某化工储运公司储罐安全设计.doc
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课程设计任务书
课题名称
化工安全课程设计
某化工储运公司安全设计
院（系）
城市建设与安全工程学院
专业
安全工程
姓名
学号
起讫日期
2013.6.24～2012.7.12
指导教师
2013年6月21日
目录
第1章储罐的设计 -5-
1.1甲醇储罐的设计 -5-
1.1.1甲醇储罐的选型和选材 -5-
1.1.2甲醇储罐的经济尺寸选择 -6-
1.1.3甲醇储罐的壁厚设计 -7-
1.1.4罐底设计 -11-
1.1.5甲醇储罐的罐顶设计 -12-
1.1.6甲醇储罐的安全附件 -14-
1.2醋酸储罐的设计 -18-
1.2.1醋酸储罐的选型和选材 -18-
1.2.2醋酸储罐经济尺寸的选择 -21-
1.2.3醋酸储罐的壁厚设计 -21-
1.2.4醋酸储罐的罐底设计 -21-
1.2.5醋酸储罐的罐顶设计 -22-
1.2.6醋酸储罐的安全附件 -23-
第2章罐区平面布置 -26-
2.1储罐区平面设计要求 -26-
2.2防火间距的确定 -26-
2.2.1储罐之间防火间距的确定 -26-
2.2.2储罐与防火堤之间防火间距的确定 -27-
2.3防火堤和隔堤尺寸的确定 -28-
2.3.1防火堤长和宽的确定 -28-
2.3.2防火堤高度确定:
-29-
2.3.3隔堤尺寸的确定 -29-
2.4防火堤和隔堤的基础设计 -29-
2.4.1防火堤和隔堤的材料选择 -29-
2.4.2防火堤防火、防腐、防冻涂层要求 -30-
2.4.3防火堤、隔堤上的通道设置 -30-
2.4.4防火堤内的地面设计 -30-
2.5公用设施的布置 -30-
第3章消防安全设计 -34-
3.1消防通道的具体要求 -34-
3.2消防等级的确定 -35-
3.3灭火剂的选择 -35-
3.4灭火设备的选择 -36-
3.5消防水炮的布置 -38-
3.6消火栓的布置 -38-
3.7消防水池的设计 -38-
第4章危险性分析及安全措施 -40-
4.1重大危险源辨识 -40-
4.2危险性分析 -41-
4.2.1甲醇危险性分析 -41-
4.2.2.醋酸的危险性分析 -43-
4.2.3.甲醇、醋酸罐区危险性分析 -44-
4.3安全措施 -45-
4.3.1甲醇罐区 -45-
4.3.2醋酸罐区 -48-
4.4事故树分析法的应用 -50-
4.4.1甲醇中毒事故树分析 -50-
4.4.2罐区火灾事故树分析 -53-
4.5安全管理 -57-
参考文献：
-59-
某化工储运公司安全设计
摘要
本文安全设计首先分析了储罐区内的储存物质的物化和危险特性分析，确定储罐的设计参数，以及材料和型号的选择；其次对储罐上的主要构件、安全装进行了设计；然后对化工品储罐区展开了总平面布置，确定了消防间距、消防通道、消防等级、消防设备等消防问题，并对贮罐区物质危险性进行分析，划分火灾危险等级，设计合理的安全设施来预防事故，设计相应的安全对策和职业危害控制措施，最后制定了安全管理制度和应急救援预案。
关键词：
储罐设计消防平面布置安全措施应急对策
1、储罐的设计背景及设计要求：
本设计背景为：
某化工企业需建5000甲醇储罐4只，6只4000醋酸储罐，建设地点位于贮运码头罐区的预留地。
另有一层办公室400，检测分析室50，配电房20，污水处理厂200，
泵房20，以及一汽车装卸站。
当地最小频率风为西北方。
设计要求：
1、完成工程的平面布置设计：
绘制总平面布置图，书写设计说明书。
