石油化工企業(yè)抗爆控制室結(jié)構(gòu)設(shè)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(chǎn)的產(chǎn)品種類多種多樣，容易發(fā)生燃燒現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生爆炸。這樣一來，嚴重影響該企業(yè)的發(fā)展，對該企業(yè)帶來了嚴重的不良影響。這時，抗爆控制室應(yīng)運而生?？刂剖覍φ麄€化工生產(chǎn)起到一個控制和領(lǐng)導(dǎo)作用。它對平時的生產(chǎn)進行監(jiān)督，避免發(fā)生爆炸現(xiàn)象。控制室擔(dān)負著越來越重的責(zé)任，對控制室結(jié)構(gòu)的要求越來越高。需要重點關(guān)注控制室的防爆能力，希望可以減少對石油化工企業(yè)的危害。尤其是在生產(chǎn)的過程中，往往容易產(chǎn)生易燃易爆的物質(zhì)，而且生產(chǎn)環(huán)境是高溫高壓的，這樣一來，極容易發(fā)生不良現(xiàn)象，造成災(zāi)害。因此，控制室就需要進行合理的設(shè)計，作為整個生產(chǎn)的不可或缺部分，它的設(shè)計是至關(guān)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(tǒng)的靜荷載，它具有很強的特殊性。在進行控制室設(shè)計時，需要考慮它。要保障裝備和工作人員的安全，一旦發(fā)生爆炸事故，立即采取控制措施，減少對企業(yè)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(guī)荷載，而且還要抵抗爆炸荷載。爆炸荷載是一種具有高爆發(fā)性的荷載，威力是相當大的，其產(chǎn)生的威力遠高于地震荷載以及常規(guī)荷載等，因此在抗爆控制室的設(shè)計時應(yīng)考慮這一因素。爆炸是各種化學(xué)物質(zhì)觸碰瞬間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的一種化學(xué)現(xiàn)象，在發(fā)生爆炸時，爆炸的中心會產(chǎn)生極大的壓力并與周圍形成壓力差，由此產(chǎn)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(chǎn)生的危害也是極大的。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本規(guī)定

2.1 設(shè)計的依據(jù)

隨著我國的科技水平不斷提高，建筑行業(yè)的發(fā)展越來越好，但在抗爆建筑方面與發(fā)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(guī)則標準

依照設(shè)計規(guī)范中的條例進行設(shè)計，要求當爆炸發(fā)生時，控制室的結(jié)構(gòu)不能發(fā)生較大的變化，允許出現(xiàn)一定的損壞，但是必須要在能進行修復(fù)的范圍之內(nèi)。準確分析爆炸荷載，以此為基礎(chǔ)來確定控制室的變形程度，根據(jù)爆炸的特點來設(shè)計控制室的結(jié)構(gòu)，使控制室的性能滿足規(guī)范要求。

爆炸所產(chǎn)生的影響是不確定的，因此在控制室結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不僅局限于例行的計算，更應(yīng)注重對整個控制室的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計。在建設(shè)控制室時，可以采取鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)進行矩形平面的設(shè)置，單層最優(yōu)，多層控制室與一層控制室結(jié)構(gòu)相比，其安全性能相對不足。

爆炸波是由于發(fā)生爆炸的現(xiàn)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(xiàn)形式

2.3 設(shè)計方法

抗爆控制室的設(shè)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(shè)計原理

2.4.1 結(jié)構(gòu)方面

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

2.4.2 作用原理

若石油化工生產(chǎn)時發(fā)生了爆炸，爆炸所產(chǎn)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(chǔ)。內(nèi)部的框架只適合承擔(dān)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(gòu)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(chǎn)生的形變較好。

3 設(shè)計的流程

3.1 前期準備

做好施工現(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.2 結(jié)構(gòu)方面

在前期準備的基礎(chǔ)之上，根據(jù)實際情況利用建筑軟件進行控制室的設(shè)計。通常情況下，重點關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)計本質(zhì)是通過計算爆炸力來確定材料和結(jié)構(gòu)，通過對爆炸荷載的數(shù)據(jù)參數(shù)、變形結(jié)果、旋轉(zhuǎn)角等進行詳細的計算，根據(jù)最終的計算結(jié)果對控制室設(shè)計方案進行優(yōu)化，達到最優(yōu)的結(jié)果。設(shè)計完成后應(yīng)對設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行初步驗證，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(jié)果綜合考慮，墻面通常設(shè)計為防爆墻，而配筋是影響構(gòu)件材料的性能的重要因素之一，圖紙應(yīng)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(nèi)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(shè)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(gòu)件，設(shè)置前墻和后墻的厚度。通常將墻板設(shè)計進行簡化，上至屋面板，后到抗爆墻基礎(chǔ)，簡圖如圖2所示。

圖2 簡支構(gòu)件

主墻和側(cè)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(fù)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(guī)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(jié)果低于規(guī)范值，從而滿足要求。如圖3所示，縱軸是最大延性數(shù)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(jié)果。

圖3 延比性隨著荷載值的變化圖

5 結(jié)束語

綜上所述，對于石油化工企業(yè)而言，設(shè)計抗爆控制室是相當重要的。設(shè)計時要考慮到整體設(shè)計、構(gòu)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(yè)的防爆控制室的結(jié)構(gòu)，達到完美的結(jié)構(gòu)，增強抵御爆炸的能力。