技术交流
氨分解制氢站的建筑防爆和泄压设计
任春庆
田晓云张芳
０６６００１）
（秦皇岛玻璃工业研究设计院秦皇岛市
摘
要
针对玻璃厂氢站的防暴泄压及抗爆结构设计，提出合理解决方案。氢站 防爆 抗爆 泄压
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３－１９８７（２０１１）０４－００３３－０６
关键词
中图分类号：ＴＱ１７１
１ 引言
在制氢站厂房建筑的设计中，由于生产过程中有爆炸的危险，因此在厂房设计时，除满足生产工艺要求外，必须认真考虑防止爆炸问题，一旦发生爆炸事故，尽可能使生命财产的损失减少到最小程度。爆炸是在瞬间发生的，人在爆炸的当时是来不及采取任何措施的，因此工业厂房防爆设计应该贯彻“安全第一，预防为主”的方针。设计中一定要严格执行国家现行有关规定、法规，采取有效的防爆措施、合理的抗爆结构，解决处理好泄压设施等。通过技术手段，保障安生生产，防止发生爆炸和燃烧事故。
本文就有效的防爆措施、合理的抗爆结构，解决处理好泄压设施发表一些个人看法。
（仓库）的防爆部分对２００１年版的《建筑设计防火规范》ＧＢＪ１６—８７（以下简称旧规范）做出了重大的调整，其中，在泄压设计方面，提出了更高的要求。
（１）泄压面积的变化
在旧规范中，泄压面积与厂房体积的比值（ｍ２／ｍ３）宜采用０．０５￣０．２２。爆炸介质威力较强或爆炸压力上升速度较快的厂房，应尽量加大比值。体积超过１０００ｍ３的建筑，如采用上述比值有困难时，可适当降低，但不宜小于０．０３。（见旧规范第３．４．２条和第３．４．３条）。
而新规范则规定：有爆炸危险的甲、乙类厂房，其泄压面积宜按下式计算，但厂房的长径比大于３时，宜将该建筑划分为长径比小于等于３的多个计算段，各计算段中的公共截面不得作为泄压面积：
A＝１０CV２／３
２
２
２．１
问题的提出
规范的变化
２００６年１２月１日开始实施的《建筑设计防火规
（１）
式中：A—泄压面积（ｍ）；
V—厂房的容积（ｍ３）；
C—泄压比系数，厂房容积为１０００ｍ３时，按
规范表３．６．３选取。
板下的均衡冷却，这样才能获得良好的退火质量。
范》ＧＢ５００１６—２００６（以下简称规范）中，关于厂房４个互不关联的问题，但从玻璃中应力变化来看，四者之间又密切相关。如果玻璃中应力分布不合理，总会引起各种各样的问题。
６结语
总之，１２ｍｍ浮法玻璃退火中，出锡槽的玻璃带
横向摆动幅度小是搞好退火的前提，控制好玻璃在各个区的横向温差是关键，同时要处理好玻璃板上
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全国性建材科技期刊——《玻璃》２０１１年第５期总第２３６期
下面通过一个简单的计算比较新旧规范泄压面积之间的差异。如图１制氢站示意图中，液氨分解净化间是氢爆炸危险性车间；液氨气化间是氨爆炸危险性车间。
（１）计算（长宽比满足要求）泄压面积为：
A＝１０CV２／３＝１０×０．２５×２２６２２／３＝４３１ｍ２ 按旧规范第３．４．３条查得泄压面积与厂房体积的比值可取０．０３，则：
A＝０．０３V＝０．０３×２２６２＝６８ｍ
２
计算可以看出，新规范是旧规范的６倍多。对于液氨气化间，经计算体积为：V＝１２０３ｍ，查规范表３．６．３氢一项得C≥０．０３０，按式（１）计算（长宽比满足要求）泄压面积为：
A＝１０CV２／３＝１０×０．０３×１２０３２／３＝３４ｍ２
按旧规范第３．４．３条查得泄压比系数可取０．０３，则：
A＝０．０３V＝０．０３×１２０３＝３６ｍ２新规范比旧规范小２ｍ２。
