防火防爆设计3.

1、 防火防爆 设计报告设计题目2×1000m3乙苯储罐区防火防爆设计学 院城市建设与安全工程学院专 业安全工程班 级姓 名学 号指导教师潘旭海2013年1月13日目 录第一章 储罐设计11.1乙苯的理化特性11.2设计参数的确定11.3储罐选材11.4储罐选型21.5储罐安装41.5.1安装方法41.5.2地基设计4第二章 储罐主要结构件的结构及安全装置52.1结构设计52.2储罐安全装置62.3罐区安全装置8第三章 防火间距和防火堤的确定113.1防火间距的确定113.2 防火堤的确定11第四章 罐区火灾爆炸危险区域划分124.1 影响因素124.2 危险区域划分13第五章 罐区可燃

2、气体（蒸汽）报警仪布置145.1 报警仪选型145.2报警仪布置155.2.1检测器布置155.2.2报警器布置15第六章 避雷针设计156.1设计依据166.2避雷针的选用16参考文献1920第一章 储罐设计1.1乙苯的理化特性乙苯在常温常压下为无色液体，具有芳香气味，不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂。其危险性主要为易燃易爆，具有强刺激性，对人体和环境都会造成危害。具体理化性质1如表1-1所示：表1-1 乙苯的物理化学性质相对密度（水=1）相对蒸气密度（空气=1）熔点/沸点/闪点/引燃温度/爆炸下限/爆炸上限/临界压力/MPa临界温度/0.873.66-94.9136.2154321

3、.06.73.70343.11.2设计参数的确定由于乙苯熔点为-94.9，沸点为136.2，常温下是液体，故选用常温常压贮存。设计压力：常压0.1Mpa；操作压力：0.1Mpa；设计温度：常温25；设计寿命：对于一般的储罐，使用年限都在25-40年之间。因此设计该储罐的使用寿命为40年。1.3储罐选材 乙苯储罐为钢罐2，其选材在综合考虑质量、经济和实施的可行性等因素后，选择16MnR。原因如下：1.鉴于我国钢材生产情况，选取了20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、16MnDR、09Mn2VDR、07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR等八种钢种作为储罐用钢3-4。2.根据纯

4、乙苯的特性。16MnR钢是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能满足1000m³乙苯储罐用钢要求。3.钢材耐蚀性：提高钢耐蚀性的方法很多，如表面涂一层耐蚀金属、涂敷非金属层、化学保护和改变腐蚀环境介质等。但是利用合金化方法，提高材料本身的耐蚀性是最有效的防止腐蚀破坏的措施之一。如：加入Mn、N等元素，代替部分Ni获得单相奥氏体组织，同时能大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。4.限制碳当量,根据大型立式储罐选材所示，可以考虑20R和16MnR这两种钢材5。如果纯粹从安全性角度看，20R类的低碳钢板要好一点，但结合经济性，16MnR钢板的价格虽比20

5、R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以综合安全性和经济性，16MnR钢板更加适合。综上所述：选用16MnR作为储罐材料。1.4储罐选型选用内浮顶罐，采用常压常温储存。(1)球型储罐与圆筒型储罐的选择：立式圆筒储罐按几何形状来划分可分为五大类，即立式圆筒形储罐、卧式圆筒形储罐、球形储罐、双曲线储罐和悬链式储罐5。烃类等物质的液态储存一般采用两种方式：一种为球形储罐储存；另一种为低温立式圆筒形储罐(简称低温储罐) 储存。若选择球形储罐，则有以下缺点：1、球罐内液体处于常温或降温状态,罐体承受液体在常温或降温状态下的饱和蒸汽压；2、由于材料和制造技术的限制，球罐的

