某煤化工厂控制室抗爆改造技术及施工风险分析_吴广强.pdf

2023 年第 3 期 风险分析 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT 41 某煤化工厂控制室抗爆改造技术及 施工风险分析 某煤化工厂控制室抗爆改造技术及 施工风险分析 吴广强 付路路 山东华鲁恒升化工股份有限公司 山东德州 253000 摘 要：因化工园区的老旧装置在当时建造时执行当年的标准规范，而近 2 年发布的新规范文件要求更为严格，导致老旧装置不符合现有标准规范的条文，为了解决现有老旧运行装置能够符合新发布执行的文件及标准要求，对某工厂的控制室进行改造。将原有抗爆控制室三、四层楼进行拆解，控制室周边的防爆门朝向及外墙体请专业设计院进行抗爆设置。经过改造后，现有抗爆控制室符合目前执行的政府文件及标准规范。关键词：煤化工；控制室；抗爆技术研究 某控制室是化工园区中工业园东区的区域性控制室，是随“年产 80 万吨醋酸工程”项目同步设计建设投用的。2008 年 07 月 08 日，山东省安全生产监督管理局出具了该项目设立安全审查的 危险化学品建设项目安全许可意见书（编号：鲁安监危化项目审字200859 号），同意该项目建设1。2009 年该项目名称变更为“醋酸装置节能新工艺改造项目”，2009 年 4 月 2日，山东省安全生产监督管理局出具了危险化学品建设项目安全许可意见书，同意该项目名称由“年产 80 万吨醋酸工程”变更为“醋酸装置节能新工艺改造项目”。工业园东区某控制室为四层建筑，结构形式为框架和围护墙结构。建设单位是山东德建集团有限公司第一建筑分公司，资质符合要求2。因该控制室设计时为 2009 年，石油化工控制室抗爆设计规范（GB 507792012）尚未发布实施，控制室主要参照石油化工企业设计防火标准（GB 501602008）确定防火间距。控制室与综合楼合建，由控制室、机柜间、大厅、接待室和会议室等房间组成，钢混结构，耐火等级二级。控制室设在中央控制室的一层，面积为 416 m2，控制室朝向装置的西墙为防火墙，机柜间设在中央控制室的二层。工程师站设置在机柜室内。控制室、机柜室设置了感烟火灾报警器，机柜室内设抗静电地板。如图 1 所示。图 1 某化工抗爆控制室俯视图 1 改造原因 由于后期相关标准规范不断发布更新，对防火、抗爆、间距要求更为严格，结合以下几项因素统筹考虑，该控制室不符合现行规范要求，如表 1 所示。2 改造方案 2.1 措施 1 某控制室负责厂区内气化装置、甲醇装置、净化装置、变换装置、醋酸装置等装置控制系统，因工业园东区厂区内尚有其他控制室，此控制室为区域一类重要设施。根据石油化工企业设计防火标准（GB 501602008）2018 作者简介：吴广强，男，中国石油大学化学工程与工艺专业本科，山东华鲁恒升化工股份有限公司生产部安全处处长。风险分析 2023 年第 3 期 42 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT 表 1 现有抗爆控制室不符合标准规范的情况 不符合项 标准规范 对应文件具体条文 序号 1 石 油 化 工 企 业 设 计 防 火规范（GB 501602008）2018 年版 表 4.2.12 甲类与区域一类重要设施防火间距为 400.75=30 m，实际某控制室与距离最近甲醇装置间距为 28.9 m，不满足规范要求 序号 2 石 油 化 工 工 厂 布 置 设 计规范（GB 509842014）一天中按照小时统计最高人数大于 300 人的非抗爆控制室距离高毒泄漏源（CO 为高度泄漏源且构成重大危险源）的间距不得少于 200 m 序号 3 化工 和 危 险 化 学 品 生 产 经营单 位 重 大 生 产 安 全 事 故隐患判定标准-安监总管三2017121 号文 第三条的要求：控制室或机柜间面向具有火灾、爆炸危险性装置一侧不满足国家标准关于防火防爆的要求的，判定为重大隐患 序号 4 石 油 化 工 控 制 