食品厂房的防爆设计

2016-12-03严福红周开翔

现代食品 2016年9期

关键词：抗爆危险性厂房

袁亮，严福红，付曜，周开翔

（中国轻工业武汉设计工程有限责任公司，湖北武汉 430060）

食品厂房的防爆设计

袁亮，严福红，付曜，周开翔

（中国轻工业武汉设计工程有限责任公司，湖北武汉 430060）

食品生产中使用的原材料、生产辅助材料可能为易燃易爆的物质，这些物质易引起火灾爆炸的事故。为避免或减少这类事故的发生，降低事故发生后的危害，在设计食品厂房时应考虑防爆泄爆措施，除遵照现行的国家规范、法规和有关规定外，同时也要采用合理的工艺和安全操作。本文从食品厂房防爆设计的特点、平面布局、抗爆措施、泄压措施和安全措施等几个方面进行归纳总结。

食品厂房；防爆设计；防爆泄爆

近年来，我国食品产业进入不断创新和发展新阶段，市场规模呈几何级的速度增长，与此同时，我国食品厂房的建设也逐渐走向专业化、标准化和规范化的发展轨道。过去的食品厂房没有复杂的功能组合，也没有较高的形象要求，且火灾危险性较低，多为丙类或丁、戊类，耐火等级不低于二级。随着食品加工技术和规模的发展，专业化的综合食品加工厂越来越多，因其工艺流程的需求，在某些工艺环节中可能涉及一些易燃易爆的物料，相应区域的设计要求比普通厂房更为严格。如粮食生产的粉碎间、使用有机溶剂的植物浸提车间、粉剂食品的混合或干燥车间，辅助料的危险品存放库及高度白酒生产车间等，其中一些房间甚至还有洁净要求。这些车间如果处理不当，很容易发生危险，引起爆炸。因此，食品厂房的设计除满足生产工艺要求外，还应考虑防爆问题，采取有效合理的抗爆与泄爆设计，防止爆炸和燃烧事故。若一旦发生爆炸事故，尽可能将生命财产的损失减小到最底程度。本文结合相关规范和实际工作经验，对易燃易爆的食品厂房进行探讨，以供读者参考。

1　爆炸的原因和性质

按照产生的原因和性质，爆炸可分为3类。第一类为物理爆炸，这是一种物理过程。在爆炸中，介质只发生物态变化，不发生化学反应。这类爆炸一般是由于容器内气体压力升高超过容器所能承受的范围，致使容器破坏所形成的。如锅炉爆炸，高压气瓶及其他压力容器、轮胎爆炸等。第二类为化学爆炸，物质发生高速放热化学反应，导致爆炸，主要化学反应有两类：一类是乙烯、环氧乙烷等分解性气体或某些炸药等的分解爆炸；另一类为可燃物与氧化剂急剧的氧化反应，如炸药爆炸、可燃气或粉尘与空气形成的混合物爆炸等。第三类为原子爆炸，即核爆炸。某些物质的原子核发生裂变反应，瞬间放出巨大能量而形成的爆炸。食品厂房主要防范的是化学爆炸，也是本文讨论的重点。

2　食品厂房防爆设计的特点

食品厂房由于其功能的多样性，一般采用轻钢排架结构或钢筋混凝土框架结构形式，其火灾危险性多为丙类或丁、戊类，耐火等级不低于二级。其中储存有爆炸危险物品的仓库一般为甲类，每个防火分区面积不大于250 m2，每座仓库的最大允许占地面积为250 m2。有爆炸危险区域的火灾危险性一般为甲类或乙类，而其所在的生产厂房一般为危险性较小的丙类、丁或戊类，设计时一般严格控制有爆炸危险区域，即火灾危险性较大的生产部分占本层或本防火分区建筑面积的比例小于5%[1]，略有差异时，设计中可采用适当增大危险性较小区域建筑面积的做法，使整个厂房符合规定按危险性较小的部分确定，否则需要整体按高标准设防。

若整个厂房的火灾危险性整体按高标准设防，则各专业的设计都需有特殊要求，同时危险性较低区域的设计要求也要同时按高标准设计。如建筑专业的防火分区面积、疏散距离将会受严格限制，同时要有防爆、泄爆的措施；电气专业防爆电器的选用及维护、线路敷设及控制方式、弱电通讯系统的防爆、可燃气体的探测要求；通风专业的防爆通风、事故通风设计，尤其是洁净区内其空调系统要用直流风（不能回风）、送、排风设备的防爆等。如果按此标准设计厂房，将增加大量的投资和运行费用，且不符合实际现实，从科学的角度评价也是不合理的。因局部原因，大量区域（可能达90%的设施设备）提高标准，同时有些生产设备也难有防爆型的，不符合生产的实际情况，也不符合业主的经济利益。因此这类工程的设计，必须从方案构思阶段，寻求科学的或局部的防控手段。

