宋永芬(山東春旭化工設(shè)計(jì)有限公司, 山東 濟(jì)南 250014)

石油化工企業(yè)中心控制室建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

宋永芬(山東春旭化工設(shè)計(jì)有限公司, 山東 濟(jì)南 250014)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，石油化工企業(yè)在生產(chǎn)管理上呈現(xiàn)出規(guī)模化、集成化、智能化趨勢(shì)，生產(chǎn)操作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程管理控制，經(jīng)營(yíng)管理實(shí)現(xiàn)了信息化，促使石油化工企業(yè)中心控制室的建筑設(shè)計(jì)要求也隨之提高。本論文針對(duì)石油化工企業(yè)中心控制室建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究。

石油化工企業(yè)；中心控制室；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

石油化工企業(yè)屬于危險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)較高的企業(yè)。在生產(chǎn)運(yùn)行的過(guò)程中，很多原材料、半成品以及成品含有劇毒，且化學(xué)性質(zhì)活躍，容易燃燒并引起爆炸。特別是處于高溫高壓環(huán)境中，化工裝置存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。在石油化工企業(yè)中，中心控制室屬于生產(chǎn)控制的中樞環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程起到了集中控制作用。如果中心控制室發(fā)生爆炸，整個(gè)石油化工企業(yè)廠區(qū)都會(huì)陷于癱瘓。即便是爆炸停止，也會(huì)產(chǎn)生次生災(zāi)害，不僅危及到人員的生命安全，還會(huì)給企業(yè)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，這就意味著中心控制室的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1 石油化工企業(yè)中心控制室建筑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容

1.1 中心控制室建筑設(shè)計(jì)的總體要求

中心控制室要遠(yuǎn)離爆炸危險(xiǎn)區(qū)，特別是遠(yuǎn)離危險(xiǎn)系數(shù)比較高的設(shè)備和裝置區(qū)。中心控制室與危險(xiǎn)物品的距離要滿足《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中所規(guī)定的要求。中心控制室建筑物所在場(chǎng)地的標(biāo)高要高于相鄰裝置區(qū)的地坪，遠(yuǎn)離有較大噪聲并伴隨振動(dòng)的機(jī)械設(shè)備[1]。為了確保中心控制室中控制柜在室外爆炸力的作用下不會(huì)因控制室結(jié)構(gòu)垮塌而造成影響，需要將控制室設(shè)為長(zhǎng)方體的整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不得設(shè)置變形縫，使整個(gè)建筑具有較強(qiáng)的抗爆能力。中心控制室整體布局要更為緊湊，高度以1層建筑為宜，最多不超過(guò)2層，宜為獨(dú)立建造，不允許設(shè)置有凸出構(gòu)件，也不允許有陰角造型，以避免產(chǎn)生爆炸時(shí)造成爆炸力積聚的現(xiàn)象。中心控制室要設(shè)置至少2個(gè)安全出口，開(kāi)向2個(gè)不同方向且避開(kāi)有爆炸危險(xiǎn)性方向。在人員通道外門(mén)的室內(nèi)設(shè)置隔離前室，采用抗爆防護(hù)門(mén)并錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。

1.2 中心控制室的建筑功能設(shè)計(jì)

中心控制室作為整個(gè)企業(yè)的中樞控制部門(mén)，對(duì)所有的生產(chǎn)裝置都起到一定的控制作用。中心控制室中的功能性部門(mén)包括工程師室、機(jī)柜室、操作室、電信設(shè)備室、不間斷電源裝置(UPS室)、安全會(huì)議室等[1]；還包括輔助房間：辦公室、調(diào)度室、資料室、更衣室等；中心控制室的控制系統(tǒng)包括儀表盤(pán)、機(jī)柜等，這些在中心控制室的建筑設(shè)計(jì)中都要有所考慮。重要的房間要優(yōu)先布置，確保房間之間的布置緊湊、流暢，且能夠保證各項(xiàng)工作的協(xié)調(diào)進(jìn)行。