2、完成工程的消防安全设计：
着重消防通道、消防等级确定，灭火剂（及器材）的选型，防雷电、
静电措施设计。
3、完成工程的安全技术及管理制度设计：
a、着重于物质危险性分析及安全卫生措施及管理制度设计；b、着重于储罐、管道及其它相关设备危险性分析及安全附件的选择、安全技术措施及管理制度设计；c、工程相关的其它安全技术设计，如开停车、检修维修及泄漏、火灾、爆炸事故的应急处治技术和方案。
4、如需增加辅助设施，请自行添加设计内容
5、平面布置按照遵循占地面积最小原则
第1章储罐的设计
1.1甲醇储罐的设计
1.1.1甲醇储罐的选型和选材
一、选型
1、甲醇的理化性质：
物质名称
甲醇
分子式
物化特性
沸点（）
64.8
相对密度（水-）
0.79
饱和蒸气压（KPa）
13.33（21.2
熔点
-97.8
蒸气密度（空气=1）
1．11
溶解性
溶于水、醇、醚等
外观与性状
无色澄清液体，有刺激性气味，易挥发，易流动。
主要用途
主要用于制甲醛、香精、染料、医药、防冻剂等。
火灾爆炸危险性
易燃，蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.0%～36.5%（体积）
闪点（）
11
引燃温度（）
385
致死量
100～200ml
危险特性
易燃，蒸气能与空气形成爆炸性混合物。
遇明火、高热能引起燃烧爆炸。
与氧化剂接触能发生化学反应或引起燃烧。
在火场中，受热的容器有爆炸危险。
其蒸气比空气重，能在较低处扩散到远的地方，遇明火会引着起回燃。
健康危害
对中枢神经系统有麻痹作用；对视神经和视网膜有特殊选择作用，引起病变；可致代谢性酸中毒。
2、内浮顶罐的性质
内浮顶罐是在固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖，主要由固定顶罐体、内浮盘、密封装置、通气孔、高低液位报警器等组成。
这种罐的浮动顶漂浮在储液面上，浮顶与罐壁之间有一环形空间,环形空间中有密封元件。
浮顶与密封元件一起构成了储液面上的覆盖层，随着储液上下浮动,使得罐内的储液与大气完全隔开,不受风雨等外界因素的影响，减少了储液储存过程中的蒸发损耗,减少了大气污染，易于保证贮液的质量和安全。
因此，内浮顶罐是降低固定顶贮罐物料蒸发损失最安全、最经济、最简便的结构形式，现已广泛用于储存汽油、醛类、醇类、酮类、苯类等易燃易爆易挥发的液体化学品。
内浮顶罐与固定顶罐比较有以下优点:
（1）大量减少蒸发损耗。
（2）由于液面上有浮动顶覆盖,储液与空气隔绝,减少空气污染和着火爆炸危险,易于保证储液质量,特别适用于储存高级汽油和喷气燃料以及有毒污染的液体化学品。
（3）易于将己建成固定顶罐改选为内浮顶罐,并取消呼吸阀,阻火器等附件,投资少,经济效益明显。
（4）因有固定顶能有效防止风砂、雨雪或灰尘污染储液,在各种气候条件下保证储液的质量,有“全天候车储罐”之称。
（5）在密封效果相同的情况下，与浮顶罐相比，能进一步降低蒸发损耗，这是由于固定顶盖的遮挡以及固定顶与内浮盘之间的气相层甚至比双盘式浮顶具有更显著的隔热效果。
因此基于以上优点以甲醇的危险性故选用内浮顶罐为宜，从而增加其安全性。
二、选材
储罐用材的选择根据储罐的设计温度、物料的特性、钢材的性能和使用限制，在保证储罐各部分安全、可靠的基础上节省投资的原则。
甲醇储罐为常温常压下使用，甲醇在常温下对金属腐蚀性极小，甲醇在碳钢中的腐蚀速度为0.01-0.05mm/a，所以罐体采用Q235-A钢制造，其含碳量适中，综合性能最好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合。
