抗爆建筑结构范文

抗爆建筑结构范文（精选7篇）

抗爆建筑结构 第1篇

目前, 人们对爆炸荷载下结构安全防护的研究主要是基于冲击波效应和材料动态特性两方面的研究[1]。本文基于防爆基本技术措施的第4条和第5条, 并参考现有的防爆覆层方面的文献, 运用有限元分析软件ANSYS建立了混凝土板及蜂窝夹芯覆层的几何模型, 在Hypermesh下将混凝土板划分为六边形实体网格, 将蜂窝夹芯覆层划分为规则四边形壳网格, 并导入AUTODYN有限元计算软件, 运用ALE算法对混凝土单板及带蜂窝夹芯覆层的混凝土板在爆炸荷载下的动力响应进行了分析。

1 几何模型

在实际工程中, 混凝土结构多为大体积结构, 为节省计算机资源并保证计算的准确性, 取1∶100缩小的结构模拟实际尺寸3 000 mm×3 000 mm×250 mm的混凝土板在爆炸荷载下的动力响应。由于结构和爆炸荷载的对称性[2], 在模拟计算时混凝土板与带有蜂窝防爆覆层的混凝土板均采用1/4模型建模。1/4模型混凝土板计算尺寸为150 mm×150 mm×25 mm, 单元尺寸为0.5 mm。蜂窝壁厚为0.04 mm, 蜂窝边长5 mm, 面板厚0.8 mm, 夹芯覆层选取10 mm和20 mm两种高度。

在整个建模中, 蜂窝覆层、混凝土板均采用Lagrange单元, 空气和高能炸药采用Euler单元。混凝土单元尺寸为2 mm×2 mm×2 mm, 蜂窝及面板单元尺寸2 mm×2 mm×2 mm, 空气、炸药单元尺寸为4 mm×4 mm×4 mm。有限元模型如图1所示。

2 有限元算法

为了减少计算时间, 提高计算精度, 在数值模拟过程中采用了AUTODYNA软件提供的映射 (REMAP) 技术。首先在计算精度更高的二维模型中建立圆柱型TNT炸药模型与球形TNT炸药模型, 并计算初始起爆和爆炸冲击波传播过程, 其中空气的网格尺寸为4 mm。在冲击波传播到一定距离 (未传出空气边界) 时, 将二维的计算结果映射到三维欧拉型空气域中, 与计算模型进行耦合, 继续下一步计算。

3 材料模型

铝蜂窝夹心材料及其面板均采用JOHNSON_COOK材料模型[3], 屈服应力表示为:

式中:———等效塑性应变;

———应变率比值;

T*———相对温度;

A———屈服应力;

B———应变硬化常数;

n———应变硬化指数;

C———应变率敏感系数。

材料的具体参数如表1所示。混凝土采用AUTODYN自带材料库中的RHT混凝土材料, 材料参数如表2所示。

4 结果与讨论

4.1 背爆面中心点挠度对比

图2给出了混凝土单板及粘贴有蜂窝覆层的混凝土板背爆面中心点位移时程曲线。

从图2可以看出, 混凝土单板背爆面中心点在0.3 ms时达到最大位移2.25 mm, 增加覆层后混凝土板背爆面中心点挠度明显减小。设置10 mm覆层之后, 挠度最大值减小至0.6 mm, 约为之前的27%;覆层高度增加为20 mm后, 混凝土板背爆面中心点挠度进一步减小, 约为0.3 mm, 约为之前的13%, 且基本上处于弹性震荡范围之内。

从图2还发现, 增加覆层之后, 背爆面出现挠度峰值的时间有一定的提前。未设置覆层时, 峰值约在0.3 ms出现;设置10 mm覆层之后, 峰值约在0.2 ms出现;设置20 mm覆层之后, 峰值在0.15 ms左右出现。

4.2 各部分能量对比

各部分能量分布曲线如图3所示。图4为不同覆层厚度下混凝土板受到的冲击能量。

从图3可以看出, 芯层吸收了大部分的能量, 约为0.25 k J, 面板和混凝土所吸收的能量较少, 仅为蜂窝芯层的10%。所以, 设置覆层能够有效地减小结构受到的冲击能量, 覆层在压缩过程中产生的大变形耗散了绝大多数的冲击荷载。

从图4可以看出, 增加蜂窝夹芯覆层高度后, 混凝土板所受到的冲击能量明显减小, 仅为之前的12.5%。

5 结论

本文通过对混凝土板在爆炸荷载下的数值模拟, 分析了混凝土板的主要变形以及失效模式, 结果表明:

5.1带蜂窝夹芯覆层的混凝土板与单层混凝土板相比, 背爆面挠度明显减小;设置覆层后, 可以大大减小结构收到的冲击荷载;增加覆层高度可以大大减轻结构受到的冲击能量, 减轻结构的破坏。

5.2在爆炸冲击下, 蜂窝夹芯覆层对混凝土板有较好的防护作用, 可以作为结构的防护层来抵抗爆炸冲击, 具有良好的工程应用前景。

摘要：运用有限元分析软件AUTODYN, 对混凝土单板及带蜂窝夹芯覆层的混凝土板在爆炸荷载下的动力响应进行了分析。对比研究了两种结构在5 g的TNT球形装药, 距离混凝土板5 cm处起爆时, 混凝土背爆面中心点挠度、覆层压缩模式及各部分能量吸收情况。结果表明, 带蜂窝夹芯覆层的混凝土板与单层混凝土板相比, 背爆面挠度明显减小;设置覆层后可以大大减小结构受到的冲击荷载;增加覆层高度可以大大减轻结构受到的冲击能量, 减轻结构的破坏。

关键词：数值模拟,混凝土板,蜂窝复层,动态响应

参考文献

[1]宁建国, 王成, 马天宝.爆炸与冲击动力学[M].北京:国防工业出版社, 2010:246-247.

[2]Henrych J.爆炸动力学及其应用[M].熊建国等译.北京:科学出版社, 1987:351-355.