6、单罐储量相对较小,大量储存时需采用多个球罐；3、球罐的储存压力较高,罐内压力受环境的影响较大；4、罐体材料大多采用高强钢,其操作危险性也相对较大。本次设计为1000m³乙苯储罐，所以采用常温立式储罐。（2）固定顶与内浮顶储罐的选择：内浮顶式依据石油化工企业设计防火规范，第6.2.2条规定：“甲B、乙A类的液体应选用金属浮舱式的浮顶或内浮顶。对于有特殊要求的物料，可选用其他型式的储罐。”因为乙苯属于甲B类液体，所以选用内浮顶式。综上所述，储罐选型为“地上立式内浮顶圆筒常温常压钢制储罐”。由于储罐容积不是很大，为节省用料，减少投资，直径与高度按等壁厚进行计算:设R-储罐半径，D-储罐直径

7、，S-罐壁板厚度，H-储罐高度，V-储罐设计容积，S1-罐顶板厚度，S2-罐底板厚度。因为罐顶和罐底的投影为圆形，其金属体积和为 （1-1）罐壁的金属体积为 （1-2）则储罐所用的金属总体积为 （1-3）因为,所以,则 （1-4）Q对H求一阶导数，得 （1-5） （1-6）因为式（5-7）左端是罐顶和罐底的金属体积之和，可得 （1-7）式（5-7）右端为罐壁金属体积的一半，可得 （1-8）由此可知，等壁厚储罐当罐顶和罐底的金属用量为罐壁金属用量的一半时，储罐整体金属用量最少。则最经济的储罐高度为： （1-9）所以，对于容积不是很大的闭式储罐，有，则当D=H时，储罐金属用量最少。将V=1000m

8、3带入中，可得D=H=10.84m。修整高度后，取H=11m。1.5储罐安装1.5.1安装方法大型立式储罐主体安装方法有正装法和倒装法两种6。正装法除了用于组装某些特殊结构的拱顶储罐外，在普通的立式拱顶储罐施工中极少采用。实际应用的倒装法有中心柱提升、空气顶升、手动倒链起升、电动倒链群体起升、液压提升等多种倒装法。目前，采用较多的是手动倒链起升和电动倒链群体起升倒装法，液压提升倒装法正在逐步推广。此次设计的储罐为立式圆筒固定顶储罐，故选择倒装法。由于储罐选择钢制容器，需要承载的力较大，因此需要坚固的地基，一般采用钢筋混凝土结构，因大型钢储罐基础受地质构造等因素的影响，在施工设计中，储罐基础将均

9、匀性的、整体稳定性的进行沉降，故需要对地基进行设计，以保证其安全性。1.5.2地基设计储罐的荷载通过基础传给地基。当罐基础下为软土地基、不良地质现象的山区地基、特殊土地基以及地震作用地基土有液化时或地基土的承载力设计值及沉降差不能满足设计要求时，均应对地基进行处理。根据地基土性质及软弱地基土层厚度分布情况可分别采用垫层法、刚性桩法、强夯法、复合地基法、冲水预压及排水固结法7。对南京地基土的分析，“覆盖层主要是长江冲、淤积形成的新近系沉积软弱土，基岩复杂，工程地质条件较差。”8综合两文献进行选择，决定储罐的地基处理选择复合地基法中的沙石桩挤秘法。对于大型储罐，在正式设计和施工前应在有代表性的场地

10、进行加固效果实验，从而确定置换率、桩距及桩径。综合以上内容，常温常压乙苯储罐的技术特性具体如下：表1-2 常温常压乙苯储罐的技术特性表名 称数 据设计压力(MPa)0.1设计温度(0C)常温外界环境最高月平均温度(0C)30(最高温度40)介质名称乙苯主要材料16MnR充氮压力(MPa)0.1公称容积(m3)1000储液容积(m3)900公称直径(m)11筒体高度(m)10.84(修整高度11)地基制造方法砂石桩挤秘法安装方式倒装法型号大型地上立式固定顶圆筒低温常压钢制储罐工作地点南京市第二章 储罐主要结构件的结构及安全装置2.1结构设计根据参考文献9中华人民共和国行业标准钢制立式圆筒形内浮顶

