工业炸药成品装车位的隔爆设计.pdf
第4 6 卷第4 期 2 0 1 7 年8 月 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s V 0 1 .4 6N o .4 A u g .2 0 1 7 d o i 1 0 .3 9 6 9 /j .i s s n .1 0 0 1 - 8 3 5 2 .2 0 1 7 .0 4 .0 0 5 工业炸药成品装车位的隔爆设计米 岳纪炜陈玉侯斯婕乔枫革 中国兵器工业规划研究院 北京,1 0 0 0 5 3 [ 摘要] 对于一些工业炸药生产线老厂区,由于厂区内建设用地紧张、内部距离受限等原因,无法在原有生产线 基础上单独设置成品中转站台或成品中转库时,需要找到一种可靠措施.在保证转运车辆中工业炸药与生产工房 内存药不相互殉爆的前提下实现工房土堤外装车。通过某公司的隔爆墙设计实例得出,采用两层钢砼墙板中间夹 砂的组合隔爆墙替代防护土堤,占地面积小,能够起到抗爆、防殉爆效果,可以有效阻止生产工房或成品装车位有 一方爆炸时导致另一方主体结构遭受严重破坏,是解决工业炸药生产企业老厂区工业炸药生产线防护土堤外装车 的有效途径之一。 [ 关键词]隔爆墙;殉爆;钢砼墙;防护土堤;工业炸药生产线 [ 分类号] T Q 5 6 0 .8 ;X 9 3 2 E x p l o s i o n - i n t e r r u p t e dD e s i g nf o rP r o d u c tL o a d i n gU n i to fI n d u s t r i a lE x p l o s i v e s Y U EJ i w e i .C H E NY u . P l a n n i n ga n dR e s e a r c hI n s t i t u t e , H O US i j i e ,Q I A OF e n g g e N o r i n c oG r o u p B e i j i n g ,1 0 0 0 5 3 [ A B S T R A C T ] I ns o m ei n d u s t r i a le x p l o s i v e sp r o d u c t i o nl i n e s .d u et or e a s o n s ,s u c ha st h el i m i t a t i o no fo l df a e t o r v 。c o n s t r u e t i o nl a n d i n ga n dt h ei n t e r n a ld i s t a n c e ,t h ef i n i s h e dt r a n s i ts t a t i o no rs t o r ec a n n o tb es e ts e p a r a t e l yb a s e do nt h eo r i g i n a l p r o d u c t i o nl i n e .I nt h i sc a s e ,i tn e e d st of i n dar e l i a b l em e a s u r et o e n s u r et h a ti n d u s t r i a le x p l o s i v e sc o u l db el o a d e do u t s i d e p r o t e c t i v ee a r t hm o u n df o rt h ew o r k s h o pb u i l d i n g ,w h i c hs h o u l d b eu n d e rt h ep r e m i s eo fn oi n t e r a c t i o nb e t w e e nl o a d e de x p l o s i v e si nt h et r a n s p o r t a t i o nt r u c ka n de x p l o s i v e si nt h ew o r k s h o pb u i l d i n g .I nt h i sa r t i c l e ,e x p l o s i o n i n t e r r u p t e dw a l lw a s d e s i g n e di naf a c t o r y .