室 抗 爆 设计规范（GB 507792012）第 4.1.4 控制室面向甲、乙类工艺装置的外墙应采用抗爆实体墙，确需在墙上开洞时，应经过抗爆验算 序号 5 山东省危险化学品安全专项整治三年行动实施方案 主要任务要求：涉及甲、乙类火灾危险性的生产装置控制室、交接班室原则上不得布置在装置区内，确需布置，应按照石油化工控制室抗爆设计规范（GB 507792012），在 2020 年底前完成抗爆设计、建设和加固 年版表 4.2.12 甲类与区域一类重要设施防火间距为 400.75=30 m，实际某控制室与距离最近甲醇装置间距为 28.9 m，不满足规范要求。针对这种情况，将甲醇装置进行拆除，拆除后最近装置为净化装置，距离为 60 m。2.2 措施 2 原抗爆控制室为四层结构，二层、三层、四层人员较多，共计 400 人，只保留第一层、第二层人，将第三层、第四层拆除，人员分流，控制在 50 人以内，保证结构上满足规范的要求。2.3 措施 3 原控制室一楼西侧防爆门正对膜分离装置，改造后将西侧门去除，在抗爆控制室北侧设置防爆门，北侧方向为空地广场，广场北侧 200 m外为交通马路，符合条件。2.4 措施 4 根据石油化工控制室设计规范（GB 507792012）中 4.4.3 控制室建筑物为抗爆结构时宜为一层，不应超过两层。将现有控制室3 层和 4 层拆除，在 1 层和 2 层外围设计抗爆结构；抗爆结构按照石油化工控制室抗爆设计规范（GB 507792012）中第 5.3 条：冲击波峰值入射超压最大值可取 21 kPa，正压作用时间为 100 ms，进行计算设计取值。墙体采用 350 mm 厚钢筋混凝土抗爆墙，配筋为直径20 mm 双层双向配筋，屋面板采用 200 mm 厚钢筋混凝土抗爆屋面板，配筋为直径 16 mm 双层双向配筋。并在人员通道处设置隔离前室及抗爆防护门，隔离前室采用钢筋混凝土抗爆墙和屋面板设计，隔离前室抗爆外门采用抗冲击波荷载不小于 20 kPa 抗爆门，隔离前室抗爆内门采用抗冲击波荷载不小于 10 kPa 抗爆门，隔离前室抗爆内外门耐火完整性均大于 1.0 h，在计算荷载作用下,该门应处于弹性状态，并可正常开启，门扇应向外开启，且不应镶嵌玻璃窗，并设置自动闭门器，配置逃生门锁及抗爆门镜，隔离前室内、外门具备不同时开启联锁功能。3 改造计算过程及分析 原某控制室屋面采光板等钢结构拆除，针对原控制室改造措施 2 中拆除第三、四层，只保留第一层和第二层进行分析，从结构方面看看是否符合标准石油化工控制室抗爆设计规范（GB 507792012）、高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ 992015）相关要求。3.1 抗爆控制室基本参数 根据石油化工控制室抗爆设计规范 2023 年第 3 期 风险分析 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT 43（GB 507792012）5.2 节，其中 5.2.1 混凝土的强度等级不应低于 C30，设计材质如表 2所示；规范中 5.2.2 和 5.2.3 中对抗爆结构的钢筋强度等级、钢筋的延性、韧性和焊接性还有材质要求都有相应的要求，本改造设计如表 3、表 4 所示。表 2 构件材料 层号 梁 柱(含支撑)数量/根 材料 数量/根 材料 2 212 36 1 123 36 表 3 梁柱板钢筋强度及保护层厚度 层号 柱纵筋/MPa 柱箍筋/MPa 柱保护层厚/mm 梁纵筋/MPa 梁箍筋/MPa 梁保护层厚度/mm 楼板钢筋/MPa 1、2 360 360 20 360 360 20 360 表 4 各层等效尺寸 层号 层高/m 累计层高/m 面积/m2 形心 X,Y/m 等效宽/m 等效高/m 最大宽/m 最小宽/m 2 5.50 10.5 1 265.84 20.20,3.82 29.94 50.36 50.47 29.74 1 6.25 5.00 441.64 22.41,3.78 31.84 70.98 70.98 31.84 通过表 24 可以看出，构件材料、梁柱板钢筋强度及保护层厚度、各层等效尺寸，符合标准 GB 507792012 中 5.2 材料的要求。