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说明书

沈阳工学院

课程设计说明书

题目：

20kt/aTNT生产装置浓硝酸罐区设计

学院：

能源与水利学院

专业：

特种能源技术与工程

学号：

2017年07月

摘要

TNT的重要原料之一就是硝酸，制造TNT之前购入的硝酸需要存放在硝酸罐区，硝酸储罐区是重要的一部分。

本设计注重安全，根据有关规范，设计出浓硝酸罐区。

首先对20t/aTNT生产装置的物料衡算和15天生产量得出硝酸罐区的储量。

其次从硝酸的腐蚀性质以及安全角度，设计出硝酸储罐材料罐体和安全装置。

以及按照相关法规和生产要求，对硝酸罐区进行设备布置和安全措施，做好在硝酸罐区中的设计工作。

最后设计硝酸在各个方面的安全措施，以此确保罐区安全防止硝酸泄露。

本文主要针对硝酸储罐，罐区和安全法规展开研究。

关键词：

硝酸；储罐；罐区；安全防范

Abstract

SummaryofTNTisoneoftheimportantrawmaterialfornitricacid,priortomanufactureTNTpurchasedthenitricacidshouldbestoredinnitricacidtank,nitricacidstoragetankareaisnotpartof.Thedesignfocusonsafety,inaccordancewiththespecifications,designofconcentratednitricacidtankfarm.First20t/aTNTproductionplantmaterialbalanceproductionobtainednitricacidtankfarmand15daysofreserves.Followedfromthecorrosivenatureofnitricacidandasecurityperspective,nitricacidtankmaterialtankdesignandsafetydevices.Andinaccordancewiththerelevantregulationsandproductionrequirements,equipmentlayoutandthenitricacidtanksafetymeasures,doagoodjobinnitricacidtankfarmdesign.Finaldesignofnitricacidinallsecuritymeasures,toensurethesafetyoftankareatopreventnitrateexposure.Papernitricacidtank,tankfarmandsafetycodesarestudied.Keywords:

nitricacidtanks;tankfarm;security

Keywords:

nitricacidtanks;tankfarm;security

目录

摘要I

AbstractII

1绪论1

2物料计算2

2.1每周期TNT生产量2

2.2罐区硝酸需求量2

3储罐4

3.1罐设计原则4

3.2储罐材料4

3.3储罐结构4

3.3.1主体结构5

3.3.2罐壁5

3.3.3封头6

3.3.4警报器6

3.3.5储罐的保温与附件6

3.4物料输送工艺7

3.4.1流量泵7

3.4.2配管7

3.4.3测量仪8

3.5储罐的安全设备8

3.5.1储罐的安全性8

3.5.2通气孔8

3.5.3防腐设储9

3.5.4储罐的接地10

4场地设备及布置11

4.1储存场地基本要求11

4.2分区及设备布置11

4.3安全布置11

4.3.1防油堤12

4.3.2设置安全出口12

5安全与防范13

5.1硝酸的危害13

5.2库房安全防范13

5.2.1安全设施布置13

5.2.2安全检查14

5.3人员安全14

5.3.1化学灼伤及其特点14

5.3.2化学灼伤的现场急救15

5.4法律法规15

5.4.1储藏条件15

5.4.2入库验收16

5.4.3安全操作16

5.4.4应急情况处理17

6结论18

7总结19

参考文献20

1绪论

硝酸，分子式为HNO3，是一种具有强腐蚀性和强氧化性的强酸。

在TNT生产中是一必不可缺少的原材料，在实际生产中需要大量浓硝酸先库存于硝酸储罐区后才能用于生产。

由于硝酸本身具有特殊的理化性质，易挥发，具有强腐蚀性、以及强氧化性；并且硝酸稀释后会放热，当皮肤接触后会烧灼；硝酸蒸汽有毒性，操作人员吸收大量硝酸雾及蒸汽后会导致死亡，导致硝酸罐区的工程具有相对的特殊性。

