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爆炸危险性建筑物中关于泄压设施的设计探讨
来源:刘怀旭 2022-03-02

      《建筑设计防火规范》中爆炸危险性建筑物的泄压设计一般只考虑可燃气体或蒸气、可燃粉尘或纤维引起的化学爆炸的预防、抑制和防护,化学爆炸的物质不论是可燃物质与空气的混合物,还是爆炸物质,都是一种相对不稳定的系统,在外界一定强度的能量作用下,能发生剧烈的放热反应,产生高温、高压和冲击波,具有强烈的破坏作用。与爆炸物品的爆炸相比,气体混合物爆炸时的反应速度慢、爆炸功率小、温度很少超过1000°c、爆炸压力很少超过2MPa。为预防爆炸或在发生爆炸后快速泄压并避免爆炸产生二次危害,具有爆炸危险性厂房的泄压设施设计,应根据防护空间内爆炸可能产生的初始压力值确定,不能按照超压中值,更不能采用超压峰值进行设计。在设计时要考虑在爆炸压力峰值到达前,与爆炸冲击波一接触即可打开或被破坏进行泄压的设施,但由于爆炸压力加速度大,在极短时间内即可达到超压峰值,如不能迅速在低压时就泄压,将会使厂房的主要承重结构及其他非泄压面积同时受到峰值超压的作用,而使泄压设施失去作用。因此,有爆炸危险的建筑物应设置足够泄压面积的泄压设施。泄压设施宜采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等,所采用的安全玻璃等在爆炸时不产生尖锐碎片的材料,可大大减轻爆炸时的破坏强度,避免因主体结构遭受破坏而造成人员重大伤亡和经济损失。故在设计选用泄压设施时应充分考虑以下因素:

  一、采用与爆炸冲击波一接触即可打开的泄压设施,这样泄爆门窗就成了优先选择的泄压设施。泄爆窗适用于有可燃气体和粉尘化学爆炸的建筑物,采用特种铰链、泄爆螺栓装置等小五金配件,窗扇向外开启,在给定的开启压力作用下能够打开泄压口,在泄爆后又能关闭泄压口的可继续使用的外窗,具有可靠的泄爆性能,满足重复使用的要求。泄压窗的泄爆压力值是有泄爆螺栓控制的,可在泄爆压力值达到10KPa---20KPa时自动打开,向外排泄压力,也可以对气压差的不同要求,来进行定制生产。泄爆窗的面积可以计入泄爆面积,可以解决在一些特殊情况下防爆区划内泄爆窗墙面面积、泄爆屋面面积不足的矛盾。

  二、通过降低泄压面积构配件的单位质量,也可减小承重结构和不作为泄压面积的围护构件所承受的超压,从而减小爆炸所引起的破坏。参照美国消防协会《防爆泄压指南》NFPA68和德国工程师协会标准的要求,结合我国不同地区的气候条件差异较大等实际情况,规定泄压面积构配件的单位质量不应大于60kg/m²,但这一规定仍比《防爆泄压指南》NFPA68要求的12.5kg/m²,最大为39.0kg/m²和德国工程师协会要求的10.0kg/m²高很多。因此,设计要尽可能采用容重更轻的材料作为泄压面积的构配件。

  三、在选择泄压面积的构配件材料时,除要求容重轻外,最好具有在爆炸时易破裂成非尖锐碎片的特性,便于泄压和减少对人的危害。同时,泄压面设置最好靠近易发生爆炸的部位,保证迅速泄压。对于爆炸时易形成尖锐碎片而四面喷射的材料,不能布置在公共走道或贵重设备的正面或附近,以减小对人员和设备的伤害。有爆炸危险的甲、乙类厂房爆炸后,用于泄压的门窗、轻质墙体、轻质屋盖将被摧毁,高压气流夹杂大量的爆炸物碎片从泄压面喷出,对周围的人员、车辆和设备等均具有一定破坏性,因此泄压面积应避免面向人员密集场所和主要交通道路。

    总之,在建筑物内外气压差达到一定数值时,泄爆窗的泄爆螺栓能自动脱落,泄爆窗能自动打开,向外释放气体,降低内部气压,能够起到良好的泄压。设计应优先采用泄爆门窗,尽量减少泄压面积的单位质量(即重力惯性)和连接强度,保护建筑物内的人员和财产安全。

  注:易于泄压的门窗、轻质墙体、轻质屋盖,是指门窗的单位质量轻、玻璃受压易破碎、墙体屋盖材料容重较小、门窗选用的小五金断面较小、构造节点连接受到爆炸力作用易断裂或脱落等。比如,用于泄压的门窗可采用楔形木块固定,门窗上用的金属百页、插销等的断面可稍小,门窗向外开启。这样,一旦发生爆炸,因室内压力大,原关着的门窗上的小五金可能因冲击波而被破坏,门窗则可自动打开或自行脱落,达到泄压的目的。

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