内浮顶由专业厂家生产制造，一般采用18-8不锈钢和铝及铝合金材料制成，对比甲醇在两种材料中的腐蚀情况，采用18-8不锈钢。
1.1.2甲醇储罐的经济尺寸选择
贮罐在给定容积的情况下设计，直径和高度尺寸可有不同的组合。
只有其中的一种尺寸的材料最省，相应投资最省。
按材料最省和按费用最省两种计算贮罐的经济尺寸，在不考虑基础和土地费用的情况下，对小型敞口贮罐和封闭贮罐是完全相同的。
计算贮罐经济尺寸见表1。
表1-1贮罐经济尺寸
储罐经济尺寸
罐壁情况
储存形式
最省材料经济尺寸
最省费用经济尺寸
等壁厚
小型敞口储罐
小型封闭储罐
不等壁厚
大型封闭储罐
注：
λ=S1+S2,。
其中。
H为贮罐高度；R为贮罐直径；D为贮罐直径（内径）；[σ]为材料许用应力；为焊接接头系数；S1为储罐罐顶板厚度；S2为储罐罐底板厚度；C1为贮罐罐壁单位面积平均费用；C2为贮罐罐底单位面积平均费用：
C3为储罐罐顶单位面积平均费用。
从表1-1可以看出，对大型封闭贮罐，按材料最省的经济尺寸H=。
这实际上把罐顶和罐底都看作同等费用来考虑，而在工程中往往罐顶比罐底费用多。
若把罐壁和罐顶费用看作相同的费用，并且分别为罐底费用两倍时，其经济尺寸为H=0.375D（1-1）较为合理。
在确定贮罐的设计容积时，贮罐安全高度还应考虑液位的极限波动及消防的要求（贮罐空气泡沫接管到液面之间应留有一定高度，以保证储液面上泡沫覆盖层能有足够厚度）。
内浮顶罐的体积公式为：
在充装化工原料和成品是充装系数定位0.9。
利用公式（1-1）（1-2）则：
1）甲醇储罐高度与直径计算结果为：
×D2×H＝×0.375×D3×0.9＝5000
D=26.6m，H=10m
所以甲醇储罐的直径为26.6m，高为10.0m。
1.1.3甲醇储罐的壁厚设计
设计参数：
表1-2
储罐内径：
26.6m
罐壁高度：
10m
储罐设计温度：
55℃；
储罐设计压力：
常压
储液密度：
相对密度：
0.792
许用应力：
157MPa
腐蚀裕量：
2mm
钢板负偏差：
0.8mm
其他设计参数
1）设计压力
设计压力是指设定的容器顶部的最高压力。
由于甲醇和醋酸的饱和蒸汽压小于常压，设计压力为0.1MPa。
2）设计温度
设计温度是指容器正常操作时，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度，甲醇贮罐工作温度为常温。
南京地区气温一般在0到40℃之间，设计温度要大于其最高温度，取55℃。
3）设计寿命
压力容器一般寿命为10到20年，设计为15年。
4）腐蚀速率
甲醇对碳钢腐蚀性不大，约为0.01mm/a，醋酸在316L中能形成钝化膜，所以对合金的腐蚀性很小。
5）风载荷
P=2.25μW=2.25×0.74×0.25=0.420kPa=420Pa
μ——为风压高度变化系数,对于有密集建筑群的大城市，取0.74
W——为建罐地区基本风压，根据《建筑结构荷载规范》，基本风压取值，南京50年一遇风压值为0.25KN/m3。
设计考虑储存液体静压力由上至下逐渐增加，且储罐容积>1000立方米，采用不等壁厚。
由于甲醇罐直径26.6m，可以采用定点法计算。
由GB50341-2003《产式圆筒钢制焊接油罐设计规范》，壁厚计算公式：
（1—3）
（1—4）
式中—储存介质条件下罐壁板的计算厚度（mm）
—试水条件下罐壁板的计算厚度（mm）
—油罐内径（m）
—计算液位高度（m），从所计算的那圈壁板底端到罐壁包边角钢顶部的高度，或到溢流口下沿（有溢流口时）的高度
—储液相对密度（取储液与水密度之比）
