石油化工企業抗爆控制室結構設計分析

叢愷源

（中海油石化工程有限公司，山東青島 266000）

石油生產的產品種類多種多樣，容易發生燃燒現象，甚至產生爆炸。這樣一來，嚴重影響該企業的發展，對該企業帶來了嚴重的不良影響。這時，抗爆控制室應運而生。控制室對整個化工生產起到一個控制和領導作用。它對平時的生產進行監督，避免發生爆炸現象。控制室擔負著越來越重的責任，對控制室結構的要求越來越高。需要重點關注控制室的防爆能力，希望可以減少對石油化工企業的危害。尤其是在生產的過程中，往往容易產生易燃易爆的物質，而且生產環境是高溫高壓的，這樣一來，極容易發生不良現象，造成災害。因此，控制室就需要進行合理的設計，作為整個生產的不可或缺部分，它的設計是至關重要的。

對抗爆控制室進行分析，不能忽略一個名詞，它就是爆炸荷載。爆炸荷載不同于傳統的靜荷載，它具有很強的特殊性。在進行控制室設計時，需要考慮它。要保障裝備和工作人員的安全，一旦發生爆炸事故，立即采取控制措施，減少對企業的危險和損害[1]。

1 爆炸荷載的作用

對于抗爆控制室而言，不僅僅針對的是常規荷載，而且還要抵抗爆炸荷載。爆炸荷載是一種具有高爆發性的荷載，威力是相當大的，其產生的威力遠高于地震荷載以及常規荷載等，因此在抗爆控制室的設計時應考慮這一因素。爆炸是各種化學物質觸碰瞬間發生化學反應而產生的一種化學現象，在發生爆炸時，爆炸的中心會產生極大的壓力并與周圍形成壓力差，由此產生了一股氣流推動著聲波向四周推進。爆炸荷載雖是一次性的，但它產生的危害也是極大的。

2 結構設計的基本規定

2.1 設計的依據

隨著我國的科技水平不斷提高，建筑行業的發展越來越好，但在抗爆建筑方面與發達國家相比仍顯不足。我國在這方面的研究相對欠缺，目前抗爆控制室的標準還是主要參考國外標準。

2.2 規則標準

依照設計規范中的條例進行設計，要求當爆炸發生時，控制室的結構不能發生較大的變化，允許出現一定的損壞，但是必須要在能進行修復的范圍之內。準確分析爆炸荷載，以此為基礎來確定控制室的變形程度，根據爆炸的特點來設計控制室的結構，使控制室的性能滿足規范要求。

爆炸所產生的影響是不確定的，因此在控制室結構設計時，不僅局限于例行的計算，更應注重對整個控制室的結構體系設計。在建設控制室時，可以采取鋼筋混凝土的結構進行矩形平面的設置，單層最優，多層控制室與一層控制室結構相比，其安全性能相對不足。

爆炸波是由于發生爆炸的現象，在空中形成的一種沖擊波和壓力波。這兩種波存在不同的形式，如圖1所示。

圖1 爆炸波的表現形式

2.3 設計方法

抗爆控制室的設計采取動力分析法，該分析方法主要分為兩類：單自由度體系動力分析和等效靜荷載分析方法。

2.4 設計原理

2.4.1 結構方面

控制室通常是采用防爆結構來進行設計的，外防爆剪力墻與內框架柱分離，以實現外防爆墻消散爆炸水平荷載、內框架不受水平爆炸荷載（僅垂直荷載）的目的，保證主體結構安全。

2.4.2 作用原理

若石油化工生產時發生了爆炸，爆炸所產生的爆炸力會貫穿控制室墻面，因此要利用屋面板，將荷載傳遞給墻邊，再傳遞給控制室的基礎。內部的框架只適合承擔豎向的荷載。

2.5 變形方面

控制室在遭受爆炸時，要求變形程度較小，這就要求構件的延展性和彈塑性較好。

2.6 材料方面

選取好的材料，承受的壓力較強，產生的形變較好。

3 設計的流程

3.1 前期準備

做好施工現場的勘測，合理的運用建筑知識，確定控制室的前墻和后墻等結構設計。

3.2 結構方面

在前期準備的基礎之上，根據實際情況利用建筑軟件進行控制室的設計。通常情況下，重點關注外圍剪力墻的承受能力，需要對地震和爆炸有一定的抵抗能力。

3.3 計算過程

控制室結構設計本質是通過計算爆炸力來確定材料和結構，通過對爆炸荷載的數據參數、變形結果、旋轉角等進行詳細的計算，根據最終的計算結果對控制室設計方案進行優化，達到最優的結果。設計完成后應對設計的結構進行初步驗證，保證結構的穩定性。

3.4 施工圖紙的繪制

在繪制圖紙時，需將尺寸、材料強度、考慮和未考慮爆炸情況的計算結果綜合考慮，墻面通常設計為防爆墻，而配筋是影響構件材料的性能的重要因素之一，圖紙應準確表明，不可隨意增大或者減小

4 工程實例

某抗爆控制室長為48cm，寬為39cm，高為13cm，在這樣的情況之下，其內部還有一個支架，支架的作用是支撐整個控制室，將這個支架設為長23cm、寬34cm，采取等效荷載法進行，利用公式可計算爆炸荷載的大致范圍，選擇出合適的構件，設置前墻和后墻的厚度。通常將墻板設計進行簡化，上至屋面板，后到抗爆墻基礎，簡圖如圖2所示。

圖2 簡支構件

主墻和側墻的計算公式不同，不可直接等同。計算延比性時要多次重復計算，減少由于人為失誤而造成的誤差。一般情況下，延比性若小于規范值，說明墻板的厚度適中，若大于范圍值，需進行改進，重新計算，使計算結果低于規范值，從而滿足要求。如圖3所示，縱軸是最大延性數值，橫軸是爆炸荷載值，曲線表示延比性隨著荷載值的變化而變化，從圖3即可得出最終的結果。

圖3 延比性隨著荷載值的變化圖

5 結束語

綜上所述，對于石油化工企業而言，設計抗爆控制室是相當重要的。設計時要考慮到整體設計、構建材料等。本文針對工程進行分析，不斷地改進石油化工企業的防爆控制室的結構，達到完美的結構，增強抵御爆炸的能力。