淺談化工建筑防爆、泄爆、抗爆設計

李小慧

（惠生工程（中國）有限公司，天津 300000)

我們作防爆、泄爆、抗爆設計的目的：就是在化工建筑設計中采取防爆措施，防止或減少爆炸事故的發生（防爆）。當發生爆炸事故時，最大限度地減輕其危害和造成的損失（泄爆、抗爆）。

1 防爆設計

1.1 化工建筑物發生爆炸的特點：（1）存在“跑冒滴漏”的現象，造成有了爆炸危險源；（2）建筑物本身通風差，使可燃性氣體、蒸氣、粉塵等物質與空氣（氧化劑）混合，形成濃度達到爆炸極限的混合物；（3）有火源。

1.2 根據爆炸的三要素，化工建筑防爆設計可以從下面3 個方面入手：（1）減少危險源，杜絕跑冒滴漏；（2）加強建筑通風（自然通風；加強檢測，強制通風），使即使泄露危險物料，也能很快稀釋擴散，也不能達到爆炸極限；（3）嚴格控制火源，避免火花產生。

1.3 排除爆炸源的措施從建筑來說，主要是排除各種火源：（1）對于明火。防爆建筑應遠離有明火的建筑物、露天設備和生產裝置。防爆建筑內部設有明火裝置時，易爆房間同明火房間之間應用防爆墻隔開；如二者必須有室內聯系，應設防火的雙門斗；（2）對于電火源。為消除電氣照明設備開關或運行時產生的電火花，應選用防爆電動機、防爆照明器和防爆電路；為消除靜電的火花，有關設備應設接地裝置和使用導電性潤滑劑；為消除建筑物附近的雷擊閃電的火花，應安裝避雷裝置；（3）對于化學品火源。對可能產生火源的化學材料，應采取安全貯存和防護措施；（4）對于太陽能火源。為消除由于太陽光照射而產生的火源，如直射陽光曝曬下可燃物升溫自燃和通過有氣泡的平板玻璃等聚焦而形成高溫焦點等，應設遮陽板、百葉窗或采用磨砂玻璃門窗等措施；（5）對于摩擦撞擊產生的火源。為防止工具或設備因摩擦、撞擊地面和門窗而產生火花，應采用木材、橡膠、塑料、瀝青和用石灰石、大理石作骨料的水泥砂漿和混凝土等不產生火花的材料作地面層，并使用木制等不發火花門窗；（6）對于其他火源。在有可燃液體或氣體的建筑中，應采取措施防止可燃物逸至有火源的房間。

1.4 特殊問題的解決辦法：（1）鋼樓板：因其良好的導電性及施工方便、切割容易、價格低廉及不燃性在一些生產車間用起來比較方便[2]，當采用時需與消防部門溝通，是否可從生產管理方面要求操作人員穿膠鞋，用非金屬工具，不帶金屬制品進車間等，而不作不發火花處理，或者根據工藝可采用鋼格柵板代替；（2）地溝：不宜采用帶箅子板的排水溝，以滿足防火規范要求。可以采用帶混凝土蓋板的管溝，但必須封堵嚴密，也可內填砂子解決[2]。也可采用排風溝，將比空氣重的易燃易爆氣體聚集到溝內，再用風管排出室外。不得以時，排水溝可采用短、淺的圓弧斷面溝，不加箅子板。（3）內裝修[2]：散發可燃粉塵、纖維的廠房內表面應平整、光滑，易于清掃。如有工字鋼梁則需包成矩形或梯形以消除承灰面。

2 泄爆設計

在密閉的空間里，爆炸破壞力比敞開的空間大很多，因此，易爆廠房需要考慮設置必要的泄壓設施。

泄壓設施包括輕質屋蓋、易于泄壓的門窗、輕質墻體等，其中設置輕質屋蓋的泄壓效果最好，宜優先采用。

2.1 門窗

用于泄壓設施的門窗，是指門窗質量較輕；玻璃較薄、且需是安全玻璃，保證飛出時不能有尖銳的角；選用的小五金斷面較小，構造節點易摧毀、脫落等。門窗可以采用契形木塊固定，門窗上用的金屬合頁、插銷等應選用斷面較小的門窗應向外開啟。