11、储罐系列，储罐主要结构件的结构设计为表2-1所示。表2-1 结构设计汇总表储罐型号：固定顶立式圆筒 材料：16MnR罐底型号：倒圆锥罐底，坡度15/1000厚度：中部6mm，外缘7mm焊接：排版采用全焊接对接结构，与罐壁采用连续焊浮盘厚度半径：5.5m 厚度：5mm焊接：封头采用双面焊透（或冲压），与罐壁采用连续焊筒体型号：单壁圆筒 分段厚度：118:6mm、86:6mm、64:6mm、42:6mm、20:7mm焊接：双面焊透2.2储罐安全装置内浮顶罐和一般拱顶罐相比，由于结构不同，并根据其使用性能要求，它装有独特的各种专用附件。内浮顶罐结构7如图2-1，具体安全附件的设计10如下：1.人孔工

12、作人员在安装、清洗、维护时通过人孔进出油罐，内浮顶罐通常设两个人孔，一个设在底圈板上，人孔中心距地面高度为700mm，直径取600mm；另一个设在圈板中部，高度为2.5m处，直径取600mm。2.通气孔 内浮顶油罐由于内浮盘盖住了油面，油气空间基本消除，因此蒸发损耗很少，所以罐顶上不设机械呼吸阀和安全阀。但在实用中，浮顶环形间隙或其它附件接合部位，仍然难免有油气泄漏之处，为防止油气积聚达到危险程度，在油罐顶和罐壁上都开有通气孔。罐顶通气孔安装在拱顶中间，孔径为250mm，周围及顶部用金属丝网和防雨罩覆盖。罐壁通气孔规格为700mm×400mm，呈偶数对称开设，设计数量为8个。3.防转

13、钢绳 为了防止油罐壁变形，浮盘转动影响平稳升降，在内浮储罐的罐顶和罐底之间垂直地张紧两条不锈钢缆绳，两根钢绳在浮顶直径两端对称布置。浮顶在钢绳限制下，只能垂直升降，防止了浮盘转动。4.浮盘支柱 内浮顶油罐使用一段时间后，浮顶需要检修，油罐需清洗，这时浮顶就需降到距罐底一定高度，由浮盘上若干支柱来支撑。5.静电导出装置 内浮顶油罐在进出油作业过程中，浮盘上积聚了大量静电荷，由于浮盘和罐壁间多用绝缘物作密封材料，所以浮盘上积聚的静电荷不可能通过罐壁导走。为了导走这部分静电荷，在浮盘和储罐之间安装了静电导出线。设计为2根软铜裸绞线，上端和采光孔相连，下端压在浮盘的盖板压条上。 6.液位计选用磁性翻柱

14、液位计。当液位时，报警开关闭合，发出开关信号；液位远传变送器也安装在立管组件外部，通过磁耦合将液位的变化线性地转换成420mA电流信号远传给控制室，实现液位的显示、测量、控制和记录。选用磁翻板(柱)液位计UHZ-661-A1，并与高低液位报警器相结合。UHZ-661-A1磁翻板(柱)液位计规格测量范围：200mm15000mm，安装高度为1000mm10000mm。精度：±10mm翻柱直径：30mm介质温度：-180 420 高低液位计型号：UHZ-661-A1磁翻板(柱)液位计开孔直径：30mm报警高度：9000mm安装高度：1000mm10000mm 2.3罐区安全装置一、火灾自

15、动报警系统依据石油化工企业设计防火规范第8.12.1条“石油化工企业生产区、公用及辅助生产设施、全厂性重要设施和区域性重要设施的火灾危险场所应设火灾自动报警系统和火灾电话报警”。火灾自动报警系统是由触发器件，火灾报警装置，火灾警报装置以及其他具有辅助功能的装置组成的火灾报警系统1、11。它能够在乙苯储罐的火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。一般火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动，

