液化天然气储罐区设计.docx
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液化天然气储罐区设计
化工安全课程设计
设计题目
2ⅹ1000m3液化天然气储罐区
安全设计
学院
专业
姓名
班级
学号
指导教师
2010年7月8日
第一章概述……………………………………………...............…...……….…………3
1.1设计的目的和要求…………………………………………………...............…....3
1.2课程设计内容............………….…...........………………….……..……..4
第二章LNG灌区设计………………………………………………….....…...….…...5
2.1储罐设计.……..............…..................................….......…..……..…….…..5
2.1.1储罐选择.……………………………………………………………..5
2.1.2的尺寸计算………………………..…………………………………….……..5
2.1.3附件………………..………………………………………...……..5
2.2罐区布置设计…………………………..……………………………………..6
2.2.1球罐的防火间距………………………..……………………………………..6
2..2.2防火堤设计………………………………………………………..……..7
2.2.3消防通道设计…………………………………………………………….…..8
第三章总平面布置设计………………..………………………………………….....…..9
3.1办公用房……………...……………………………………………....…10
3.2发配电间……………...………………………...…………………….…10
3.3门卫………………………………………………………………..…10
3.4压缩机房………………………………………………………………...10
3.5消防泵房……………...…………………………………………….……10
3.6事故收集池……………...…………………………………………….……10
3.7其他辅助用品仓库………...……………………………………………….…113.8站外建筑、构筑物的防火间距……………………………...……….…11
第四章罐区重大危险源辨识及罐区危险性分析..............................................13
4.1罐区重大危险源辨识………………………….……….….…………….……13
4.2罐区危险性分析………………………………………………….....…13
4.3泄漏引起蒸汽云爆炸事故后果预测…………………………………14
第五章罐区的安全管理对策措施设计.………………………………………..17
5.1防止LNG的翻滚…………….………….…………………………..….17
5.2LNG泄漏事故应急预案………………………………………..………17
5.3LNG站的安全技术管理……………….........……...............….………17
参考文献………………………………………………………………….….....21
第一章概述
1.1课程设计的目的和要求
课程设计是化工安全设计课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实践的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。
通过化工安全设计课程设计，要求学生能够运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工安全设计任务，从而得到化工安全工程设计的初步训练。
通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工安全设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。
同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。
课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己作出决策，即自己确定方案、选择流程、查取数据、进行过程和工艺计算，并要对自己的选择作出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