“ t oc o n c l u d et h a tc o m b i n e de x p l o s i o n - i n t e r r u p t e dw a l lw i t ht w os i d eR .C . r e i n f o r c e dc o n c r e t e s l a b s f i l l e dw i t hs a n di sab e t t e rc h o i c et or e p l a c ep r o t e c t i o ne a r t he m b a n k m e n t .I tw o u l do c c u p yl e s sa r e aa n dh a sb e t t e re x p l o s i o n i n t e r r u p t e dp e r f o r m a n c ea n ds y m p a t h e t i cd e t o n a t i o np r e v e n t i o np e r f o r m a n c e ,w h i c hi n d i c a t e si tc o u l dp r e v e n tw o r k s h o p b u i l d i n go rp r o d u c t i o nl o a d i n gp l a c ef r o ms u f f e r i n gs e r i o u ss t r u c t u r ed a m a g ec a u s e db ye x p l o s i o no ft h eo t h e rs i d e .I ti so ne o fe f f i c i e n ts o l u t i o n st oe x p l o s i o n - i n t e r r u p t e dd e s i g nf o rt h el o a d i n gp l a c ei no l df a c t o r .y . [ K E Y W O R D S ] e x p l o s i o n i n t e r r u p t e dw a l l ;s y m p a t h e t i cd e t o n a t i o n ;R .C . r e i n f o r c e dc o n c r e t e w a l l ;p r o t e c t i o ne a r t h m o u n d p r o d u c t i o nl i n eo fi n d u s t r i a le x p l o s i v e s 引言 目前,国内部分民爆生产企业里,老的工业炸药 生产线成品装车位设置在生产工房土堤内.仍采用 人工输送的方法将整箱或整袋成品及时运送至成品 运输车上进行转运。这种装车位的设置存在着土堤 内总药量超量、人员超员等安全隐患。另有部分生 产线在防护土堤外生产区交通干道装车,一些转运 车车载量较大 5 .0 ~9 .9t ,装车位无具体的定量 规定,导致装车环节易出现危险源地点不确定、管理 混乱等安全问题。随着行业发展和技术进步.从业 人员的安全意识不断提高,对成品装车位的设置提 出了更高的要求.特别是工信部安『2 0 1 2 ] 3 0 1 号文 件关于提升工业炸药生产线本质安全生产水平的 指导意见的出台.对工业炸药生产线转运装车位 的设置提出明确要求新建生产线成品转运装车位 与其邻近建筑物之间应满足内部最小安全距离要 求现有生产线设在防护土堤外的炸药成品转运装 车位应采取可靠措施。保证车辆中炸药与邻近工房 粜收稿日期2 0 1 7 - 0 3 .1 3 作者简介岳纪炜 1 9 8 1 一 ,女,硕士,高级工程师,主要从事民爆工程设计.E - m a i l y j w 2 0 0 9 1 6 3 .e O I T l 通信作者乔枫革 1 9 5 8 一 ,男,博士,研究员级高工,主要从事民爆工程设计E - m a i l f g _ _ q i a o a l i y u n .c o m 万方数据 2 6 爆破器材 第4 6 卷第4 期 内的存药不相互殉爆。因此,近年来.新建生产线工 程设计时,一般单设成品中转站台或成品中转库,且 按照民爆规范一] 要求,满足与邻近建筑物的内部最 小允许距离要求。但对于一些老厂区现有的工业炸 药生产线,往往由于生产区内建设用地紧张、内部距 离受限等原因.无法在原有生产线基础上单独设置 成品中转站台或成品中转库,为此急需找到一种解 决方案,在保证车辆中炸药与生产工房内存药不相 互殉爆的前提下实现工房土堤外装车 国内外大量爆炸试验研究已经证实.民用爆炸 物品发生殉爆的因素主要有空气冲击波、爆轰产物 流和高速破片的撞击作用,而防护屏障对阻挡屏障 内爆炸所产生的冲击波和飞散物能起到显著作用, 是世界各国公认的有效防护设施- 2 引。在工程设计 中,为使实际生产时转运装车的炸药与装药包装环 节的炸药不发生互相殉爆.通常选用防护土堤或钢 筋混凝土隔爆墙两种形式作为防护屏障。 1防殉爆距离的计算 以某公司乳化炸药生产线为例开展本次研究。 该公司乳化炸药生产线制药工房与装药包装工房采 用分建方式。其中,装药包装工房危险等级为1 .1 级.计算药量为2 .5t 。原成品装车位设置在装药包 装工房土堤内。采用手推车将成品由工房内转运至 运输车上,装药包装工房土堤平面情况如图1 所示。 