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石油化工裝置的物料大多具有可燃、易爆、有毒或腐蝕等特性，生產(chǎn)又往往伴有高溫、高壓、深冷等現(xiàn)象，容易引發(fā)火災、爆炸或泄露等事故。石油化工企業(yè)一旦發(fā)生生產(chǎn)事故，不僅會導致設備損壞、生產(chǎn)停歇等經(jīng)濟損失，而且經(jīng)常造成人員傷亡，甚至影響公共安全?？刂剖易鳛槭突どa(chǎn)裝置的“指揮中心”，聚集大量操作人員，承擔裝置的控制和安全聯(lián)鎖，是石油化工企業(yè)的控制中樞[1]，其安全性尤為重要。

近年來，鑒于國內(nèi)石化企業(yè)安全事故頻發(fā)，政府及相關部門為了健全風險防范機制，制定了一系列法規(guī)和條例，嚴格規(guī)范控制室安全設計。因此,對控制室的安全要求不斷升級，就迫切要求設計單位和生產(chǎn)單位及時適應新規(guī)范，配合完成對已建控制室自查自糾，對違規(guī)控制室盡快拆除、搬遷、整改或加固，從源頭上防范化解重大風險。

1 控制室簡介

控制室集監(jiān)測、控制和管理為一體，根據(jù)房間功能區(qū)分，石油化工裝置控制室由功能房間和輔助房間組成，其中功能房間包括操作室、機柜間、工程師室和不間斷電源(UPS)室，輔助房間包括交接班室、資料室和休息室等。另外，從控制室的所處位置或區(qū)域范圍上劃分，石油化工裝置控制室分為現(xiàn)場控制室(裝置控制室)和中央控制室(中心控制室)。除此之外，控制室可以合并功能組成綜合性多功能建筑單體，比如集中控制樓；或單獨以某一功能房間存在，如現(xiàn)場機柜室、操作室，其中機柜室還可分為有人值守的機柜室和無人值守的機柜室。

控制室為石油化工裝置安全運行保駕護航，既要在正常狀態(tài)下實現(xiàn)控制系統(tǒng)可靠執(zhí)行安全指令，又要在事故發(fā)生時實現(xiàn)裝置有序安全停車。目前，石油化工裝置控制的安全設計除符合《石油化工企業(yè)設計防火標準》GB50160、《石油化工工廠布置設計規(guī)范》GB50984、《石油化工控制室設計規(guī)范》SH/T3006、《控制室設計規(guī)范》HG/T20508和《石油化工控制室抗爆設計規(guī)范》GB50779等現(xiàn)行標準規(guī)范外，尚應滿足《危險化學品安全專項整治三年行動實施方案》(安委[2020]3號文附件3)、《化工和危險化學品生產(chǎn)經(jīng)營單位重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標準(試行)》(安監(jiān)總管三[2017]121號)等政府部門的規(guī)范性文件[2-6]。

2 總圖位置選擇

為了使控制室安全、可靠、有效地發(fā)揮作用，控制室的總圖位置設置是進行安全防護的重點，根據(jù)最新最嚴要求，表1主要羅列了現(xiàn)行標準、規(guī)范中對石油化工裝置控制室總圖布局的要求。

從表1可看出，中央控制室宜遠離裝置區(qū)，布置在生產(chǎn)及行政管理區(qū)，裝置控制室的布置分成以下兩種情況：①涉及到爆炸危險性化學品的生產(chǎn)裝置控制室(有人員操作)，一律不得設置在裝置區(qū)；②涉及到甲乙類火災危險的生產(chǎn)裝置，控制室原則上應布置在裝置區(qū)外，現(xiàn)場不具備條件的，在進行抗爆加固設計等前提下允許布置在裝置區(qū)，且位于裝置區(qū)一側，一般建議距離甲乙類生產(chǎn)裝置不少于30米。對于無人值守的機柜室，如果現(xiàn)場條件特殊，如操作室(或控制室)距離裝置區(qū)較遠，可以布置在裝置區(qū)，但需要設置防火墻等方式進行加固設計，且不應位于爆炸危險區(qū)域(0區(qū)、1區(qū)或2區(qū))內(nèi)。

