谈在某厂房中运用NFPA68进行泄压面积计算

2020-05-19崔彦

山西建筑 2020年10期

崔彦

(惠生工程(中国)有限公司，上海 201210)

1 概述

近年来，工业建筑尤其是化工行业的厂房存在很多爆炸的风险。如何避免爆炸和降低爆炸带来的伤害，就是在建筑设计时需要考虑的问题。最直接的处理方法就是，在爆炸时，当建筑物内压力迅速上升时，利用泄压口将爆炸产生的压力快速释放出去，从而保护人员，生产设备及建筑物的安全。因此，有爆炸危险的厂房设计中，常常需要面临如何计算建筑泄压面积的问题。

本文是基于笔者在某沙特化工厂区设计中，遇到一个有粉尘爆炸危险的挤压机厂房。生产物质主要为高密度聚乙烯。该厂房为矩形，长16.3 m。进深9.45 m,高度为15.1 m，一共两层。其中2层楼板局部开敞，因此泄压计算时按照一个完整空间来考虑。

由于这个挤压机厂房是在境外项目，沙特业主方采用的是国际标准，因此项目的泄压面积是按照美国消防协会标准NFPA68—2018爆炸泄压指南(Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting)(下文简称NFPA68)来进行计算。

本文以此厂房为例，着重来探讨如何按照NFPA68来计算有爆炸危险厂房的泄压面积，同时对比了相同情况下根据我国规范GB 50016—2018建筑设计防火规范(以下简称《建规》)的计算结果，以此来给广大的设计人员提供一个参考。

2 我国《建规》中泄压面积的计算方法

国内的常规做法是根据《建规》中3.6.4条给出的推荐公式，来进行计算。

A=10CV2/3

(1)

其中,A为泄压面积；C为泄压比值；V为厂房的容积。利用此式计算的前提是厂房的长径比不大于3，如果大于3的情况要将建筑物分段计算。此建筑物长径比为1.4,符合单独计算的要求。

本项目中，爆炸物为高密度聚乙烯HDPE(High density polyethylene)，属于合成树脂，按照《建规》表3.6.4取值，C值取0.055 m2/m3。

泄压面积计算结果如下：A=10×0.55×2 3262/3=96.55 m2。

3 美国消防协会标准《爆炸泄压指南》NFPA68中泄压面积的计算方法

3.1 设计依据

美国消防协会标准NFPA68—2018爆炸泄压指南，在国际上属于比较权威的相关规范。自1954年第一版以来，至今已经有66年的发展历史了，《建规》3.6.4条也是参考了该规范以及结合相关的实验研究成果等。

NFPA68共分为11个章节。第一章～第六章主要阐述了基本原理和概念。第七章为混合气体和雾的泄压计算(Chapter 7 Venting Deflagrations of Gas Mixtures and Mists)；第八章为粉尘及混合物的泄压计算(Chapter 8 Venting of Deflagrations of Dusts and Hybrid Mixtures)，其中细分为很多不同情况，根据每种情况分别有不同的公式进行泄压计算。根据本项目的高密度聚乙烯，是颗粒状产品，属于粉尘物质，所以应该选用第八章粉尘泄压计算中的计算公式。

3.2 泄压面积计算

在进行计算之前，要再核实一下L/D长径比(length to diameter radio)，由于计算方式和《建规》一致，在此不赘述。接近正常大气压时的围护结构的计算方式应选用8.2.1.1条。

3.2.1计算公式

(2)

其中，AV0为泄压开口的几何面积，m2；V为容器体积，m3;Pstat为静开启压力，通过压力缓慢上升使泄压装置开启的压力，bar-g;KSt为粉尘爆炸指数，bar-m/s;V为建筑物的体积，m3;Pmax为最大爆炸压力，bar-g;Pred为泄爆压力，bar-g。

3.2.2设计参数选择

根据NFPA68中附表F可燃性粉尘爆燃选择参数中塑料粉尘的参数见表1。

表1 塑料粉尘

KSt=156 bar-m/s,Pmax=8.0 bar-g,

Pstat=0.1 bar-g,Pred=0.2 bar-g。

将上述参数代入式(2)中，AV0=34.96 m2。

3.2.3系数修正

根据NFPA68中，建筑物的泄压计算，还需要系数修正,在AV0的数值上再乘以系数1.7。

AV1=1.7AV0

(3)

因此最终的泄压面积应为1.7×34.96=59.43 m2。

4 总结对比

表2 两个规范的泄压面积计算结果对比

从上述依据国内外不同的规范的计算结果可以看出(见表2)，《建规》中的计算公式仅考虑了厂房容积、长径比和泄压比这三个参数。在计算时不用区分爆炸物质。

NFPA68中的计算方法考虑的因素更加全面。除了充分考虑上述参数外，还针对不同物质的爆炸进行了区分，气体混合物爆炸、粉尘或复合混合物爆炸等不同情况分别进行规定，更有针对性，其结果也更符合实际情况。相比之下，我国《建筑设计防火规范》中的相关规定则较为简单，计算公式也较为单一，其危险等级的划分和泄压比的取值，则较多的参考了美国和日本标准中的规定值。因此，其针对性较后者有一定的差距。