抗爆建筑结构 第2篇

1 抗爆防护等级

1.1 抗爆烈度

抗爆烈度主要是建筑物在现有的防护措施所能够抵御的爆炸损害。根据相关数据显示, 当前在恐怖袭击当中基本都以各类炸弹的形式进行破坏, 在这些各类炸弹袭击当中, 汽车炸弹是对建筑结构产生破坏最严重的袭击方式。所以, 文章对建筑结构的研究是汽车炸弹作为模拟的对象, 以此来确定建筑结构的抗爆烈度, 并用TNT当量值进行表示[1]。

根据对近30年所发生的汽车炸弹袭击恐怖事件进行分析, 在所有汽车炸弹恐怖袭击当中, 最小汽车炸弹的TNT当量值为200, 最大值为6000, 而常见的汽车炸弹的TNT当量值一般在200到1000之间。因此, 抗爆烈度是根据TNT当量值设置等级的。抗爆烈度主要包含四个等级, 从低到高的TNT当量值为200、500、1000、4000。

1.2 抗爆防护程度

根据汽车炸弹爆炸时对建筑结构所造成的破坏, 可根据破坏程度的不同将其分为五个等级, 使建筑物完成破坏, 发生倒塌是一级破坏等级, 而没有造成太大破坏和损害的是五级破坏等级。为了确定建筑结构的抗爆防护程度, 根据建筑结构破坏的等级, 还应当考虑以下两点因素:1建筑物的倒塌不仅会造成的巨大的损失, 还会出现人员大量伤亡的现象, 所以建筑结构应当以不发生达到为主要目标, 以达到最基本的抗爆防护程度[2];2人们要求建筑结构在发生爆炸时不会发生太大损害, 能够正常使用, 这样的要求太过于苛刻, 而且建设成本昂贵, 不适用在任何建筑物当中。所以, 应将建筑结构的抗爆防护程度分成以下三个层级:第一层级, 建筑没有发生倒塌, 但是损害严重, 无法继续使用, 也不能够修复;第二层级, 发生损害的程度能够通过修复继续使用;第三层级, 建筑结构局部受到了损害, 不影响整体的使用。

1.3 抗爆防护等级

建筑结构的抗爆防护等级应当与抗爆烈度相对应。建筑结构基本的抗爆烈度下, 其防护的程度能够达到第二层级。一般情况, 建筑结构遭受到高烈度汽车炸弹恐怖袭击的概率较小, 在建设时应当考虑到建筑的经济性, 适当降低建筑结构所能够承受的炸弹作用。在众多炸弹恐怖袭击事件当中, 低烈度占了绝大部分, 所以建筑结构在建设过程中应当以低抗爆烈度为主要建设目标。根据上述的分析, 文章制定出的抗爆防护等级也为五个等级, 每个抗爆防护等级与抗爆烈度正相反, 一级抗爆防护等级所对应的是五级抗爆烈度, 而五级抗爆防护等级所对应的则是一级抗爆烈度。

2 爆炸风险分析

分析建筑物的爆炸风险, 主要是针对某一建筑物的建筑结构在受到爆炸作用时所产生的后果进行分析。建筑结构所存在的爆炸风险主要是由建筑结构的抗爆程度和爆炸易损性所决定的。其中, 抗爆程度主要是指在对建筑进行抗爆设计时, 建筑结构所具有的抗爆安全性。而抗爆易损性主要是指当建筑物遭受爆炸袭击以后, 建筑物的损坏程度, 其反映了建筑物本身所存在的缺陷。

不同的建筑物所具有的作用是不尽相同的, 在社会上的地位也会存在很大的差距, 其遭受恐怖袭击的可能性也有很大的不同。所以, 应对不同建筑物进行相应的抗爆设计。一般遭受恐怖袭击的建筑物多为公共建筑, 如商业大楼、政府医院等, 因此应根据建筑遭受恐怖袭击的可能性以及抗爆烈度进行相应的抗爆设计[3]。

在建筑物当中, 影响其建筑结构性能的因素有很多, 主要包括材料的堆放、人员数量、高度等因素。当建筑物中人口数量越大时, 建筑结构的性能就会越差。而在建筑物当中是否含有危险材料也会对建筑结构产生重大影响, 需要对建筑物内的危险材料进行严格控制, 以免当发生爆炸袭击时其会给建筑结构造成更加严重的损坏。

3 抗爆设防分类标准

恐怖袭击所造成破坏是十分严重的, 不仅会使人们遭受重大的经济损失, 还会使人丧失生命, 应当尽量降低恐怖袭击所造成的损失。但是, 恐怖袭击还具有很大的偶然性, 如果在建设建筑物全都按照最高的抗爆标准和要求进行设计, 将会造成资源的浪费, 并且建筑物的建设成本也会十分高昂。因此, 根据我国目前的技术和建筑物的实际应用情况进行分析, 采取相应的抗爆设计。建筑物抗爆设计主要分为以下四种等级。第一等级, 重点对其进行设防, 使其具有十分良好的抗爆能力;第二等级, 标准设防, 能够抵抗一般强度的炸弹袭击;第三等级, 适度设防, 针对强度较小的炸弹袭击能够使建筑结构不发生损坏;第四等级, 不对建筑结构进行防爆设计。

4 结束语

总之, 随着国际恐怖组织的日益猖獗, 恐怖袭击事件在全球范围内时有发生, 这些恐怖袭击事件多是爆炸袭击事件, 主要是针对一些公共建筑物进行袭击。这些公共建筑物要么是人流量很大的商业大楼, 要么是政府等行政大楼, 一旦将这些大楼炸毁, 所造成的损失是无法估量。虽然, 目前在我国这类的恐怖袭击事件的发生还很少, 但是仍要引起人们的高度重视。此外, 还应当根据建筑物的作用、其在社会上的地位以及遭受爆炸袭击的可能性进行综合分析, 并对其抗爆烈度、抗爆防护以及抗爆设防进行等级的划分, 以便在所建设起来的各类建筑中, 根据类型的不同进行相应的抗爆设计。

摘要：我国在抗爆方面的研究时间还较短, 直到现在为止也没有制定统一的防恐建筑结构抗爆防护分类设防标准, 这在一定程度上严重影响了防爆设计在我国工程设计上的应用。文章通过详细的研究, 对建筑结构的抗爆防护等级进行制定;对所存在的爆炸风险进行分析;设计出抗爆设防分类标准, 希望能够促进我国在这一方面的发展。

关键词：防恐建筑,抗爆防护,分类设防,研究

参考文献

[1]丁阳, 方磊, 李忠献, 等.防恐建筑结构抗爆防护分类设防标准研究[J].建筑结构学报, 2013, 2 (4) :57-64.

[2]张宇, 李国强.建筑结构抗爆设计标准现状[J].爆破, 2014, 1 (2) :153-160.