—设计温度下钢板的许用应力（）
—常温下钢板的许用应力
—焊接接头系数，取=0.9;当标准规定的最低屈服强度大于390时，底圈罐板取=0.85
表1-3钢板许用应力值
计算壁厚分别加至各自附加壁厚的较大值。
设计每圈板宽2米，共五块板。
取C1=0.8mm，C2=2.0mm从底下开始计数，计算可得：
第一层：
第二层：
第三层：
第四层：
第五层：
表1-4罐壁最小公称厚度
各层圈板厚度为：
表1-5
圈板厚度（mm）
第一层
10
第二层
9
第三层
8
第四层
6
第五层
6
1.1.4罐底设计
罐底设计的主要依据是：
对罐底的结构形式、排板、焊接、联接方法和板厚的要求
1、排扳：
罐底的排版形式根据储罐的大小、控制焊接变形等制造工艺因素决定。
对于直径大于或等于12.5m的储罐，罐底外缘受罐壁作用力及边缘力较大，故底板的外周需比中部为厚，宜采用弓形边缘板。
如图1-1所示：
图1-1
2、罐底扳的厚度
根据HG21502.2-92（化工钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列标准）查得，中幅板为7mm，边缘板为9mm。
1.1.5甲醇储罐的罐顶设计
1、内浮顶罐浮盘的选择
根据不同材料的性质以13.5m浮盘为例，按照国家标准GB50341-2003«立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范»的要求，在不考虑腐蚀余量的情况下，对其耗材和性能比较。
①钢浮顶。
按照标准要求下盘、上盘及周边钢板选用4.5mm厚，中间隔板选用2.5mm厚，整体重量超过为35t。
②不锈钢浮顶。
不锈钢内浮顶适用性好，耐腐蚀，适用于大多数介质。
浮顶盖板选用0.5mm厚，骨架、浮筒用1.2mm厚，13.5m浮盘重量约在9t。
③铝浮顶。
铝浮顶耐腐蚀性较好，整体重量轻，制作方便。
盖板选用0.5mm厚铝板，骨架选用2mm厚，浮筒选用1.7mm厚，13.5m浮盘重量约在2.1t。
由于重量轻，浮盘运行稳定性好。
根据上面的比较，选用铝浮顶的性价比高，经济合理；如必须选用钢浮顶，选用不锈钢材料做内浮顶无论从使用方面，还是价格方面都比选用碳钢浮顶更为合理。
内浮盘与罐壁之间的密封通常采用弹性材料密封结构（也叫填料式密封），如图1-2所示，在内浮顶储罐中，密封间隙通常取为150mm，在采用断面宽度230~250mm的软泡沫塑料密封块后，密封力约为200N/m。
为消除蒸气空间，弹性块应浸入液面一下20~50mm，外层橡胶密封应能在使用环境中经久耐用，且不使储液受到污染和色变。
为了防止液体的毛细现象，要在橡胶密封袋上压有锯齿。
图1-2
1—罐壁；2—密封胶袋（带锯齿）；3—固定钩板；4—软泡沫塑料密封块；5—内浮盘
内浮盘的直径为：
，浮盘板厚为4mm。
因此本设计采用PLZ-26.6/5000浮盘
型号说明：
PLZ-□/◇
PLZ:
铝制内浮盘
□：
储罐内径取26.6米
◇：
储罐公称容积取5000立方米
內浮顶罐顶中的固定顶设计压力：
设计内压：
=0
设计外压：
=+（1－5）
经计算=51.3，则=51.3+0.7=52
-------固定顶单位面积自重
--------雪压载荷或附加荷载，取其中较大者，且不小于0.70
我国主要地区50年一遇到雪值
地区
雪压值
地区
雪压值
北京
0.4
济南
0.3
上海
0.2
青岛
0.2
南京
0.65
郑州
0.4
浮顶罐的罐壁设计外压：
（1－6）
=3.375×0.74×0.4=0.999kPa
-------风压高度变化系数，取0.74
