个开敞的工艺装置为人不提供 任何保护，而且在紧急状态情形下人员还必须撤离。 控制室则是另外一种情况：建筑物内总是有人，并且 操作人员还要当班处理装置的突发事件。
关于爆炸-概念
• 石油化工装置中可能发生的爆炸不同于一般的 TNT爆炸，可分为蒸汽云爆炸（Vapor Cloud Explode，简称VCE）、压力容器爆炸、浓缩相 物质爆炸以及粉尘爆炸。这几种爆炸在相关的资 料中都有介绍。 • 虽然石油化工装置中可能发生的爆炸存在多种形 式，但石化工业内还是主要考虑蒸汽云爆炸。有 资料表明，1972年至2000年近30年间，世界上烃 类企业各种灾害的统计情况，从统计的角度可以 验证上面的论述，尽管这些都是特大灾害而没有 统计全面。
钢筋混凝土构件的抗爆性能
（配置单肢箍筋的构件）
（配置拉筋的构件）
抗爆建筑物设计-结构形式 抗爆建筑物设计 结构形式
• 通常，石化装置内的抗爆建筑物主要就是控制室，一般为 箱形剪力墙结构。直接曝露在冲击波下的外表面全部为钢 筋混凝土结构以抵抗爆炸物的冲击。由于外墙在侧向荷载 下可能丧失支撑力，因此由独立的钢筋混凝土或钢结构框 架来支撑屋顶。钢结构压型板作为浇筑混凝土的模板。采 用钢结构构建同时也降低了现场安装的费用。 • 近年来，当中度风险水平的低冲击波情况下，采用钢结构。 这些钢结构建筑同普通的预制钢结构房屋一样可能有冷轧 或热轧型钢制成。 • 根据当地的经济影响、劳动力和原材料供应情况，抗爆建 筑物还可以采用其他结构形式。
– b. 峰值超压3 psi (21kPa)，作用时间100ms; – a. 峰值超压10 psi (69kPa)，作用时间20ms;
• 不管采用何种方法确定设计爆炸荷载，在详细设计前者写设计基础都 应该得到业主的确认。
为什么要抗爆
• 国外：要不要抗爆设计通常情况下是由业主在项 目组的协助下决定的，有以下几种原因。
关于爆炸-爆炸荷载 关于爆炸 爆炸荷载
关于爆炸-爆炸荷载 关于爆炸 爆炸荷载
• 无约束的蒸气云爆炸经常被使用作为抗爆设计基础。 其他的爆炸形式，如沸腾膨胀液体蒸汽爆炸以及设 备爆炸均有可能发生。 • 许多种爆炸的基本特性是相似的。冲击波的大小和 持续时间随距离、爆炸能量以及爆炸形式的变化而 变化。一般冲击波的特性描述和高能量爆炸特性计 算见TM5-1300 第二章或者ASCE手册的第四章。三 个重要概念如下：