16、自动或手动发出指令，启动相应的防火灭火装置。1.系统各部分介绍：(1)触发器：指在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发器件，主要包括火灾探测器和手动报警按钮。火灾探测器是能对火灾参数（如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号的器件。手动火灾报警按钮是手动方式产生火灾报警信号、启动火灾自动报警系统的器件。(2)火灾报警装置：指在火灾自动报警系统中，用以接收、显示和传递火灾报警信号，并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。火灾报警控制器就是其中最基本的一种。火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源；监视探测器及系统

17、自身的工作状态；接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号；进行声光报警；指示报警的具体部位及时间；同时执行相应辅助控制等任务。是火灾报警系统中的核心组成部分。(3)火灾警报装置：在火灾自动报警系统中，用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置称为火灾警报装置，火灾警报器是一种最基本的火灾警报装置，通常与火灾报警控制器组合在一起，它以声、光音响方式向报警区域发出火灾警报信号，以警示人们采取安全疏散、灭火救灾措施。 (4)消防控制设备：在火灾自动报警系统中，当接收到来自触发器件的火灾报警信号后，能自动或手动启动相关消防设备并显示其状态的设备，称为消防控制设备。2.选择与安装：(1)对使用、生产或

18、聚集可燃气体或可燃液体蒸气的场所或部位，应选择可燃气体探测器，安装在全年主导风向的下风侧，且距离储罐最好不要大于15米，并且对火灾发展迅速、有强烈的火焰辐射和少量的烟、热的场所或部位，应选择火焰探测器。所以在这里要安装乙苯泄漏报警仪和火焰探测器。由于乙苯蒸汽比空气重，其探测器安装在罐底。具体分析见第五章“罐区可燃气体（蒸汽）报警仪布置”。(2)手动火灾报警按扭的设置：报警区域内每个防火分区，应至少设置一只手动火灾报警按钮，手动火灾报警按钮应设置在明显和便于操作的部位。安装在墙上距地（楼）面高度1.5m处，且应有明显的标志。从一个防火分区内的任何位置到最近的一个手动火灾(3)指示报警器或报警器的

19、安装：具体分析见第五章“罐区可燃气体（蒸汽）报警仪布置”。3.系统供电：火灾自动报警系统是消防用电设备。应符合下列要求：(1)火灾自动报警系统应设有主电源和直流备用电源，且主、备电源应能自动切换。(2)火灾自动报警系统的主电源应采用消防电源，直流备用电源宜采用火灾报警控制器专用蓄电池或集中设置的蓄电池，系统的负荷等级应按一级负荷来考虑。(3)火灾自动报警系统中的CRT显示，消防通信设备等的电源宜由UPS装置供电，以防止突然断电造成装置不能正常工作。(4)火灾自动报警系统主电源的保护开关不应采用漏电保护开关，以防止造成系统断电，不能正常工作。4.系统布线：火灾自动报警系统的布线首先应当符合一般建

20、筑电气系统布线的基本要求，同时，还应当根据国家标准火灾自动报警系统设计规范的规定，符合以下要求：(1)火灾自动报警系统的传输线路应采用穿金属管、阻燃型硬质塑料管或封闭式线槽保护方式布线。 (2)消防控制、通信和警报线路采用暗敷设时，宜采用金属管或阻燃型塑料管保护，并应敷设在不燃烧体的结构层内，且保护层厚度不宜小于30mm，当采用明敷设时，应采用金属管或金属线槽保护，并应在金属管或金属线槽上采取防火保护措施。采用经阻燃处理的电缆时，可不穿金属管保护，但应敷设在电缆竖井或吊顶内有防火保护措施的封闭式线槽内。(3)火灾自动报警系统用的电缆竖井，宜与电力、照明用低压配电线路电缆井分别设置，如受条件限制

21、必须合用，两种电缆应分别布置在竖井两侧。(4)从接线盒、线槽等处引到探测器底座盒、控制设备盒、扬声器箱的线路均应加金属管保护。(5)火灾探测器的传输线路，宜选择不同颜色的绝缘导线或电缆，“十”线应为红色，“一”线应为蓝色，同一工程中相同用途导线的颜色应一致，接线端子应有标号。(6)接线端子箱内的端子宜选择压接或带锡焊点的端子板，其接线端子上应有相应的标号。(7)火灾自动报警系统的传输网络不应与其它系统的传输网络合用。二、固定式冷却水喷淋系统乙苯应储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30。保持容器密封。应与氧化剂分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机