表1 石油化工控制室總圖位置規(guī)范條文摘錄

3 防護設計

3.1 抗爆設計簡析

爆炸為石油化工裝置最為常見的重大災難性事故之一，石油化工工藝過程中引發(fā)的爆炸方式主要包括：超壓引起的設備爆炸、蒸氣云爆炸(又稱可燃云爆炸)和沸騰液體擴展引起的蒸汽爆炸，其中蒸氣云爆炸最為常見。控制室為人員集中建筑物，本著“以人為本”的原則，設計人員優(yōu)先考慮將控制室搬離出裝置區(qū)到相對安全區(qū)域，即控制室總圖位置位于安全防護距離范圍之外。同時應當根據(jù)抗爆風險，評估確定控制室是否需要抗爆設計。控制室抗爆設計指外立面能抵抗爆炸沖擊，新建建筑物爆炸后可修、改擴建建筑物爆炸后不倒，減少爆炸事故對生產(chǎn)運行的影響，保證室內(nèi)人員和設施安全。

控制室的抗爆設計應兼顧安全性和經(jīng)濟性。按《石油化工企業(yè)設計防火標準》GB50160等規(guī)范要求，石油化工裝置控制室是否需要設置抗爆結構依據(jù)如下：中央控制室距離裝置區(qū)較遠，應根據(jù)爆炸風險評估確定是否需要抗爆設計，若已達到安全防護要求，則無需設置抗爆結構，否則應采取抗爆等結構加固設計；由于裝置區(qū)的控制室、有人值守的機柜間等建筑物是人員集中場所和重要設施，涉及到爆炸危險性化學品的生產(chǎn)裝置控制室不允許設置在裝置區(qū)，若生產(chǎn)裝置的火災危險性為甲乙類，則必須進行抗爆設計，其余情況宜進行抗爆設計。至于無人值守的機柜室，雖然規(guī)范未明確是否需要進行抗爆設計，但由于儀表設備及控制系統(tǒng)價格昂貴，一旦損壞直接造成裝置停工且恢復時間較長，故布置在上述生產(chǎn)裝置區(qū)內(nèi)的機柜間，也應考慮進行抗爆設計。

石油化工生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的沖擊波超壓性質(zhì)和破壞力具有難以量化的特征，《石油化工控制室抗爆設計規(guī)范》GB50779新版規(guī)范意見征求稿針對控制室抗爆荷載計算有較大變化，爆炸沖擊波值從給出特定值調(diào)整為通過安全評估確定。評估結果需結合石油化工裝置性質(zhì)、泄漏點布置和風向等因素，運用安全模擬分析軟件，模擬計算建筑物所處位置的爆炸沖擊波參數(shù)。目前蒸汽云爆炸的模擬研究方法主要采用TNT當量法、TNO多能模型、Baker-Strehlow-Tang模型和流體力學模型[7]。

抗爆控制室多為單層整體鋼筋混凝土箱型建筑，建筑物外圍抗爆墻體為鋼筋混凝土剪力墻，圍墻結構和屋面板直接承受爆炸荷載作用，而與外墻脫開的柱及內(nèi)墻等一般不考慮爆炸動力作用，僅做適度加強?？贡刂剖业谋ê奢d屬于偶然荷載，動力分析宜采用有限元模擬計算，也可近似采用單自由度體系動力分析或等效靜態(tài)分析法?？贡刂剖医Y構設計時還應注意：①所有外墻、屋面開洞必須進行密封并保證可靠性;②抗爆門窗、抗爆閥和隔離前室應滿足抗爆要求;③外墻不應設置室外樓梯及裝配式雨蓬等。

3.2 安全防護距離

引起石油化工廠人員傷亡的主要原因為蒸汽云爆炸和毒氣泄漏，為了預防和減緩石油化工裝置潛在事故的影響，在人員風險可接受風險范圍內(nèi)，確定防護目標與生產(chǎn)、儲存裝置的安全距離為安全防護距離。對人員集中的控制室，《石油化工工廠布置設計規(guī)范》GB50984給出了最小安全防護距離建議值[8]，見表2。