通过对比，可以看出，旧规范中的泄压面积设置比较模糊，并没有对不同的物质，具体的场所做分类，相对笼统。而新规范的措施对物质、空间有了粗略的界定，能运用公式、代入参数，得出相应的泄压面积，其针对性和准确性都有了很大的提高，能更有效起到减爆效果，从而更好地保障人们生命和财产安全。但是对于液氨分解净化间的泄压面积设置却出了一个难题，本例液氨分解净化间的屋面面积只有３２４ｍ，即使屋面全部为泄压面积还差１０７ｍ２，加上窗也不够。所以除充分利用屋面泄压面积外，还必须把墙面设置为泄压面积。
（２）规范增加了避免产生二次伤害部分①规范在第３．６．４条特别指出“不应采用普通玻璃”是避免在爆炸时产生玻璃碴子造成二次伤害而规定的，也就是说不能靠玻璃破碎泄压，而应靠开启窗扇泄压。
②规范在第３．６．４条第二款说明中明确，最好采用“具有在爆炸时易破坏成碎块”的建筑材料，且强调“对于爆炸时易形成尖锐碎片四散喷射的材料不能布置在公共走道或贵重设备的正面或附近”。
（３）泄压面积的轻质屋盖和轻质墙体单位质
图１制氧站平剖面示意图
对于液氨分解净化间，经计算体积为：V＝２２６２ｍ３，查规范表３．６．３氢一项得C≥０．２５０，按式
量的变化
作为泄压面积的轻质屋盖和轻质墙体的每平方米重量，新规范从旧规范的不宜超过１２０ｋｇ减少为６０ｋｇ，这应该不难办到，本文不做深入讨论。
２
３
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２．２设计应达到的目标
（１）一旦氢气泄露，能很快从建筑物中排出，使氢站室内不能达到爆炸的气体浓度。
（２）排除点燃氢气的可能性。
（３）一旦爆炸，在建筑物内能尽量减轻人员伤亡及设备损坏；
（４）尽量不造成建筑物外人员伤亡及设备损坏。
图２不超压冲击波不利方向
３．２ 有氢气爆炸危险的车间防火花建筑构造
氢气虽然很轻，但氢气泄露后，扩散速度很快，如果在封闭空间内，会迅速充满整个空间。所以车间地面、墙面、柱面均须有防火花措施。
（１）地面。防火花地面，目前玻璃行业为混凝土或用石灰石做骨料的防火花地面，如果采用树脂类防火花地面，需要采取防静电措施。
（２）踢脚。采用防火花材料。
（３）墙面。①砌体或混凝土墙体：有防火花要求时，不得采用含有石英砂的材料抹面；②压型钢板墙面：因压型钢板有变形卸载能力，故有漆面的压型钢板，可认为是防火花材料。
（４）柱面。①混凝土柱面：有防火花要求时，不得采用含有石英砂的材料抹面。②钢柱面：采用纸面石膏板使其达到耐火极限及防火花要求。
（５）液氨气化间仅需地面和踢脚采用防火花构造。
３ 建筑设计防爆措施
与制氢站防爆和泄压设计有关的国家现行规范有《建筑设计防火规范》ＧＢ５００１６—２００６和《氢气站设计规范》ＧＢ５０１７７—２００５。
３．１ 有氢气爆炸危险的车间屋面通风建筑构造
（１）液氨分解净化间屋顶设自动开启通风器。根据《氢气站设计规范》ＧＢ５０１７７—２００５第７．０．１１条“制氢间、氢气压缩机间、氢气纯化间、氢气灌瓶间等的厂房跨度大于９．０ｍ时，宜设天窗”，如图１。为了不留死角，屋脊处通常设自然通风器，在严寒和寒冷地区设电动可启闭自然通风器，当检测到氢气浓度大于１％时自动开启。其它地区可设开敞通风器，氢气的扩散速度较快，尤其是向上扩散，所以在液氨分解净化间屋面不再设置强制排风机，以免影响泄压面积。自然通风器的喉口宽度，由暖通专业计算确定。
（２）液氨气化间屋顶最高处每一开间设置强制排风机，如图１所示。
（３）屋面板与檩条之间留空隙。如果屋盖系统为有檩结构，屋面板与檩条之间留出空隙，以防止氢气滞留，利于氢气从通风器排到室外。
（４）氢爆炸危险性车间与氨爆炸危险性车间应彻底隔离。液氨分解净化间是氢爆炸危险性车间，液氨气化间是氨爆炸危险性车间，如图１所示，液氨分解净化间和液氨气化间之间隔墙应突出屋面，使两个车间彻底隔离。轻质屋面不宜连通，因液氨分解净化间一旦发生爆炸，冲开屋面板时，会出现把液氨气化间屋面部分揭起，如图２所示，空气超压冲击波毫无阻碍地冲击氨气化间设备，有引起连环爆炸的危险性。