当有爆炸危险区域占本层或本防火分区建筑面积的比例不能控制到5%以内时，需改变设计理念乃至生产的操作方式，建议将甲类或乙类区域集中，同时减少车间内危险性较低区域的面积，设计为单层的全甲类或乙类的生产厂房。使在建工程既满足生产安全和经济性需求，也符合规范标准规定的要求。

3　平面布局

3.1总平面布局

食品工厂中对于有爆炸危险的甲、乙类厂房或仓库，如全甲类的提取车间、厂区内的危险品库，应考虑整体泄爆独立设置。还有一些有爆炸危险的厂房，如白酒陈酿库、危险品罐区，可采用敞开或半敞开式建筑，通过良好的自然通风，使可燃气体、蒸气、粉尘等快速稀释扩散，不易形成爆炸混合物，有效地排除形成爆炸的条件。且生产设备内部发生爆炸时，敞开或半敞开式建筑可很快释放大量气体和热量，尽可能降低危害程度。

有爆炸危险的厂房应尽可能集中布置并远离厂区内主要道路，与厂区内外其他建筑物留有足够的消防间距。根据项目所在地的全年主导风向，此类有爆炸危险的厂房或仓库宜布置在整个厂区全年最小频率风向的上风侧，避免或减少对周围其他设施的影响和污染[2]。

3.2单体平面布局

有爆炸危险的生产房间，在生产工艺允许的条件下，宜布置在单层厂房内靠外墙部位。若布置在多层厂房中，应尽量靠外墙或顶层布置，利用轻质外墙或轻质屋面泄爆。根据《建筑设计防火规范》（以下简称《建规》）甲乙类厂房不能设在地下或半地下。

生产或储存有不同性质且相互接触会引起化学反应引起爆炸的物质（如乙炔与氧气）时，必须分开布置，并以防爆墙分隔。

有爆炸危险的生产房间布置在厂房局部时，应采用防爆墙与其他房间分隔，可采取靠边布置外墙开门或利用外廊或阳台进行车间内的工作联系；若因生产工艺需求，须在内部进行工作联系时，不同防爆区间需采用防爆门；防爆区与非防爆区间需设置门斗作为防爆缓冲，《建规》第3.6.10条中要求，门斗的隔墙应为耐火极限不应低于2.00 h的防火隔墙，门应采用甲级防火门并应错位设计。考虑到爆炸所产生的冲击波危害及《石油化工控制室抗爆设计规范》《人民防空地下室设计规范》等规范相应条文的要求，建议门斗亦采用防爆墙，同时考虑到消防疏散，门斗上的防火门朝疏散方向开启。

办公室、休息室等不应设置在甲、乙类厂房内，确需要贴邻本厂房时，其耐火等级不应低于二级，并应采用耐火极限不低于3.00 h的防爆墙与厂房分隔，且应设置独立的安全出口。

4　防爆、泄爆措施

4.1防爆措施

食品厂房由于其平面功能的复杂性和多样性，其主体结构形式一般采用轻钢排架结构或钢筋混凝土框架结构形式和非燃烧体的轻质墙填充的围护结构。为降低爆炸事故波及范围，减轻爆炸事故所造成的损失，围护结构尽量充当泄压段，框架结构用做防爆段降低爆炸造成的危害，不致影响整个厂房的安全。在有爆炸危险的区域，应相应设置防爆墙、防爆门、防爆窗和抗爆吊顶等。

防爆墙必须具有抵御爆炸冲击波的作用，同时具有一定的耐火性能。防爆墙的构造设计，按照材料可分为防爆砖墙、防爆钢筋混凝土墙、防爆单层和双层钢板墙、防爆双层钢板中间填混凝墙等。防爆墙上不得设置通风孔，不宜开门窗洞口，必须开设时，应为防爆门窗。