石油化工抗爆建筑物结构设计应用 第3篇

1 石油化工抗爆建筑结构的设计基础、设计理念与设计目标

1.1 石油化工抗爆建筑结构的设计基础

爆炸荷载属于偶然性荷载, 按照荷载规范的相关内容来看, 爆炸荷载是该企业根据经验采用并在相关标准中规定的。而现阶段, 我国并没有颁布相关的标准与规范, 只有石油行业出台有关的抗爆设计规范。爆炸荷载特征是一旦出现爆炸, 其爆炸数值将会很大且爆炸持续的时间比较短, 通常情况下只会维持几毫秒, 在传播空气冲击波的过程中强度衰减的速度较快。此外, 爆炸荷载代表值是通过空气冲击波-超压函数以及建筑物的几何形状、所处具备方位等来确定的。根据国际工程界惯例来看, 空气冲击波分峰值侧正向超压与正波阶段持续具体时间都是通过业主按照抗爆设计目标来确定的, 建筑结构设计人员以此计算出爆炸荷载的代表值, 并选择合理的建筑结构分析法来进行石油化工抗爆建筑物结构设计。

1.2 石油化工抗爆建筑结构的设计理念

在进行石油化工抗爆建筑结构设计的过程中, 设计师必须要遵循部分重要设计理念, 主要包括了爆炸能量的吸收、荷载组合、安全指标、适用性、抗力函数以及冗余度等。 (1) 爆炸能量吸收:延性与强度是保障能量能够被充分吸收的基本条件。 (2) 荷载组合:因为爆炸荷载的特殊性质, 通常情况下, 设计人员不需要考虑地震的作用、风荷载和爆炸荷载共同参与组合。 (3) 安全指标:在静态设计过程中安全指标主要指的是强度要求, 但是在抗爆设计过程中需要重点考虑应变能的实际吸收能力, 而容许变形属于衡量能量吸收能力的主要指标之一。因此, 在实际的抗爆设计过程中, 容许变形属于抗爆设计的重要安全指标。 (4) 适用性:一般情况下, 在实际的抗爆设计过程中建筑结构适用性要求主要包括了层位移、构件挠度以及损伤等级。 (5) 抗力函数:挠度和力之间是非线性关系函数, 作为基本的输入参数以此进行单自由度研究。其六, 冗余度:为了保障在爆炸荷载作用下建筑结构抗连续性倒塌能力, 而提供数条荷载传输途径。

1.3 石油化工抗爆建筑结构的设计目标

抗爆设计目标和石油化工建筑结构设计目标相适应, 设计人员需要考虑到机械设备爆炸后导致的人员伤亡与经济损失等。 (1) 建筑物在冲击波的作用下, 建筑结构和构件能够保证建筑物内人员的生命安全。 (2) 如果局部的构件遭到破坏, 不应该导致整个建筑物的连续性倒塌, 即建筑结构需要具有良好的抗连续倒塌性能;在机械设备发生爆炸后通过简单的修复与加固, 就能够重新投入使用。 (3) 建筑结构的安全储备能力较为充足, 可以将爆炸带来的经济损失降到最小, 甚至可以不带来任何经济损失。

2 石油化工抗爆建筑物结构设计应用

2.1 结构材料与结构形式

石油化工建筑抗爆设计过程中, 需要符合的重要性能指标主要有建筑结构在爆炸荷载影响下不会出现突然倒塌;以及在保证整体安全性能的基础上, 具备了吸收爆炸能量的能力等。所以建筑结构体系与材料需要具备一定的延性与强度。而未配筋砌块与素混凝土等脆性原材料都不适用在石油化工抗爆设计建筑结构中。此外, 在爆炸荷载的作用下, 该建筑物将会受到冲击和地震影响, 结构构件应该具备充足的变形能力, 以此形成屈服机制。现阶段, 钢筋混凝土被视为抗爆建筑最合理、最经济的建筑材料, 特别是建筑物处在可能会发生高温与高压等潜在爆炸源的附近。

2.2 荷载代表值和爆炸波之间存在的联系

石油化工抗爆建筑承受的主要爆炸形式包括了以下几点内容:浓缩相爆炸, 压力容器爆炸, 蒸汽云爆炸以及粉尘爆炸等。这些爆炸的主要特点是被压缩的爆炸能量能够突然向大气中释放, 并引发瞬时压力增加情况, 即爆炸波超压, 传输到石油化工建筑物中将会形成爆炸荷载。因为爆炸波在大气中形成后, 爆炸波在传播过程中其强度衰减较快, 该建筑物会随着与爆炸点距离的不同而不同, 所形成的爆炸波压力也会不相同。通常情况下, 爆炸在附近区域会出现冲击波形式, 在远距离区域将会出现冲力波形式。

2.3 原材料的响应标准与强度

爆炸动力荷载作用下的建筑材料响应标准和静力荷载作用下明显不同。在爆炸荷载下, 建筑结构需要经过一个快速的加载环节, 出现了构件应力加快上升的现象。在这个环节中, 建筑材料的变形速率通常会比应力加载速率要低。而这种响应方法使得建筑材料在遭受破坏前将会达到高于最小屈服点的一个应力值, 并出现建筑材料强度逐渐增加的情况。通常情况下, 建筑材料的变形速率越快, 建筑材料的强度提高就会越多。建筑材料强度的增加使得建筑结构动力承载能力将会明显高于静态加载能力, 其增加值在10%到30%之间。这个增加值利用动力增强系数来进行衡量。

建筑结构材料在爆炸荷载影响下发生了强化效应, 可提高建筑结构的抗爆承载性能, 并允许建筑结构形成比较大的塑性变形, 以此吸收爆炸能量。此外, 在实际的爆炸受力过程中, 建筑材料的平均屈服强度将会超过相关规范要求规定的强度。

2.4 建筑结构动态响应的动力分析方式

可靠度指标:在动态响应中, 建筑构件的关键控制截面应力将会随着建筑材料的变化而改变。而在弹性区域内, 关键控制截面中的应变将会随着中性轴位置的变化而改变;在弹性区域外, 杆件处在塑性响应阶段, 控制截面的实际纤维应力将会大于弹性极限值, 这时随着杆件总应变的恒定纤维应力将会保持恒定。

动力分析方式:石油化工抗爆设计分析方式需在计算的简单性与精准性间找到一种平衡方式。计算性能指标主要包括了塑性铰位置的具体相对转角, 动力效应向着支座的挠度、传递与回弹效应, 建筑结构构件最大的相对挠度。动力分析包括了单自由度体系的分析方式、多自由度体系的分析模式、有限元的分析方式、高级分析方式以及实验研究方式等。

3 工程实例分析

以某综合工程项目中的中心实验室为例, 该项目建筑物长为92m, 宽为42m, 在充分考虑抗爆设计的基础上, 建筑物正面的超压大约为8.1k N/m2, 而正压的持续时间大约为0.05s。此外, 钢筋混凝土的框架结构与外墙的围护结构采用的是预制钢筋缓凝土挂板, 其计算高度是5.3m, 如图1所示。

通过计算得到动力响应允许的变形值为1°, 而支座转角为0.4°, 最大挠度为18.9mm, 在实际的抗爆建筑物结构设计过程中, 设计人通过计算选择了60级的钢筋;并选择厚度在180mm~220mm的挂板, 受力配筋:双层Φ12@200, 而构造钢筋是Φ10@200。通过或计算得到在8.1k N/m2爆炸作用下, 200mm厚的预制钢筋混凝土的挂板达到了抗爆设计的容许位移要求。此外, 为了全面提升该工程建筑结构在意外爆炸荷载作用下的鲁棒性, 在工程前期的设计过程中设计人还充分考虑到了建筑结构方案的整体性与冗余度, 并遵循了基于静态研究该结构构件设计方式与基于动态研究验证目标性能方式相结合的应用原则进行抗爆设计。

其中1:顶板, 2:预制钢筋混凝土挂板, 3是基础, 4是超压荷载具体方向。

4 结语

石油化工机械设备出现爆炸事件的概率比较小, 但是相关建筑物如果不进行抗爆设计, 就会带来较为严重的后果。此外, 石油化工建筑据具有距离爆炸源比较近的特征, 且其动力响应原则据决定了石油化工建筑抗爆设计属于动力弹塑性的计算范畴, 而在目标性能基础上进行建筑结构抗爆设计是石油化工抗爆设计的主要切入点, 主体结构需要达到目标性能的设计要求, 而围护结构预其他的附属结构也需要符合目标性能的设计要求, 唯有这样才能从整体上保证石油化工建筑内的人员安全与财产安全。

参考文献

[1]张少鹏, 刘秀琴, 黄钟喜.石油化工抗爆建筑物结构设计应用[J].石油化工自动化, 2012, 01 (05) :130-135.

