液化气站防火防爆设计说明书.docx
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液化气站防火防爆设计说明书
吉林建筑工程学院
防火防爆技术课程设计
设计题目
某液化气站防火防爆设计
姓名
马月
学号
03410110
班级
安全102班
专业
安全工程
学院
市政与环境工程学院
指导教师
张智超
指导教师评语：
指导教师：
2013年1月
目录
第一章液化石油气的性质及火灾爆炸危险性-4-
1.1密度-4-
1.2相对密度-4-
1.3体积膨胀系数-4-
1.4气化潜热-4-
1.5液化石油气的危险性-5-
第二章总平面的布置-6-
2.1功能分区-6-
2.2耐火等级的确定-6-
2.3选址和布置-6-
2.4防火间距-7-
第三章防爆电气的设计-9-
3.1爆炸和火灾危险场所的等级划分、爆炸危险区域的范围确定-9-
3.2爆炸性混合物的分类、分级和分组-10-
3.3防爆电气的选择-11-
第四章LPG罐区危险性分析-12-
4.1危险类型-12-
4.2蒸汽云爆炸计算-12-
4.3爆炸极限、爆炸危险度、爆炸压力、爆炸温度计算-13-
第五章灭火器配置设计-16-
5.1灭火器配置场所的火灾种类和危险等级-16-
5.2灭火器的选择-16-
5.3灭火器的设置-17-
5.4灭火器的配置-17-
5.5灭火器配置设计计算-18-
第六章液化气站的安全管理措施-21-
6.1.遵守规章制度-21-
6.2防雷-21-
6.3防静电-21-
6.4减少设备故障危害-21-
6.5减少违章操作-21-
6.6预防泄露危害-21-
第七章设计总结-23-
主要参考资料-23-
第一章液化石油气的性质及火灾爆炸危险性
1.1密度
液化石油气（简称 LPG）易在大气中自然扩散，并向低洼区流动，聚积在不通风的低洼地点。
在15℃时，液态丙烷的密度为0.507kg/L,气态丙烷在标准状态下的密度为1.90kg/m3；液态丁烷的密度为0.583kg/L,气态丁烷在标准状态下的密度为2.45kg/m3。
LPG在G3：
G4=5:
5时，液态LPG的密度为0.545kg/L；，气态LPG在标准状态下的密度为2.175kg/m3。
液化石油气的密度随温度和压力而变化。
在压力不变的条件下，其密度随温度的升高而减小。
1.2相对密度
（1）液化石油气气态相对密度
液化石油气气态比空气重1.5—2.5倍，一旦液化石油气从容器或管道中泄露，会像水一样向低处流动和滞留，很容易达到爆炸极限。
（2）液化石油气液态相对密度
在常温下（20度）液化石油气液态各组分的相对密度约在0.5—0.59之间，接近水的一半。
1.3体积膨胀系数
液化石油气受热膨胀，温度越高，膨胀越大。
体积膨胀系数就是温度每升高一度，液化石油气的体积与原来体积的比值。
1.4气化潜热
加气站在储存，接卸，加注中严禁使液化石油气直接接触人体，以免皮肤被吸收大量热量而造成冻伤。
国标编号
21053
CAS号
68476-85-7
中文名称
石油气
英文名称
liquefiedpetroleumges；compressedpetroleumgas
别 名
液化石油气；压凝汽油
分子式
外观与性状
无色气体或黄棕色油状液体，有特殊臭味
分子量
闪点
-74℃
熔 点
溶解性
密 度
稳定性
稳定
危险标记
4（易燃气体）
主要用途
用作石油化工的原料，也可用作燃料
表1—1物质的理化常数:
1.5液化石油气的危险性
危险特性：
极易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。
遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。
与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。
其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。
