羅強賢 伍全紅 唐杰

湖南有色冶金勞動保護研究院

煙花爆竹生產屬于勞動密集型高危行業，一旦發生爆炸事故，將給周邊安全造成極大威脅。現行法律、法規及技術標準對煙花爆竹企業工房與油氣管道的安全間距無明確要求，致使目前所建油氣管道與煙花爆竹企業建設項目用地矛盾日益凸顯。

煙花爆竹企業發生意外爆炸事故時產生的地震動波是對埋地管道的主要危害因素，本文以管道質點振動速度最大允許值Vmax=14 cm/s[1]，分析工房爆炸時所對應的最小安全間距。

1 工房物料TNT當量確定

1.1 涉及的危險物質

煙花爆竹企業為涉爆單位，常用的生產原料有高氯酸鉀、硫磺、鋁銀粉、引火線、黑火藥、鋁鎂合金粉、氟鋁酸鈉(冰晶石)、酒精等，其中引火線、黑火藥與煙花爆竹半成品、成品列入民用爆炸物品[2]，其他幾種原料具有火災、爆炸或有毒有害危險性。

1.2 工房危險性

根據GB 50161―2009《煙花爆竹工程設計安全規范》，煙花爆竹企業危險性建筑物（工房）的危險等級劃分為1.1級、 1.3級（表 1、表 2）。

1.1級建筑物為建筑物內的危險品在制造、儲存、運輸中具有整體爆炸危險或有迸射危險，其破壞效應將波及周圍。根據破壞能力劃分為1.1-1、1.1-2級。

1.1-1級建筑物為建筑物內的危險品發生爆炸事故時，其破壞能力相當于TNT的廠房和倉庫。

1.1-2級建筑物為建筑物內的危險品發生爆炸事故時，其破壞能力相當于黑火藥的廠房和倉庫。

1.3級建筑物為建筑物內的危險品在制造、儲存、運輸中具有燃燒危險。偶爾有較小爆炸或較小迸射危險，或兩者兼有，但無整體爆炸危險，其破壞效應局限于本建筑物內，對周圍建筑物影響較小。

廠房的危險等級應由其中最危險的生產工序確定。倉庫的危險等級應由其中所儲存最危險的物品確定。

1.3 物料TNT當量確定

1.1-1級危險性建筑危險品爆炸破壞效應相當于TNT的廠房或倉庫，其藥量可直接按等量TNT量計算， QTNT =Q。

1.1-2級危險性建筑危險品爆炸破壞效應相當于黑火藥的廠房或倉庫，其藥量可按等量黑火藥計量，再進行TNT當量計算， QTNT = 0.795Q。

1.3級危險性建筑危險品主要為燃燒性，無整體爆炸危險，其破壞效應局限于本建筑物內，對周圍建筑物影響較小。

根據相關資料研究表明， C、 D級煙花鞭炮中1 t火藥折算TNT當量約為0.42 t，火藥占煙花藥劑比例約為40%[2]。 QTNT =Q×0.42×0.4=0.168Q。

2 計算公式選擇與分析

2.1 炸藥庫性質工房

根據中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司與解放軍理工大學野戰工程學院聯合開展的《油氣管道與炸藥庫安全距離專題研究》，炸藥庫爆炸的 地震動波是埋地管道的主要危害因素，通過大量爆炸實驗數據和5種巖土（硬巖、中硬巖、軟土、硬土、普通土）特征，針對爆炸地震波作用下埋地管道安全標準問題，研究確定了客觀合適的振動速度14 cm/s為安全判據，該判據具有科學性、安全性。針對炸藥庫爆炸地震波危害效應對管道的影響，擬合出了炸藥庫與管道的安全距離關系式， GB 50251―2015《輸氣管道工程設計規范》采納了該公式。

（1）埋地輸氣管道與民用炸藥儲存倉庫的最小水平距離計算公式：

式中： R 為管道與民用炸藥儲存倉庫的最小水平距離， m； e 為常數，取2.718； Q 為炸藥庫容量，kg， 1 000 kg≤Q ≤10 000 kg。

（2）當炸藥庫與管道之間存在下列情況之一時，按上述計算的水平距離值可折減15%~20%：

①炸藥庫地面標高大于管道的管頂標高；

②炸藥庫與管道間存在深度大于管溝的溝渠；

③炸藥庫與管道間存在寬度大于50 m且高度大于10 m的山體。

（3）無論現狀炸藥庫的庫存量有多少，公式中的炸藥庫容量Q應按政府部門批準的建庫規模取值。庫存藥量不足1 000 kg應按1 000 kg取值計算。

生產性工房不宜直接認定為炸藥庫，煙火藥庫、煙火藥中轉庫、黑火藥庫、黑火藥中轉庫及引線庫可認定為民用炸藥庫，其與埋地管道的安全最小間距宜按上述GB 50251―2015明確的公式進行計算。