表2的防護距離來源于工程公司根據(jù)工程實踐經(jīng)驗得出的建議值，未體現(xiàn)與爆炸物、有毒氣體或易燃氣體等有關的工藝參數(shù)或過程，當如果有足夠的輸入條件，可采用實際計算結果確定安全防護距離?！段ｋU化學品生產(chǎn)裝置和儲存設施外部安全防護距離確定方法》GZB/T37243提供了兩種針對外部安全防護距離的計算方法，可供參照執(zhí)行[9]。

表2 控制室最小安全防護距離建議值 (m)

(1)對于VCE存在爆炸危險源的防護距離，采用事故后果法確定生產(chǎn)裝置與控制室的安全防護距離，計算公式如下：

式中，ΔP為空氣沖擊波超壓值，單位為105帕斯卡(Pa)；Q為一次爆炸的梯恩梯(TNT)炸藥當量，根據(jù)計算藥量折算，單位為千克(kg)；R為爆炸點距防護目標的距離，單位為米(m)。

從人體防護角度出發(fā)，安全防護距離一般指空氣沖擊波超壓闕值為2000～7000Pa，低于該值范圍內(nèi)窗戶通常會遭破壞，房屋主體結構不會破壞。

(2)對于有毒氣體或易燃氣體，采用定量風險評價方法確定安全防護距離。通過危險識別和場景辨識，分析事故概率和事故后果，繪制生產(chǎn)裝置的風險等值線，判斷不同類型防護目標防護距離是否滿足風險基準。由于控制室為企業(yè)重要設施，建議其防護目標的主要性質(zhì)參照《危險化學品生產(chǎn)裝置和儲存設施風險基準 》GB36894中的其它非危險化學品工業(yè)企業(yè)來做要求，即當班人數(shù)在100人及以上的控制室為二類防護目標，當班人數(shù)在100人以下的控制室為三類防護目標。在石油化工新建、改建、擴建生產(chǎn)裝置設置防護目標時，二類防護目標的個人基準為3×10-6次/年，三類防護目標的個人基準為1×10-5；在為已建生產(chǎn)裝置設置防護目標時，二類防護目標的個人基準為1×10-5次/年，三類防護目標的個人基準為3×10-5。

3.3 其它防護措施

(1)石油化工廠中的中央控制室屬于特殊重要設備室，火災會嚴重影響生產(chǎn)，應采用自動滅火系統(tǒng)和自動火災報警系統(tǒng)，并宜采用氣體滅火系統(tǒng)。裝置控制室、機柜室應設置自動火災報警系統(tǒng)，視情況設置自動滅火系統(tǒng)，并宜設置氣體型滅火器。

(2)處理可燃、有毒，有粉塵或有腐蝕性介質(zhì)的裝置，控制室宜設在本地區(qū)全年最小頻率風向的下風側?？刂剖沂覂?nèi)不得安裝液化烴、可燃氣體、可燃液體的在線分析儀器。裝置的控制室與其它建筑物合建時，應設置獨立的防火分區(qū)。

(3)控制室或機柜間應遠離振動大或噪聲大的設備，將操作室與機柜室分開房間布置，對建筑物采用隔聲處理，使控制室操作臺處測得的噪聲量應不大于55dB。

(4)控制室內(nèi)分別設置工作接地匯流排和保護接地匯流排，匯流排裝與防靜電活動地板下，然后將工作接地和保護接地匯流排接至電氣預留的接地系統(tǒng)匯流點。

4 結語

石油化工在中國能源領域具有重要地位，石油化工裝置的安全對社會及經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。控制室的安全防護是保障裝置安全的關鍵因素之一，隨著化工技術、控制技術和建筑技術日新月異的發(fā)展，安全防護的內(nèi)涵不斷豐富。尤其是涉及到現(xiàn)有控制室的改造升級，需要設計人員和生產(chǎn)人員深刻領會安全規(guī)范的最新要求，運用安全模擬仿真技術，根據(jù)評估風險結果合理進行整改。