罐区防火防爆设计 课业论文.docx
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罐区防火防爆设计课业论文
防火防爆工程学
课程设计说明书
题目：
120t乙醚储罐区防火防爆设计
系别：
能源工程系
专业：
安全工程
学生学号：
wddsawdsa
学生姓名：
wsadws
指导教师：
wdsawdd
2012年6月22日
摘要
本设计是针对乙醚储罐而进行的防火防爆设计。
通过对乙醚的理化特性及储存工艺过程设置工厂内所需的储罐区。
根据《石油化工企业设计防火规范》分析确定各生产环节和存储场所的火灾危险类别来设计。
然后又依据《石油化工企业设计防火规范》和《建筑设计防火规范》GB50016-2006来确定工厂内的主要建筑物的防火间距，然后对储罐区进行区域规划和平面布置。
再选择一个有火灾危险性的储罐区根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》进行火灾危险区域的防火堤的规格，并对储罐区内的主要防爆电气设备进行分析。
了解存储场所的火灾危险类别，设定储罐区生产场所、附属设施、存储区的建、构筑物的功能确定建、构筑的耐火等级。
绘制储罐区总平面布置简图。
关键词：
火灾危险性，耐火等级，防火间距，防爆电气设备，灭火器
Abstract
Thedesignistheethertankfireandexplosiondesign.Bythephysicochemicalpropertiesofetherandstorageprocesstosetthestoragetankareainthefactory.Accordingtotheproductionprocessesandstorageplacesofthepetrochemicalenterprisesforfireprotectiondesignanalysistodeterminethefireriskcategory.ThenbasedonthepetrochemicalenterprisesforfireprotectiondesignandarchitecturaldesignfirecodeGB50016-2006todeterminethespacingofthemainbuildingfireinthefactory,andregionalplanningandlayoutofthestoragetankarea.Selectatankfireriskareaundertheexplosionandfirehazard,electricalinstallationdesignspecifications,thespecificationsofthefireofthefiredangerzonedike,explosion-proofelectricalequipmentandstoragetankareaanalyzed.Understandingofthestorageplaceofthefirehazardcategory,settheproductionsitesofthestoragetankarea,andancillaryfacilities,theconstructionofthestoragearea,thefunctionofstructurestodeterminetobuild,buildafireresistancerating.LayoutdiagramtodrawtanksChief.
Keywords:
firerisk,fireresistanceratingandspacingoffire,explosion-proofelectricalequipment,fireextinguishers
目录
摘要…………………………………………………………………………I
1.概述………………………………………………………………………1
2.火灾、爆炸危险性………………………………………………………2
2.1挥发性…………………………………………………………………2
2.2流动/扩散性……………………………………………………………2
2.3高易燃性………………………………………………………………2
2.4蒸气的易爆性…………………………………………………………3
2.5热膨胀性………………………………………………………………3
2.6聚积静电荷性…………………………………………………………3