在硝酸储罐中，结合经济和使用性，需要罐体大小和各种罐区的安全装置和监测仪器。

以及各个装置的材料防止硝酸的强腐蚀性。

随着在现在经济社会中，各种化工事故的频频发生导致了大量的财产损失和人员伤亡，人们越来越重视安全管理。

硝酸储罐事故也经常发生，严重曾有导致诱发爆炸，导致多人死亡。

也会破坏大自然，导致自然失衡。

因此，硝酸罐区工程设计中，要考虑到硝酸特殊性与危险性，对罐区安全性进行考虑，不但要对硝酸储罐进行严格的要求，我们同时也要考虑装卸、布局、防火、环保、运输等一系列，为了防止任何事故的发生

罐区防火、防腐、防酸是罐区设计的重点，直接影响生产安全。

罐区设备相关材料必须做好防腐、防酸、防火处理，避免火灾的发生，要尽可能避免泄漏和污染问题的发生。

此外，罐区设备选择方面，尤其流量泵选择，应根据实际需要选择耐腐蚀材料的泵，且过流部件应采取防腐蚀处理措施，确保流量泵安全性与可靠性及抗腐蚀性，必须进行科学设计和选择。

另一方面，罐区应设置防火堤。

在此为了以防万一我们还需制定出事故发生后的应急措施，确保事故的蔓延，进一步减少财力物力的损失和人员的伤亡。

设置好放油堤乙方储罐泄露后，硝酸扩散到其他厂区，造成无法想象的损失。

在泄露后万一造成人员的伤害，应当熟知伤害造成人体那些部位的损害机理和各方面相对应的医疗措施。

因此为了防止发生泄漏后我们应该提前制定各方面方案，一切设计储罐目的都以安全为本。

2物料计算

物料计算目的是通过TNT产量得出硝酸储罐的规格

2.1每周期TNT生产量

已知年需要tnt20000吨，根据实际情况，每年实际生产300天，全天生产，硝酸储备量要达到15天所用的量。

容易得TNT15天生产1000吨已知精制tnt得率为91%，TNT质量为。

2.2罐区硝酸需求量

已知三段硝化反应，硝酸过用率为90%，三硝基甲苯分子质量为227.13硝酸分子质量为63.01有三段硝化反应方程式如下

一段硝化反应所需硝酸质量为

一段硝化反应产生一硝基甲苯质量为

已知二段硝化反应，硝酸过用率为30%，二硝基甲苯分子质量为182.13硝酸分子质量为63.01有二段硝化反应方程式如下

二段硝化反应所需硝酸质量为

二段硝化反应产生一硝基甲苯质量为

已知一段硝化反应，硝酸过用率为2%，一硝基甲苯分子质量为137.13硝酸分子质量为63.01有一段硝化反应方程式如下

三段硝化反应所需硝酸质量为

得15天硝酸所用量为

t

已知硝酸密度为1.4吨每立方米，质量为1286吨，则规定本项目的设计储存容量为1000立方米。

3储罐

3.1罐设计原则

硝酸是化工重要原料，但具有一定危险性，所以对罐区设计有着一定特殊要求。

因此，硝酸罐区工程设计中，要考虑到硝酸特殊性与危险性，对罐区安全性进行考虑，考虑装卸、布局、防火、环保、运输等一系列

运酸槽车必须停在指定位置，罐储存过程必须严格控制，要按乙类储罐区设计要求和《建筑设计防火规范》进行设计，确保储罐区安全性，降低事故率。

倘若在硝酸罐区工程设计方面存在问题，可能诱发安全事故。

例如，2010年，吉林市某化工厂硝酸罐区为设置泄漏探测器和报警器，诱发爆炸事故，造成9人死亡、70多人受伤，且导致大量化学污染物流入松花江内，造成大面积水体污染，因污染造成的经济损失超过千万，对多个地区农业生产造成了负面影响，造成了恶劣社会影响。

为降低事故率，确保安全生产，加硝酸罐区工程设计具有重要意义。

具体设计中必须做好现场勘察工作，将罐区工程设计与投入后生产工序流程联系起来，使罐区符合安全性、密封性要求，做好设计规划工作，避免因设计方面的不足，诱发泄漏事故。

3.2储罐材料

浓硝酸是强酸，具有酸的通性。

都有强的氧化性，其浓度越大，氧化性越强。

硝酸也不太稳定，收到光照和受热时都会分解。

最后一点也是最重要的一点，硝酸有强烈的腐蚀性，不但能够腐蚀人的皮肤，也能腐蚀橡胶。

其挥发的气体过量吸收会对人造成致命的伤害。

由于浓硝酸与铁铝反应，会在金属表面产生氧化膜，从而不发生反应，所以本设计，浓硝酸储罐选用高纯铝材料，根据资料显示，储存浓硝酸采用高纯铝材质（1060）罐体具有高强度，抗腐蚀性的优点。