所以，课程设计是培养提高学生独立工作能力的有益实践。
通过课程设计，应该训练学生提高如下几个方面的能力：
（1）熟悉查阅文献数据、收集有关数据、正确选用公式。
（2）在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行厂址选择、总平面布置，并提出保证过程正常、安全运行所需要的手段和措施，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。
（3）用精炼的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思想和计算结果。
（4）绘制相关图纸。
有关图形的绘制必须采用CAD绘制；图表插入合适、清晰。
（5）规范撰写设计报告。
格式规范参见教务处本科毕业设计（论文）撰写规范。
1.2课程设计内容
1.2.1项目概述
某化工企业需建2ⅹ1000m3液化天然气储罐用于储存液化天然气，配套建设办公用房（180m2）、发配电间（116m2）、门卫（54m2）、压缩机房（70m2）、消防泵房（98m2）、事故收集池（500m2）、其他辅助用品仓库（60m2），位于某预留地。
预留地南面有一宽36m的二级公路穿过，马路南面为某化工企业的甲类生产车间，北面为某化工企业乙类厂房，西面为某化工码头的甲类储罐区，东面为化工企业乙类仓库，当地常年主导风向为东南风。
另外，附近预架设15m高的35kv高压输电线。
1.2.2设计内容
1）1000m3的储罐（含附件）选型及尺寸设计；
2）储罐区平面设计；
3）防火堤设计；
4）消防通道设计；
5）总平面设计；
6）在总图上注明高压线的走向及位置；
7）罐区重大危险源辨识；
8）罐区危险性分析；
9）罐区的安全管理对策措施设计。
1.2.3设计要求
1）熟悉相关设计规范；
2）储罐设计需说明设计依据或编写设计说明书，详细说明设计步骤；
3）罐区布置设计，并绘制CAD图；
4）防火堤设计，书写设计说明书；
5）消防道路的设计；
6）总图设计，并绘制CAD图；
7）罐区重大危险源辩识。
第二章LNG灌区设计
2.1储罐设计
2.1.1储罐选择
①球罐表面积小，除节省材料外，当需要与周围环境隔热时，还可以节省隔热材料或减少热的散失；
②球罐占地面积小，且可向空间高度发展，有利于地表面积的利用；
③球罐可承受压力高,一般用于天然气\轻油（汽油等易挥发液体）,因为白天太阳晒罐内压力高,轻油挥发,罐内压力升高,往外呼气,晚上冷压力低吸入空气,一呼一吸大型罐一天损失几百公斤油.球罐因为承压高可减少呼吸损失。
2.1.2球罐的尺寸计算
1000m³的储罐表2-1
公称容积
m³
球壳内直径或球罐基础中心园直径mm
几何容积
m³
支柱底板底面至球壳中心的距离mm
球壳分带数
支柱根数
1000
12300
974
8000
5
8
根据规定，Di=12.3m
2.1.3附件
据SH/T3007-2007《石油化工储运系统灌区设计规范》，GB12337-1998《钢制球形储罐》
压力储罐除应设置人孔，放水管、进出口接合管、梯子及操作平台外，应尽量减少开口数量。
一、支柱
根据球罐储量，采用8根支柱
二、人孔结构
一般选用DN500较适宜。
通常球罐上设有两个人孔，分别在上、下极带上。
三、接管结构
球罐开孔应尽量设计在上、下极带上。
尺寸DN20。
接管应按有关规定进行补强。
四、梯子平台
球罐外部设有顶部平台、中间平台以及从地面进入平台的斜梯、直梯或盘梯。
五、水喷淋装置
球罐上装设水喷淋装置是为了内盛的液化天然气的隔热需要，同时也可起消防保护作用。
六、液位计
应设置两个液位计，球罐采用的液位计主要有浮子-齿带液位计、玻璃板式液位计、雷达液位计、超声波液位计
七、压力表
应在球壳的上部和下部各设一个以上的压力表，压力表的最大刻度为正常运转压力的1.5倍以上（不要超过3倍）。
八、安全阀
在气相部分设置一个以上的安全阀和辅助的火灾安全阀。
安全阀的形式通常采用直接载荷弹簧式
九、温度计
在球罐上安装1个以上的温度计。
十、上、下限液位报警装置
2.2罐区布置设计
2.2.1球罐的防火间距
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中6.33液化烃、可燃气体、助燃气体的罐组内，储罐的防火间距不应小于表6.3.3的规定。
表2-2
表3—2液化烃、可燃气体、助燃气体 、的罐组内储罐的防火间距
介质
球罐
卧（立）
罐
全冷冻式储罐（容积）
水槽式
气柜
干式
气柜
≤100m3
＞100m3
液化烃
全压力式或半冷冻式储罐
有事故排放至火炬的措施