[2]王志荣, 夏红文, 叶家源.抗爆建筑物设计的风险分析与对策[J].石油化工安全技术, 2011, 21 (07) :145-153.

[3]路以宁, 刘慧颖, 应付钊.石油化工控制室抗爆设计要点[J].抗爆建筑物设计的风险分析与对策, 2010, 22 (09) :112-114.

[4]王同尧, 汉建德, 王志荣.抗爆建筑物的抗爆设计浅谈[J].炼油技术与工程, 2011, 20 (06) :121-122.

[5]赵建敏, 徐珂, 宋志远.石油化工控制室常见设计问题探讨[J].世界标准信息, 2011, 19 (09) :50-52.

[6]林光柱, 龚维丽, 黄荣峰.后工业时代我国石油化工建筑设计策略研究[J].医药工程设计, 2010, 11 (06) :313-315.

[7]陈泽, 吉湛海, 李天华.石油化工装置建筑物抗爆设计[M].北京:机械工业出版社, 2011, 01 (11) :810-812.

高层建筑玻璃幕墙的抗爆防护 第4篇

玻璃幕墙作为一种高品质的外围护室外装饰结构, 集建筑功能、建筑技术和艺术与一体, 标志着城市建设向现代化发展的趋势日益增强, 同时也满足了人们对建筑本身功能和艺术的需求, 当玻璃幕墙成为一些重要的标志性建筑的首选, 它也逐步被一些不法分子当做最佳的袭击对象。

全球每时每刻都有很多爆炸事件发生, 近几年, 一些恐怖活动和爆炸袭击危害人们生命财产安全的事件越来越多, 爆炸的威力也逐渐增大, 而且爆炸形式多种多样, 最常见犯罪分子多采用汽车或人体做为炸弹。如今, 恐怖分子多选择人口较密集, 大型公共建筑较多, 造价高昂且装修豪华的玻璃幕墙作为袭击的对象。玻璃幕墙作为整个建筑的外围结构, 它的抗爆能力直接关系到建筑楼的命脉。若幕墙玻璃在遇到震动时, 玻璃碎片到处飞溅, 很大程度上, 人们是死于这种高速飞溅且拥有强大动力的碎片。若玻璃在受到强大的冲击时, 可以完好无损, 那么冲击波便很难越过玻璃进入室内, 这样, 室内的人和财物都可以免受其害, 同时也可以避免室内的东西掉下楼砸伤楼下的人或建筑[1]。因此, 玻璃幕墙抗爆性能的加强可以很好的避免袭击中人员的伤亡。

随着我国现代化经济的快速发展和人们生活水平的日益提高, 国内的高层建筑物也一幢接一幢的在人们的视线中诞生。人们对建筑物的要求也越来越高, 玻璃幕墙不仅呈现出了防风、遮雨、采光、隔热等多项优势, 它也以其个性、美观、视觉冲击力来迎合人们挑剔的眼光。但是由于玻璃本身是容易碎的, 所以在施工当中, 人们不免要考虑很多抗爆炸的因数, 确保玻璃幕墙能抵挡各种未知的袭击。

2 玻璃幕墙常用的抗爆材料

2.1 钢化玻璃

钢化玻璃因为其很高的硬度和强度, 常被广泛用于高层建筑物当中。钢化玻璃是将浮法玻璃加热到一定程度之后迅速冷却的产物, 由于其温度变化太快, 外部遇冷快速固化, 内部来不及反应, 只能慢慢冷却, 如此使玻璃表面产生的应压力提高了玻璃的强度, 一般比普通玻璃的机械强度要高3到5倍, 内部的张应力提高了玻璃的耐热性和稳定性[2]。如此, 钢化玻璃便可以承受一定范围内的外来撞击和温差变化, 并且, 遇到过大的撞击力, 不会肆意飞溅, 而是变成像蜂窝状小颗粒的整块儿玻璃。因此, 钢化玻璃不但具有强度高和耐热稳定性高两大优点, 安全性能高也是不容小觑的。

2.2 高强度单片防火玻璃

通过将浮法玻璃进行高温煅烧, 用特殊化学物质处理, 使玻璃表面的金属钠经过二十几个小时的替换, 便形成了单片防火玻璃。既然是防火玻璃, 毋庸置疑, 当然具有很好的防火功效, 它可以长时间在高达10000C的火焰中保持原样[3]。同样的厚度, 高强度单片防火玻璃的强度是浮法玻璃的6到12倍。如果遇到爆炸事故, 它可以延长人们在紧急情况下撤离现场的时间, 同样也为救援工作争取了时间。

2.3 防炸弹玻璃

防炸弹玻璃是目前我国生产出来的功能最安全的玻璃之一。它可以有效抵挡爆炸产生的冲击波、高温火焰产生的热冲击波和子弹冲击波。玻璃幕墙的抗爆防护主要是针对爆炸所产生的急剧膨胀性冲击波和巨大震动, 要想抗得住炸弹袭击的巨大威力, 玻璃必须经得起各种冲击波和碎片攻击的破坏效应。

2.4 安全防爆玻璃贴膜

安全防爆玻璃贴膜不但可以防止玻璃碎片到处飞溅, 还可以抵制盗贼敲碎玻璃进入一些重要区域, 保护艺术品不被破坏。从玻璃的防弹、防盗以及防爆的安全性能考虑, 我们可以选择更好的面材从设计根本上解决这个问题。

2.5 幕墙龙骨

幕墙龙骨一般选择强度较高的钢材, 满足爆炸时产生的峰值压力, 并且钢材表面要采用防火材料处理。这样才能抵抗各种高强度的爆炸压力。

3 抗爆玻璃幕墙的施工技术研究

3.1 关于预埋件的控制

预埋件所处的位置之所以要严格的控制, 是因为它对玻璃幕墙的后续施起着十分重要的作用。预埋件的锚固钢筋不能放在保护层内, 应该放置于主钢筋的内侧, 但是还要保证不能与主钢筋互相冲突。另外要注意的是, 预埋件在玻璃幕墙主体施工后, 要埋在混凝土的里面, 不能裸露在外面。

