制室改造系列三:抗爆评估应解决那些问题？(附微信技术交流群)

浏览：作者：来源：时间：2022-11-25 分类：行业资讯

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之前，我们针对危化品企业装置区控制室如何改造、搬迁，新建和既有建筑物如何布置和整改，分别进行了探讨，在此基础上，一起讨论一下“抗爆评估应解决那些问题？”。

关于控制室是否需要抗爆，经常看到类似“控制室应根据爆炸风险评估确定是否需要抗爆设计”的结论。那么，如何开展评估，依据什么标准确定控制室是否需要抗爆设计，这些都是至关重要的问题，只有明确了这些问题，才能开展工程设计。

抗爆评估话题比较大，涉及到采用什么软件、如何使用软件、如何确定相关参数、如何确定风险可容许标准等环节。本文将问题简化，只讨论采用什么策略，结合软件分析，如何确定控制室是否需要抗爆设计。

1 简化条件

1.1 可容许风险标准

GBT32857-2016 保护层分析(LOPA)应用指南，术语定义，可容许风险tolerable risk：按当今社会兼职取向在一定范围内可以接受的风险[GB/T 20002.4-2015，定义3.15]。

后果分类为：人员伤亡、财产损失、环境污染、声誉影响等，本文简化为只分析人员伤亡。

假设人员伤亡可容许风险标准如下：

表1 某企业人员伤害可容忍风险举例

人员伤害风险	可容许风险	可忽略风险
单一场景人员死亡1～3人	＜10^-3/年	＜10^-5/年
单一场景人员死亡＞3人	＜10^-4/年	＜10^-6/年

由于涉及人员伤亡，简化为不考虑ALARP，采用可忽略风险标准。

1.2 场景

考虑如下三个场景:

表2 简化场景

场景	VCE云爆炸概率	爆炸点冲击波压力
场景1	＜10^-4/年	P1
场景2	＜10^-5/年	P2
场景3	＜10^-6/年	P3

假设，P1＜P2＜P3。

注：表2可以由软件模拟得出。

1.3 控制室距离爆炸点的距离

假设控制室距离爆炸的的距离为**m。

1.4 控制室人员值守情况

假设控制室内平均在场人员为3人。

1.5 控制室因冲击波超压倒塌人员伤亡概率

假设控制室倒塌在场人员全部死亡。

1.6 关于风险叠加

现场很多场景都有关爆炸，都会给控制室外墙造成一定的超压，为方便分析，简化为不进行风险叠加。

1.7 关于超压对建筑物的影响

超压对建筑物的影响需要耦合正压作用时间，本文简化只考虑超压值。

1.8 本文基于风险分析（耦合考虑发生概率）

1.9 补充说明

本章节简化条件及如何取值均不在本文讨论范围，比如评估是基于风险还是基于后果、场景的概念和范围、泄漏的具体情况、可容许风险的取值和范围、VCE蒸气的定义和范围、爆炸点的确定（设备和管道、还是VCE蒸气云中心点等）、冲击波对建筑物破坏的各种可能的情况以及建筑物内部人员的情况等。

2 既有控制室

2.1 既有控制室抗超压简化假设

假设，冲击波超压≥P（超压临界值）时，既有控制室倒塌造成内部人员全部死亡；

冲击波超压＜P（超压临界值）时，既控制室不会倒塌造成内部人员死亡。

2.2 软件分析

采用软件分析表2中的三种场景，得出冲击波抵达控制室外墙时的超压值，比如得出以下超压值，

表3 简化场景

场景	VCE云爆炸概率	爆炸点冲击波压力	控制室外墙冲击波压力
场景1	＜10^-4/年	P1	P1（修正）
场景2	＜10^-5/年	P2	P2（修正）
场景3	＜10^-6/年	P3	P3（修正）

2.3 既有控制室何时需要抗爆加固

综合分析以下因素:

①不同场景爆炸冲击波抵达控制室外墙的超压值和对应的概率;

②既有控制室抗超压情况（能抗多大超压值而不倒塌致人死亡）;

③既有控制室倒塌的概率;

④既有控制室倒塌人员伤亡情况;