［２］
４ 建筑抗爆设计
在有爆炸危险性厂房设计中，有爆炸危险性和无爆炸危险性车间及有爆炸危险性车间之间，设抗爆墙，使爆炸事故损失限定在一定的范围内。如图１所示，液氨分解净化间与液氨气化间之间，以及它们与辅助用房之间，化验室和仪表室之间设抗爆墙，并要有和防火墙相同的防火性能。
抗爆墙上的门如果不是爆炸危险性车间的疏散门，则设抗爆门，抗爆门开向爆炸危险性车间。非爆炸危险性车间（房间）的抗爆门外开。
液氨分解净化间通向辅助用房的门，虽然设于抗爆墙上，但由于是疏散门，不能设抗爆门，因此辅助用房走廊墙暴露在冲击波超压冲击之下，因此
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走廊墙宜设抗爆墙。
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泄爆压力设定为１０ｋＰａ，参考《粉尘爆炸泄压指南》ＧＢ１５６０５—２００８的第５．３．１条公式对开启压力的规定，开启压力小于５ｋＰａ就符合要求。
据动物实验得知，人可以承受小于２０ｋＰａ空气冲击波超压不受伤［３］。所以笔者认为以上设定是安全的。
在做制氢站厂房建筑的设计中，可根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》ＣＥＣＳ１０２－２００２计算屋面和墙面风荷载设计值，如果小于１．５ｋＰａ，则按测试值３ｋＰａ设计，如果大于１．５ｋＰａ则按风荷载设计值２倍定测试值，但测试值大于５ｋＰａ就不能算作泄压口面积。
因此，泄压口构造开启压力应在３￣５ｋＰａ之间，以接近３ｋＰａ为佳。
（２）压型钢板泄压口的构造
泄压口构造最好既能泄压，还没有物质飞出。不会造成二次伤害。
①压型钢板屋面作为泄压口的构造
压型钢板作为泄压口是很好的建筑材料，对于严寒和寒冷地区，泄压构造部分不会超过３０ｋｇ／ｍ２，如图３把一层压型钢板设于檩条下方是不合适的做法。缺点是要完成泄压，檩条也会飞出，造成二次伤害，或不能达到泄压效果。设保温层时，如图４两层钢板均置于檩条上方（下板最好用波高大于３０的压型钢板，以利氢气向上方扩散），屋脊一定要用螺钉钉牢，其它处卡式固定，能抗风压，并能在达到泄压压力时压型钢板能脱离卡扣（如果用螺钉固定，须经过认证），泄压时不让压型钢板飞出。效果如图５所示。
５ 建筑泄压设计
泄压是为防止建筑物因内部爆炸而减轻破坏所广泛采用的方法。其基本理念为在爆炸初始或扩展阶段，将包括建筑物内高温高压气体通过泄压口（泄压口厂房泄压功能区域）向安全方向泄出，使建筑物内压力无法上升到使建筑物主体结构破坏程度，从而减轻人员伤亡及设备损坏。其设计关键是合理设置泄压口面积和泄压口高效的泄压构造。如上所述，按规范要求，液氨分解净化间的泄压面积计算值为４３１ｍ，而屋面只有３２４ｍ，除屋面作为泄压口外，还要加上外窗和部分外墙。本节就泄压口构造提出一些看法。
（１）泄压开启压力设定
泄压口既是泄压功能区域，又是厂房的外围护结构。既要在需要的时候泄压，又不能让大风把泄压口构造吹跑。两者必须兼顾，才能既保证大风天正常生产，又能在发生爆炸事故及时泄压，保障人员生命和财产安全。
泄压开启压力为泄压口设定压力（物理术语应该叫压强），达到该压力，泄压口开始泄压动作。
屋面的抗风揭性为屋面抵抗风引起的负压揭起屋面板的能力。
美国制造商共同体标准ＦＭ４４７０—２０１０抗风揭测试值最低标准是２．９ｋＰａ（６０ｐｓｆ），安全系数是２，可承受屋面风荷载设计值１．５ｋＰａ及以下。而行业协会标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》ＣＥＣＳ１０２—２００２并没有抗风揭最低标准的规定。