22、械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。 为了减少日晒升温，采取固定式冷却水喷淋系统。第三章 防火间距和防火堤的确定3.1防火间距的确定该罐区内有两台大型乙苯储罐，容积均为1000m3，因采用大型立式固定顶式常温常压乙苯储罐，规格为公称D=11m罐高H=10.6m（圆整到11m）,且乙苯属于甲B类液体，根据石油化工企业设计防火规范中第6.2.8条，取乙苯罐组内相邻储罐的防火间距取0.4D。即储罐之间的防火间距L为： （3-1）根据石油化工企业设计防火规范第6.2.10条，在保证符合防火间距要求的基础上，为方便建设，取为储罐与储罐的防火间距为5m。3.2 防火堤的确定根据石油化

23、工企业设计防火规范第6.2.11条“罐组应设防火堤”，第6.2.12条“防火堤内的有效容积不应小于罐组内1个最大储罐的容积，当浮顶、内浮顶罐组不能满足此要求时，应设置事故存液池储存剩余部分，但罐组防火堤内的有效容积不应小于罐组内1个最大储罐容积的一半”，确定防火堤的有效容积为1000m3。经设计计算，立式固定顶式常温常压乙苯储罐的规格为公称直径D=11m，罐高H=11m，且乙苯属于甲B类液体，根据规定11 储罐至防火堤内堤脚线的距离为0.5H，防火间距S为： （3-2）防火堤分别在不同方向各设两个间距为60m的人行台阶，且材料均采用钢筋混凝土。本次设计在防火堤设计时，高度为计算高度加0.2再圆

24、整12。设防火堤高度为H，罐组内单罐最大容积为V，防火堤内的面积为（长38m、宽22m）A0，其有效面积为A1，贮罐占地面积为A2。忽略隔墙、支座、防护墙的体积，为方便设计并保证安全防火堤面积为40×25m2。 （3-3）考虑实际建造方便并且保证安全，面积取800 m3由V=1000得 （3-4）按照要求在实际计算中加0.2m，得 （3-5）规定中要求立式储罐防火堤的高度应为计算高度加0.2m，应在1.02.2m。所以1.45m符合要求。第四章 罐区火灾爆炸危险区域划分确定危险区域范围和类型可以在使用气体和蒸气时更有针对性地进行防护，提高了安全性。确定罐区火灾爆炸危险等级要考虑多种因

25、素，如可能释放的频率和持续时间(释放等级)，释放速度、浓度、速率、通风和其他影响区域类型和/或范围的因素等13。4.1 影响因素根据文献13和文献14，确定对罐区火灾爆炸危险区域划分产生影响的因素：1释放源等级：内浮顶罐在正常运行时，几乎没有任何“呼吸”损失，预计不可能释放乙苯蒸汽，如果释放也仅是偶尔和短期释放的释放源，所以确定为2级释放源。2可燃性液体的挥发性：乙苯易挥发，且闪点低，容易形成爆炸环境。3浓度 释放速率随着释放混合物中可燃性蒸气或气体的浓度的增加而增加。4通风情况：储罐区位于露天场所，通风类型为自然通风。对户外场所，一般情况下，判断通风条件应以假设最小风速为05m/s为基础，且

26、连续地存在，则通风的有效性为良好。即使风速很低，也会造成高的换气次数，泄漏气体的扩散会更快。通过对户外通风对区域类型的影响进行计算，可得到结论假设体积Vz很大，但可以控制，而且不会持续久，相对释放源，通风等级可视作中级。4.2 危险区域划分根据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范第2.3.5条：对于易燃物质重于空气的贮罐，其爆炸危险的区域范围划分，宜符合下列规定：一、固定式贮罐，在罐体内部未充惰性气体的液体表面以上的空间划分为0区，浮顶式贮罐在浮顶移动范围空间内划分为1区。二、以放空口为中心，半径为1.5m的空间和爆炸危险区域内地坪下的坑、沟划分为1区。三、距离贮罐外壁和顶部3m的范围划分为2区