1 000 kg藥量按公式（1）計算對應的安全距離為105.5 m，對于庫存藥量限量小于1 000 kg的煙火藥、黑火藥、引線庫及其中轉庫均可按此值作為安全距離標準。再根據埋地管道與炸藥庫之間的地形、標高、山體等現場實際情況進行折減。

2.2 其它具有整體爆炸可能性工房

非炸藥庫性質的其它具有整體爆炸可能性工房主要為生產性工房，其藥量相對較小。為更客觀評估生產性工房爆炸對輸氣管道的影響，以振動速度14 cm/s為安全判據，采用GB 6722―2014《爆破安全規程》中的爆破振動安全允許距離公式計算。

式中： R 為爆破振動安全允許距離， m； QTNT為炸藥量（TNT當量）， kg； V為保護對象所在地安全允許質點振速，取14 cm/s； K， a為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，應通過現場試驗確定；在無試驗數據的條件下，可參考表 3選取。

該公式未對爆破類型進行細分，且針對的爆破對象為巖石，油氣管道敷設地帶一般為非巖石類土壤，在無試驗數據的條件下，可參考表 3 中軟巖土對應的K ， a 最大值選取。該公式計算值比實際影響值大，可作為參考。

2.3 C、D級成品倉庫

1.3級成品倉庫危險性較小，無整體性爆炸危險，但其儲存量大，一旦發生爆炸也可能產生較大危害。可根據其藥量TNT當量按公式（3）計算安全允許距離。

同樣，在無試驗數據的條件下，可參考表 3 中軟巖土對應的K ， a 最大值選取。該公式計算值比實際影響值大，可作為參考。

2.4 化學品倉庫

參考GB 50160―2004《石油化工企業設計防 火規范》第4.1.9條內容，地區埋地輸氣管道與甲、乙類工藝裝置或設施的防火間距為30 m，數據參照GB 50251―2003《輸氣管道工程設計規范》，但現行GB 50251―2015未對此作出明文規定。

煙花爆竹企業化學品倉庫主要危險為火災事故，在特定條件下亦可能發生爆炸，如鋁銀粉及鋁鎂合金粉粉塵爆炸、乙醇揮發蒸汽云爆炸等，多為有限空間蒸汽云爆炸或粉塵爆炸。蒸汽云爆炸濃度或粉塵爆炸濃度一般為每立方米幾十克至幾百克。

建立蒸汽云爆炸或粉塵爆炸事故模型，確定爆炸物質，根據其爆熱值計算TNT當量系數μ，按化學品最大爆炸極限濃度ρmax與倉庫容積 q計算爆炸物質量，按公式（4）計算安全允許距離。

同樣，在無試驗數據的條件下，可參考表 3 中軟巖土對應的K ， a 最大值選取。該公式計算值比實際影響值大，可作為參考。

3 結論

針對煙花爆竹企業各類危險性工房在發生爆炸情況下對輸氣管道的影響，基于以管道質點振動速度最大允許值Vmax=14 cm/s，引用相關標準給出的爆炸振動安全允許值，探討得出各性質工房爆炸情況下對埋地管道影響的安全距離計算公式。上述公式可作為油氣管道高后果區（易燃易爆）場所安全管理、隱患治理，以及油氣管道路由選擇依據。

 

參考文獻：

[1] 諶貴宇，紀沖，王棠昱，湯建平. 爆炸地震波作用下埋地油氣管道動力響應研究，油氣儲運[J].2015,05（33） :01-05.

[2] 周崇然.基于 TNT 當量法的倉儲煙花爆竹爆炸后果評價預測研究[J].企業技術開發,2017,07（36）：21-26.

 

作者：羅強賢， 1985年生，湖南瀏陽人，學士，注冊安全工程師/安全評價師/職業衛生評價師，主要從事油氣管道安全評價工作。