3.3储罐结构

储罐的种类虽然多种多样，但可以大致分为储存气体的气体储罐和储存气体的液体储罐以及储藏固体的筒仓。

其中液体储藏罐分为卧式储罐，立式储罐，特殊形状的储罐，以及低温储罐。

考虑到本设计的储罐储量并非巨大，决定采用固定式卧式储罐。

3.3.1主体结构

根据硝酸进出罐区的流量和生产对硝酸储存天数的要求，本项目的设计储存容量为1000吨。

储存系数为0.9，为方便上下料以及使用安全等问题，决定设计4个容量为300立方米的储罐储罐由三个部分组成，分别是两个半椭圆体和一个圆柱体。

其中椭圆体的三径分别为2.8米，2.8米，1.5米。

圆柱体半径为2.8米罐长为10米

其两个椭圆体积为

其圆柱体积为

得总体积为

罐体基本结构示意图如图3.1

3.1硝酸储罐简易示意图

3.3.2罐壁

化工容器多数是薄壁容器，其特征是壁厚与内径之比≤1/50.液体硝酸罐属于薄壁容器。

因此，在设计中仅考虑环向薄膜应力的作用，罐壁的厚度是由强度条件确定。

另外也应考虑在风向载荷和地震条件下的稳定性。

液体硝酸铵储罐仅受液体静压力的作用，一般采用定点设计法确定罐壁的厚度，本设计其壁厚为18mm。

3.3.3封头

封头指与容器两端连接的密封盖体，主要有平盖、半椭圆、蝶形、锥形等形式储罐的封头就是罐顶和罐底，罐顶一般多采用平盖形、半椭圆形和锥形，罐底多采用平板形和锥形。

平盖制造简单，适用于压力不大的容器封头，在同样压力下，比凸形封头厚得多，边缘受力情况比较复杂。

半椭圆形封头应力情况好于蝶形封头。

蝶形封头具有较小的折边半径，导致应力状况较差。

锥形封头的优点是有利于液体均匀分布和排料，锥顶强度很高。

另外，封头愈深，直径与壁厚愈大，加工制造愈难。

可见，液体硝酸铵储罐封头以采用平盖形、半椭圆形和锥形较为合适。

具体选型要依据安装地形、物料情况、输送方式等确定。

相对而言，平盖形封头使用较多，作为罐顶平盖厚度通常按下式计算

式中：

S为平盖厚度,mm;C为壁厚附加量，mm；p为设计压力，kg/cm2；D，为

算直径，mm;[a]为材料许用应力，kg/cm2；K为结构特征系数。

作为平罐底，其下表面与基础接触，且紧密贴合，通常按储罐内径和底板

质确定厚度。

罐顶中心应设通气孔，用于储罐进出料时，保持储罐内外压力平衡。

同时设置方便工作人员维修的公称直径一般为500mm的出入孔。

3.3.4警报器

报警器安装必不可少，是硝酸罐区所有设计中的最重要设计之一，其中警报器包括泄露探测器，喷溅警报器，安装报警器是有效防范安全事故，预防泄露的重要装置。

通过这些警报器可以进行对硝酸罐区的现场各个方面的实时监测。

倘若在罐区内发生泄露事故，警报器就会及时准时的发出提示和警报。

通过警报信息工作人员会及时

3.3.5储罐的保温与附件

硝酸的溶解度受温度影响较为明显，随温度的升高而增大。

在储存和使用过中，不可避免的有热损耗，温度下降。

工业炸药生产中所需硝酸溶液的质量分数都在90%左右，温度若不能达到要求，便会有析晶现象。

因此必须对储罐进行加热和保温。

加热通常采用夹套通蒸汽方式，也可以通过在罐内设置蒸汽盘管对液体硝酸加热。

储罐内设置蒸汽盘管加热方式具有简便易行、安全可靠、效率

高等特点，一般常被采用。

另外，储罐内的液体硝酸的液位是随着使用或进料而变化的，加热盘管亦应分段设置，并且每段加热盘管蒸汽进口有独立的阀门控制。

保温是在罐体外壁施加保温材料减少热量损失，保温材料应具有使用寿命长、组织稳定性高、密度小、导热率低、含水量少、抗压性能好、耐高温和不易燃等特点。