------建罐地区的基本风压，
内浮顶罐罐壁设计外压：
（1－7）
=2.25×0.74×0.4=0.666kPa
公式中意义同上
取两者较大值：
0.999kPa
我国主要地区50年一遇风压值
地区
风压值
地区
风压值
上海
0.55
郑州
0.45
南京
0.4
洛阳
0.4
徐州
0.35
南通
0.45
1.1.6甲醇储罐的安全附件
1、氮封
由于环保的理念并且为减少呼吸损耗，此次设计在内浮盘上加氮封，不采用通气孔的方式，这样能减少油气排放造成的空气污染，结构如图2所示。
当储罐液面下降压力降低时，向罐内补充氮气，当储罐液面上升压力增加时，停止补充氮气，同时被压缩的氮气从呼吸阀适量排出，从而始终保持罐内的氮气压力微量正压（压力一般在400~1000Pa之间）。
只有这样才能做到既隔绝空气，又保证储罐不变形。
图1-3氮封
2、呼吸阀
呼吸阀使罐内空间与大气隔绝，只有罐内压力达到呼吸阀额定呼出正压时，罐内蒸汽才能排出。
呼吸阀安装在储罐罐顶的中心部位用以调节储罐的正压或真空度。
GFQ-11全天候呼吸阀适用于储存闪点低于28℃的甲类油品和闪点低于60℃的乙类油品，如汽油、苯、甲苯、煤油、轻柴油、机油、厚油等油品及性质相同的化工产品储罐，并且耐腐蚀、防静电、耐低温、防冻性能好，结构简单，易检修，安全方便，所以本设计采用GFQ-11全天候呼吸阀，结构如图1-4所示：
图1-4GFQ-11全天候呼吸阀
3、阻火器
通过呼吸阀排出的罐内气体，与空气混合后若遇有明火就有产生爆炸和燃烧的可能性，并将危及整个储罐的安全，阻火器能阻止火焰由外部向储罐内混合气体的传播，从而保证储罐的安全。
本次设计选用ZGB-II石油储罐阻火器，结构如图1-5所示：
图1-5ZGB-II石油储罐阻火器
4、高液位报警器
可燃液体的储罐除设置液位计外,还应设高液位报警器（如图1-6所示），防止过量充液造成灾害性事故。
1—挡板条；2—引流接管；3—液位继电器
图1-6高液位报警器
5、静电引出线
储罐在装油、卸油或调和时，在油面上会聚集大量静电荷，这些静电荷若不除掉，将会在内浮顶灌与罐之间产生电位差，容易引起火花。
为保证安全，至少安装二组静电导线。
6、导向防转装置
导向管可以兼作量液管，多用于钢制内浮顶罐，铝制内浮顶多采用钢丝绳作为导向防转装置。
7、防雷和防静电接地
对于爆炸危险场所,储罐应按规范要求做防雷和防静电接地设计。
钢制储罐的防雷接地装置可兼作防静电接地用。
其主要作用是使浮顶和储罐保持相等的电位，防止静电的危害，保证储罐安全运转。
8、水喷淋装置
如果储存的仅是可燃液体的话，按道理来讲，选用浮顶罐本身就是为减少储罐火灾几率和火灾危险程度而考虑的，因为一旦起火，也只在浮顶与罐壁间的密封装置处燃烧，火势不大，易于扑灭，且大大减低油气损耗和对大气的污染。
但甲醇是剧毒、高易燃性（闪点低，只有12.22°C）、极易挥发、易爆的危险品，所以才考虑加氮封，但费用较高，另外，甲醇具有较强的挥发性，温度愈高，挥发性愈强，故设一个夏季水喷淋冷却设施，以减少物料损失，并保证安全。
但是由于夏季温度较高，甲醇储罐需安装水喷淋系统，夏季防日晒喷淋冷却的用水量供给强度为3L／（min•m2）。
设计只需考虑使冷却水沿着罐壁均匀地流下，淋湿罐壁，控制罐壁温升即可
此装置安装在罐的高度的1/3的位置处。
水喷淋个数的计算：
根据《化工设备设计全书》P47页，淋水管的洒水孔径不小于4mm，以防止水垢、灰尘堵塞洒水管。
淋水环形管的洒水孔的个数按下列公式定：
（1－8）
式中N----洒水孔数
d----洒水孔径,取4mm
Q----所需淋水量
