石油化工企业中心控制室建筑结构设计分析

2017-03-03宋永芬山东春旭化工设计有限公司山东济南250014

化工管理 2017年4期

宋永芬(山东春旭化工设计有限公司, 山东济南 250014)

石油化工企业中心控制室建筑结构设计分析

宋永芬(山东春旭化工设计有限公司, 山东济南 250014)

随着科学技术的快速发展，石油化工企业在生产管理上呈现出规模化、集成化、智能化趋势，生产操作实现了自动化，生产管理实现了全过程管理控制，经营管理实现了信息化，促使石油化工企业中心控制室的建筑设计要求也随之提高。本论文针对石油化工企业中心控制室建筑结构设计进行了探究。

石油化工企业；中心控制室；建筑结构；设计

石油化工企业属于危险系数相对较高的企业。在生产运行的过程中，很多原材料、半成品以及成品含有剧毒，且化学性质活跃，容易燃烧并引起爆炸。特别是处于高温高压环境中，化工装置存在爆炸的风险。在石油化工企业中，中心控制室属于生产控制的中枢环节，对整个生产工艺过程起到了集中控制作用。如果中心控制室发生爆炸，整个石油化工企业厂区都会陷于瘫痪。即便是爆炸停止，也会产生次生灾害，不仅危及到人员的生命安全，还会给企业造成重大的经济损失，这就意味着中心控制室的建筑结构设计至关重要。

1 石油化工企业中心控制室建筑设计的重要内容

1.1 中心控制室建筑设计的总体要求

中心控制室要远离爆炸危险区，特别是远离危险系数比较高的设备和装置区。中心控制室与危险物品的距离要满足《石油化工企业设计防火规范》中所规定的要求。中心控制室建筑物所在场地的标高要高于相邻装置区的地坪，远离有较大噪声并伴随振动的机械设备[1]。为了确保中心控制室中控制柜在室外爆炸力的作用下不会因控制室结构垮塌而造成影响，需要将控制室设为长方体的整体钢筋混凝土结构，不得设置变形缝，使整个建筑具有较强的抗爆能力。中心控制室整体布局要更为紧凑，高度以1层建筑为宜，最多不超过2层，宜为独立建造，不允许设置有凸出构件，也不允许有阴角造型，以避免产生爆炸时造成爆炸力积聚的现象。中心控制室要设置至少2个安全出口，开向2个不同方向且避开有爆炸危险性方向。在人员通道外门的室内设置隔离前室，采用抗爆防护门并错开设置。

1.2 中心控制室的建筑功能设计

中心控制室作为整个企业的中枢控制部门，对所有的生产装置都起到一定的控制作用。中心控制室中的功能性部门包括工程师室、机柜室、操作室、电信设备室、不间断电源装置(UPS室)、安全会议室等[1]；还包括辅助房间：办公室、调度室、资料室、更衣室等；中心控制室的控制系统包括仪表盘、机柜等，这些在中心控制室的建筑设计中都要有所考虑。重要的房间要优先布置，确保房间之间的布置紧凑、流畅，且能够保证各项工作的协调进行。

1.3 中心控制室的门窗设计

在中心控制室的设计中，抗爆防护的薄弱点是在外门，在设计中要控制好防护门的尺寸以及数量，发挥防护门的功能。建筑外门包括两种，人员通道门和设备通道门[2]。人员通道门都是外开的，门上安装有抗爆观察窗或者门镜，以便于观察外面的环境，确保处于危险环境中得以安全离开，要求外门的抗爆荷载要与墙面抗冲击能力相同，而且抗爆门要设为弹性状态。设备通道门能够满足设备进出，但在使用中要保持全封闭，计算荷载为弹塑性状态。爆炸环境中玻璃破碎后会到处飞散，严重威胁到人员的安全。因此，中心控制室的外墙要尽量避免使用窗户。辅助房间可以开设防护窗，但是规格要小且为安全玻璃以确保安全。中心控制室中重要的房间为全封闭状态，不可开设窗户，以避免产生爆炸的时有害的烟气以及热流冲入到房间内。