2.2 輕質屋蓋和墻體

《建筑設計防火規范》[1]GB 50016-2006 規定作為泄壓面積的輕質屋面及輕質墻體的重量不應大于60kg/m2。選擇材料應具有在爆炸時容易被沖開或碎裂的特點，且需要最好不能對人身造成2 次傷害，以便于泄壓和減少傷害。泄壓墻體可采用石棉瓦、加氣混凝土、石膏板、和某些型號的安全玻璃、專用的泄爆板等。一些項目采用壓型鋼板作為輕質泄爆墻板和屋面板。雖然其輕質高強，無需二次裝修，施工方便，但是因其塑性好，爆炸時不易成為碎片，且不易沖開，泄爆效果并不好，所以對其連接節點要進行特殊設計，但是注意風的作用，臺風地區很難采用了。

泄壓面積計算按《建筑設計防火規范》相關規定進行計算，當確實有困難的需要與當地消防局協商，并加強工藝及自控的檢測等手段。

注意泄壓部位應避開人員集中及疏散通道，且靠近爆炸部位。消除影響泄壓的障礙物，及注意泄壓時對相鄰建構筑物的影響。

3 抗爆設計

抗爆設計一般用于兩種用途：一種是擋住爆炸碎片以免損毀被保護的對象，一種是希望把爆炸范圍縮小，將爆炸悶住。不論那種都需要防爆墻體及防爆門窗。

3.1 防爆墻

3.1.1 防爆磚墻：只用于爆炸物質較少的廠房和倉庫。

●構造要求：柱間距不宜大于6m，大于6m 加構造柱；磚墻高度不大于6m，大于6m 加橫梁；磚墻厚度不小于240mm;

●磚標號不應低于Mu7.5，砂漿標號不應低于M5；每0.5m 垂直高度不應少于構造筋；兩端與鋼砼柱預埋焊接或24 號鍍鋅鐵絲綁扎。

●磚標號：根據抗壓、抗折強度分為：Mu 7.5、Mu10、Mu15、Mu20 四級。

●砂漿標號：根據立方體抗壓強度分為：M 0.4、M1、M 2.5、M5、M 7.5、M10 六級。

3.1.2 防爆鋼砼墻（理想的防爆墻）。

●構造：厚度不應小于200mm，多為500mm、800mm，甚至1m;砼強度不低于C20；鋼筋由結構計算，但不小于

●砼強度等級：根據立方體抗壓強度分為C 7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60 十二級。

3.1.3 防爆鋼板墻（以槽鋼為骨架，鋼板和骨架鉚接或焊接在一起。按做法不同，分為以下四種：

●單層或雙層鋼板防爆墻：鋼板厚不小于6mm，立柱間、橫梁間間距不應大于1.8m。

●雙層鋼板中間填砼防爆墻：中間填砼或砂，立柱間、橫梁間間距不大于1.2m。

●鋼板木板防爆墻：木板厚大于50mm。

●型鋼防爆墻：既防爆又泄壓。

3.2 防爆窗

是固定式的，采用角鋼窗框、橡皮密封條和夾層玻璃。安裝防爆墻上，發生爆炸時要求防爆窗堅而不碎，玻璃碎而不掉。按玻璃不同，防爆窗分為：（1）安全玻璃防爆窗：采用2、3、4 層夾層玻璃，用于一般防爆廠房防爆墻上；（2）防彈玻璃防爆窗：采用5、6、7、8、9、10 層夾層玻璃，用于高壓容器試壓、高壓化學反應、爆炸試驗等特殊用途的耐爆小室。

