浅谈工业建筑的防爆、泄爆、抗爆设计

浅谈工业建筑的防爆、泄爆、抗爆设计

彭可

中国轻工业广州工程有限公司   广东广州   510000

【摘要】随着我国经济社会的发展，人们对建筑安全的要求不断提高。在工业建筑工程设计中，往往会遇到有爆炸危险性物质的单体，设计人员应对物质的火灾危险性要有足够的职业敏感度。本文从防爆、泄爆、抗爆三方面论述设计人员在设计过程中如何采取有效的措施来预防爆炸事故的发生，或者当爆炸事故发生时，又如何通过设计将损失将至最低。

【关键词】工业建筑 化学爆炸 防爆 泄爆 抗爆

引言

在工业建筑设计的过程中，由于工艺生产的特性，一些生产类建筑或者试验建筑内存在爆炸危险物质，对人们的生命和财产安全带来巨大的安全隐患，需要设计人员在设计时，对建筑的防爆抗爆设计规范及工艺有较为全面的认识和了解，才能在设计中采取相应正确的处理办法，以保证建筑的安全性。本文主要论述在设计实践过程中，特别需要注意和重视的事项及问题，作为初入相关工业项目从业者参考。

一、生产或者存储物质火灾危险定性

在设计前期，最重要的是对生产建筑的火灾危险性的判断，这个是正确设计的基础。很多设计人员对于火灾危险性的职业敏感度不够，容易简单接收其他专业的提资，导致部分火灾危险性为甲乙类的建筑按照丙类或者其他火灾危险性来设计，进而设计上出现严重的错误。

物品(物质)的火灾危险性分类，是决定厂房火灾危险性分类的关键要素，物品(物质)在生产中的物态形式（固态、液态、气态），闪点、燃点、自燃点，以及氧化还原性能、生产工艺条件等，直接关系火灾危险性大小。

在确定生产物质的火灾危险性分类时，建议重点关注以下要素：

1、应关注生产过程中各环节物质的火灾危险性，包括原材料、中间产物、副产物、成品等。特别是设计过程中，非常容易忽略中间产品和辅料，比如工艺设备储罐等经常需要添加辅料如氨水，而氨水挥发会氨气在容器内上方形成气相混合物，小于10%的稀氨水可定性为戊类，而浓度大与10%的氨水上方气相混合物可定性为乙类，此类问题需要重点考虑。

2、应关注生产操作条件是否会改变物质的性质，比如，生产操作环境是否超过物质的闪点、自燃点等。比如部分甲乙类化学品库是需要恒定的温湿度条件，如果储存时温湿度变化，会引发严重的安全事故。再比如不少甲乙类化学品遇水自燃，需要注意生产储存环境设计和消防灭火方式。

3、应关注生产操作条件是否会改变物质的状态，比如，生产操作中，是否出现可燃性粉尘(粉末)、 纤维、飞屑、雾滴、蒸气等。

4、需要说明的是，即使同一产品，不同生产工艺的中间产物、副产物和操作条件可能不一样，对应的火灾危险性分类也可能不一样，应酌情处置。比如锂离子电池定性为丙类，但是在UPS间由于充电环境会释放部分氢气，在建筑电气定性上可定性为甲乙类场所，而设计中常设计为封闭的房间，如此设计会非常危险。

5、重点关注生产或者储存的物品是否会发生化学反应或者需要隔离储存。在设计过程中不能简单将一个房间或者建筑设计为一个“大空间”，化学品物质根据类别需要严格按照《危险化学品仓库储存通则》做到隔离储存、隔开储存或者分离储存，所以在建筑专业的设计过程中应该明确各房间内的化学品物质种类布置和储量。可以储存在一个房间内，需要明确之间不同化学品之间的间距、隔离措施，比如《危险化学品仓库储存通则》也提出剧毒化学品、易燃气体、氧化性气体、急性毒性气体、遇水放出易燃气体的物质和混合物、氯酸盐、高锰酸盐、亚硝酸盐、过氧化钠、过氧化氢、溴素应分离储存。

6、部分甲乙类生产储存建筑有专门的规范，在设计时需要按照相关规范执行。如生产车间内的制氧间除了满足建规和通规外，还需要满足《氧气站设计规范》，比如规范提及：制氧站房、灌氧站房、氧气压缩机间宜布置成独立建筑物，但可与不低于其耐火等级的除火灾危险性属甲、乙类的生产车间，以及无明火或散发火花作业的其他生产车间毗连建造，其毗连的墙应为无门、窗、洞的防火墙，并应设不少于一个直通室外的安全出口。设计时如需将制氧间设计在车间内，需要了解车间是否不在规范提及的范围内，也不建议将制氧间设计在二层以上，尽量设在首层靠外墙区域。