图l装药包装工房土堤防护现状图 F i g .1D r a w i n go fe x i s i t i n gp r o t e c t i o ne a r t hm o u n d f o rc h a r g i n ga n dp a c k i n gf a c t o r yb u i l d i n g 本研究中.装车站台作为装药包装工房的附属 装车位。按照装车站台与装药包装工房总药量不超 过2 .5t 计算。根据实际情况,生产线正常生产时, 装药包装工房内在线药量为0 .8t ;因此,装车站台 处待转运的成品总量不应超过1 .7t 。 为解决装车站台处的存药与装药包装工房的存 药互相不殉爆的问题.参考T N T 药堆间最小不殉爆 距离公式5 『 R 0 .7 旷。 1 式中尺为最小不殉爆距离,m ;形为主爆药量,k g 。 按照T N T 考虑.当装药包装工房药量为主爆药 量时.装药包装工房外墙与装车站台药堆间最小不 殉爆距离约为6 .5m 当装车站台药量为主爆药量 时,装药包装工房外墙与装车站台药堆间最小不殉 爆距离约为8 .4m 。考虑到乳化炸药的T N T 当量系 数仅为0 .7 6 ,相同状态下.等量的T N T 爆炸产生的 冲击波超压大于乳化炸药,其产生的爆炸能量和破 坏作用大于乳化炸药因此.同样的主爆药状态下, 当装车站台1 .7t 乳化炸药为主爆药量时,装药包装 工房外墙与装车站台药堆间最小不殉爆距离应小于 计算值8 .41 T I 本方案中,将装车位爆心设置在距 离装药包装工房外墙8 .4m 外。采用皮带运输方式 将炸药成品由装药包装工房运送至成品装车位。6 。, 成品箱体规格为每箱2 4k g 乳化炸药,控制成品运 输皮带上箱体间隔为4 .5m 以上,可保证箱体之间 不殉爆、装车站台药堆和装药包装工房药堆不殉爆。 2 防护形式的选择 2 .1 防护土堤 防护土堤是目前工业炸药生产工房普遍采用的 防护屏障方式。它可以影响爆炸冲击波传播,减弱 冲击波对周围目标的破坏作用.也可以有效拦截低 角度爆炸破片对周围目标的冲击作用。当工业炸药 转运车辆停放位置位于防护土堤有效保护范围内, 即防护土堤背爆面两倍防护土堤高度范围以内时。 可避免其被殉爆- 7 一一。实际应用中,因防护土堤造价 相对低廉且施工周期短等特点,一般多作为装车站 台与生产工房间隔爆措施的首选方案。在相对理想 状态下,以防护土堤作为生产工房与新增装车站台 间隔爆措施的设计可参照图2 [ 1 m 1 1 ] 。 图2 装车位土堤防护示意图 F i g .2 S k e t c ho fp r o t e c t i o ne a r t hm o u n df o rl o a d i n gp l a c e 万方数据 2 0 1 7 年8 月 工业炸药成品装车位的隔爆设计 岳纪炜,等 但由于土堤的平面形式对土堤底宽有下限要 求,即至少需要达到土堤高度的1 .5 倍,而土堤高度 又取决于被保护建筑物的檐口高度或药面高度因 此,在实际应用中,会受生产区地形影响或受生产工 房同边现状所限。没有足够的空间修建防护土堤 2 .2 隔爆墙 根据该公司乳化炸药生产线装药包装工房总图 布置实际情况,受厂区其他建筑物和道路现状限制。 将成品装车位移至工房土堤外后,在装车位外侧再 设置土堤防护将占用现有厂区主干道,且根据内部 距离反算出的中转站台药量很小,不能满足生产过 程中成品转运要求。鉴于隔爆墙占地面积小、能够 达到抗爆、防殉爆效果等特点,尝试设置隔爆墙 根据民爆规范‘坨要求,该装药包装工房在有防 护土堤有效防护的前提下,与位于其西南方向的硝 酸铵库距离不应小于5 4m ,实测现场距离为6 5r n 因此,成品装车位只能利用这1 1m 范围进行布置 图3 。该范围除需考虑隔爆墙布置位置外,还需 要根据运输车辆停放时炸药成品爆心与建筑物相对 位置关系,反复计算隔爆墙的高度。继而调整车箱停 放点的标高、隔爆墙厚度和装卸站台宽度 确定上述装车位置和隔爆墙的各项参数后.着 手考虑装车位的对外防护问题。为最大限度地保证 安全,同时减少工程对厂区现有路网的破坏,方案中 采取的措施是将平行于硝酸铵库前墙的“南.北”走 向防护土堤向南延伸7 .3m 。且使土堤顶高度高于 成品运输车辆的车厢顶面11 T I 。以确保装车位与硝 酸铵库之间形成有效防护。具体见图3 、图4 。 确定装车位后,根据载药车厢最不利点与装药 包装工房山墙的外侧屋檐连线确定隔爆墙的高度。 见图5 。 以上方案。