------流量系数，取0.6
------膨胀系数，取1.0
-----水的单位体积质量，
-----洒水孔内外面的压差，MPa
由规范查得洒水量，则 Q= 2.5××26.6×10=2089
即Q=2089
由公式（1－8）得：
N=
且水雾喷头的雾化角的雾化角为120度
9、人孔
人孔主要在检修和清除液渣时进入储罐。
人孔的公称压力可按储液密度和高度来选择，公称直径一般有DN500、DN600、DN750三种。
人孔安装于罐壁第一圈壁板上，其中心距罐底约750mm。
本储罐选用DN600的人孔
10、管道与阀门
在甲醇罐区的管道安全设计时,工艺物料管道应符合下列基本要求：
（1）采用无缝管道,管道之间除必须用法兰或螺纹连接外,其余均应采用焊接;
（2）管道应架空或沿地面敷设。
必须采用管沟敷设时,应采取措施防止物料在管沟内积聚,并在进、出罐群及建（构）筑物处密封隔离,管沟内的污水应经水封井排入污水管网;
（3）管道不得穿越与其无关的建（构）筑物的上方或地下。
（4）进、出储罐的主管道根部宜设双重阀门。
11、盘梯
盘梯具有占地面积小、用料省的特点。
整个盘梯通过焊于储罐体上的若干个支架与储罐相连接，即盘梯是支撑在支架上的。
12、储罐的进出料开口
进料口一般开在储罐壁的下部，出料口一般开在储罐底部，位置一般高于排净口一般采用接管法兰与泵或其它设备连接。
13、温度计
温度计距罐底1.3m，为了保证温度计的准确性，温度计应设置在远离加热的地方，二者水平距离不得小于2m。
温度计应设置在距罐底1.3m处。
1.2醋酸储罐的设计
1.2.1醋酸储罐的选型和选材
一、选型
1、醋酸的理化性质：
物质名称
醋酸
分子式
理化性质
性状：
无色透明液体，有刺激性酸臭。
相对密度（水=1）：
1.05相对密度（空气=1）：
2.07比重：
1.049
熔点）：
16.7沸点）：
118.1
辛醇/水分配系数值：
-0.310.17
饱和蒸气压（KPa）：
1.52（20）
燃烧热（KJ/mol）：
873.7折射率2.07
临界温度）：
321.6临界压力（MPa）：
5.78
溶解性：
溶于水、醚、甘油不溶于二硫化碳
最小点火能（mj）：
0.62
稳定性：
稳定
危险特性
燃烧性：
易燃
聚合危害：
不聚合
闪点）：
39引燃温度）463
禁忌物：
碱类、强氧化剂
爆炸极限：
4.0-17.0
燃烧（分解）产物：
一氧化碳、二氧化碳
易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。
与铬酸、过氧化钠、硝酸或其他氧化剂接触，有引起爆炸的危险。
具有腐蚀性。
吸入本品蒸气对鼻、喉和呼吸道有刺激性。
对眼镜有强烈刺激作用。
2.12根据《石油化工储运系统罐区设计规范》醋酸储罐的选用：
固定顶储罐
固定顶储罐：
按形似可分为，锥顶储罐，拱顶储罐，伞形储罐，网壳顶储罐。
拱顶储罐：
拱顶储罐的罐顶是一种接近于球形形状的一部分。
其结构一般只有自支撑拱顶一种，自支撑拱顶有可分为无加强肋拱顶（容量小于1000立方米），有加强肋拱顶（容量1000-20000立方米）。
有加强肋拱顶由4～6mm薄钢板和加强肋，以及由拱形架和薄钢版构成。
自支撑拱顶的荷载靠拱顶板周边支撑与罐壁上。
拱顶R=0.8～1.2D。
如图1-7
所示：
图1-7
二、选材
醋酸是用途最广、最重要的有机酸，也是腐蚀性最强的有机物质之一。
醋酸对钢铁的腐蚀严重,生产和使用醋酸的设备一般需要采用价格较高的有
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