4 化工建筑設計的原則

4.1 平面布置

4.1.1 有爆炸危險的設備宜集中布置，且靠外墻，以利于泄爆、抗爆及疏散設計。

4.1.2 將有火源、人員、貴重儀器的配電室、控制室、分析室、化驗室、辦公室等房間集中布置在廠房一端，且設置防護墻保護。

4.1.3 有爆炸危險的廠房宜單獨設置，必須與非防爆廠房設置的時候，只能一面貼鄰，且用防護墻隔開，一般不允許有門直接聯系，必須聯系時，設防爆門斗。

4.2 剖面設計

4.2.1 通風設計，尤其是進深大跨度大的要有可開啟的天窗和通風器等，如果遇到比空氣重的可燃氣體或蒸氣最好有下部百葉窗等措施。

4.2.2 高低跨組合的廠房，在剖面設計的時候要考慮泄壓，抗爆等之間的相互影響。比如較高側墻面增設防護墻，較低側屋頂增加屋面荷載的計算，以免爆炸后，較高側墻體等倒塌于較低屋面，破壞較低側結構。

4.3 空間設計

4.3.1 盡量將建筑設計成接近圓形空間，這樣有利于泄爆。

4.3.2 注意對人員疏散的保護，樓梯間必須是封閉樓梯間，并設置防爆門斗等措施。

4.3.3 泄壓位置的設計：為了發生爆炸時能迅速泄壓，a.泄壓位置宜靠近泄壓面積設置.b.最好采用屋面泄壓，設備周圍要避免主要承重結構，如果無法避免必須加強結構，以免建筑倒塌

4.3.4 宜單層廠房，且不得地下半地下。這樣利于泄爆及疏散

4.3.5 采用開敞半開敞式建筑，通風好，就不太容易爆炸了

4.3.6 倉庫設計的時候，注意與常年主導風向交角的設計，利用穿堂風保持庫內的自然通風，

4.3.7 對于溫度要求嚴格的庫房要設置門斗，以免進出庫房時，室外氣溫對庫房溫度的影響

4.3.8 儲存、生產不同性質、且互相接觸能起化學變化引起爆炸的物質時，必須分類分車間生產和分庫儲存。當分車間比較困難時需用防護墻隔開。

5 特殊問題的解決辦法

5.1 建筑層數。一般宜采用單層建筑。對于必須采取自下而上或自上而下的生產工藝流程的建筑物才可采用多層建筑。在多層建筑中，如果只有一部分為防爆房間，應盡可能把它安排在最上層，不能把它布置在地下室或半地下室。如果防爆的工藝流程是上下貫通直至頂層的，應在每層樓板上開設泄爆孔，其面積應不小于樓板面積的15%，樓頂采用輕質泄壓屋頂。

5.2 耐火等級。爆炸時往往釀成火災，防爆建筑物應具有較高的耐火等級：單層建筑不低于二級,多層建筑應為一級。

5.3 結構類型。為避免爆炸造成房屋倒塌，建筑物應選用耐爆承重結構，并采取泄壓措施。一般采用鋼筋混凝土結構；如果墻體較厚或防爆建筑面積很小，可采用磚墻承重的混合結構，但必須設置輕質泄壓屋頂。

5.4 平面形狀。建筑平面宜為矩形。建筑物寬度愈小，外墻面積同容積之比愈大，愈有利于采光、通風和泄壓。多層建筑的寬度不宜大于18m。

5.5 安全出入口。安全疏散用的出入口，一般應不少于兩個，并須滿足安全疏散距離和疏散寬度等要求。

5.6 防爆區段布置。建筑物僅需局部防爆時，該防爆區段應靠外墻布置，要求至少有兩個外墻面；如果只有一個外墻面，其面積應占房間周長總面積的25%以上。

綜上所述，建筑師在定方案時就必須介入，幫助主導專業制定合理的建筑方案。并對其他專業，如結構專業提出要求，比如結構需要特殊加強的地方。這樣才能設計出使用良好，經濟美觀的建筑來。

［1］建筑設計防火規范[P].GB50016-2006.

［2］聞莉，化工建筑防爆設計簡析，化工設計[M].天津，科學出版社2007.