7、关注新能源新技术在防火设计中的问题。比如在国家能源局综合司关于公开征求对《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知(征求意见稿)》意见的公告中提出：严禁利用火灾危险性类别为甲类、乙类的建筑物建设分布式光伏发电项目利用此类建筑物附近的其他建筑物或场地建设分布式光伏发电项目的，要严格执行《建筑设计防火规范》(GB50016)，保证防火间距不小于30 米，必要时加大防火间距。因光伏发电系统中有光伏组件、逆变器及汇流排等装置，对防火防爆要求较高，建筑光伏系统应避开爆炸危险场所。

二、防爆设计

防爆设计是采用一系列措施和手段，预防建筑物内危险物质发生爆炸的设计方法。在国家标准规范《建筑设计防火规范（2018年版）》（GB50016-2014）（后文简称《建规》）和《建筑设计防火通用规范》（GB 55037-2022）（后文简称《防火通规》）中有具体的要求和做法，以下总结了几点：

2.1 布置

在方案阶段防爆设计至关重要，甲乙类生产建筑应将有爆炸危险的房间或者区域集中布置在厂房周边人少区域或者顶层布置，有利于泄压和人员的安全疏散。需要泄爆的房间进深不易太大，如单层建筑面积需要布置2个以上防火分区，建筑宽度宜小于18m，以免泄爆计算无法通过。

2.2 通风

有效的通风能降低建筑内爆炸危险物质的浓度，降低发生爆炸的风险。在有条件的情况下建筑可以采用开敞或者半开敞的形式，当通风量不足或者工艺要求不能采用自然通风的情况下，可采用机械通风，降低空气中爆炸危险物质的浓度。当爆炸危险区域内的空气流量能使爆炸危险物质的浓度始终保持在爆炸下限值的25%以下时，可以视为通风良好。

2.3 顶棚

在可能散发较空气轻（相对密度小于0.75）的可燃气体、可燃蒸气的车间顶棚，为防止因积聚产生的爆炸，顶棚尽量做到平整光滑无死角，避免采用锯齿形或波浪形的顶棚，并在易形成死角处设置自然通风口或机械通风设施。

2.4 地面

在可能散发较空气重（相对密度大于0.75）的可燃气体、蒸气，或有粉尘、纤维爆炸危险的车间或生产部位，其楼地面应具有不发火花的性能，使用绝缘材料铺设的整体楼地面面层应具有防止发生静电的性能。同时，有粉尘、纤维爆炸危险的车间或生产部位，楼地面的表面应平整、光滑，易于清扫。特别需要注意部分甲乙类车间会有设备夹层平台，如果建筑设计中不体现这些设备钢平台，会成为容易发生火花的场所，可考虑铺设橡胶板或者塑料板，或者采用铜板、铝板、不锈钢板等不发火花的金属板。

2.5 地沟

当在可能散发较空气重（相对密度大于0.75）的可燃气体、蒸气，或有粉尘、纤维爆炸危险的车间或生产部位一般不考虑设置地沟，当必须设置的时候，为防止危险物质在地沟内积聚而发生爆炸危险，地沟盖板应采用不燃材料并密封。需要注意的是，此类车间内不同房间的地沟不能相连通，以防止发生爆炸连锁反应。

2.6 门斗

当爆炸危险区域与其他区域需要相连通，或与疏散楼梯间、室外楼梯相连通时，需要设置门斗，防止爆炸的作用通过连通处影响相邻区域。门斗的隔墙耐火时间不低于2小时，门采用甲级防火门并错位布置。

2.7 漫坡

存放甲、乙、丙类液体的仓库，在仓库门口处设置150mm~300mm高的漫坡。本设置一是防止危险液体流散，二是有的物质遇水会发生剧烈的化学反应，释放出大量的可燃气体和热量，因此设置漫坡以加强防护。

三、泄爆设计

泄爆设计是在较为封闭的建筑内，防止因内部爆炸的压力过高，导致结构破坏严重而墙倒屋塌的设计手段。主要的措施有采用轻质墙体、轻质屋盖、以及易于泄压的门窗等，当发生爆炸时，这些设施最先开启或破坏，向外释放大量的能量和气体，使室内爆炸产生的压力迅速下降，从而达到主要承重结构不破坏，整座建筑不倒塌的目的。简而言之，泄爆的目的是保证主体结构和设施的安全。

3.1 材料选择

当采用墙体或屋盖泄压时，应采用轻质材料，质量应小于60kg/m2，有利于爆炸冲击波一接触即可打开或破坏而进行泄压；当采用外窗泄压时，窗玻应采用易于破碎的安全玻璃等不易形成尖锐碎片的材质，如钢化安全玻璃。

3.1.1 泄爆墙

泄爆墙分为轻型泄压墙和轻质易碎墙两种。

轻型泄压墙适用于一般的粉尘爆炸和气体爆炸的危险区域。材质可选用压型金属板复合保温墙体、单层压型钢板复合保温墙板、岩棉夹芯彩钢板等，墙体用泄爆螺栓固定，并用牵引绞索与墙梁或墙龙骨拉接，以防止爆炸时墙板破碎乱飞而产生的次生伤害。