规范仅就泄压口单位质量做了规定，并没有就泄压开启压力做出规定，如果用屋面做泄压口或泄压口的一部分，６０ｋｇ／ｍ２的单位质量，不能保证屋面的抗风揭性，美国ＮＦＰＡ６８—２００７要求单位质量
２
更小（最大４０ｋｇ／ｍ），更不能保证屋面的抗风揭
２
２
性，由此证明泄压口单位质量不等于泄压口开启压力。根据我国金属屋面屡屡被风揭起的现实，笔者认为泄压开启压力不宜小于３ｋＰａ。
美国ＮＦＰＡ６８—２００７第７．２条和《粉尘爆炸泄压指南》ＧＢ１５６０５—２００８的第５．３条，均将建筑物最大
图３不适合泄压口的做法
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（３）泄压口统计面积时，通风器可开启部分，可算作泄压面积；柱、内天沟和钢梁不能算作泄压面积。
（４）有氢气爆炸危险性的化验室不能用瓷釉面砖做地面和墙面。
（５）与有氢气爆炸危险性车间连通的走廊建议采用防火花地面。
（６）如果涉氨车间氨浓度控制在防毒安全生
图４适合泄压口的做法
产范围内，就远远达不到燃爆下限。涉氨车间由于氨的气味有预警性能，所以在生产中氨泄露爆炸危险性很小。如果因氢爆炸引起氨大面积泄露，就有引起二次爆炸的危险性，所以２个车间隔墙设为抗爆墙，抗爆墙上设抗爆门，开向氢爆炸危险性车间，出现爆炸事故时，爆炸空气冲击波使其关闭，
图５屋面外墙外窗泄压示意图
玻璃丝棉（或岩棉）保温层不能有塑料薄膜加强层，塑料薄膜加强层会使压型钢板不好分离，影响泄压效果。
②压型钢板墙面作为泄压口的构造
如图５所示，有檩墙面作为泄压口和屋面要求类似。最上方用螺钉钉牢，其它处卡式固定，做到有效泄压且没有物质飞出。无檩墙面，一个方向螺钉固定，一个方向卡式固定，有效泄压且没有物质飞出。
③侧窗泄压构造
规范３．４．６条规定外窗不应采用普通玻璃，就意味着不能靠玻璃破碎作为泄压措施，要改为开启扇泄压。
侧窗框料采用不会产生火花材料，全部为开启扇，上悬或中悬，窗高小于１５００ｍｍ用上悬，窗高大于１５００ｍｍ用中悬，转轴设于上部１／３处，采用弹簧销，压力差开启，开启压力为风荷载设计值（小于５ｋＰａ）。
侧窗玻璃采用钢化夹层玻璃，以防泄压时尖锐玻璃飞出。
以保护涉氨车间设备不受破坏。
６ 结论
（１）本文结合美国ＮＦＰＡ６８—２００７、美国制造商共同体标准ＦＭ４４７０—２０１０、《粉尘爆炸泄压指南》ＧＢ１５６０５—２００８，既照顾到围护结构的抗风压能力，又保障爆炸泄压安全。确定有氢危险性爆炸车间泄压口开启压力为３￣５ｋＰａ。实际上１．５ｋＰａ的风荷载设计值（３ｋＰａ开启压力）已经满足我国大部分地区围护结构的抗风压要求（风荷载设计值由结构专业或轻钢供应商提供）。
（２）压型钢板泄压构造是压型钢板一端固定牢固，其它处达到开启压力时，压型钢板脱离连接泄压，确保压型钢板和螺钉等尖锐物体不飞出。
（３）外窗泄压构造，开启扇泄压。不能采取玻璃破碎泄压。
（４）两个爆炸危险性车间（房间）之间，爆炸危险性车间（房间）和非爆炸危险性车间（房间）之间，能被空气冲击波冲击到的隔墙，设抗爆墙。
（５）爆炸危险性车间（房间）的轻型屋面不能和其它车间（房间）连通，屋面采用轻型材料时，抗爆墙应突出屋面。
在爆炸危险性车间设计实践中，与轻钢供应商合作时，对轻钢供应商询问的泄压压力，设计者往往感到为难，并且对泄压构造要求概念模糊，本文
５ 需要注意的细节
（１）屋面坡度不宜小于１０％。（２）屋面檩条开口朝向屋脊。
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掰边辊道横向开合机构设计
李红
１
白刚如
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杨忠红
２
（１．中国洛阳浮法玻璃集团公司；２．洛玻（北京）国际工程有限公司洛阳市４７１００９）