3.2 关于玻璃幕墙材料防火的控制

关于玻璃幕墙材料防火的控制。一直以来, 对于高层建筑物的防火问题一直是备受关注的, 尤其是以玻璃幕墙为材料的建筑物更应该注重防火, 因此, 施工过程中采用防火材料是十分必要的。比如在施工过程中, 构造柱与幕墙之间有可能会存在缝隙, 发生火灾时高温气体很容易进入其中冲击整个玻璃幕墙, 所以该部位一定要放置满足要求的防火材料和隔热材料, 避免火灾蔓延[4]。

3.3 关于玻璃幕墙材料防雷的控制

关于玻璃幕墙材料防雷的控制。之所以要做好防雷措施, 是因为高层建筑很容易遭到雷击, 从而导致玻璃幕墙脱落造成安全事故。因此, 玻璃幕墙后续施工要保证建筑物的主筋和基础埋地钢筋与预埋件相连接, 如果发生雷击, 就可以迅速将电流引入地下, 避免事故的发生。

3.4 关于玻璃幕墙单元体现场的施工

关于玻璃幕墙单元体现场的施工。现场施工, 最重要的就是制定合理的施工方案和过程监控管理预案, 做好每一个细节, 责任明确到个人, 才能保证不出现安全问题。比如, 检验不合格的玻璃幕墙单元体绝对不允许进入施工现场;施工现场的吊装设备一定要经过严格的检查;单元体中板块的标差也要反复的检查, 保证偏差不超过正常范围等等[5]。

4 玻璃幕墙的具体抗爆措施

对于抗爆玻璃幕墙的设计, 一般为双层玻璃幕墙, 外层为普通玻璃幕墙内层为防爆玻璃幕墙, 龙骨为方形的钢管, 相互焊接起来, 能确保在意外来临时室内人身财产不受损坏。施工当中, 除了要安装抗爆炸玻璃以外, 还要安装防护索抗爆体系, 这样可以有效阻止空气波到达室内, 避免室内人员受到伤害, 保障人身财产安全。

根据以上对玻璃幕墙的材料、施工和抗爆措施的阐述, 对未来高层建筑玻璃幕墙的抗爆防护提出了一些相关的建议, 期待未来的建筑玻璃幕墙可以从真正意义上起到保护人们人身安全以及财产安全的作用。

摘要：随着我国的高层建筑的快速发展, 玻璃幕墙作为一种新型的装饰美学在建筑工程中得到了很好的应用。本文首先阐述了建筑玻璃幕墙抗爆防护的研究意义, 然后介绍了抗爆玻璃幕墙材料, 针对玻璃幕墙抗爆防护的施工技术做了详细讲解, 然后探讨高层玻璃幕墙抗爆防护的具体措施, 总结对玻璃幕墙抗爆防护的意义。

关键词：玻璃幕墙,抗暴防护,载的动力

参考文献

[1]吕卫东, 黄华, 甘露, 刘伯权.玻璃幕墙抗爆防护设计研究[J].钢结构, 2011, 12:20-24+49.

[2]黄双成.浅谈现代高层建筑玻璃幕墙施工技术关键[J].中华民居 (下旬刊) , 2013, 04:126-127.

[3]钟之义.超高层建筑玻璃幕墙施工探讨[J].山西建筑, 2013, 29:83-84.

[4]孟令军.论述高层建筑玻璃幕墙设计方法[J].城市建筑, 2013, 24:43.

抗爆建筑结构 第5篇

抗爆结构是指爆炸源在建筑物外部, 要求爆炸发生时建筑物内部的人员及设备不受外来冲击荷载等杀伤破坏作用。这类建筑的防护措施主要是将它设置在离开爆炸源一定的安全距离外, 对于距爆炸源较近的建筑则要求结构能抵抗冲击波所产生的超压, 选用抗水平力强的钢筋混凝土墙体与屋面板所组成的箱体结构来进行防护。一般情况下, 控制室抗爆只考虑蒸汽云爆炸类型, 对压力设备爆炸、液体爆炸等不做考虑。蒸汽云爆炸是由于可燃气体或低闪点液体泄漏后, 在空气中的可燃气体或蒸汽云浓度达到爆炸极限, 遇点火源而发生爆炸。其爆炸过程非常复杂, 在抗爆设计过程中应重视概念设计, 从建筑布局、结构选型等多方面综合考虑。

1 抗爆结构的概念设计

控制室的抗爆设计如同建筑物的抗震设计一样, 应高度重视概念设计的重要性。由于装置产生爆炸的偶然性和复杂性以及结构计算模型假定与实际的差异, 使计算设计的基础———爆炸力的大小很难确定。不确定的问题用确定的方法来求解, 结果自然是不完全可靠的。因此, 要以概念设计为主, 计算设计为辅, 两个方面都不能偏废, 这样的设计才能在预定的爆炸冲击作用下是安全的。

概念设计主要包括控制室在厂区内的总平面布置、建筑平立面、结构方案选择及构造等。总平布置非常重要, 应布置在电气爆炸危险区域外, 并宜位于爆炸源全年最小频率风向的下风侧等要求。从抗爆的角度来讲, 控制室离爆炸源越远越好, 这是因为爆炸冲击波是随距离增大而迅速衰减的。但从减少装置占地及有利生产管理的角度来看, 控制室又不宜布置太远。目前, 国内外较统一的标准是抗爆控制室距爆炸源距离不小于30m。

建筑设计外形应简洁, 平面应为规则的矩形, 立面应无突出的构件或悬挑部位。除设必要的出入口外, 尽量不开洞口。层数宜为1层, 不应超过2层, 层高在满足机柜布置和操作使用的原则下越小越好。

对结构专业来说, 抗爆设计的目标是在设计爆炸荷载作用下, 主要承重构件不致丧失承载能力或允许部分主要承重构件失效, 剩余部分处于非弹性状态而不发生连续倒塌的状况, 经一般的加固修复后可重新投入使用。这符合我国《建筑结构可靠度设计统一标准》规定的对偶然状况的设计控制目标。

2 爆炸荷载的参数确认

爆炸荷载属于偶然荷载, 其特点是一旦出现其值很大且持续时间很短, 在传播过程中强度衰减的很快。一般在国外项目中, 业主会聘请专业的咨询公司, 结合装置的性质、平面布置 (主要是泄漏点和控制室的位置) 以及风向等因素, 运用安全模拟分析软件, 模拟计算建筑物所处位置的爆炸冲击波参数。在国内没有类似专业的公司评估, 一般是按照我国《规范》选值或参考国外相应的标准来进行设计 (如ASCE的“Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities”) [2]。《规范》中规定未评估时可取超压最大值21k Pa, 作用时间100ms或者超压最大值69k Pa, 作用时间20ms。根据爆炸源和建筑物的相对位置, 作用在建筑物上的爆炸荷载可分为前墙荷载、侧面荷载、屋面荷载和后墙荷载。这些不同位置的墙体荷载大小和作用时间均不相同, 具体的计算公式以及p-t荷载作用曲线可详见《规范》条文。