通常采用聚氨酯填充和硅酸盐保温浆料涂抹等方法。

为方便人工检修，罐体内外应设有逆时针旋转盘梯或爬梯，并考虑设置扶手。

对卧式和球形储罐，还应设置支座。

考虑到储存物料的特性和出现异常温度情况，储罐顶部设置自动雨淋装置。

3.4物料输送工艺

物料输送主要的操作是将运输槽车内的硝酸运送到硝酸储罐内。

需要用流量泵为动力，用配管将硝酸运送到储罐内。

3.4.1流量泵

硝酸储罐区的主要动力为流量泵，浓硝酸泵主要选用工程塑料泵，泵过流部件主要采用超高分子量聚乙烯制作，耐腐蚀性能优良，适合浓硝酸等腐蚀性高的腐蚀性液体。

运输槽罐车、储罐停放和安装平面依次升高，需要借助泵将液体硝酸铵由运输槽罐车泵送到储罐，生产使用时，再利用泵把硝酸送到水相溶解罐，这种工艺有下述特征：

（1）适用于设备装置的安装平面随料液输送方

（2）卸料与给料速度快，效率高；

（3）输送管道内料液容易残留，如不及时排出清理，结晶后堵塞管路；

（4）购置输送泵，泵送进出料工艺增加了投资和日常维护费用。

另外，也可采用压缩空气取代输送泵压送液体

3.4.2配管

硝酸储罐的配管在设计为有一定的要求

管道使用衬氟管道，紧衬F4的密度高，耐压性好，防腐蚀性能好。

硝酸储罐的进出口须设置双阀门，便于检修，并提高安全性。

储罐与罐车之间的装卸管线应设置止回阀和紧急切断阀。

进料管设在罐体下部；若由上部进入，则应伸入到罐底约200mm处

3.4.3测量仪

量仪表根据消防法的规定，储罐一定要装有能自动检测内容物数量的装置。

为此，油类储罐一般都使用油面指示计（level indicator）。

然而，这种油面指示计仅能得到粗略的测量结果。

正确的检测方法是从专设在储罐顶盖的开口部位放入检尺进行测量。

在这种测定作业中，虽然根据水和油黏附在检尺上的痕迹就能很容易地测出液面高度。

但是，伴随有产生静电火花的危险。

特别是在内盛燃料的闪点低（38℃以下）的场合，危险性更大。

如果储罐内的油正在流动中，或在流动停止后马上放入测量检尺时，油所带的静电就会有对金属性检尺放电的危险。

为了防止这种放电的危险，应利用与储罐壳体相连接的测量井。

它是一种开有许多孔的金属井筒，使在储罐内部和四周的油对储罐壳体构成静电回路，将测量井四周的油的静电子消除。

3.5储罐的安全设备

为了防止储罐设备破坏，引起火灾，发生爆炸，要备有各种安全设备。

亦需

按照各自的法规实行管理。

3.5.1储罐的安全性

根据所需设置储罐的种类，在充分考虑了储藏物性质的基础上，选择安全性最高的储罐，这是在储罐的安全措施方面最重要的一环。

关于储罐的安全性评价，已有如表11-3和储罐安全概念图（见图11-20）所示的研究报告。

根据报告，推荐采用以下5类安全性最高的储藏方法。

（1）有洒水设备和用绝热材料覆盖，充入惰性气体的锥顶储罐。

（2）充入惰性气体的可变容量储罐。

（3）充入惰性气体的低压储箱。

（4）浮膜式储罐中的储藏物蒸气与空气完全隔绝的储藏。

（5）浮动顶盖储藏。

3.5.2通气孔

通气孔这是为了防止储罐内超压和形成负压引起储罐主体破坏而设置的装置。

储罐之所以超压或形成负压，是由于温度变化和装填、卸出内储物时的一种

压力变化现象，通气孔的大小和结构的确定是以储罐内压力无论如何变化，都不

会损坏储罐主体为原则。

如给予锥顶储罐加上过大的压力，顶盖板被鼓起时，侧板和顶盖板的接合部

位会发生破坏。

据APl的研究报告，某大型储罐，实际上，在压力为1450.4Pa（76mm水柱）的情况下，就造成了顶盖的破坏。