4.2泄爆措施

有爆炸危险的甲、乙类区域应设置相应泄压设施。食品防爆厂房的泄压设施主要靠轻质屋盖、轻质外墙和泄压门窗等实现。这些泄压构件对于建筑物整体而言是人为设置的薄弱部位。当发生爆炸时，它们最先遭到破坏或开启，向外释放大量的气体和热量，使室内爆炸产生的压力迅速下降，从而达到主要承重结构不破坏、厂房不倒塌的目的。《建规》中对泄压构件的要求详见3.6.3条，泄压面积计算详见3.6.4条，其中危险物质为乙醇时，泄压比C值不应小于0.110 m2/m3；爆炸危险物质为氨或K尘＜10 MPa·m/s的粮食粉尘时，泄压比C值不应小于0.030 m2/m3。

4.3防爆、泄爆构造做法

2013年，国家住房和城乡建设部发布了由中国建筑标准设计研究院编制的图集《抗爆、泄爆门窗及屋盖、墙体建筑构造》（14J938），并于2014年9月1日正式实施。该图集内详细介绍了抗爆、泄爆门窗，抗爆、泄爆墙，泄爆屋盖，抗爆吊顶、楼地面及抗爆屋的构造做法。图集为广大设计人员提供便利的同时，也提供了一定的设计依据。

相较于石油化工行业，一般食品厂房的爆炸危险性相对较低，在满足符合泄爆面积要求的前提下，墙体的抗爆措施还可采用砖墙配筋的方式，具体做法可采用砌至结构梁板底的240非黏土实心砖（强度≥MU10）砌筑，墙体两侧配Φ6 @200（双向）钢筋，并设Φ6拉结筋@600梅花状布置与墙体固定，抹30厚1∶2.5水泥砂浆。

5　其他安全措施

食品厂房中设计除遵照现行的国家规范、法规及有关规定外，同时也要采用合理的工艺和安全操作。需通过技术和管理手段消除或减少易燃物质的产生及积聚，防止爆炸事故的发生。

（1）有可能会引起爆炸的设备需采取防爆措施，如粮食粉碎机、斗提输送机、喷雾干燥塔等，根据实际情况整机或可能引起爆炸的部件应自带泄爆口，选用防爆电机电气，设备静电接地，设备内采用惰性气体保护，采用合理的除尘方式等。

（2）输送易燃易爆介质的管道不应穿越无关区域。同时应注意管道的静电防护，并应按管道的材质、输送介质及连接方式，设置合适、符合静电防护规定要求的静电跨接线及接地设施。

（3）散发较空气轻的可燃气体（如天然气）、可燃蒸汽的房间，为避免生产过程中可燃气体的积聚，厂房顶棚应尽量平整、避免死角，房间上部空间应通风良好。散发较空气重的可燃气体、可燃蒸汽的房间，应采用不发火地面，且厂房或房间内表面应平整、光滑、易于清扫。采用绝缘材料作整体面层时，应采取防静电措施。厂房内不宜设置地沟，必须设置时，也只能设置浅弧沟，下水道设置水封。

（4）在防爆区域的安全措施中，必须考虑设置爆炸危险气体或粉尘的浓度探头，及时发现事故隐患，同时厂房内的防爆通风联锁启动能将爆炸性气体或粉尘迅速驱散。

6　结语

食品厂房中的爆炸危险是在瞬间发生的，人在爆炸的瞬间来不及采取任何措施，因此食品厂房的安全防爆措施应贯彻“安全第一，预防为主”的方针。从食品工程建设的设计策划阶段，结合物料特性、生产工艺、操作方式、设备特点及防爆、泄爆构造做法，有针对性地进行食品厂房和设施的防爆设计，才能有效地从硬件配置上避免安全设防的先天缺陷，从而真正地做到预防为主，确实保证工厂的安全生产。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50073-2013洁净厂房设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50187-2012 工业企业总平面设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

Explosion Proof Design of Food Factory

Yuan Liang, Yan Fuhong, Fu Yao, Zhou Kaixiang
(China Light Industry Wuhan Design Engineering Co., Ltd., Wuhan 430060, China)

Raw materials and auxiliary materials used in the food production may be flammable and explosive substances, they may cause fire explosion accident. In order to avoid or reduce the accident rate, minimize its damage, the factory explosion-proof explosion and relief measures should be designed. In specific design, not only complying with the current specifications, regulations and relevant provisions of the state, but also using reasonable technology and safety operation. The characteristics of food factory explosion-proof design, plane layout, the anti-explosion measures and relief measures, safety measures and other several aspects are discussed in this paper.

Food factory; Explosion proof design; Explosion prevention and relief