防火防爆设计(1) 3

防火防爆 设计报告

设计题目 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师

2013年1月13日

2×1000m3乙苯储罐区防火防爆设计

城市建设与安全工程学院

安全工程

潘旭海

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目 录

第一章 储罐设计.......................................................................................................... 1

1.1乙苯的理化特性............................................................................................... 1 1.2设计参数的确定............................................................................................... 1 1.3储罐选材........................................................................................................... 1 1.4储罐选型........................................................................................................... 2 1.5储罐安装........................................................................................................... 4

1.5.1安装方法................................................................................................. 4 1.5.2地基设计................................................................................................. 4

第二章 储罐主要结构件的结构及安全装置.............................................................. 5

2.1结构设计........................................................................................................... 5 2.2储罐安全装置................................................................................................... 6 2.3罐区安全装置................................................................................................... 8 第三章 防火间距和防火堤的确定............................................................................ 11

3.1防火间距的确定............................................................................................. 11 3.2 防火堤的确定................................................................................................ 11 第四章 罐区火灾爆炸危险区域划分........................................................................ 12

4.1 影响因素........................................................................................................ 12 4.2 危险区域划分................................................................................................ 13 第五章 罐区可燃气体（蒸汽）报警仪布置............................................................ 14

5.1 报警仪选型.................................................................................................... 14 5.2报警仪布置..................................................................................................... 15

5.2.1检测器布置........................................................................................... 15 5.2.2报警器布置........................................................................................... 15

第六章 避雷针设计.................................................................................................... 15

6.1设计依据......................................................................................................... 16 6.2避雷针的选用................................................................................................. 16 参考文献...................................................................................................................... 19

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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） 0.87

相对蒸气密度（空气=1） 3.66

熔点/℃ -94.9

沸点/℃

闪点/℃

引燃温度/℃ 432

爆炸下限/﹪ 1.0

爆炸上限/﹪ 6.7

临界压力/MPa 3.70

临界温度/℃ 343.1

136.2 15

1.2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

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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20R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”。

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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，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 Q1??R(S1?S2) （1-1） 2罐壁的金属体积为 Q2?2?RHS （1-2） 则储罐所用的金属总体积为 Q?Q1?Q2??R(S1?S2)?2?RHS2 （1-3） 因为V??R2H,所以R?V?H, V(S1?S2)H2则 Q?Q对H求一阶导数，得 dQdH??S?VH （1-4） V(S1?S2)H2?S?VH?0 （1-5） V(S1?S2)H?S?VH （1-6） 因为式（5-7）左端是罐顶和罐底的金属体积之和，可得 V(S1?S2)H??RH(S1?S2)H2??R(S1?S2) （1-7） 2式（5-7）右端为罐壁金属体积的一半，可得 S?VH?S???R?H?H?S?RH （1-8） 2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： H?3V(S1?S2)2?S2?(S1?S2)SV?H?S1?S2SR （1-9） 所以，HR?S1?S2S， 对于容积不是很大的闭式储罐，有S1?S2?S， 3

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

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(3)指示报警器或报警器的安装：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

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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：

L?0.4D?4.4m （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

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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： S?0.5H?0.5?11?5.5m （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?190?810m A1?A0?A2?1000（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 H?VA1?1000800?1.25m （3-4） 按照要求在实际计算中加0.2m，得 H?1.25?0.2?1.45m （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1.0~2.2m。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：

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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0．5m/s为基础，且连续地存在，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。

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。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7tbf.html