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抗爆分析

抗爆分析(Blast Resistant Analysis)是针对可能发生爆炸的设施或环境,通过量化评估爆炸冲击波对建筑、设备及人员的影响,提出工程防护措施的系统性安全分析方法。

一、目标

风险量化:预测潜在爆炸源(易燃气体泄漏、压力容器破裂等)的爆炸当量(TNT等效)。

后果评估:计算冲击波超压(ΔP)、冲量(I)、碎片抛射范围对周边设施的破坏等级。

安全验证:验证现有间距或结构设计是否满足抗爆安全阈值。

防护设计:提出抗爆墙、泄爆面、布局优化等工程解决方案。

二、分析流程

  抗爆分析流程图  
  抗爆分析流程图  

二、关键步骤与技术要点

1.爆炸场景识别(基于HAZOP/LOPA分析)

典型爆炸源:

蒸气云爆炸(VCE):可燃气体泄漏(如氢气、乙烯)遇点火源。

压力容器爆破(PVB):反应釜、储罐超压破裂(物理爆炸)。

粉尘爆炸:煤粉、金属粉尘云点燃。

沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE):液化气储罐火灾引发。

2.爆炸类型及计算方式

爆炸类型为:VCE(多能法(Multi-Energy);PVB(TNT当量模型);粉尘爆炸(TNO模型)。

3.冲击波传播模拟

简化估算的经验公式和CFD软件高精度模拟(常用工具:FLACS(VCE专用)、ANSYS Autodyn(复杂几何))。

4.结构响应评估

破坏等级判据(GB/T 50779-2022):

  超压ΔP (kPa) 结构破坏程度 人员安全风险  
  <7 玻璃轻微损坏 耳膜可能破裂  
  7~14 非承重墙开裂 肺损伤  
  14~21 承重结构塑性变形 50%死亡率(冲击波)  
  >21 建筑倒塌 致命  

动态分析:采用有限元软件(如LS-DYNA)模拟建筑在冲击波下的动力响应,验证梁柱节点抗剪能力。

5.碎片危害分析

碎片初速估算及防护要求(碎片屏障需能拦截动能>8kJ的碎片)。

三、抗爆防护设计策略

1. 布局优化

高风险装置(反应釜、储罐)间距≥50m(GB 50160《石油化工企业设计防火标准》)。

控制室/办公楼位于爆炸源上风向,且ΔP<3.5kPa区域。

2.被动防护措施

  措施类型 设计要点 适用场景  
  抗爆墙 现浇钢筋混凝土厚≥300mm,配筋率≥0.25%,高度超设备2m 控制室、压缩机房  
  防爆堤 土堤顶宽≥1m,高度≥储罐直径1/2,坡度1:1.5 LNG储罐、油品罐区  
  泄爆面 轻质墙/屋面板(密度≤60kg/m2),泄压比≥0.05m2/m3 粉尘车间、氢气压缩机房  
  碎片屏障 钢格栅或混凝土墙(孔径<碎片最小尺寸),距设备≥1.5倍碎片射程 高压反应器周边  

3.主动防护系统

可燃气体探测器(GDS)覆盖泄漏点,联动紧急切断阀(ESD)响应时间<3秒。

抑爆系统:如化学抑爆剂(NaHCO?)喷入管道(粉尘爆炸抑制)。

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