0.5D
1.0D
_
_
_
_
无事故排放至火炬的措施
1.0D
_
_
_
_
_
全冷冻式储罐
≤100m3
_
_
1.5m
0.5D
_
_
＞100m3
_
_
0.5D
0.5D
_
_
助燃气体
球罐
0.5D
0.65D
_
_
_
_
卧（立）罐
0.65D
0.65D
_
_
_
_
可燃气体
水槽式气柜
_
_
_
_
O.5D
0.65D
干式气柜
_
_
_
_
0.65D
0.65D
球罐
0.5D
_
_
_
0.65D
0.65D
注：
1.D为相邻较大储罐的直径；
2．液氨储罐间的防火间距要求应与液化烃储罐相同；液氨储罐间的防火间距应按《建筑设计防火规范》（GB50016）的要求执行；
3．沸点低于45℃的甲B类液体压力储罐，按全压力式液化烃储罐的防火间距执行；
4．液化烃单罐容积≦200m³的卧（立）罐之间的防火间距超过1.5m时，可取1.5m；
5．助燃气体卧（立）罐之间的防火间距超过1.5m时，可取1.5m
6.“*”表示不应同组布置。
1．液化天然气球罐间距按全冷冻式液化烃储罐的防火间距执行，则设计中两个1000m³的液化天然气球罐间距为0.5D=6.15m
2.2.2防火堤设计
根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）中3.31防火堤、防护墙及隔堤、隔墙的设计高度，应符合下列规定：
1.防火堤内的有效容积不应小于一个最大储罐的容积；
2.单防罐至防火堤内顶角线的距离X不应小于最高液位与防火堤堤顶的高度之差Y当防火堤的高度等于或大于最高液位时，单防罐至防火堤内顶角线的距离不限；
3.应在防火堤的不同方位上设置不少于两个人行台阶或梯子；。
防护墙内的有效容积（V）应符合下列规定：
1）对因低温或因防护墙内储罐泄漏着火而可能引起防护墙内其他储罐泄漏，当储罐采
取了防止措施时，V不应小于防护墙内最大储罐的容积；
2）当储罐未采取防止措施时，V不应小于防护墙内所有储罐的总容积
油罐组防火堤有效容积应按下式计算：
V=AHj-（V1+V2+V3+V4）
式中V——防火堤的有效容积（m³）
A——防火堤中心线围成的水平投影面积（㎡）
Hj——设计页面高度（m）
V1——防火堤内设计页面高度内的一个最大油罐的基础体积（m³）
V2——防火堤内除一个最大油罐以外的其他油罐在防火堤设计液面高度内的液体体积和油罐基础体积之和（m³）
V3——防火堤中心线以内设计液面高度内的防火堤面积和内培土体积之和（m³）
V4——防火堤内设计液面高度内的隔堤、配管、设备及其他构建物体积之和
设防火堤理论高度为Hi，球罐由支柱撑离地面，因此可忽略V1,V2，同时也可忽略V3,V4，算式为：
Hi[（12.3－Hi）×2+12.3][（12.3－Hi）×2+12.3×2+6.15]=1000
Hi≈0.513m
防火堤的实际高度H=0.7m
储罐至防火堤内堤脚线的距离11.6m
防火堤长53.9m
防火堤宽35.4m
2.2.3消防通道设计
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中5.2.10和《消防信道设计规范》装置内消防道路的设置应符合下列规定：
1.装置内应设贯通式道路，道路应有不少于两个出入口，且两个出入口宜位于不同方位。
当装置外两侧消防道路间距不大于120m时，装置内可不设贯通式道路；
2.道路的路面宽度不应小于4m，路面上的净空高度不应小于4.5m；路面内缘转弯半径不宜小于6m。
3液化气灌区，应设消防车道且宽度不小于6m的平坦空地。
第三章总平面布置设计
根据《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）中的9.2.5液化天然气气化站的液化天然气储罐、集中放散装置的天然气放散总管与站内建、构筑物的防火间距下表的规定。
表3-1液化天然气气化站的液化天然气储罐、天然气放散总管与站内建、构筑物
的防火间距（m）
项目
控制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室
可燃气体压缩机或压缩机房
含可燃液体的污水池、隔油池、酸性污水罐、含油污水罐
丙类物品仓库、乙类物品储存间
甲
乙
控制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室
_
可燃气体压缩机或压缩机房
甲
15
9
_
乙
9
7.5
_
含可燃液体的污水池、隔油池、酸性污水罐、含油污水罐
15
15
9
_
丙类物品仓库、乙类物品储存间
15
15
9
9
_
注：