首先要确保将装车位与装药包装工 房作为一个整体考虑时,其与周边建筑物之间的防 护条件及该防护条件下的实际距离能够满足民爆规 范的相应要求;其次是装卸站台与装药包装工房的 土堤 皂 ∥UH 多 装药包装工房 硝 』. ∈ 午甲队 酸 _ 三三一 铵 三 _ 鏖 二 三 _ 三 三一 _ 三 兰 } _ 三 了、陉 \ /弋 I 隔爆墙 图3 装药包装工房新增隔爆墙示意图 F i g .3 S k e t c ho fn e we x p l o s i o n - i n t e r r u p t e dw a l lf o r c h a r 舀n ga n dp a c k i n gf a c t o r yb u i l d i n g 图4 隔爆墙平面示意图 单位m F i g .4 P l a no fe x p l o s i o n i i l t e r r u p t e dw a l l 蚓5 隔爆墙1 1 剖面不意图 单位m F i g .5 S e c t i o n1 1o fe x p l o s i o n i n t e r r u p t e dw a l l 相对位置要大于计算出的两者之间的最小殉爆距 离。在受现状条件局限、不能设置土堤隔爆防护的 情况下,该隔爆墙方案既能满足行业现行各规范、规 章、技术的要求,又便于企业实际操作和日常应用。 3 隔爆墙结构方案 在隔爆墙防护方案中。拟采用隔爆墙代替防护 土堤一是保证装药包装工房和成品装车位有一方 爆炸时,不会引起另一方殉爆;二是改变冲击波传播 方向,保证装药包装工房或成品装车位有一方爆炸 时,不会导致另一方主体结构遭受严重破坏;三是在 有限可利用空间内减少防护设施占地面积。 隔爆墙结构计算按塑性理论设计,根据生产过 程中发生事故频率极低和只可一次性使用的条件. 取允许延性比肛 2 0 ,三级设防。分以下3 种方案 进行研究H 2 ‘14 | 。 1 方案I 按带顶盖抗爆间室计算。 计算条件此方案采用的是按顶部覆土有盖三 墙间室模型进行计算。成品运输车上乳化炸药存量 万方数据 2 8 爆破器材第4 6 卷第4 期 按17 0 0k g 考虑.混凝土采用C 4 0 级.钢筋采用 H R B 4 0 0 级。顶板覆土5 0 0m m 厚,墙厚取10 0 0m m 试算,墙体高度与周边防护土堤同高79 0 0m m 。按 照场地条件隔爆墙布置成“u ”形,爆心位置见图6 。 ㈤1 1 【刊⋯I ㈦ 图6 带顶盖抗爆间室式隔爆墙设计图 单位m m F i g .1D e s i g nd r a w i n go fb l a s tr e s i s t a n t c u b i c l ew i t hc e i l i n gt y p e 计算过程设计药量形, 17 0 0 0 .9 12 9 2 k g ;其中,0 .9 为乳化炸药的T N T 当量折减系数。以 计算墙1 为例,计算得出弯矩M x 70 4 5 .5k N /m , 墙1 超筋此种方案不可行。 2 方案Ⅱ按单层隔爆墙计算j 常见的无顶盖单层隔爆墙形式上较方案I 更为 不利,因此从结构概念上可否定此方案的可行性。 3 方案Ⅲ按组合隔爆墙计算。 计算条件此方案采用的是两层钢砼墙板中间 夹砂的组合隔爆墙,无顶盖。成品运输车上乳化炸 药存量按17 0 0k g 考虑,混凝土采用C 3 5 级,钢筋采 用H R B 4 0 0 级.内墙、外墙均取6 0 0m m 厚试算;砂 层可吸收并削弱冲击波能量,且增加墙体质量.使墙 体自振频率降低,减少冲击波对结构的破坏影响 为达到上述目的.砂层厚度应取钢砼墙厚的两倍或 更厚.但因场地条件限制,夹砂层只能与钢砼墙同厚 度.取6 0 0m i l l 厚按照场地条件,隔爆墙布置成 “L ”形,爆心位置见图7 l l J l l 副叫倒 图7 组合隔爆墙设计图 单位m m F i g .7D e s i g nd r a w i n go fc o m b i n e d e x p l o s i o n i n t e r r u p t e dw a l l s 计算过程设计药量W o 17 0 0 0 .9 12 9 2 k g ;其中,0 .9 为乳化炸药的T N T 当量折减系数。计 算得出,内墙跨中及支座最大弯矩均为M . M m 6 4 9k N /m ;而外墙跨中及支座最大弯矩均为M x M 。 5 2 5k N /m 内墙、外墙配筋均较为合理。 4 结论 综上所述.采用两层钢砼墙板中间夹砂的组合 隔爆墙替代防护土堤.可以有效阻止生产工房或成 品装车位有一方爆炸时导致另一方主体结构遭受严 万方数据 2 0 1 7 年8 月 工业炸药成品装车位的隔爆设计岳纪炜,等 2 9 重破坏,能够起到隔爆、防殉爆作用。可以作为解决 工业炸药生产企业老厂区单独设置成品中转站台困 难时所采取的可靠措施.来保证成品转运车辆中炸 药与生产工房内存药不相互殉爆的前提下实现工房 土堤外装车该隔爆墙设计方案已应用在民爆生产 企业乳化炸药生产线上,并已通过了安全评价和行 业主管部门的验收今后的推广,可根据本文中的 原理计算隔爆墙墙板和夹砂层的厚度及墙板配筋。 [ 2 ] [ 3 ] 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 [ 8 ] [ 9 ] 参考文献 中华人民共和国建设部.