1.3 中心控制室的門(mén)窗設(shè)計(jì)

在中心控制室的設(shè)計(jì)中，抗爆防護(hù)的薄弱點(diǎn)是在外門(mén)，在設(shè)計(jì)中要控制好防護(hù)門(mén)的尺寸以及數(shù)量，發(fā)揮防護(hù)門(mén)的功能。建筑外門(mén)包括兩種，人員通道門(mén)和設(shè)備通道門(mén)[2]。人員通道門(mén)都是外開(kāi)的，門(mén)上安裝有抗爆觀察窗或者門(mén)鏡，以便于觀察外面的環(huán)境，確保處于危險(xiǎn)環(huán)境中得以安全離開(kāi)，要求外門(mén)的抗爆荷載要與墻面抗沖擊能力相同，而且抗爆門(mén)要設(shè)為彈性狀態(tài)。設(shè)備通道門(mén)能夠滿足設(shè)備進(jìn)出，但在使用中要保持全封閉，計(jì)算荷載為彈塑性狀態(tài)。爆炸環(huán)境中玻璃破碎后會(huì)到處飛散，嚴(yán)重威脅到人員的安全。因此，中心控制室的外墻要盡量避免使用窗戶。輔助房間可以開(kāi)設(shè)防護(hù)窗，但是規(guī)格要小且為安全玻璃以確保安全。中心控制室中重要的房間為全封閉狀態(tài)，不可開(kāi)設(shè)窗戶，以避免產(chǎn)生爆炸的時(shí)有害的煙氣以及熱流沖入到房間內(nèi)。

1.4 中心控制室的建筑屋面

中心控制室的建筑屋面要具有良好的保溫、隔熱功能，且防水性能為一級(jí)。在建筑屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)上，不可設(shè)計(jì)為裝配式架空隔熱結(jié)構(gòu)，更不可在屋頂覆蓋混凝土磚或者石礫等[4]。女兒墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式。中心控制室的屋面不僅要滿足防水構(gòu)造，還要能夠在爆炸力作用下不產(chǎn)生高強(qiáng)度破壞，特別是能產(chǎn)生碎塊，避免傷人。

1.5 中心控制室的室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)

石油化工企業(yè)的中心控制室中操作室、機(jī)柜室和工程師室屬于封閉建筑，外墻不設(shè)置窗，室內(nèi)沒(méi)有自然采光，靠人工照明，并應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明系統(tǒng)，溫濕度靠空調(diào)系統(tǒng)控制。通常中心控制室處于溫濕度恒定狀態(tài)，其中操作室、工程師室、機(jī)柜室等都是對(duì)溫濕度要求較高的房間，要求夏季溫度26℃，冬季溫度20℃，浮動(dòng)范圍不超過(guò)2℃；中心控制室室內(nèi)濕度為40%至60%；工程師室、操作室中設(shè)有重要的設(shè)備，設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的噪聲不超過(guò)65分貝，機(jī)柜室中設(shè)備運(yùn)行的噪聲不超過(guò)75分貝。中心控制室內(nèi)墻面顏色為淺色并應(yīng)采用不積灰不反光材料，并應(yīng)做吊頂。

2 石油化工企業(yè)中心控制室建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容

2.1 中心控制室建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的布置

(1)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮到?jīng)_擊波的壓力。中心控制室建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與民用建筑有所不同，要按照《石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。當(dāng)產(chǎn)生爆炸的時(shí)候，建筑結(jié)構(gòu)要能夠抵抗強(qiáng)大的爆炸沖擊波。所以，在建筑設(shè)計(jì)上，以長(zhǎng)方形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，層數(shù)不可以超過(guò)2層，要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)對(duì)爆炸沖擊波抵抗力充分考慮，以抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主，以緩解沖擊波的力量。