1居住区、村镇系指1000人或300户以上或者以下者按本表民用建筑执行；
2与本表规定以外的其他建、构筑物的防火间距应按现行国家标准《建设
计防火规范》GB50016执行；
3间距的计算应以储罐的最外侧为准。
3.1办公用房（180m2）
根据城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）规定：
长20m，宽9m，距离储罐55m，设在工厂大门附近。
3.2发配电间（116m2）
根据《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006），《石油化工企业设计防火规范》规定：
长11.6m，宽10m，距离储罐30m。
；当受地形限制时，应将控制室、
机柜间、变配电所、化验室等布置在较高的地平面上；
3.3门卫（54㎡）
长10m，宽5.4m，距离储罐30m。
3.4压缩机房（70m2）
根据《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006），《石油化工企业设计防火规范》5.3.4规定：
气柜或全冷冻式液化烃储存设施内，泵和压缩机等旋转设备或其房间与储罐的防火间距不应小于15m。
其他设备之间及非旋转设备与储罐的防火间距应按本规范表5.2.1执行。
长10m，宽7m，距离储罐15m
3.5消防泵房（98m2）
根据城镇燃气设计规范》（GB50028-2006），《石油化工企业设计防火规范》规定：
长10m，宽9.8m，距离储罐55m。
供消防车取水的消防水池应设置取水口或取水井，且吸水高度不应大于6.0m。
取水口或取水井与建筑物（水泵房除外）的距离不宜小于15m；与甲、乙、丙类液体储罐的距离不宜小于40m；
与液化石油气储罐的距离不宜小于60m，如采取防止辐射热的保护措施时，可减为40m。
3.6事故收集池（500m2）
根据城镇燃气设计规范》（GB50028-2006），《石油化工企业设计防火规范》规定：
长25m，宽20m。
距离储罐
1．有事故存液池的罐组应设导液管（沟），使溢漏液体能顺利地流出罐组并自流入存液池内；
2.事故存液池距防火堤的距离不应小于7m；
3.事故存液池和导液沟距明火地点不应小于30m；
4.事故存液池应有排水设施。
3.7其他辅助用品仓库（60m2）
根据《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）和《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）设计：
长10m，宽6m，紧靠门卫，距离储罐30m。
3.8站外建、构筑物的防火间距
根据《镇燃气设计规范》（GB50028-2006）中的9.2.4液化天然气气化站的液化天然气储罐、天然气放散总管与站外建、构筑物的防火间距（m）
表3-2液化天然气气化站的液化天然气储罐、天然气放散总管与站外建、构筑物
的防火间距（m）
名称
项目
储罐总容积（m3）
集中放散
装置的天
然气放
散总管
≤10
>10
~≤
30
>30
~
≤50
>50
~
≤200
>200
~
≤500
>500
~
≤1000
>1000
~
≤2000
居民区、村镇和影剧
院、体育馆、学校等重
要公共建筑（最外侧建、
构筑物外墙）
30
35
40
50
70
90
110
45
工业企业（最外侧建、构
筑物外墙）
22
25
27
30
35
40
50
20
明火、散发火花地点和
室外变、配电站
30
35
45
50
55
60
70
30
民用建筑，甲、乙类液
体储罐。
甲、乙类生产
厂房。
甲、乙类物品仓
库，稻草等易燃材料堆
场
27
32
40
45
50
55
65
25
丙类液体储罐。
可燃气
体储罐，丙、丁类生产
厂房，丙、丁类物品仓库
25
27
32
35
40
45
55
20
铁路
（中心线）
国家线
40
50
60
70
80
40
企业专用线
25
30
35
30
公路、道路
（路边）
高速，Ⅰ、
Ⅱ级。
城市
快速
20
25
15
其他
15
20
10
架空电力线（中心线）
1.5倍杆高
1.5倍杆
高，但35kv
以上架空电
力线不应小
于40m
2.0倍杆
高
架空通信线
（中心线）
Ⅰ、Ⅱ级
1.5倍杆高
30
40
1.5倍
杆高
其他
1.5倍杆高
注：
1居住区、村镇系指1000人或300户以上者．以下者按本表民用建筑执行；
2与本表规定以外的其他建、构筑物的防火间距应按现行国家标准《建筑设计防火规范》
GB50016执行；
3间距的计算应以储罐的最外侧为准
储罐距离二级公路北侧25m；
储罐距离公路南面的甲类生产车间65m；