燃烧（分解）产物：
一氧化碳、二氧化碳。
此外，液化石油气还具有易爆性，液化石油气的爆炸极限为1.5%—9.5%，其爆炸极限范围比汽油大，爆炸下限低，比汽油更易发生燃烧爆炸；易产生静电积聚，在收发作业中易产生大量的静电积聚，易引起静电事故；易膨胀性，液化石油气的膨胀系数大约是同温度下水的10—15倍。
当温度升高时，LPG的体积增大，压力急剧升高，一旦超过容器承压极限，就会造成容器破裂，增大火灾爆炸的危险性；具有冻伤危险性，液化石油气气化潜热很大，平时LPG是加压液化储于钢瓶或罐中，在使用时减压后由液态汽化变为气体，这时会吸收大量热量。
若容器破裂，液化石油气由容器中喷出，溅到人身上，将会造成冻伤；毒性，当人大量吸入液化石油气后会中毒，使人昏迷、呕吐、不适，严重时可使人窒息死亡，也可引起多种慢性病。
第二章总平面的布置
2.1功能分区
液化气站是一个接受储存和分配液化石油气的基地，是城镇或燃气企业把液化石油气从生产厂家转往用户的中间场所。
根据功能，可将其分为:
储罐区：
（50m3液化石油气卧式储罐两个，5m3液化石油气残液罐一个）
生产区：
（卸车点，泵房，灌瓶车间，气瓶间）
辅助区：
（消防泵房，空港瓶库，配电站，发电站，办公室，寝室，卫生间）
2.2耐火等级的确定
根据不同分区来确定耐火等级。
储罐区的生产类别为甲类，耐火等级为一级。
生产区的耐火等级为一级，辅助区的耐火等级为三级。
2.3选址和布置
确定罐区与周围设施的安全距离，建筑物之间的防火间距，储罐之间的防火间距；图中构建筑物为示意性位置，根据规范要求的防火间距对场地建构筑物位置进行合理布置，并标注主要尺寸。
对液化气站进行总平面布置简图。
（1）选址
液化石油气供应基地的布局应符合城市总体规划的要求，且就远离城市居住区、村镇、学校、剧院、体育馆等人员集中的地区和工业区。
液化石油气供应基地的站址宜选择在所在地区全年最小频率风向的上风侧，且应是地势平开阔、不易积存液化石油气的地段。
同时，应避开地震带、地基沉陷和废弃矿井等地区灌瓶间的气瓶装卸平台前应有较宽敞的汽车回车场地。
（2）布置
（1）液化石油气站的生产区和辅助区至少应各设置1个对外出入口。
对外出入口宽度不应小于4m。
（2）卧式储罐不宜小于其直径，操作侧不宜小于3.0m。
卧式储罐组应设置联合钢梯平台
（3）液化石油气站生产区内严禁设置地下和半地下建、构筑物（地下储罐和寒冷地区的地下式消火栓和储罐区的排水管、沟除外）。
生产区内的地下管（缆）沟必须填满砂子。
（4）液化石油气站内铁路槽车装卸线应设计成直线，其终点距铁路槽车端部不应小于20m，并应设置具有明显标志的车档。
（5）铁路槽车装卸栈桥应与铁路装卸线平行布置，且应采用不燃烧材料建造，其长度可取铁路槽车装卸车位数量与车身长度的乘积，宽度不宜小于1.2m，两端应设置宽度不小于0.8m的斜梯。
（6）储罐组四周应设置高度为1m的不燃烧体实体防护墙；
（7）液化石油气泵宜露天设置在储罐区内。
当设置泵房时，其外墙与储罐的间距不应小于15m。
（8）当泵房面向储罐一侧的外墙采用无门、窗洞口的防火墙时，其间距可减少至6m。
（9）液态液化石油气泵的安装高度应保证不使其发生气蚀，并采取防止振动的措施。
2.4防火间距
根据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006中表8.3.9液化石油气供应基地全压立式储罐与基地内建、构筑物防火间距、《建筑设计防火规范》GB50016—2006）和《建筑设计防火规范》GB50016—2006中表4.2.2甲、乙、丙类液体储罐之间的防火间距可知：
储罐与泵房其外墙的防火间距要求15m，取22m。
储罐与另个储罐防火间距要求0.8m,取2.4m.
储罐与灌瓶车间的防火间距要求15m,取22m.
储罐与气瓶间防火间距要求15m,取25m.
储罐与办公室防火间距要求20m,取42m.
储罐与卫生间、配电间防火间距要求35m,取35m.
