石化装置既有建筑物抗爆改造工程应用

2024-09-02 116 上传者：管理员

摘要：炼化企业早期建设的人员集中场所距离装置较近且未进行整体抗爆设计，不符合法律法规要求，对既有建筑物抗爆改造是急需解决问题。以炼油厂某装置办公楼抗爆改造为例，论述既有建筑物抗爆改造工程应用。针对爆炸载荷设防值，开展既有建筑物抗爆性能评估，分析爆炸荷载作用下主要结构构件的破坏模式，评估非结构构件的抗爆性能，提出经济可行的抗爆能力提升方案。针对既有建筑物存在的薄弱点，有针对性的进行施工改造，提升既有建筑物的抗爆能力。

关键词：
抗爆能力
抗爆设防值评估
改造方案
既有建筑物
炼化企业
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1、抗爆改造项目的实施背景

炼化企业早期建设的人员集中场所距离装置较近且未进行整体抗爆设计，加之生产装置属于高阻塞区，气体爆炸冲击载荷大，存在群死群伤的风险。在既有建筑物没有采用抗爆设计时，事故中建筑物的毁坏是操作人员伤亡的主要原因。《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[2017]121号)第十三条款规定：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。《中国石化既有建筑物抗爆治理指导意见(试行)》(集团工单安风[2020]41号)第2.2条款规定：当建筑物受到的爆炸冲击波超压≥6.9 kPa或冲量≥207 kPa·ms，且未进行抗爆设计时，建筑物宜进行抗爆治理。炼油厂某装置办公楼位于炼油厂北部，建筑物为二层建筑，建筑物为框架结构，墙体为砌体结构，门窗均为非抗爆门窗，未进行抗爆设计，急需对建筑物进行抗爆治理。

2、爆炸设防值计算

抗爆设防值评估与抗爆能力提升改造采用基于风险的爆炸载荷评估方法。根据装置性质以及平面布置等因素，对既有建筑物周边装置发生爆炸事故下的载荷及事故发生频率进行定量评估计算，得到爆炸超压-累计频率曲线，合理确定既有建筑物爆炸超压设防值。

炼油厂某装置办公楼南侧为航煤罐区，最近设备距离操作室约62 m，西北侧为催化装置，装置最近设备距离操作室约125 m，西南侧为停用烷基化装置。根据抗爆评估结果并进行综合分析，确定办公楼西北墙抗爆设防值为12.2 kPa，正压作用时间为69.7 ms。

表1某装置办公楼的爆炸超压设防值及正压作用时间表

3、建筑物现有抗爆能力评估

按照《石油化工建筑物抗爆设计标准》(GB/T 50779-2022)相关要求，根据炼爆炸设防值评估确定的爆炸冲击波峰值入射超压Pso和正压作用时间td，采用有限元分析方法开展炼油厂某装置办公楼结构安全性核算，分析爆炸荷载作用下主要结构构件的破坏模式，根据既有建筑物框架组件、墙体等承载能力，确定建筑物爆炸载荷下的变形情况，评估既有建筑物薄弱点。

3.1爆炸载荷计算

该建筑物为两层砖混结构，南北向为12.0 m，东西向为25.0 m，室外地坪为-0.450 m。地面以上高度0.45+4.0+3.8+0.5=8.75 m。爆炸荷载计算如下：

表2爆炸荷载

3.2建筑物结构脆弱度分析

根据抗爆设防值评估结果，并结合建筑物结构类型，分析既有建筑物结构脆弱度。

表3建筑物类型划分

表4脆弱度与建筑物损坏程度的关系

表5建筑物损坏定义和分类

综上所述，结合建筑主体结构形式为未加固砌体(属于B3类型)，对比脆弱度曲线评估建筑物损坏程度为3等级，即重大损坏，需对办公楼进行抗爆能力升级改造，以保证建筑物内人员安全。

4、结构抗爆改造方案比选

抗爆改造方法有：抗爆涂层法、抗爆钢结构庇护罩法、新增抗爆墙法和混凝土面层加固+抗爆涂层法。四种方案的优缺点详见表6：

5、结构抗爆改造方案确定

以外墙体混凝土面层加固和喷涂抗爆涂料为主要加固方式对控制室进行加固，主要方案如下：

(1)外墙体改造：

建筑物现有墙体为砌体墙体，不具备抗爆的承载能力，在砌体外墙外侧增加150～200 mm厚钢筋混凝土板墙，在外墙内侧喷涂3 mm抗爆涂层。

墙体内侧喷涂抗爆涂层目的主要为了防止爆炸荷载下，墙体冲击变形导致砌体破碎飞散，目前常用的抗爆涂层是喷涂聚脲涂层，其材料特性是吸收冲击波的能量，从而减少作用到上的荷载，减少墙体形变，防止发生飞射。抗爆涂层的力学性能表明，在爆炸荷载下其动态极限强度较其静态极限强度有较大提高，具有明显的应变率效应。采用高压喷涂技术喷涂时，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，不产生流挂现象。根据实际的爆炸荷载目前常喷涂3～6 mm聚脲涂层，喷涂厚度过大或者过小，抗爆能力提升不再显著。基于结构计算分析结果，墙体内外喷涂3 mm的聚脲涂层，因此本工程初步采用在迎爆面外墙内侧喷涂6 mm厚抗爆涂层，在其余侧外墙喷涂3mm厚抗爆涂层进行加固。

(2)屋面改造：

由于原结构板采用预制楼板，承载力较低，无法抵抗爆炸冲击力，故在预制板板底喷6 mm抗爆涂层并粘贴碳纤维布如图阴影所示(双层双向粘贴两层，碳纤维布宽100 mm，净距100 mm)，屋面梁下设碳纤维或粘贴角钢。或采用在原有屋面上部新增钢筋混凝土叠合层，同时在原有屋面板内侧喷涂抗爆涂料。

(3)基础改造：

原基础采用条形毛石基础，基地宽度较小，承载力无法满足要求，拟采用增大截面法对所有墙下基础进行加固。

(4)建筑门窗改造：

将原有普通门窗更改为抗爆门及抗爆窗。

表7抗爆门窗型号及数量

6、结束语

尽可能利用现有的设备、设施，保持现有设施功能不变，在原有的基础上对局部薄弱点进行改造，尽可能节省投资。采用的抗爆涂料具有抗爆能力效果显著、经济性能好等特点。改造方案施工过程不中断生产操作，尽量减少对生产的影响。

改造后的既有建筑物能抵御一次可能遭受的爆炸设防载荷，在设防载荷下建筑物不倾斜及严重变形。建筑物抗爆加固后可以满足《石油化工建筑物抗爆设计标准》等相关标准要求，可以消除办公楼不抗爆隐患，有效提升装置的本质安全水平，保障员工的生命财产安全。

表6结构抗爆改造方案比选

文章来源:吴岩.石化装置既有建筑物抗爆改造工程应用[J].石化技术,2024,31(08):33-34+267.