3 材料响应准则和强度

常规设计中, 在恒载、活载、风荷载等常规荷载作用下, 材料应力必须保持在弹性范围内。爆炸动力荷载下材料响应与静荷载作用下不同。在爆炸荷载作用下, 结构首先会经历快速的加载过程, 形成构件应力快速上升的状态, 在这个过程中材料的变形速率会落后于应力加载速率, 这种响应方式使材料在最终破坏前达到一个高于最小屈服点的应力值, 形成材料强度增加的现象。一般情况下, 材料变形越快, 材料的强度提高越多。材料强度的增加使结构动力承载能力超出静态加载的能力, 这个增加值可用材料的动力荷载提高系数γdi f来考虑。

另外, 在实践中不同等级材料的平均屈服强度高于《规范》中给定的材料强度值。在抗爆设计中采用一个材料的强度提高系数γsl f来考虑这种情况。因此, 材料在爆炸荷载状态下的动力强度设计值可按式 (1) 进行调整:

式中, Fdy为钢筋的动力强度设计值或混凝土的动力强度设计值;Fy为材料在静力受荷状况下强度标准值, 为钢筋强度标准值或混凝土抗压强度标准值。

根据构件受拉、受压、受弯、受剪和受扭等不同的受力状态, γsif和γdif取值也是不同的, 具体取值可见《规范》的具体规定。

4 单自由度体系动力分析

抗爆动力分析方法需要在计算的精确性和简单性之间寻求一种平衡。动力分析法包括单自由度分析法、多自由度分析法、有限元分析法和时程分析法等。在工程设计中一般采用单自由度体系动力分析法理论, 其基本方程为:

在此理论的基础上具体进行结构工程抗爆设计时, 采用较多的是等效静荷载法和数值积分法。

等效静荷载法是在特定的简化冲击波荷载作用下, 按照结构构件的振型曲线与相应静荷载作用下的挠曲线接近的原则, 得到等效静荷载。用近似的结构静力分析来代替动力分析可以大大简化抗爆墙的设计计算。此方法可以通过大量试验获得的曲线图中查得所需数据从而进行弹塑性分析, 因此数据具有一定的偏差, 但完全满足工程设计需要。

数值积分法是通过微积分方程计算结构在不同时间的抗力及响应, 从而得出峰值响应及位移变化, 对构件弹塑性转角进行核算。积分法适用于任何荷载-时间曲线, 它可以得出构件随时间变化的反力和变形等, 从而选取最大值来进行延性设计。此法计算较为准确, 但计算量大, 一般借助软件或自编程序来进行设计。在FORTRAN或EXCEL中可以按照美国土木工程师协会ASCE编写的Designof Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities来进行编写。

5 抗爆设计基本步骤

控制室的抗爆结构设计可按下述原则和步骤进行方案确定、选型和计算分析, 并应满足《规范》规定的构造要求。

5.1 确定结构形式和设计条件

1) 根据建筑、仪表等专业及业主要求分析、讨论确定抗爆建筑 (结构) 方案, 以单层钢筋混凝土建筑为主, 不应超过2层, 且层高在满足使用要求的条件下尽量低矮。采用剪力墙 (抵抗爆炸) 和框架 (承受常规荷载) 组合, 两者分离;

2) 根据建筑外形尺寸及爆炸参数ps0, td进行基本参数计算, 以获得冲击波函数曲线F (t) 。

5.2 结构计算

1) 初定抗爆墙截面尺寸、配筋率、保护层等设计参数;

2) 计算动力反应下需要的材料特性参数 (强度效应、几何物理参数等) ;

3) 动力求解 (等效静荷载法或数值积分法) , 并根据动力计算结果判别:延性比和转角变形;

4) 框架部分独立, 按正常状态设计, 应用PKPM等设计程序;

5) 基础:抗爆墙与框架柱共用条形基础, 需验算抗滑移、倾覆、承载力以及沉降梁等参数。

6 工程实例

本项目位于福州市连江县坑园镇, 控制室位于一座新建的石油化工联合装置区域内。建筑物长度26m, 宽度24.8m, 为单层混凝土结构, 室外地坪到屋面板高度6.6m, 室内外地坪高差0.8m。根据《规范》需要考虑抗爆设计, 未作安全性评估, 按《规范》要求取值冲击波峰值超压ps0=21k Pa, 正压作用时间td=0.1s。主体结构为钢筋混凝土框架结构, 外围采用钢筋混凝土剪力墙抗爆, 墙体与框架脱开, 仅上部与屋面板做构造性连接, 平面布置与计算简图如图1、图2所示。本文仅对控制室前墙进行抗爆设计, 便于读者了解抗爆设计的基本过程, 对侧墙、后墙 (与前墙尺寸、配筋相同) 、屋面 (经验上抗爆设计不会超过常规设计配筋值) 、主体结构 (可用PKPM进行独立分析) 和基础计算不做介绍。

6.1 控制室体型参数

根据建筑条件, B=26m, D=24.8m, H1=5.8m, H2=0.8m, H=6.6m, 女儿墙作为附属构件, 不计入结构计算。

6.2 爆炸冲击波参数

按上述冲击波峰值入射超压ps0=21k Pa, 正压作用时间td=0.1s

波速U=345 (1+0.0083ps0) 0.5=345 (1+0.0083×21) 0.5=373.86m/s

峰值动压q0=2.5p2s0/ (7patm+ps0) =2.5×212/ (7×101+21) =1.51k Pa

冲击波长Lw=U·td=373.86×0.1=37.39m

6.3 爆炸荷载

作用在前墙上的冲击波荷载等效为三角形荷载, 计算如下:

峰值反射压pr= (2+0.0073ps0) ps0= (2+0.0073×21) ×21=45.2k Pa

停滞压力ps=ps0+Cd·q0=21+1.51=22.51k Pa

反射压持续时间tc=min[3·min (H, B/2) /U, td]=min[3×min (6.6, 13) /373·86, 0.1]=0.053s

正压冲量lw=0.5 (pr-ps) tc+0.5ps·td=1.73k Pa·s

前墙正压等效作用时间ts= (td-tc) ps/pr+tc= (0.1-0.053) ×22.51/45.2+0.053=0.076s

6.4 抗爆构件计算

本控制室混凝土等级选用C30, 钢筋等级为HRB400。假定剪力墙的厚度取层高的1/25, 考虑到室内地面为刚性地坪, 层高取5.8m, 则取墙厚300mm, 保护层厚度30mm, 钢筋为双层双向φ18mm@150mm。