对于通气孔来说，为保护顶盖免于破坏，在安全上应有充裕余地，也就是当压力为725.2Pa（38mm水柱）的情况下，就能大量地排出蒸气。

对于负压而言，建议实用值也是725.2Pa（38mm水柱）。

采用通气孔装置处理蒸气量的计算方法虽有许多种，但是，一般是参照“APIRP2000GuideforTankVenting”进行计算。

另外，消防法中，也对室外可燃性液体常压储罐，规定要设置通气孔（有

通气管或带大气阀的通气管2种），必须使用直径在30mm以上的无阀通气管，

或者带有压力在小于9542.1Pa（500mm水柱）就能动作的有阀通气管（见图11-23）。

在消防法中规定，当锥顶储罐内部压力过大时，要求储罐具备能够从上部排

出蒸气，以释放压力的结构。

因此，除了上述通气管外，根据APlStandard650

工业标准的规定：

储罐顶盖与外壳之间接缝的结构，要求比储罐外壳的结构强度

要小，也就是说，在储罐外壳到达破坏压力之前，顶盖与外壳之间的接缝处首先

破坏，以释放压力，保护储罐外壳不致破坏。

3.5.3防腐设储

罐腐蚀是常见的普遍现象，所不同的是仅在程度上有所差别。

消防法中规定，要通过适当的外部涂漆来防止外部腐蚀。

尤其是要注意储罐平顶盖上积存雨水引起的腐蚀，因为这往往是造成顶盖漏雨的原因。

由于储罐金属外表与土壤接触，产生电解，储罐底部往往发生严重的大面积

腐蚀的同时还会产生点腐蚀。

为了防止这种腐蚀的产生，通常在储罐底板上刷防

锈漆，或者把含硫低的重油与砂混合物铺设在储罐地基上（铺设厚度为10mm），

再在其上安置储罐。

储罐内部腐蚀是由油中或从顶盖漏下的雨水中含有盐分和水溶性硫化物而产生的酸性物质造成的。

目前，防止这种腐蚀的措施，是在储罐内衬上各种防锈

里衬。

3.5.4储罐的接地

储罐接地的目的是使雷电导入大地中，消除两座以上储罐之间的静电电位差，通过金属性阳极构成金属连续性回路达到预防储罐底部产生电气腐蚀的效果。

受消防法管制的储罐规定要安装有效的避雷设备。

如果储罐高度在20m以上，同时也要受建筑标准法管制，必须安装避雷设备。

当储罐主体的导电面积和接地设备相当时，也可以不安装避雷针。

运用接地方法可以通过储罐侧壁和浮动顶盖消除储罐内容物的静电。

但是，当用油泵注入油后，如不经过10~15min左右，电荷是不会减少的。

另外，为了预防储罐底部腐蚀，涂铺沥青保护层是有效的，但却使储罐主体的接地电阻增大。

与此同时，从防止滞留于储罐四周的爆炸性蒸气着火的角度上看，接地也是很有必要的。

这也意味着，设置在混凝土基础上的酸类储罐，尤其需要良好的接地设备。

接地电阻通常规定为10Ω以下。

4场地设备及布置

4.1储存场地基本要求

硝酸罐区设备布局设计非常重要，要考虑到罐区功能分区组合，要符合生产要求。

具体设计中，要对泵房区、装卸区、储罐区进行设计。

在储罐区设计中，必须与各类建筑保持安全距离，而且储罐区必须进行防火设计，保障储罐区防火等级符合化工生产标准，考虑到泄漏问题和紧急处理问题。

装卸区必须要有专用停车场地，装卸车必须将车停在指定位置，而且必须熄火装卸。

泵房区必须设置外启门和安全门，同时要保障安全通道畅通。

罐区防火、防腐、防酸是罐区设计的重点，直接影响生产安全。

罐区设备相关材料必须做好防腐、防酸、防火处理，避免火灾的发生，要尽可能避免泄漏和污染问题的发生。

此外，罐区设备选择方面，尤其流量泵选择，应根据实际需要选择耐腐蚀材料的泵，且过流部件应采取防腐蚀处理措施，确保流量泵安全性与可靠性及抗腐蚀性，必须进行科学设计和选择。