中华人民共和国国家质量监 督检验检疫总局.民用爆破器材工程设计安全规范 G B 5 0 0 8 9 - - 2 0 0 7 s .北京中国计划出版社,2 0 0 7 . M i n i s t r y , - o f C o n s t r u c t i o no f t h e P e o p l e ’SR e p u b l i c o f C h i n a .G e n e r a lA d m i n i s t r a t i o no fQ u a l i t yS u p m w i s i o n , I n s p e c t i o na n dQ u a r a n t i n eo ft h eP e o p l e ‘SR e p u b l i co f C h i n a .S a f e t yc o d ef o rd e s i g no fe n g i n e e r i n go fc i 、7 i le x p l o s i v e sm a t e r i a l s G B 5 0 0 8 9 - - 2 0 0 7S3 .B e i j i n g C h i n a P l a n n i n gP r e s s ,2 0 0 7 . 北京工业学院八系爆炸及其作用编写组.爆炸及其 作用『M ] .北京国防工业出版社,1 9 7 9 . 何源,何勇,潘绪超,等.含能破片冲击引爆屏蔽炸药 研究[ J ] .南京理工大学学报,2 0 1 1 .3 5 2 1 8 7 1 9 3 . H EY ,H EY ,P A NXC ,e ta 1 .I n i t i a t i o no fs h i e l d e dh i g h e x p l o s i v ei m p a c t e db ye n e r g e t i cf r a g m e n t [ J ] .J o u r n a lo f N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,2 0 11 ,3 5 2 1 8 7 1 9 3 . 美国国防部 D O D .火炸药和弹药安全标准 D O D 6 0 5 5 .9 一S T D S 1 .美国美国国防部,2 0 0 4 . 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M i n i s m .H o u s i n ga n dU r b a n - r u r a lD e v e l o p m e n to ft h e P e o p l e ’SR e p u b l i co fC h i n a ,G e n e r a lA d m i n i s t r a t i o no f Q u a l i t yS u p e r 、d s i o n ,I n s p e c t i o na n dQ u a r a n t i n e o ft h e P e o p l e ’SR e p u b l i co fC h i n a .C o d ef o rd e s i g no fg e n e r a l l a y o u to fi n d u s t r i a le n t e r p r i s e s G B 5 0 1 9 8 - - 2 0 1 2 ‘S ] . B e i j i n g C h i n aP l a n n i n gP r e s s ,2 0 1 2 . 1 2 ]胡宏伟,冯海云,肖川1 ,等.基于顶盖举起试验的炸药 内爆炸性能评估[ J .火炸药学报,2 0 1 6 ,3 9 3 5 3 . 5 7 . H UHW ,F E N GHY ,X I A OC ,e ta 1 .E v a l u a t i o no ft h e i n t e r n a lb l a s tp e r f o r m a n c eo fe x p l o s i v e sb a s e do nr o o fl i f t t e s t [ J ] .C h i n e s eJ o u r n a lo fE x p l o s i v e s P r o p e l l a n t s , 2 0 1 6 ,3 9 3 5 3 5 7 . [ 1 3 ]中华人民共和国住房和城市建设部,中华人民共和 国国家质量监督检验检疫总局.混凝土结构设计规 范G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 1 0 S ] .北京中国建筑工业出版社, 2 0 1 5 . 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