储罐与空钢瓶库防火间距要求20m,取42m.
储罐与消防泵房防火间距要求30m,取45m.
灌瓶车间与气瓶间防火间距要求6m,取10m.
灌瓶车间与消防泵房防火间距要求30m,取45m.
灌瓶车间与办公室防火间距要求25m,取25m
气瓶与空钢瓶库防火间距要求为15m,取19m
寝室与空钢瓶库防火间距要求8m，取12m。
消防泵房与办公室防火间距要求8m，取18m.
第三章防爆电气的设计
3.1爆炸和火灾危险场所的等级划分、爆炸危险区域的范围确定
爆炸和火灾危险场所的等级，按其物质状态的不同和发生事故的可能性及危险程度划分为三类八级。
根据发生事故的可能性和后果及危险程度，在《电力装置设计规范》中，将爆炸火灾危险场所划分三类八级，见表3.1。
表3.1 爆炸火灾危险场所等级划分
类别
分类场所
级别
分级场所
第一类
气体或蒸汽爆炸性混合物的场所
O-1级
在正常情况下能形成爆炸性混合物场所
O-2级
正常情况下不能形成，仅在不正常情况下才能形成爆炸性混合物场所
Q-3级
在不正常情况下整个空间形成爆炸性混合物的可能性较小，爆炸后果较轻的场所
第二类
粉尘或纤维爆炸性混合物的场所
G-1级
正常情况下能形成爆炸性混合物（如镁粉、铝粉、煤粉等与空气的混合物）的场所
G-2级
正常情况下不能形成，仅在不正常情况下能形成爆炸性混合物的场所
第三类
火灾危险场所
H-1级
在生产过程中产生，使用、加工储存或转运闪点高于场所环境温度的可燃物体，而它们的数量和配置能引起火灾危险的场所
H-2级
在生产过程中出现的悬浮状、堆积可燃粉尘或可燃纤维，它们虽然不会形成爆炸性混合物，但在数量上与配置上能引起火灾危险的场所
H-3级
有固体可燃物质，在数量上和配置上能引起火灾危险的场所
液化石油气站属于第一类，即可燃气体、易燃或可燃液体的蒸汽与空气形成的爆炸性混合物场所。
易燃物质重于空气的贮罐，其爆炸危险区域的范围划分，宜符合下列规定：
（1）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为0区，浮顶式贮罐顺浮顶移动范围内的空间划为1区；
（2）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、沟划为1区；
（3）距离贮罐听外壁和顶部3m的范围内划为2区；
（4）（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为2区。
3.2爆炸性混合物的分类、分级和分组
爆炸性混合物的分类、分级和分组按照《爆炸和火灾危险环境电力装置防爆设计规范》（GB50058-92）
一般是将爆炸混合物分为三类：
I类一一矿井甲烷；
II类一一工业气体（如工厂爆炸性气体、蒸气、薄雾）
III类一一工业粉尘（如爆炸性粉尘、易燃纤维）
液化石油气爆炸性混合物包括易燃液体、液化易燃气体、压缩易燃气体及低温液体。
级别
最大试验安全间隙（MESG）
最小点燃电流比（MICR）
ⅡA
≥0.9
＞0.8
ⅡB
0.5＜MESG＜0.9
0.45≤MICR≤0.8
ⅡC
≤0.5
＜0.45
表3—1气体混合物，应按其最大试验安全间隙（MESG）或最小点燃电流（MIC）分级
（1）按最大试验安全间隙（MESG）分级
最大安全试验间隙是在标准试验条件下，壳内所有浓度的被试验气体或蒸气与空气的混合物点燃后，通过26mm面均不能点燃壳外爆炸气体混合物的外壳空腔两部分之间的最大间隙。
可见，安全间隙的大小反映了爆炸气体混合物的传爆能力。
间隙愈小，其传爆能力就愈强；反之，间隙愈大，其传爆能力愈弱，危险性也愈小。
爆炸气体混合物，按其最大试验安全间隙的大小分为IIA、IIB、IIC三级。
（2）按最小点燃电流（MIC）分级
最小点燃电流在温度为20-40℃。