对前墙的核算按简支梁计算模型, 计算跨度取室内刚性地坪到屋面顶标高L0=H1=5.8m, 取单位板宽b=1m, 则计算单元内配筋面积As=1 698mm2。

1) 抗弯情况下:

墙体有效高度d=300- (30+18÷2) =261mm

墙体配筋率ρ=As/ (bd) =1698÷ (1 000×261) =0.65%, 满足最小配筋率要求。

受压区高度x=As·fdy/ (fdc·b) =1 698×514.8÷1000÷23.9=36.6m

则Mp=fdy×As× (d-x/2) =514.8×1 698× (261-36.6÷2) =212.5k N·m

由此可得, 受弯状态下弯曲抗力Rb=8Mp/L0=8×212.15÷5.8=292.6k N。

2) 抗剪情况下:

比较以上抗弯承载力和抗剪承载力的结果, 可知墙体设计有受剪情况控制, 即:

6.5 单自由度体系分析

前墙毛截面惯性矩Ig=bh3/12=1 000×3003÷12=2 250 000 000mm4

开裂截面弯矩Icr=bh3/3+n As (d-c) 2=453 284 684mm4

截面平均惯性矩Ia=0.5 (Ig+Icr) =0.5 (2 250 000 000+453 284 684) =1 351 642 342mm4

屈服挠度Δy=Ru/k=261 000÷19 153=13.6mm

墙体质量m=bh L0×25÷9.8=4.439k N·s2/m

质量的传递系数KLM, 在弹性范围内KLM=0.5÷0.64=0.78

塑性应变范围内KLM=0.33÷0.5=0.66

传递系数的平均值 (0.78+0.66) ÷2=0.72

如前所述, 对单层的钢筋混凝土剪力墙抗爆分析时可按照单自由度体系进行动力分析。本文使用等效静荷载法结合《规范》附录中的图表来进行抗爆指标核算, 读者也可按照数值积分法借助计算机语言编程来进行核算。这两种方法的计算结果有一定的偏差, 但均满足工程设计的需要。

动力计算的控制指标———允许延性比和弹塑性角的允许值可由《规范》表5.6.3和表5.6.4查得:

取单位墙宽峰值反射压力p=pr·b·L0=45.2×1×5.8=262.2k N

查《规范》附图A.0.2可得最大延性比μ=1.9≤[μ]=3, 满足延性比要求。

剪力墙在爆炸荷载作用下的弹塑性变形Δym=μ·Δy=1.9×13.6=25.84mm

可得θ=tan-1 (2Δym/L0) =tan-1 (2×25.84/5800) =0.51°<[θ]=2°, 满足弹塑性角度限制要求。

综上所述, 在21k Pa爆炸荷载下, 300mm厚前墙 (配筋双层双向φ18mm@150mm) 满足结构抗爆设计要求。

7 结语

化工装置内发生爆炸事故虽然是小概率事件, 但针对装置控制“大脑”的控制室而言, 进行抗爆设计是很有必要的。由于场内爆炸源的不确定性和真实模拟爆炸荷载的复杂性, 工程师应更加注重抗爆的概念设计, 这要求结构工程师在初步设计阶段就要积极参与到控制室设计中去, 与总图、建筑、仪表等各专业共同确定出最经济、最安全、最合理的方案, 继而在详细设计阶段按照上述步骤进行剪力墙与主体结构的计算设计。

摘要：由于石化装置内存在着爆炸的危险, 因而作为全厂或装置的指挥中心的控制室必须进行抗爆设计。论文依据我国现行规范并结合工程实例, 介绍了福建某石油化工控制室结构抗爆设计的理念, 爆炸荷载的计算及设计步骤和要点等, 供结构工程设计人员参考。

关键词：控制室,爆炸荷载,结构抗爆设计,等效静荷载分析法,单自由度体系动力分析法

参考文献

[1]GB 50778—2012石油化工控制室抗爆设计规范[S].

抗爆间室的抗爆设计 第6篇

随着国内经济的发展，民爆行业日益向规模化、高度自动化的方向发展。其行业特点为原料、半成品和成品大多是易燃、易爆品。我国借鉴国外抗爆设计经验并进行了相关实验，陆续颁布了相应的设计规定。为了改善劳动条件及局部爆炸不影响相邻工序，并能排除故障后迅速组织生产。在新增或改造的民爆项目中，对抗爆建筑物均提出了明确的抗爆设计规定和要求。在易燃易爆部位需要采取防护措施，设置发生爆炸事故时能承受设计药量爆炸空气冲击波和碎片的局部作用而不发生震塌、飞散和穿透的钢筋混凝土结构，它广泛用于生产或贮存民爆行业危险品的建筑物，承受爆炸破坏产生能量，保护人员财产。钢筋混凝土抗爆结构中最典型的是危险品建筑物中的抗爆间室，抗爆间室主要承受爆炸事故的偶然性瞬时荷载，结构在弹塑性阶段工作。结构设计时通常可根据间室内生产或贮存的危险品性质、恢复生产的要求，按能承受一次或多次爆炸荷载进行设计。其墙体和屋盖宜为抗爆现浇钢筋混凝土，当设计药量大于1 kg时，墙厚不宜小于300 mm[1,2];抗爆间室防护门通常为装甲防护门;抗爆间室朝向室外的一面为轻型泄压安全窗。本文通过一工程实例，总结抗爆结构钢筋混凝土结构设计。

1 抗爆间室爆炸作用的受力特点

抗爆间室内的爆炸为化学爆炸。其化学反应表现为产生大量能量，短期释放，产生压力波。乳化炸药爆炸物质高度凝聚，多呈固态。其特点为:

1)抗爆间室内炸药爆炸频率高;2)爆炸传播、蔓延、扩散较快，且为瞬间发生，其冲击波经墙体多次反射;3)抗爆间室内爆炸对建筑物的影响是局部的，设计得当，可以最大程度减小对建筑物的影响。

2 抗爆间室混凝土的材料特性

人防规范和抗爆间室规定对材料的要求都是采用调高设计结构材料动载强度系数方法进行设计。两者的材料强度提高系数比较见表1，表2[3]。

3 抗爆间室的设计理论及方法

人防规范和抗爆间室在设计延性比方面有很大区别，这是由两者的受力特点不同决定的。抗爆间室的设计延性比和抗爆间室的设防等级有关。人防结构的允许延性比和构件的受力状态有关。两者的设计延性比如表3，表4所示。

人防结构对爆炸冲击波压力大小及持续时间的计算是考虑爆炸产生的荷载均为瞬间荷载，空气冲击波常简化为无升压三角形荷载，爆炸产生的荷载为突加三角形荷载下的结构反应，结构在冲击荷载下产生振动，结构产生的最大内力和变形大于峰值压力静载下的内力和变形[4]。