3.防火防爆设计……………………………………………………………4
3.1可燃物质的火灾危险性分类…………………………………………4
3.2选址和布置……………………………………………………………4
3.2.1罐区与周围设施的安全距离………………………………………4
3.2.2罐区建（构）筑物之间的防火间距…………………………………5
3.2.3储罐之间的防火间距………………………………………………6
3.3储罐型式………………………………………………………………7
3.4建（构）筑物的耐火等级………………………………………………7
3.5电气的防爆……………………………………………………………7
3.5.1爆炸危险环境区域划分……………………………………………8
3.5.2爆炸危险区域的范围确定…………………………………………8
3.5.3爆炸性混合物的分类、分级和分组………………………………8
3.5.4乙醚罐区的电气设计要点…………………………………………8
3.6控制乙醚蒸气与空气混合物的浓度…………………………………9
3.6.1减少蒸气排放………………………………………………………9
3.6.2通风…………………………………………………………………9
3.6.3惰化…………………………………………………………………9
3.7设置阻火器……………………………………………………………10
3.8管道与阀门……………………………………………………………10
3.9喷淋冷却………………………………………………………………10
3.10防止静电与雷击………………………………………………………10
3.10.1防止静电……………………………………………………………10
3.10.2防止雷击……………………………………………………………11
3.11消防设施………………………………………………………………11
3.11.1可燃气体报警及联动系统…………………………………………12
3.11.2灭火系统……………………………………………………………12
4.防火防爆设计结论………………………………………………………15
4.1罐区规划………………………………………………………………15
4.1.1厂址及总平面布置…………………………………………………15
4.1.2油罐组防火堤的布置………………………………………………16
4.1.3安全距离及道路……………………………………………………16
4.1.4建（构）筑物及附属设备……………………………………………16
4.1.5灭火设施……………………………………………………………17
4.2过程/设备设计…………………………………………………………17
5.总结………………………………………………………………………19
参考文献……………………………………………………………………20
1概述
乙醚（C4H10O）是重要的基本有机化工原料,具有低毒、易燃烧性,其蒸气与空气在一定范围内可形成爆炸性混合物。
主要用作油类、染料、生物碱、脂肪、天然树脂、合成树脂、硝化纤维、碳氢化合物、亚麻油、石油树脂，松香脂、香料、非硫化橡胶等的优良溶剂。
医药工业用作药物生产的萃取剂和医疗上的麻醉剂。
毛纺、棉纺工业用作油污洁净剂。
火药工业用于制造无烟火药。
因此在国民经济中占有十分重要的地位。
由于乙醚的易燃性及其蒸气与空气在一定浓度区间内混合物的爆炸性,因此,如何安全、有效地储存和使用是非常重要的。
2火灾、爆炸危险性
由于乙醚的物理化学性质及储存的条件和周围环境等因素所致,乙醚储存的火灾、爆炸危险性主要体现在以下几个方面。
2.1挥发性
乙醚在常态下为液体,沸点34.6℃,20.0℃时的饱和蒸气压为58.93kPa,温度愈高,蒸气压愈高,挥发性越强。
以地面固定顶罐储存乙醚为例,夏季昼夜温差按10℃考虑,则1台装料系数为85%的500m3储罐挥发损失达900kg/d。
由此可见,乙醚的挥发性较强,储罐的“小呼吸”损失十分明显。
2.2流动/扩散性
乙醚的粘度0.000684Pa·s（气体，0℃）,0.002950Pa·s（液体，0℃）,并随温度升高而降低,有较强的流动性。
同时由于乙醚蒸气的密度为2.56kg/m3比空气密度大,有风时会随风飘散,即使无风时,也能沿着地面向外扩散,并易积聚在地势低洼地带。
因此,在乙醚储存过程中,如发生溢流、泄漏等现象,物料就会很快向四周扩散,特别是乙醚储罐一旦破裂,又突遇明火,就可能导致火灾。
2.3.高易燃性