摘
要
原掰边辊道的横向开合机构重量大、阻力大、密封性能差，容易被尘渣卡死而失效。新设计的横向开合机构重掰边辊道
横向开合机构
密封性
稳定
量轻、阻力小、密封性能好，粉尘难以进入其中，运动灵活可靠。关键词
中图分类号：ＴＱ１７１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３－１９８７（２０１１）０５－００３８－０３
１引言
掰边辊道长期处于多尘多渣的工作环境之中，
动过程中，玻璃渣和粉尘会随导向轴或丝杠进入滑动轴承座或螺母之中。随着时间的延续，进入轴承座或螺母中的杂物随之增多，当碎玻璃渣和粉尘充满导向轴、滑动轴承座或螺母、丝杠的运动副间隙时，将导致导向轴或丝杠被卡死，这就是掰边辊道在使用一段时间后，横向开合机构失效的根本原因。横向开合机构可移动部分重量大，结构复杂，一旦被卡，不彻底拆卸清理运动副中的杂物，校正传动件的变形，更换已损坏件，恢复各零部件所处的相应位置，就难以将其彻底修复好。完全的修复工作繁重而复杂，需要相当长的时间，在一般玻璃生产中的暂时停车是难以实现的，只有等到冷修时，才可能有充分的时间来完成这项工作。因此，
ＧＢ５０４９３－２００９附录Ａ［Ｓ］．
［８］高永庭．《防火防爆工学》［Ｍ］．１９８９．０３．第１版．
［９］申泮文．《氢与氢能》（氢的扩散速度）［Ｍ］．１９８８．０６．第
１版．
［１０］杨旭升．《爆破施工实用技术》［Ｍ］．２００７．０５．
且整个设备位于碎玻璃溜子中间，存在着难加油、难维护、难维修的特点。由于在设计上对掰边辊道的工作环境考虑欠周，留下了不少隐患，使用过程中出现了一系列难以处理的问题，严重地影响着玻璃的正常生产，而掰边辊道横向开合机构功能的失效问题是掰边辊道的主要问题之一。
我厂现有的浮法玻璃生产线掰边辊道横向开合（调整掰边辊道宽度）机构主要由滑动轴承座、导向轴、丝杠组成。由于在多尘多渣的工作环境中难以对其进行稳定可靠的密封，故在横向开合机构运希望对各位设计同仁有所帮助。
参考文献
［１］《建筑设计防火规范》ＧＢ５００１６－２００６［Ｓ］．［２］《氢气站设计规范》ＧＢ５０１７７－２００５［Ｓ］．
［３］《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》ＣＥＣＳ１０２－
２００２［Ｓ］．
［４］美国ＮＦＰＡ６８－２００７ＮＦＰＡ６８ＳｔａｎｄａｒｄｏｎＥｘｐｌｏｓｉｏｎ
ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｂｙＤｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎＶｅｎｔｉｎｇ２００７Ｅｄｉｔｉｏｎ．
［５］美国制造商共同体标准ＦＭ４４７０－２０１０ＡｐｐｒｏｖａｌＳｔａｎｄａｒｄ
ｆｏｒＳｉｎｇｌｅＰｌｙ，Ｐｏｌｙｍｅｒ－ＭｏｄｉｆｉｅｄＢｉｔｕｍｅｎＳｈｅｅｔ，Ｂｕｉｌｔ－ＵｐＲｏｏｆ（ＢＵＲ）ａｎｄＬｉｑｕｉｄＡｐｐｌｉｅｄＲｏｏｆＡｓｓｅｍｂｌｉｅｓｆｏｒｕｓｅｉｎＣｌａｓｓ１ａｎｄＮｏｎｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅＲｏｏｆＤｅｃｋＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＣｌａｓｓＮｕｍｂｅｒ４４７０ Ａｐｒｉｌ２０１０．［６］《粉尘爆炸泄压指南》ＧＢ１５６０５－２００８［Ｓ］．
［７］《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》
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