27、。四、当贮罐周围设围堤时，贮罐外壁至围堤，其高度为堤顶高度的范围内划分为2区。罐区火灾爆炸危险区域划分图见附图1。第五章 罐区可燃气体（蒸汽）报警仪布置乙苯是可燃气体，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。设置可燃气体报警仪可以保障工业企业的生产安全和员工的人身安全。根据石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范可知，乙苯储罐区应设置可燃气体报警仪，采用一级报警。5.1 报警仪选型报警仪由检测器和报警器两部分组成。系统具体组成部分的情况见2.3.1火灾自动报警系统。检测器选用催化燃烧

28、型，采样方式为扩散式，防爆类型为隔爆型。报警器选用一级报警，一级报警（高限）设定值小于或等于25%LEL，即体积分数为0.25%；指示范围为0100%LEL时，指示误差为±5%LEL，即体积分数为±0.05%；报警误差为±25%设定值以内。检测报警响应时间应小于30s。使用普通仪表电源供电。5.2报警仪布置5.2.1检测器布置根据石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范4.1.2条，可燃气体释放源处于露天或半露天布置的设备区内，当检测点位于释放源的最小频率风向的上风侧时，可燃气体检测点与释放源的距离不宜大于15m；当检测点位于释放源的最小频率风向的下风侧时，

29、可燃气体检测点与释放源的距离不宜大于5m。4.2.1条，在甲B类液体储罐的防火堤内，应设检测器，且储罐的排水口、采样口或底（侧）部接管法兰、阀门等与检测器的距离不应大于15m。此次设计中，风向不明，故全部按照监测点与释放源的距离不大于15m设计。由于气态乙苯储罐位于露天场所，密度比空气大，会沿地表扩散，所以并不需要检测器有效覆盖防火堤内全部范围，故设置3个可燃气体检测器。检测器沿防火堤四周布置，三个检测器的位置如“附图2：罐区可燃气体报警仪布置图”所示，分别为：1号检测器位于东侧防火堤轴心处，覆盖半径为15m；2号检测器位于北侧防火堤，过储罐圆心与防火堤垂直相交处；3号检测器位于南侧防火堤，过

30、储罐圆心与防火堤垂直相交处。布置后可保证检测器与储罐的排水口、采样口或底（侧）部接管法兰、阀门等与检测器的距离不应大于15m。检测器安装高度距地坪0.3m，周围留有0.3m的净空。5.2.2报警器布置设有中心控制室时，报警器安装在中心控制室内；当设有中心控制室以外的其他控制室或操作室时，其操作管辖区内设置的可燃气体报警器，宜安装在该控制室或操作室内，需要时，其报警信号再转送至中心控制室。第六章 避雷针设计6.1设计依据根据文献15建筑物防雷设计规范（GB50057-2000）第二章第2.0.3条，遇到下列情况之一时，应划为第二类防雷建筑物。其中第七项，工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。综合考虑应把乙苯罐区划为第二类防雷建筑物。第5.2.1条，第二类防雷建筑物滚球半径hr为45m。参考电气安全等相关专业书籍本设计采用滚球法计算设计。滚球法是利用电气几何理论，设想直径hr的球体沿需要防直击雷的部位滚动，如该球体只触及接闪器或其引下线，或只触及接闪器和地面，而不触及被保护的部位时，则该设施在接闪器保护范围之内，球面线即保护范围的轮廓线。6.2避雷针的选用根据储罐区的布置，考虑到安全性和合理性采用2个避雷针对罐区进行保护，分别设置在储罐两侧，紧贴储罐处。避雷针在罐区的分布如“附图3：避雷针设计”所示。以下为避雷针选型的计算：1）若采用一个