3.2 结构质量分布 根据 JGJ 992015 中 3.5.6 条的规定，楼层质量沿高度宜均匀分布，楼层质量不宜大于相邻下部楼层的 1.5 倍，具体见表 5。表 5 质量分布表 层号 恒载质量/t 活载质量/t 层质量/t 质量比 2 955.4 0 955.4 0.93 1 937.8 86.6 1 024.4 1 合计 3 697.644 124.228 3 821.872 根据表 5 质量分布，在第一层中活载、恒载和层质量差距较大，其中活载较小，恒载与层质量相近；第二层中活载为 0，恒载与层质量等同；第一、二层质量比都符合规范 JGJ 992015 中不大于 1.5 的要求。3.3 各楼层受剪承载力 对各楼层受剪承载力进行计算，结果见表 6。表 6 各楼层受剪承载力及承载力比值 层号 楼层受剪承载力/kN 本层与上层楼层承载力的比值 X 方向 Y 方向 X 方向 Y 方向 2 5 949.47 6 535.20 0.91 0.87 1 6 112.37 6 388.00 1.03 0.98 根据 JGJ 992015 中 3.5.3 条规定：A 级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承风险分析 2023 年第 3 期 44 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT 载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的 80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的 65%；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%，结构设定的限值是 80%。分析表 6 的数据，第一、二层符合要求。综上，经过核算，将原来控制室第三、四层拆除，保留第一、二层的方案可行。4 项目风险分析 4.1 合规性控制措施 化工园区某抗爆改造项目主要风险为合规性，合规性风险主要考虑对某抗爆控制室设计改造后是否能够符合相关标准要求，经过内部论证，满足相关要求。风险控制措施：聘请相关机构组织土建、安全、总图、设计等专业高水平专家进行设计方案论证。施工风险主要考虑目前碳一、醋酸、尿素等相关装置持续运行中，改造过程中，特别是顶部两层拆除和封闭过程对室内人员带来的安全风险。4.2 风险控制措施 对施工单位资质和施工能力严格把关，施工前应制定专项安全管控方案，施工过程中应完善对整体结构、通道、控制室机柜间及电缆、信号线等的防护措施，加强对人员进出的安全教育。某控制室改造项目主要有窗户封堵、抗爆结构、增加隔离前室、增加新风系统等，投资预算 1 089 万元。某控制室通过抗爆改造后在既定的爆炸荷载下，结构允许处于非弹性状态而不至于倒塌。经过捆绑改造消除控制室及机柜间存在的事故隐患，确保公司整体的安全稳定运行。5 结束语 因化工园区的老旧装置某化工厂的抗爆控制室在当时建造时，是执行当年的 2009 年的标准规范，而近 2 年发布的新规范文件要求更为严格，导致老旧装置不符合现有标准规范条文。经过改造后，现有控制室满足石油化工企业设计防火规范（GB 501602018）、石油化工控制室抗爆设计规范（GB 507792012）、山东省危险化学品安全专项整治三年行动实施方案和石油化工工厂布置设计规范（GB 509842014）等相关标准的要求。参考文献 1 苏苗印,汪慧.石油化工装置控制室安全设计浅析J.化工设计,2021,31(6):46-49.2 高玉格,马鑫,关磊,等.LPG 球罐 BLEVE 过程中超压与热耦合效应模拟研究J.工业安全与环保,2022,48(1):1-4+9.