0.1MPa，电压为24V，电感为96mH的试验条件下，采用IEC标准火花发生器对空气电感组成的直流电路进行3000次火花发生试验，能够点燃最易点燃混合物的最小电流。
最易点燃混合物，是在常温常压下，需要最小引燃能量的混合物。
3.3防爆电气的选择
国家标准《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》规定，各种防爆类型标志如下:
隔爆型d
充油型o
增安型e
充沙型q
本质安全型ia,ib
无火花型n
正压型P
特殊型s
爆炸性气体环境电气设备的选择应符合下列规定：
一、根据爆炸危险区域的分区、电气设备的种类和防爆结构的要求，应选择相应的电气设备。
二、选用的防爆电气设备的级别和组别，不应低于该爆炸性气体环境内爆炸性气体混合物的级别和组别。
当存在有两种以上易燃物质形成的爆炸性气体混合物时，应按危险程序较高的级别和组别选用防爆电气设备。
三、爆炸危险区域内的电气设备，应符合周围环境内化学的、机械的、热的、霉菌以及风沙等到不同环境条件对电气设备的要求。
电气设备结构应满足电气设备在规定的运行条件下不降低防爆性能的要求。
第四章LPG罐区危险性分析
4.1危险类型
液化石油气（LPG）是非常重要的燃料，在工业和日常生活中使用量大。
一旦大量泄漏，极易与周围空气混合形成爆炸性混合物，如遇明火引起火灾爆炸，其产生的爆炸冲击波及爆炸火球热辐射破坏、伤害作用极大，并且伤害范围大，极易导致次生灾害。
国内外曾发生过多起LPG灌区池火灾（PoolFire）、蒸气云爆炸（UVCE）、沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）事故，伤亡、损失极为严重。
因此对LPG灌区进行危险分析对指导灌区安全设计、科学防灾和应急救援，有着重要的社会意义和经济价值。
根据分析灌区的主要危险性是：
PoolFire、UVCE、BLEVE等。
（1）LPG罐区池火灾危险性主要是池火灾火焰热辐射对附近人员的伤害和对周围建筑物和设备的破坏，另外，着火罐及相邻罐在火焰辐射作用下将产生沸腾液体扩展蒸汽爆炸，导致事故扩大。
（2）蒸汽云爆炸（UVCE）是泄露到空气中的液化石油气与空气的云状混合物。
当油气浓度处在爆炸范围时，遇到火源发生爆炸的现象。
主要破坏作用是冲击波引起的超压，冲击破坏。
（3）沸腾液体扩展蒸汽爆炸（BLEVE）是过热液态压缩气体瞬间汽化而发生的爆炸现象。
它能产生巨大火球，主要危害是热辐射。
4.2蒸汽云爆炸计算
蒸汽云爆炸计算：
100立方米的液化石油气总质量约为45053kg.
序号
项目名称
符号
单位
来源或算式
计算结果
1
地面爆炸系数
λ
1.8
2
破坏系数
k
5.6
3
液化石油蒸汽云的TNT当量系数
a
0.04
4
蒸汽云中液化石油气的总能量
WF
kg
45053
5
液化石油气的燃烧热
QF
MJ/kg
46.5
6
TNT的爆炸热
QTNT
MJ/kg
4.19
7
液化石油气的爆炸总能量
E
Kg
E=1.8aWFQF
150840
8
液化石油气蒸汽云的TNT当量
WTNT
kg
WTNT=1.8aWFQF/QTNT
36000
9
死亡半径
R
m
R=13.6（WTNT/1000）0.37
51
10
财产损失的半径
Rc
m
Rc=5.6（WTNT）1/3
63
11
火球半径
R
m
R=2.9（WTNT）1/3
92
12
火球持续时间
t
s
t=0.45（WTNT）1/3
17
表4—1蒸气云爆炸计算
4.3爆炸极限、爆炸危险度、爆炸压力、爆炸温度计算
爆炸极限：
查得液化石油气中氢气5%、甲烷10%、乙烷4%、乙烯3%、丙烷18%、丙烯9%、丁烷45%、丁烯6%，计算出各组分的爆炸极限。
其经验公式如下：
Lx=100/4.76（N-1）+1
Ls=4x100/4.76N+4
式中：