乙醚的闪点-45℃（闭杯）,根据美国防火协会ANSI/NFPA3.0、中国国家标准《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-92）、《危险货物品名表》（GB12.2.68-90）,乙醚属低闪点、甲类火灾危险性可燃液体。
可燃液体的闪点越低,越易燃烧,火灾危险性就越大。
由于可燃液体的燃烧是通过其挥发的蒸气与空气形成可燃性混合物,在一定的浓度范围内遇火源而发生的,因而液体的燃烧是其蒸气与空气中的氧进行的剧烈和快速的反应。
所谓液体易燃,实质上就是指其蒸气极易被引燃。
乙醚的沸点为34.6℃,自燃点为160℃。
应当指出,罐区中常见的潜在点火源,如机械火星、烟囱飞火、电器火花和汽车排气管火星等的温度及能量都大大超过乙醚的最小引燃能量。
2.4蒸气的易爆性
由于乙醚具有较强的挥发性,在乙醚罐区通常都存在一定量的乙醚蒸气。
当罐区内乙醚蒸气与空气混合达到乙醚的爆炸浓度范围1.85%-36.5%时,遇火源就会发生爆炸。
此外,由于乙醚的引爆能量小,罐区内绝大多数的潜在引爆源,如明火、电器设备点火源、静电火花放电、雷电和金属撞击火花等,具有的能量一般都大于该值,因此决定了乙醚蒸气的易爆性。
2.5热膨胀性
乙醚和其它大多数液体一样,具有受热膨胀性。
若储罐内乙醚装料过满,当体系受热,乙醚的体积增加,密度变小的同时会使蒸气压升高,当超过容器的承受能力时（对密闭容器而言）,储罐就易破裂。
如气温骤变,储罐呼吸阀或安全阀由于某种原因来不及开启或开启不够,就易造成储罐破坏或被吸瘪。
对于没有泄压装置的罐区地上管道,物料输送后不及时部分放空,当温度升高时,也可能发生胀裂事故。
另外,在火灾现场附近的储罐受到热辐射的高温作用,如不及时冷却,也可能因膨胀破裂,增大火灾的危险性。
所以，在夏季通常采用对储罐外部喷淋降温的方法来降低罐内的压力。
2.6聚积静电荷性
静电产生和聚积与物质的导电性能相关。
一般而言,介电常数小于10、电阻率大于106Ω•cm的液体具有较大的带电能力。
而乙醚的介电常数为4.34,电阻率为1011-1014Ω.cm,说明有一定的带电能力。
因此,乙醚在管输和灌装过程中能产生静电,当静电荷聚积到一定程度则会放电,故有着火或爆炸的危险
3防火防爆设计
由于乙醚的物化性质以及储存过程中潜在的火灾爆炸危险性,乙醚罐区的防火防爆设计必须既要注意预防火灾和爆炸的发生,也要尽量减少火灾和爆炸造成的损失。
为此,一般应遵循或充分考虑下述要求。
3.1可燃物质的火灾危险性分类
可燃气体的火灾危险性分类如表3.1.1，液化烃、可燃液体的火灾危险性分类规定如表3.1.2。
表3.1.1可燃气体的火灾危险性分类
类别
可燃气体与空气混合物的爆炸下限
甲
<10％（体积）
乙
≥10％（体积）
表3.1.2液化烃、可燃液体的火灾危险性分类规定
类别
名称
特征
甲
A
液化烃
15℃时的蒸气压力＞0.1MPa的烃类液体及其他类似的液体
B
可燃
液体
甲A类以外，闪点＜28℃
乙
A
闪点≥28℃至≤45℃
B
闪点45℃至＜60℃
丙
A
闪点≥60℃至≤120℃
B
闪点＞120℃
3.2选址和布置
乙醚罐区的厂址选择与布置应符合美国防火协会ANSI/NFPA3.0、中国国家标准《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）、《建筑设计防火规范》GB50016-2006所规定的防火要求。
3.2.1罐区与周围设施的安全距离
罐区与周围设施的安全距离的确定依据是考虑到罐区防火因素,以及物料挥发对周围环境的影响,同时还考虑到周围设施的重要程度,如人员或车辆出入频繁的公众设施。
此外,乙醚罐区应设在有明火或飞火设施的侧方向。
3.2.2罐区建（构）筑物之间的防火间距
甲、乙、丙类液体储罐（区），乙、丙类液体桶装堆场与建筑物的防火间距，不应小于表3.2.1的规定。
表3.2.1
甲、乙、丙类液体储罐（区），乙、丙类液体桶装堆场与建筑物的防火间距（m）
项目
建筑物的耐火等级
室外变、配电站
一、二级
三级
四级
甲、乙类液体
一个罐区或堆场的总储量V（m3）
1≤V<50
50≤V<200
200≤V<1000
1000≤V<5000
12.0
15.0
20.0
25.0
15.0
20.0
25.0
30.0
20.0
25.0
30.0
40.0
30.0
35.0
40.0
50.0
丙类液体
1≤V<250
250≤V<1000
1000≤V<5000
5000≤V<25000
12.0
15.0
20.0
25.0
15.0
20.0
25.0
30.0
20.0