轻质易碎墙适用于高能爆炸物的危险区域。材质可选择纤维增强水泥板、膨石轻型板和泡沫混凝土复合墙板等轻质易碎墙板，这类墙板在爆炸时呈块状或粉末状，不易形成二次伤害。

3.1.2 泄爆屋盖/泄爆天窗

泄爆屋盖分为轻型泄压屋盖和轻质易碎屋盖两种，其适用范围和材质选择与泄爆墙类似。需要注意的是，当泄爆屋盖是建筑物整体屋面的一部分时，泄爆屋盖应高出相邻整体屋面0.5m以上。

当只能采用屋面泄爆，并且计算的泄压面积远远小于整体屋面的面积时，也可以采用泄爆天窗进行泄爆，不仅解决泄压问题，还可以改善室内采光。天窗采光罩的材质一般选择玻璃纤维增强聚酯板（玻璃钢）或有机玻璃等塑性材料以避免二次伤害。需要注意：部分化学品不可见阳光，在设计外窗和天窗时需要注意。

3.1.3 泄爆门窗

泄爆门、泄爆窗均为泄压装置，适用于有粉尘爆炸和气体爆炸危险的建筑物：

泄爆门——门扇部分由多个泄爆窗组成，当泄爆压力值达到10kPa~20kPa时，泄爆门上的泄爆窗可以打开，而在泄爆之后又能关闭泄爆窗，并且经过简单处理可以继续使用。泄爆门的门扇部分为型钢骨架，内外两侧面板为钢质或铝质，内充岩棉。

泄爆窗——泄爆窗与泄爆门的原理相似，当泄爆压力值达到10kPa~20kPa时能够打开泄压口，泄爆后又能自动关闭，后续通过简单处理可以继续使用的泄压装置。泄爆窗按节能要求分为保温型和采光型。

泄爆门、窗的泄爆原理是通过泄爆螺栓控制泄爆压力值，当达到一定泄爆压力值时，泄爆螺栓上的铝合金垫片受力变形，泄压口打开，其工作原理见图3.1.3.2。泄爆门、窗均向外开启，用于泄爆的窗玻应采用安全玻璃等爆炸时不产生尖锐碎片的材料。

3.2 泄压计算

车间的泄压面积可通过公式A=10CV2/3计算得出，其中：

A——泄压面积（m2）

V——厂房的容积（m3）

C——泄压比（m2/m3），《建规》中根据不同的爆炸危险物质类别，给出了相应的参考数值。

爆炸危险区域过于狭长或过于高耸，都不利于泄爆。因此计算泄压面积之前，需要通过计算长径比，控制爆炸危险区域的围合形态。《建规》规定“当厂房的长径比大于3时，宜将建筑划分为长径比不大于3的多个计算段，各计算段中的公共截面不得作为泄压面积”。

当采用泄爆墙泄爆时，实际的泄压面积应该扣除结构梁、柱和非泄压墙等的面积才是有效的泄压面积，并且实际泄压面积要大于计算泄压面积。

3.3 注意事项

有爆炸危险的设备靠外墙或顶层设置，并注意避开厂房的梁、柱等主要承重构件及其他重要设施，便于泄爆并且减轻爆炸时对整个厂房的影响；泄爆设施的设置应避开人员密集场所和主要交通道路，并靠近爆炸危险区域。

四、抗爆设计

抗爆设计是通过一系列防御措施抵抗爆炸事故的冲击波，防止和减轻冲击波对建筑物的损害，保障人员生命财产安全。这些措施包括抗爆建筑物、抗爆墙、抗爆门窗、抗爆吊顶、抗爆间室、抗爆涂层等。

《防火通规》中明确指出，直接服务于生产的办公室、休息室等辅助用房不应设置在甲、乙类厂房内，当与甲、乙类厂房贴邻时，需用耐火极限不低于3.00h的抗爆墙与厂房中有爆炸危险的区域分隔，安全出口应独立设置。另外，供甲、乙类厂房专用的10kV及以下的变（配）电站与该厂房贴邻时，当贴邻一侧的区域具有爆炸危险性，或者采用了可燃油油浸变压器室时，则相互间的墙体需采用耐火极限不低于4.00h的抗爆墙分隔。抗爆墙的抗爆性能应综合考虑生产部位可能产生的爆炸超压值、泄压面积大小等因素确定。

除此之外，有关爆炸危险建筑物设计的相关规范还有《石油化工建筑物抗爆设计标准》（GB/T 50779-2022）、《火炸药生产厂房设计规范》（GB 51009-2014）、《抗爆间室结构设计规范》（GB 50907-2013）等。

结语

综上所述，防爆和泄爆设计主要关注的是建筑内部的一系列措施，抗爆设计主要是防止保护单元来自其外部的爆炸冲击。设计人员在设计爆炸危险性较高的单体时，具体问题具体分析，综合利用各种预防手段，以提高工业建筑的安全指数。

参考文献

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