Lx————可燃性混合物爆炸下限，%；
Ls————可燃性混合物爆炸上限，%；
N————每摩尔可燃气体完全燃烧所需的氧原子数。
计算得：
氢气4.1~75%、甲烷5.2~14.3%、乙烷3.3~10.7%、乙烯9.5~21.9%、丙烷2.2~9.5%、丙烯2.6~8.5%、丁烷1.7~8.5%、丁烯1.8~9.6%。
由多种可燃气体组成爆炸性混合气体的爆炸极限，可根据各组分的爆炸极限进行计算。
其经验公式如下：
Lm＝100/（V1/L1+V2/L2+V3/L3+…）
式中：
Lm————爆炸性混合气的爆炸极限，%；
L1、L2、L3————组成混合气各组分的爆炸极限，%；
V1、V2、V3————各组分在混合气中的浓度。
%。
将数据代入计算得：
Lx=2.2%Ls=9.9%
即，液化石油气的爆炸极限为2.2~9.9%，计算值与实际值有误差。
爆炸危险度：
可燃气体或蒸汽的爆炸危险性还可以用爆炸危险度来表示。
爆炸危险度是爆炸浓度极限范围与爆炸下限浓度之比值，其计算公式如下：
爆炸危险度=（爆炸上限浓度—爆炸下限浓度）/爆炸下限浓度
将数据代入计算得：
液化石油气的爆炸危险度为3.5。
爆炸温度
（1）列出液化石油气在空气中燃烧的化学方程式为：
C3H8+5O2=3CO2+4H2O
可见液化石油气爆炸的主要成分是丙烷，以其爆炸温度为液化石油气的爆炸温度。
（2）计算燃烧各产物的热容。
气体平均摩尔定容热容计算式见表4—2
表4—2气体平均摩尔定容热容计算式
气 体
热容／（4186．8J／（kmol·℃））
单原子气体（Ar、He、金属蒸气等）
双原子气体（N2、O2、H2、CO、NO等）
C02、S02
H2O、H2S
所有口原子气体（NH3及其他）
所有五原于气体（CH4及其他）
4.93
4.80+0.00045t
9.0+0.00058t
4.0+0.00215t
10.00+0.00045t
12.00+0.00045t
根据表中所列计算式，燃烧产物各组分的热容为：
N2的摩尔定容热容为[（4.80+0.00045）×4186.8]J／（kmol·℃）
H20的摩尔定容热容为[（4.0 + 0.00215t）X4186．8]J／（kmol·℃）
CO2的摩尔定容热容为[（9.0 + 0.00058t）X4186．8]J／（kmol·℃）
燃烧反应物的总热容为：
18.8（4.8+0.00045t）×4186.8+4（4.0+0.00215t）×4186.8+3（9.0+0.00058t）×4186.8=（557.85+0.187t）×103J/（kmol•℃）
（3）求爆炸最高温度。
先查得丙烷的燃烧热为2217.8KJ/mol，即2.217×109J/kmol因为爆炸反应速度极快，所以全部燃烧热可近似的看作用于提高燃烧产物的温度，也就是等于燃烧产物热容与温度的乘积，即：
2.217×109=[（557+0.187t）×103]•t
解上式得爆炸最高温度t为2262℃。
上面计算是将原始温度视为0℃。
最高温度极高，虽然初始温度与正常室
有差，但对计算的准确性并无显著影响。
爆炸压力
根据教材公式（2-14）知爆炸压力计算公式：
p=Tnp0/T0m
式中：
P、T和n——爆炸后的最大压力、最高温度和气体摩尔数；
p0、T0和m——爆炸前的初始压力、初始温度和气体摩尔数。
设：
p0=0.1MPa；T0=27℃最高温度为2262℃，即T=2535K。
根据丙烷的反应C3H8+5O2=3CO2↑+4H2O可知：
m=24.8，n=25.8
所以P=0.88×106Pa
以上计算的爆炸温度与压力都没有考虑热损失，是按理论的空气量计算的，所得的都是最大值。
第五章灭火器配置设计
建筑灭火器配置按照《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005进行设计。