而抗爆间室按加工性质和事故频率采用不同的设防等级进行设计。抗爆间室根据间室内经受的满设计药量的爆炸事故次数，划分为三个设防等级，其容许延性比和设计延性比根据设防等级不同采取相应的数值。间室内的爆炸药量采取设计药量。对非TNT炸药的其他种类爆炸品，利用相应的TNT当量系数折算为相应的设计药量。

4 抗爆间室设计计算结果及分析

本工程为河南某化工厂的延期药生产工房，工程地上1层，建筑物总长53 m，总宽18.4 m，建筑高度4.6 m;建筑结构类型:框架结构，部分工序为危险工序，设计抗爆间室。抗爆间室为现浇钢筋混凝土抗爆结构，设防等级为三级。墙体及屋盖钢筋混凝土厚度均为300 mm，基础为钢筋混凝土条形基础，抗爆间室外为无盖抗爆屏院。设计要求:1)抗爆结构混凝土强度等级为C30。2)抗爆间室(含抗爆屏院)的药量均为6.0 kg的设计药量(TNT当量)，设防等级均为三级。3)间室与屏院应分别连续浇筑，不得设置施工缝，当不可避免时，应设在基础顶或屋面板下500 mm处，并以不少于受弯主筋截面面积之半的插筋予以加强，该钢筋锚入施工缝上下各40d。4)受力主筋应尽量避免采用接头，必要时应采用闪光接触对焊接头和绑扎接头，接头位置应设在墙或板距支承边1/4附近处，并应相互错开。5)在任一搭接长度(40d)的区段内，有接头的受力钢筋截面面积不得超过总截面面积的百分率为:绑扎接头25%，闪光对焊50%。6)钢筋混凝土墙一般设“S形”拉结筋，呈梅花形布置。7)不得采用脆性硬钢和冷拉钢筋。钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25，钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。通过设防等级为三级进行设计计算，本工程抗爆间室墙厚设计为300，配筋计算为20@100/200。

5 结语

1)抗爆间室结构的动力内力和位移大于人防等结构内力和位移;

2)抗爆间室的结构设计依据设防等级和TNT当量进行计算。

摘要：在查阅大量有关抗爆结构资料的基础上,结合我国的实际情况,通过对抗爆间室与人防结构进行比较分析,较详细地论述了抗爆间室的材料特性及设计理论,指出应加强抗爆间室的研究,重视抗爆间室抗爆结构设计,以保证民爆企业生产设备的正常运行。

关键词：钢筋混凝土抗爆结构,抗爆间室,结构设计

参考文献

[1]GB50089-2007,民用爆破器材工程设计安全规范[S].

[2]郭晶.浅谈抗爆结构钢筋混凝土施工工艺[J].建材技术与应用,2004(4):50-52.

[3]王泽溥,郑志良.爆炸及其防护[M].北京:兵器工业出版社,2008.

抗爆剂升级换代技术储备好了吗? 第7篇

国产MMT占半壁江山

辛烷值是车用汽油最重要的质量指标, MMT是我国现行国家汽油标准中唯一允许加入的抗爆添加剂, 主要用于炼油企业提高汽油辛烷值, 满足高标号汽油的市场供应。

江西西林科股份有限公司是目前国内最大、全球第二大MMT生产商, 年产MMT1000吨。据该公司总经理黄国云介绍, 自1997年MMT被引进我国炼厂后, 使用量逐年上升, 当时美国雅富顿公司基本占据了国内全部的市场份额。此后几年间, 国内MMT行业迅速发展, 从2005年的100吨增至2009年的1300吨, 国产MMT市场份额也从2005年的8.7%上升至目前的47%。

2009年, 西林科公司生产的MMT通过8万千米行车试验, 成为中国汽油市场上除雅富顿外唯一符合国四标准的国产抗爆剂, 也由此成为中石化唯一准入的国产MMT产品。在2011年召开的国家科技奖励大会上, 西林科完成的MMT开发及应用项目荣获国家科技进步二等奖。技术上的优势使西林科有了与国外公司竞争的实力。在与国外公司的PK中, 西林科生产的MMT纯度高达98%, 并能自主生产MMT的全部关键原料, 这在世界上也是绝无仅有的。国内MMT行业的发展也改变了我国MMT受制于人的被动局面, 短短几年间, 进口MMT的价格已从33万元/吨跌至28万元/吨。

十年内仍有发展空间

未来高标号汽油比例的提高以及汽油生产总量的增加无疑会使MMT使用量上升, 这有利于MMT产业的未来发展, 但将于2014年全面实施的《车用汽油》国四标准又使MMT行业争议不断。国四标准中的锰含量将比目前的国三标准下降一半, 并且在未来的国五标准中还有可能进一步降低, 这是否又意味着MMT的生产将陷于低谷?

来自中石化的油品专家认为, 至少在未来10年内, MMT还将有不错的发展空间。据介绍, 目前我国炼油厂二次加工以催化裂化为主, 催化重整配置偏低, 这使汽油中高辛烷值组分偏少, 这是高辛烷值添加剂广泛应用的基础, 不可能在短期内有所改变。

同时, 专家还根据国内油品需求量对MMT的未来市场容量进行了测算。数据显示, 2010年MMT的实际使用量只有3000吨, 在2015执行《车用汽油》国四标准后, MMT的最大容量有3600吨之多。此外, 随着国产MMT质量和价格优势的进一步显现, 还将会有更多的进口产品被替代, 并将有更多的国产MMT走向国际市场。这些都使MMT的前景较为乐观。

汽车领域的专家也支持这一看法。他们认为, 汽车工业的发展一方面使汽油用量持续增加, 同时要求高标号汽油比例不断增高, 这两个导致MMT使用量上升的因素将长期存在。对于饱受非议的使用MMT对车辆究竟安全与否问题, 专家则表示, 此前国家环保部、中国汽车技术研究中心等第三方进行的多次测试已证明MMT适用于国内多种车型。此外, MMT也早已获得美国环保署 (EPA) 注册和许可在美国使用。另外, 专家还特别建议, 在这一问题上, 国内外MMT厂商不应是竞争对手而应成为朋友, 联手开展这方面的研究。

依据国情审慎对待MMT

虽然目前国外对于MMT有不同看法, 但与会专家认为, 我国必须从国情出发, 谨慎制定标准和政策, 因为至少从当前来看, 使用MMT对于节能减排具有积极意义, 同时也可控制高标号汽油的生产成本。从炼油生产看, 使用MMT可减少或减轻炼厂对汽油的精炼程度, 因此可降低能耗;从应用过程看, MMT通过提高汽油燃烧效率, 直接减少了温室气体排放。

2010年我国炼厂使用MMT3000吨, 节约了70万吨燃料油, 减排温室气体200万吨。此外有数据表明, 使用MMT提高汽油辛烷值一个单位, 每吨汽油的成本增加不到20元, 而采用提高精炼程度的方式来提高油品辛烷值, 仅炼油装置的操作成本就比使用MMT成本增加大约20倍。