25.0
30.0
40.0
24.0
28.0
32.0
40.0
注：
1、当甲、乙类液体和丙类液体储罐布置在同一储罐区时，其总储量可按1m3甲、乙类液体相当于5m3丙类液体折算；
2、防火间距应从距建筑物最近的储罐外壁、堆垛外缘算起，但储罐防火堤外侧基脚线至建筑物的距离不应小于10.0m；
3、甲、乙、丙类液体的固定顶储罐区，半露天堆场和乙，丙类液体桶装堆场与甲类厂房（仓库）、民用建筑的防火间距，应按本表的规定增加25%，且甲、乙类液体储罐区，半露天堆场，乙、丙类液体桶装堆场与甲类厂房（仓库）、民用建筑的防火间距不应小于25.0m，与明火或散发火花地点的防火间距，应按本表四级耐火等级建筑的规定增加25%；
4、浮顶储罐区或闪点大于120℃的液体储罐区与建筑物的防火间距，可按本表的规定减少25%；
5、当数个储罐区布置在同一库区内时，储罐区之间的防火间距不应小于本表相应储量的储罐区与四级耐火等级建筑之间防火间距的较大值；
6、直埋地下的甲、乙、丙类液体卧式罐，当单罐容积小于等于50m3，总容积小于等于200m3时，与建筑物之间的防火间距可按本表规定减少50%。
[1]
室外变、配电站指电力系统电压为35～500kV且每台变压器容量在10MVA以上的室外变、配电站以及工业企业的变压器总油量大于5t的室外降压变电站。
建（构）筑物之间的防火间距,主要是根据各建（构）筑物的耐火等级、有无可燃蒸气散发和有无明火而定。
据有关调查,爆炸危险场所的影响一般是15m范围以内;火灾的影响距离约10m。
像乙醚这样的甲类易燃液体,正常操作时,其蒸气的扩散范围约3m以内;泄漏后其蒸气的扩散范围在10~15m内。
故储罐距周围的建筑防火间距为15m为宜。
3.2.3储罐之间的防火间距
甲、乙、丙类液体储罐之间的防火间距规定如表3.2.2
表3.2.2甲、乙、丙类液体储罐之间的防火间距规定
类别
储罐形式
固定顶罐
浮顶储罐
卧式储罐
地上式
半地下式
地下试
甲、乙类液体
单罐容量V（m3）
V≤1000
0.75D
0.5D
0.4D
0.4D
不小于0.8m
V>1000
0.6D
丙类液体
不论容量大小
0.4D
不限
不限
—
注：
1、D为相邻较大立式储罐的直径（m）；矩形储罐的直径为长边与短边之和的一半；
2、不同液体、不同形式储罐之间的防火间距不应小于本表规定的较大值；
3、两排卧式储罐之间的防火间距不应小于3.0m；
4、设置充氮保护设备的液体储罐之间的防火间距可按浮顶储罐的间距确定；
5、当单罐容量小于等于1000m3且采用固定冷却消防方式时，甲、乙类液体的地上式固定顶罐之间的防火间距不应小于0.6D；
6、同时设有液下喷射泡沫灭火设备、固定冷却水设备和扑救防火堤内液体火灾的泡沫灭火设备时，储罐之间的防火间距可适当减小，但地上式储罐不宜小于0.4D；
7、闪点大于120℃的液体，当储罐容量大于1000m3时，其储罐之间的防火间距不应小于5.0m；当储罐容量小于等于1000m3时，其储罐之间的防火间距不应小于2.0m。
储罐之间应留有一定的防火距离,其确定依据了物料的危险性、储罐的结构、容量、消防力量及操作要求等因素,同时考虑着火几率极小,尽量减少占地、消防设施统一、节省管道等因素。
如本设计的120t乙醚储罐为直径3.2m的储罐，其储罐间防火间距为2.4m。
3.3储罐型式
表3.3.1甲、乙、丙类液体储罐分组布置的限量
名称
单罐最大储量（m3）
一组罐最大储量（m3）
甲、乙类液体
200
1000
丙类液体
500
3000
液体储罐的型式很多,按建造材料可分为金属罐和非金属罐两种。
金属罐应用广泛;非金属罐（如砖砌、混凝土和橡胶储罐）导电性能差,易遭受雷击,加之罐容往往较大,着火难以扑救,特别是黄岛油库大火之后,国家已禁止建造此类储罐（用于储存石油产品）。
金属储罐的种类较多,从结构形式讲有立式、卧式、圆柱形、球形、椭圆形、浮顶罐等。
然而,国内外广泛应用的是立式拱顶罐和浮顶罐。
储存乙醚则宜首先选择浮顶罐,其次为拱顶罐。
若选取拱顶罐,考虑到安全可靠、减少物料蒸发损失、火灾扑救容易等因素,单台罐容量不宜超过10000m3。
若采用浮顶罐，施工成本以及维护价格将极大的提高。
因此，采用拱顶罐加微压安全阀，对储罐平时进行补氮，罐内压保持在2.5KPa以下。
3.4建（构）筑物的耐火等级
根据建筑材料在明火或高温作用下的变化特征,一般将建筑材料分为非燃烧体、难燃烧体和燃烧体三类。
建（构）筑物的耐火等级是由组成建（构）筑物的主要构件的燃烧性能和耐火极限决定的。
《建筑设计防火规范》GB50016-2006将建（构）筑物的耐火等级分为四级。