5.1灭火器配置场所的火灾种类和危险等级
根据GB/T4968—1985《火灾分类》把火灾分为五类：
A:
固体物质火灾，如:
木材，棉，毛，麻。
B:
液体火灾和可熔化固体火灾，如：
汽油，煤油，柴油，原油，甲醇，沥青等。
C:
气体火灾，如：
煤气，天然气，甲烷，丙烷，氢气火灾等。
D:
金属火灾，如：
钾，钠，镁等。
E:
带电火灾，如：
家电，变压火灾。
液化气站火灾种类为A、B、E类火灾。
工业建筑灭火器配置场所的危险等级应根据其生产、使用、储存物品的火灾危险性，可燃物数量，火灾蔓延速度，扑救难易程度等因素，划分为以下三级：
严重危险级：
火灾危险性大，可燃物多，起火后蔓延迅速，扑救困难，容易造成重大财产损失的场所；
中危险级：
火灾危险性较大，可燃物较多，起火后蔓延较迅速，扑救较难的场所；
轻危险级：
火灾危险性较小，可燃物较少，起火后蔓延较缓慢，扑救较易的场所。
液化气站的储罐区火灾危险等级属于严重危险级。
生产区为中危险级，辅助区为轻危险级。
5.2灭火器的选择
灭火器的选择应考虑下列因素：
1灭火器配置场所的火灾种类；
2灭火器配置场所的危险等级；
3灭火器的灭火效能和通用性；
4灭火剂对保护物品的污损程度；
5灭火器设置点的环境温度；
6使用灭火器人员的体能。
灭火器的类型选择
在同一灭火器配置场所，宜选用相同类型和操作方法的灭火器。
当同一灭火器配置场所存在不同火灾种类时，应选用通用型灭火器。
在同一灭火器配置场所，当选用两种或两种以上类型灭火器时，应采用灭火剂相容的灭火器。
A类火灾场所应选择水型灭火器、磷酸铵盐干粉灭火器、泡沫灭火器或卤代烷灭火器。
B类火灾场所应选择泡沫灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器、磷酸铵盐干粉灭火器、二氧化碳灭火器、灭B类火灾的水型灭火器或卤代烷灭火器。
极性溶剂的B类火灾场所应选择灭B类火灾的抗溶性灭火器。
C类火灾场所应选择磷酸铵盐干粉灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器、二氧化碳灭火器或卤代烷灭火器。
D类火灾场所应选择扑灭金属火灾的专用灭火器。
E类火灾场所应选择磷酸铵盐干粉灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器、卤代烷灭火器或二氧化碳灭火器，但不得选用装有金属喇叭喷筒的二氧化碳灭火器。
因此液化气站选择磷酸铵盐（干粉）灭火器。
5.3灭火器的设置
一般规定
1灭火器应设置在位置明显和便于取用的地点，且不得影响安全疏散。
对有视线障碍的灭火器设置点，应设置指示其位置的发光标志。
2灭火器的摆放应稳固，其铭牌应朝外。
手提式灭火器宜设置在灭火器箱内或挂钩、托架上，其顶部离地面高度不应大于1.50m；底部离地面高度不宜小于0.08m。
灭火器箱不得上锁。
3灭火器不宜设置在潮湿或强腐蚀性的地点。
当必须设置时，应有相应的保护措施。
4灭火器设置在室外时，应有相应的保护措施。
5灭火器不得设置在超出其使用温度范围的地点。
因为液化气站的危险等级为严重危险等级，所以它的火灾场所的灭火器的最大保护距离与手提式是9m,与手推式灭火器的最大保护距离是18m。
5.4灭火器的配置
（一）一般规定
（1）一个计算单元内配置的灭火器数量不得少于2具。
（2）每个设置点的灭火器数量不宜多于5具。
（3）当住宅楼每层的公共部位建筑面积超过100m2时，应配置1具1A的手提式灭火器；每增加100m2时，增配1具1A的手提式灭火器。
（二）最低配置基准
A类火灾场所灭火器的最低配置基准应符合表5—1的规定。
表5—1
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