另一方面，罐区应设置防火堤。

4.2分区及设备布置

库顶最好是水泥的平顶结构，里面涂耐酸漆，以防腐蚀。

地坪可用一般的水泥地面。

对于木结构的屋架、门窗和各个结构部位的铁附件，都应涂上耐酸漆或比较耐酸的油漆，以防酸性物品挥发出来的气体或蒸气腐蚀库房结构。

因电灯容易受腐蚀，库内不宜安装电灯，所以，在建筑上必须考虑库房的采光，也可以采取在库外向库内照明的方法。

硝酸罐区主要由硝酸储罐区、汽车罐车卸车区和泵房等功能分区组成。

储罐区与各类建筑之间的防火间距应满足《建筑设计防火规范》的要求：

与甲类厂房最小间距12nm与民用建筑最小间距25m其中罐与罐之间的距离为7米，罐区总长为50m，正门大小为8米，安全出口为2米。

主要布局如图4.1

图4.1硝酸罐区总平面布置图

4.3安全布置

为了防止事故发生后防止事故恶化，减少财力的损失和人员的伤害，在罐区内必须要设置安全设施

4.3.1防油堤

为了有效地防止储罐破损或不可抗拒的自然灾害引起油的漏出和由于沸溢等造成油的扩散，以及对于水灾或从其他区域流来的易燃性液体起到防护作用，需要构筑防火堤或防火墙。

在石油联合企业中，如储罐容积在10000k1.以上时，根据石油联合企业灾害防止法的规定，企业有义务设置流出油防止堤（也叫第2防油堤）。

本文中一律叫做防油堤。

防油堤有用土堆成的，有用混凝土浇灌的和用混凝土砖砌筑成的。

但是，混凝土砖砌筑的墙由于抗地震和抗潮汐性能较差，所以设计当中一定要慎重研究。

所谓危险物储罐的防油堤尚未得到所有消防部门的认可。

4.3.2设置安全出口

厂房或仓库发生爆炸前，一般都会发生不正常现象，如物料化学反应加剧、冒浓烟和发出异常声响等，过一会儿才发生爆炸，操作工人有可能在爆炸前从安全出口跑出厂房。

因此，设置安全出口十分重要。

设置足够的安全出口，一旦发生爆炸事故时，不仅操作工人可以迅速安全疏散，还可以为闻讯赶到事故现场的职工进入抢救创造条件。

在一般情况下，安全出口应不少于两个。

有的厂房或仓库由于只设置一个安全出口，发生爆炸事故时，出口往往被烟火封住，使室内操作工人无法安全疏散出来，闻讯赶到的职工也无法进人事故现场抢救灭火。

从厂房安全出口至最远工作地点的距离愈小愈有利于安全疏散。

厂房的安全疏散距离（即厂房安全出口至最远工作地点的允许距离），火炸药制造厂房和储存仓库的安全疏散距离，一般均应不大于15m。

对于有爆炸危险的厂房和有爆炸危险的仓库，在外墙上开设向外平开的门、

设置封闭式的楼梯间、设有防爆墙或防火墙分隔的室外楼梯，均可作为安全出口，作为安全出口的楼梯，应采用非燃体的钢筋混凝土建造或外包耐火材料的型钢建造。

作为安全出口的楼梯间，不得兼作其他用途，才能确保安全疏散。

5安全与防范

5.1硝酸的危害

硝酸是强腐蚀品，腐蚀品是指能灼伤人体组织并对金属等物品造成损坏的液体，是与皮肤接触在4h内出现可见坏死现象或温度在55℃时对20号钢的表面均匀年腐蚀