储罐距离东面的乙类仓库65m；
储罐距离北面侧的乙类厂房65m；
储罐距离西面的甲类储罐65m；
储罐距离35kv的架空电力线40m
第四章罐区重大危险源辨识及罐区危险性分析
4．1罐区重大危险源辨识
根据《危险源辨识》（GB18218-2009）规定：
天然气临界量为50T，灌区的液化天然气总量为2000m³×0．42～0．46g／cm3≈880t
单元内存在危险化学品的总量超过规定的临界量，则为重大危险源。
4．2罐区危险性分析
LNG的危险性:
①储存过程中的沸腾与翻滚;②低温冻伤;③泄露;④低温麻醉;⑤窒息;⑥冷爆炸;⑦火灾。
液化天然气泄漏，其泄漏后果分析如图1
可燃气体泄漏后与空气混合达到爆炸极限时，遇到引火源就会发生燃烧或爆炸。
泄漏后起火的时间不同，泄漏后果也不同。
（1）立即起火可燃气体从容器中往外泄出时即被点燃，发生扩散燃烧，产生喷射性火焰或形成火球，能迅速地危及泄漏现场，但很少影响到厂区的外部。
（2）滞后起火。
可燃气体泄出后与空气混合形成可燃蒸汽云团，并随风漂移，
遇火源发生爆燃或爆炸，能引起较大范围的破坏。
4.3泄漏引起蒸汽云爆炸事故后果预测
（1）LNG泄漏扩散半径
该LNG储罐区有1000m3储罐2台，取充装系数为0.9，储罐中LNG品质为750t。
储罐中LNG体积为1800m3，常温常压下LNG挥发后体积迅速扩大625倍，750tLNG变成气态时体积为1800×625=1.125×106m3
与空气混合达到爆炸下限的爆炸性混合气体，爆炸的下限5.3%，混合气体量为：
1.125×106/0.053=2.12×107m3
假设在静风条件下，如泄漏成半球形由断口处向周围扩散，其扩散半径为：
[3×2.12×107/2exp]=216m
与空气混合达到爆炸上限的爆炸性混合气体，爆炸上限15%，混合气体量为：
1.125×106/0.15=7.5×106m3
假设在静风条件下，如泄漏成半球形由断口处向周围扩散，其扩散半径为：
[3×7.5×106/2exp]=153m
计算结果表明：
在无风的条件下，以断口处为中心，半径在216~153m范围内为爆炸性混合气体环境区域，在此区域内混合气体极易遇明火产生爆炸或燃烧。
（2）蒸汽云爆炸定量评价模式
气云点燃后的燃烧模式最可能是燃烧，爆燃是沿着波的前峰在压力和密度上都减小的膨胀波，属于亚音速的。
当可燃气云和空气的预混物在低能量点火下就会发生爆燃。
a.LNG蒸汽云爆炸的TNT当量
WTNT=∝WfQf/QTNT
（1）
式中∝——蒸汽云的当量系数，取值0.04:
；Wf——液化天然气总品质，kg；Qf——液化天然气的燃烧热，MJ/kg；QTNT——TNT的爆热，MJ/kg。
取值4.52MJ/kg。
WTNT=0.04×750×103×55.6/4.52=3.7×105kg
b.蒸汽云爆炸的冲击波伤害、破坏半径
根据荷兰应用科技院TNO建议，可按下式预测蒸汽云爆炸的冲击波的损坏半径：
R=Cs（N·E）1/3
（2）
式中R——损害半径，m；E——爆炸能量，kj，可按下式取，E=V·Hc；V——参与反应得可燃气体的体积，m3；Hc——可燃气体的高燃烧热值，kj/m3；N——效率因子，其值与燃烧浓度持续展开所造成损耗的比例和燃料燃烧所得机械能的数量有关，一般取N=10%；Cs——经验常数，取决于损害等级。
c.分类伤害半径
由于爆炸对人员的伤害情况与距爆炸中心距离而变化，因此将危险源周围依次分为死亡区、重伤区、轻伤区和安全区。
（1）死亡区R0.5
该区内的人员如缺少防护，则被认为无例外地蒙受严重伤害或死亡，死亡率取50%，其内径为零，外径为R0.5。
表示该区域内人员内脏严重损伤或死亡的概率为0.5，它与爆炸量之间关系汽为：
R0.5=13.6（WTNT/1000）0.37（3）
计算得R0.5=121.3m
（2）重伤区R1
该区的人员如缺少防护，则被认为将无例外地蒙受严重伤害，极少数人可能死亡或受重伤。
其内径为R0.5，外径R1。
取人员重伤超压△p=0.6×105Pa，1000kgTNT爆炸产生的冲击波在距离爆心R0=30m处的冲击波超压为0.6×105Pa
由以下公式求解R1：
R1/R0=（q1/q0）1/3（4）
计算得R1=215m
（3）轻伤区R2
该去的人员如缺少防护，则绝大多数人员将遭受轻微伤害，少数人将受重伤或平安无事，死亡的可能性极小。
该区的内径为重伤区半径R1，外径为R2。
轻伤区计算公式同公式（4）。
取人员轻伤超压△p=0.3×105Pa，1000kgTNT爆炸产生的冲击波在距离爆心R0
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