(2)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮到人員安全。中心控制室建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要對(duì)人員安全充分考慮，要距離爆炸源越遠(yuǎn)越好，如果受到場(chǎng)地限制無(wú)法遠(yuǎn)離，也不得超過(guò)30米。從工作人員的安全考慮，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)各項(xiàng)沖擊波參數(shù)重點(diǎn)研究，以確定建筑的平面布置，其中還會(huì)涉及到裝置設(shè)備的性質(zhì)以及風(fēng)向等等影響因素。要對(duì)建筑使用安全情況進(jìn)行模擬，用計(jì)算軟件量化成指標(biāo)，用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考。

(3)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要選擇合理的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。中心控制室的建筑高度不可以超過(guò)2層，這是最基本的要求，抗爆建筑物的高度還要更低一些。在建筑結(jié)構(gòu)的的選型上，以圓形結(jié)構(gòu)為好，這種結(jié)構(gòu)具有良好的抗爆性能，或者選擇地下式建筑，抗爆效果更好。但是，這些建筑在場(chǎng)地布置以及施工上都具有一定的難度，所以，現(xiàn)在的中心控制室以長(zhǎng)方形的建筑結(jié)構(gòu)為主。

2.2 中心控制室建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

中心控制室建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要根據(jù)《石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。其中的一條規(guī)定是，不可以將鋼筋的強(qiáng)度隨意提高，也不可以隨意加大配筋面積。所以，在中心控制室建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，無(wú)論是鋼筋的強(qiáng)度，還是配筋的面積都要經(jīng)過(guò)計(jì)算加以確定。與民用建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有所不同，中心控制室的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求構(gòu)件的變形能力良好，特別是在爆炸荷載下，這些構(gòu)件的變形特性可以保證其不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，混凝土要選擇C30，而且要盡量采用低強(qiáng)度混凝土，鋼筋的強(qiáng)度要高一些。

(1)建筑裂縫的控制。按照《石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件上所存在的裂縫可不需要驗(yàn)算，但是，要求確保在爆炸荷載下不會(huì)倒塌。石油化工企業(yè)正呈規(guī)模化發(fā)展，中心控制室的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，企業(yè)的中心控制室平面尺寸很大，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)結(jié)構(gòu)的溫度縫做控制，同時(shí)對(duì)建筑外墻保溫提出了更高要求。

(2)建筑抗爆外墻孔洞的要求。關(guān)于石油化工企業(yè)中心控制室的外墻孔洞的都有具體要求，如果沒(méi)有特別強(qiáng)調(diào)，是不可以設(shè)置孔洞的。對(duì)于電纜要采用電纜溝進(jìn)線，溝內(nèi)填充砂，墻體洞口采用防火材料封閉。門(mén)窗都屬于外墻附件，要求抗爆荷載等同于外墻的沖擊波力量，以避免在爆炸環(huán)境中遭到嚴(yán)重破壞。門(mén)窗不得設(shè)置在面向爆炸面，盡量少設(shè)置窗，重要房間不得設(shè)置外窗。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，石油化工企業(yè)中心控制室是具有較高危險(xiǎn)系數(shù)及安全重要性的建筑物，要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定完成，以確保在爆炸環(huán)境中石油化工企業(yè)中心控制室人員及設(shè)備不會(huì)受到嚴(yán)重威脅并能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

[1]中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部．SH／T 3006—2012石油化工控制室設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)石化出版社，2012．

[2]劉武，路以寧，等．GB 50779—2012石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012．

[3]李先順，李剛，馮臨生，王磊．大跨度超長(zhǎng)石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)實(shí)踐[J]．施工技術(shù)，2015，44(06):843-847．

[4]王同堯，漢建德．石油化工控制室常見(jiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題探討[J].石油化工自動(dòng)化.2015，48(01):1-8．

宋永芬(1984-)，漢，山東濟(jì)南人，中級(jí)職稱(chēng)，研究方向：石油化工工業(yè)建筑設(shè)計(jì)。從事石油化工、農(nóng)藥、純堿燒堿及相關(guān)附屬品等工業(yè)建筑設(shè)計(jì)十年，具有豐富建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。