⑤人员伤亡可容许风险标准。

如果当前已经满足了可容许风险标准，那么，既有控制室不用抗爆加固；

如果当前不满足可容许风险标准，那么，既有控制室需要抗爆加固。

2.4 举例

假设，既有控制室的P（超压临界值）等于表3中的P2（修正）。

那么，针对场景1，既有控制室不会倒塌，不会人员死亡；

针对场景2，既有控制室倒塌的概率＜10^-5/年，满足可容许风险标准，既有控制室不用抗爆加固；

针对场景3，既有控制室倒塌的概率＜10^-6/年，满足可容许风险标准，既有控制室不用抗爆加固；

结论：既有控制室不用抗爆加固。

2.5 补充说明

实际工程中不必这样一刀切，可以灵活工程实施，有时即使达不到倒塌的地步，如果有明显的薄弱环节，也可以局部加固。

3 新建控制室

3.1 抗爆控制室门槛临界超压值

抗爆门槛临界超压值的定义：建筑物需要防护的最高超压值高于抗爆门槛临界超压值时，建筑物应按照抗爆建筑物标准GB/T 50779-2021进行工程设计。

抗爆门槛临界超压值标记为P(抗爆门槛临界超压）。

3.2 新建控制室何时需要按照抗爆控制室设计

综合分析以下因素，

①不同场景爆炸冲击波抵达控制室外墙的超压值和对应的概率；

②抗爆门槛临界超压值；

③抗爆门槛临界超压值爆炸冲击波抵达控制室外墙的概率；

④控制室倒塌人员伤亡情况；

⑤人员伤亡可容许风险标准

如果抗爆门槛临界超压值爆炸冲击波抵达控制室外墙的概率已经达到了可容许风险标准，那么，控制室不用抗爆设计；

如果抗爆门槛临界超压值爆炸冲击波抵达控制室外墙的概率达不到可容许风险标准，那么，控制室需要抗爆设计。

3.3 举例

3.3.1 举例1

假设，P(抗爆门槛临界超压）≤表3中的P2（修正）。

控制室应抗爆设计。

3.3.2 举例2

假设，P(抗爆门槛临界超压）＞表3中的P2（修正）。

控制室不用抗爆设计。

4 控制室位置的优化

有了前面第2章节和第3章节的思路，可以进一步延伸思路推广到解决控制室位置优化的问题。

根据SH/T 3047-2021 《石油化工企业职业安全卫生设计规范》报批稿有如下要求：

7.2 人员集中建筑物抗爆设计

7.2.1 人员集中建筑物的位置和设计宜根据爆炸评估计算结果确定。

7.2.2 爆炸危险源附近应最大限度减少人员集中建筑物数量和面积。

有了抗爆分析软件的辅助，结合前面第2章节和第3章节的思路，可以进行控制室位置的优化。

5 抗爆分析软件应解决

5.1 需要分析出表2中的参数

需要分析出表2中的不同场景的VCE云爆炸概率和爆炸冲击波压力。

5.2 需要分析出表3中的参数

需要分析出表3中的不同场景的VCE云爆炸冲击波抵达控制室外墙的超压值和对应的概率。

5.3 对既有控制室的分析

需要分析出既有控制室超压倒塌致人死亡的临界超压值。

需要分析出VCE云爆炸冲击波抵达控制室外墙超压值达到既有控制室超压倒塌致人死亡的临界超压值的概率。

5.4 对新建控制室的分析

需要分析出VCE云爆炸冲击波抵达控制室外墙超压值达到P(抗爆门槛临界超压）的概率。

5.5 为优化控制室位置提供数据

控制室的位置应优化考虑，综合考虑全厂的控制管理、建筑物抗爆与否、维护管理等因素。抗爆分析软件可以提供爆炸模拟、不同VCE云爆炸冲击波超压值和正压作用时间、冲击波经过一段距离后的衰减情况等，为控制室位置的优化提供支撑数据。

6 补充说明

6.1 GB50779-2012中的21kPa和69kPa

GB50779-2012中的21kPa和69kPa并非抗爆控制室门槛临界超压值。

21kPa和69kPa是在没有评估冲击波参数时，可以按照这两组数据进行抗爆计算。

点击下载 GB50779-2012《石油化工控制室抗爆设计规范》标准原文

5.3 爆炸的冲击波参数

5.3.1 控制室抗爆设计采用的峰值入射超压及相应的正压作用时间，应根据石油化工装置性质以及平面布置等因素进行安全分析综合评估确定；当未进行评估时，也可按下列规定确定，并应在设计文件中说明：

冲击波峰值入射超压最大值可取21kPa，正压作用时间可为100ms；也可冲击波峰值入射超压最大值取69kPa，正压作用时间取20ms。

6.2 抗爆控制室门槛临界超压值

抗爆控制室门槛临界超压值并非抗爆控制室需要抵抗的超压值，而是进入需要满足抗爆标准的门槛超压值。

类比两个概念，

重大危险源，重大危险源的门槛是根据GB18218-2018分析是否够上重大危险源。1级、2级、3级、4级重大危险源都属于重大危险源；

功能安全仪表，SIL1及以上才进入功能安全的门槛，SIL1、SIL2、SIL3都属于功能安全仪表。

进入了抗爆建筑门槛，说明需要符合一些列的规定，比如GB/T 50779-2021的相关规定，举例，

3.0.17 除门窗洞口外，抗爆建筑物外墙、屋面的开洞尺寸不应大于1000mm，洞口间净距应洞口间净距应大于洞口宽度。

上述条款要求，不论建筑物实际需要抗多大的冲击波，都要满足一些基本要求。

6.3 可容许风险举例

GB/T 32857-2016 保护层分析(LOPA)应用指南可容许风险(示例)

7 建议

根据当前工程和现行标准的实际情况，提出以下建议，建议相关标准明确：

a) 风险可容许标准

b) 抗爆建筑物门槛超压值

“华安”为石化联合会HSE专家团队笔名，以上由中科合成油工程有限公司范咏峰主笔。水平有限，不足之处请批评指正。

特别鸣谢：蔡明锋（中国石油华东设计院）、张焕航（中石化广州工程公司）、徐新良（陶氏化学）等专家。

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