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温、隔热功能，且防水性能为一级。在建筑屋顶的设计上，不可设计为装配式架空隔热结构，更不可在屋顶覆盖混凝土砖或者石砾等[4]。女儿墙采用钢筋混凝土结构形式。中心控制室的屋面不仅要满足防水构造，还要能够在爆炸力作用下不产生高强度破坏，特别是能产生碎块，避免伤人。

1.5 中心控制室的室内环境设计

石油化工企业的中心控制室中操作室、机柜室和工程师室属于封闭建筑，外墙不设置窗，室内没有自然采光，靠人工照明，并应设置应急照明系统，温湿度靠空调系统控制。通常中心控制室处于温湿度恒定状态，其中操作室、工程师室、机柜室等都是对温湿度要求较高的房间，要求夏季温度26℃，冬季温度20℃，浮动范围不超过2℃；中心控制室室内湿度为40%至60%；工程师室、操作室中设有重要的设备，设备运行所产生的噪声不超过65分贝，机柜室中设备运行的噪声不超过75分贝。中心控制室内墙面颜色为浅色并应采用不积灰不反光材料，并应做吊顶。

2 石油化工企业中心控制室建筑结构设计的重要内容

2.1 中心控制室建筑结构设计的布置

(1)建筑结构设计要考虑到冲击波的压力。中心控制室建筑结构设计与民用建筑有所不同，要按照《石油化工控制室抗爆设计规范》中的有关规定执行。当产生爆炸的时候，建筑结构要能够抵抗强大的爆炸冲击波。所以，在建筑设计上，以长方形钢筋混凝土结构为主，层数不可以超过2层，要对建筑结构对爆炸冲击波抵抗力充分考虑，以抗爆结构设计为主，以缓解冲击波的力量。

(2)建筑结构设计要考虑到人员安全。中心控制室建筑结构设计要对人员安全充分考虑，要距离爆炸源越远越好，如果受到场地限制无法远离，也不得超过30米。从工作人员的安全考虑，在建筑结构设计时应对各项冲击波参数重点研究，以确定建筑的平面布置，其中还会涉及到装置设备的性质以及风向等等影响因素。要对建筑使用安全情况进行模拟，用计算软件量化成指标，用于建筑结构设计的参考。

(3)建筑结构设计要选择合理的结构类型。中心控制室的建筑高度不可以超过2层，这是最基本的要求，抗爆建筑物的高度还要更低一些。在建筑结构的的选型上，以圆形结构为好，这种结构具有良好的抗爆性能，或者选择地下式建筑，抗爆效果更好。但是，这些建筑在场地布置以及施工上都具有一定的难度，所以，现在的中心控制室以长方形的建筑结构为主。

2.2 中心控制室建筑结构设计的要点

中心控制室建筑结构设计要根据《石油化工控制室抗爆设计规范》的有关规定执行。其中的一条规定是，不可以将钢筋的强度随意提高，也不可以随意加大配筋面积。所以，在中心控制室建筑结构设计中，无论是钢筋的强度，还是配筋的面积都要经过计算加以确定。与民用建筑结构的设计有所不同，中心控制室的建筑结构设计要求构件的变形能力良好，特别是在爆炸荷载下，这些构件的变形特性可以保证其不会出现严重损坏。在建筑结构设计中，混凝土要选择C30，而且要尽量采用低强度混凝土，钢筋的强度要高一些。

(1)建筑裂缝的控制。按照《石油化工控制室抗爆设计规范》中的有关规定，对建筑结构的构件上所存在的裂缝可不需要验算，但是，要求确保在爆炸荷载下不会倒塌。石油化工企业正呈规模化发展，中心控制室的规模也在不断扩大，企业的中心控制室平面尺寸很大，根据《混凝土结构设计规范》对结构的温度缝做控制，同时对建筑外墙保温提出了更高要求。

(2)建筑抗爆外墙孔洞的要求。关于石油化工企业中心控制室的外墙孔洞的都有具体要求，如果没有特别强调，是不可以设置孔洞的。对于电缆要采用电缆沟进线，沟内填充砂，墙体洞口采用防火材料封闭。门窗都属于外墙附件，要求抗爆荷载等同于外墙的冲击波力量，以避免在爆炸环境中遭到严重破坏。门窗不得设置在面向爆炸面，尽量少设置窗，重要房间不得设置外窗。