对不同耐火等级的建（构）筑物的构件分别提出了燃烧性能和耐火极限要求。
根据乙醚罐区的火灾危险性,为保障罐区的防火安全,罐区建（构）筑物在火灾高温作用下要求其基本构件能在一定时间内不被破坏、不传播火灾、延缓和阻止火势蔓延,为疏散人员、物资和扑灭火灾赢得时间,因此,在乙醚罐区设计时,罐区内建（构）筑物（如配电室、控制室、管架等）的耐火等级应按二级考虑,所用建筑材料应为非燃烧体。
3.5电气的防爆
下列建筑物、储罐（区）和堆场的消防用电应按二级负荷供电：
1、室外消防用水量大于30L/s的工厂、仓库；
2、室外消防用水量大于35L/s的可燃材料堆场、可燃气体储罐（区）和甲、乙类液体储罐（区）；
3、座位数超过1500个的电影院、剧院，座位数超过3000个的体育馆、任一层建筑面积大于3000m2的商店、展览建筑、省（市）级及以上的广播电视楼、电信楼和财贸金融楼，室外消防用水量大于25L/s的其它公共建筑；[2]
由于乙醚的物化性质和储存条件所致,其蒸气能在罐区内与空气形成爆炸性混合物（爆炸浓度1.85%-36.5%）,并存在潜在的爆炸危险性,因此,乙醚罐区的电气设计应严格遵循有关标准,如《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）。
其中主要内容包括：
3.5.1爆炸危险环境区域划分
乙醚储存常采用浮顶罐和拱顶罐两类罐型,但其储罐区爆炸危险区域等级是不同的。
若采用浮顶罐,在正常操作时无或几乎无任何“呼吸”损失,不可能出现乙醚蒸气的爆炸性气体混合物,故罐区的爆炸危险环境区域等级为2区;若采用拱顶罐,在正常操作时,存在“呼吸”损失,可能出现乙醚蒸气的爆炸性气体混合物,故罐区的爆炸危险环境区域等级为1区。
3.5.2爆炸危险区域的范围确定
爆炸危险区域的范围确定应综合考虑释放源的级别和位置,易燃物质的性质,空气流通状况,障碍物及生产条件,运行经验,技经比较等诸多因素。
正常操作时,乙醚这种甲类易燃液体,其蒸气的扩散范围约3m;泄漏后其蒸气的扩散范围在10~15m。
因此,乙醚罐区爆炸危险区域的范围取15m为宜。
3.5.3爆炸性混合物的分类、分级和分组
爆炸性气体应按其最大试验安全间隙（MESG）或最小点燃电流（MICR）及引燃温度（℃）进行分类、分级和分组。
乙醚蒸气应划为IA类（级）、T1组。
3.5.4乙醚罐区的电气设计要点
甲类厂房、甲类仓库，可燃材料堆垛，甲、乙类液体储罐，液化石油气储罐，可燃、助燃气体储罐与架空电力线的最近水平距离不应小于电杆（塔）高度的1.5倍，丙类液体储罐与架空电力线的最近水平距离不应小于电杆（塔）高度的1.2倍。
35kV以上的架空电力线与单罐容积大于200m3或总容积大于1000m3的乙醚储罐（区）的最近水平距离不应小于40.0m，当储罐为地下直埋式时，架空电力线与储罐的最近水平距离可减小50%。
乙醚罐区的电气设计还应符合下列要求:
1、宜将正常运行时易产生火花的电气设备,如变配电设备、开关柜、事故发电机等布置在远离乙醚储罐的爆炸危险性较小或没有爆炸危险的区域内;
2、在满足罐区工艺及安全前提下,应减少防爆电气设备的数量;
3、设置的防爆电气设备必须是符合现行国家或国际标准的产品;
4、不宜设置携带式电气设备;
5、应根据罐区内爆炸危险区域的分区、爆炸性乙醚蒸气混合物的级别和组别,选择相应的电气设备;
6、防爆电气设备的级别和组别不应低于乙醚蒸气混合物的级别和组别（IA级、T1组）。
3.6控制乙醚蒸气与空气混合物的浓度
乙醚罐区发生起火爆炸的条件之一,是有浓度合适的乙醚蒸气与空气混合物。
虽然罐区中受设备和操作条件限制,完全消除乙醚蒸气混合物是不可能的,但是通过合理布置、减少蒸气排放、通风、惰化和设置乙醚蒸气浓度监测等措施,尽量减少乙醚蒸气与空气混合物的存在范围,控制混合气浓度,使之达不到爆炸极限是完全可以做到的。
3.6.1减少蒸气排放
减少蒸气排放是罐区防火防爆的关键。
设计上应做好下列几点:
1、选择合适的罐型,减少“呼吸”引起的蒸气外泄;
2、采用密封性能良好的阀门、泵、法兰、垫片等;
3、设置正确的防火堤、污水收集池等。
3.6.2通风
罐区内的建筑物（如配电、控制室等）应设有通风设施（自然或强制）。
甲、乙类厂房用的送风设备与排风设备不应布置在同一通风机房内，且排风设备不应和其它房间的送、排风设备布置在同一通风机房内。
可燃气体管道和甲、乙、丙类液体管道不应穿过通风机房和通
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