盐酸厂的防火防爆设计.docx
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盐酸厂的防火防爆设计
摘要
在查阅资料熟悉盐酸厂的生产工艺和相关原材料的理化性质的基础上，通过对防火防爆知识的学习，结合相关规范标准，对建厂于沈阳市工业园区的百盛化工有限公司盐酸厂进行包括分区布置、火灾危险类别的确定、耐火等级的确定、防火间距的设计、防爆电气的设计、泄爆方式的确定和泄爆面积的计算以及灭火器的配置等相关防火防爆的设计。
关键词：
盐酸；氢气；耐火等级；防火防爆；泄爆；灭火器
1前言
盐酸是氢氯酸的俗称，是氯化氢气体的水溶液，分子式为HCl，是一种重要的化工原料，工业上可用于稀有金属的湿法冶金、有机合成、漂染工业、金属加工、食品工业、无机药品及有机药物的生产等。
HCl为一元强酸，呈透明无色或黄色。
由于盐酸在工业上有多种用途，其相关生产加工的企业也较为多。
盐酸有刺激性气味和强腐蚀性，且具有极强的挥发性，人或动物接触其蒸汽或烟雾，可引起急性中毒，出现眼结膜炎，鼻及口腔粘膜有灼烧感，鼻出血，齿龈出血，气管炎等。
误服可引起消化道灼伤、溃疡形成。
有可能引起胃穿孔、腹膜炎等。
眼和皮肤接触可致灼伤。
长期接触可引起慢性鼻炎、慢性支气管炎、牙齿酸蚀症及皮肤损害。
且盐酸对环境有危害，对水体和土壤可造成污染。
所以对于生产盐酸的企业，需要一定水平的安全管理才能预防危险事故的发生。
工业上制备盐酸主要采用电解法，将饱和食盐水进行电解，得到的氢气和氯气在反应器中混合点燃生成氯化氢气体再经过冷却后被水吸收成为盐酸。
其工艺流程主要为进气、反应、冷却、吸收以及尾气处理五个部分组成。
由于在生产中，原料氯气有毒，氢气容易爆炸，生成品氯化氢具有腐蚀性，因此在实际生产中防火防爆的安全设计是必不可少的。
2工程概况
本次课程设计针对建厂于沈阳市工业园区的百盛化工有限公司生产盐酸为例，结合《建筑设计防火规范》GB50016-2014.GB50016-2014；《石油化工企业设计防火规范》.GB50160-2008；《房屋建筑制图统一标准》.GB/T5001-2001；《石油化工防火防爆手册》，以及查阅书籍资料，对该厂生产区，储存区以及生活区的火灾、爆炸危险性进行科学分析，得出每个厂区以及设备的防火防爆要点和安全生产使用的安全纲要，并且最终给出了合理化工厂布置图平面图及防火间距布置图。
沈阳百盛化工厂情况概要：
本次设计盐酸厂选址在沈阳市经济技术开发区精细化工园内，该工业园区具有完善的、和化工生产配套的设施以及供水、供电、供气、供暖系统，适合建设化工厂。
该工业园区所处的地理位置属于北温带，这个地区一年中的主导风向为东北风，市内区年最高气温年平均13.7℃，最低气温年平均为2.6℃，全年平均温度为7.9℃。
南侧为同类工厂，西侧和北侧为城市道路，东侧为居民区。
百盛化工厂采取的是直接生产法，即通过氯气和氢气反应生产工业盐酸，通过分析发现整个化工厂主要存在以下安全问题：
（1）物料存储的安全问题
工业生产盐酸主要原材料是氯气和氢气。
氯气是一种有毒气体，吸入氯气可对人的上呼吸道粘膜造成严重的影响，发生中毒反应。
国家标准规定：
1L空气中最多可允许含有氯气0.001毫克。
所以氯气的存储要求严加密闭，储存于阴凉通风处，一旦氯气泄漏将造成十分严重的后果。
氢气和空气混合达到爆炸浓度，爆炸随时发生，而且危害巨大。
两者在存储中都必须密闭保存。
存储容器不可和腐蚀性物品接触，并且应该和氧化剂、碱类以及其他化学品分开存放。
（2）生产过程的安全问题
在生产盐酸的反应过程中，气体点燃之后剧烈反应，反应炉中安装有防爆膜以及安全阀、阻火器等等。
这些安全装置应该定期更换并且有专人勘察。
生产过程应科学严谨，严格控制。
（3）.生活办公区的安全问题
盐酸生产化工厂配备了基础的附属设施，如：
消防水池、锅炉房、污水处理站、水
泵等，使用过程中的溺水，烫伤问题尤为突出。
3工程项目分析
3.1工艺流程介绍
3.1.1生产工艺简述
合成盐酸分两步：
氯气和氢气作用生成氯化氢，再用水吸收氯化氢生产盐酸。
合成氯化氢的反应如下：
Cl2+H2→2HCl（条件：
点燃）
此反应若在低温、常压和没有光照的条件下进行，其反应速率非常缓慢，但在高温和光照的条件下，反应会非常迅速，放出大量热。
氯气和氢气的合成反应，必须很好的控制，否则会发生爆炸。
由于反应后的气体温度很高，因此，在用水吸收之前必须冷却。
当用水吸收氯化氢时，也有很多热量放出，放出热量使盐酸温度升高，不利于氯化氢气体的吸收，因为溶液温度越高，氯化氢气体的溶解度就降低，因此，生产盐酸必须具有冷却措施。
其工艺流程图如图3.1所示；
图3.1工业盐酸生产流程图
生产中，原料氯气有毒，氢气容易爆炸，生成品氯化氢具有腐蚀性，所以安全生产尤为重要。
3.1.2安全防火重点部位
（1）二合一盐酸反应炉：
盐酸反应过程中会放出大量的热，压力上升，即使在反应炉上安装了防爆膜，但是在严重超压的时候会造成大量的热释放，伴随着有毒气体溢出危害巨大。
反应炉中氢气的浓度是在其爆炸上限以上，一旦压力上升造成反应炉损毁，氢气达到爆炸极限（4%~75%），由于反应热存在即可以引起氢气爆炸。
（2）存储区
氢气、氯气以及成品氯化氢的存储中，极其容易受到温度影响进而引发事故，存储区一旦发生意外，后果是无法承受并且无法挽回的。
3.1.3安全工作重点
（1）设备、管线等
设备、管线、阀门设备、管线应该严格进行定时检查，一旦发现问题应该立即抢修或者更换新设备及零部件，避免堵塞、泄露等事故发生。
（2）缓冲罐
气体缓冲罐的作用是使得原料气体缓冲减压，有效的调节原料气压力为合成炉安全生产，调节进炉氯氢气配比，比例为1.00：
1.05~1.10。
使用过程中有温度和许用应力等指标，操作不当容易引发缓冲罐损坏甚至爆炸。
在使用过程中必须时刻关注温度及压力等常量指标，并且定期由专业人员检查和更换。
（3）二合一盐酸反应炉
二合一盐酸反应炉的工作过程中，需要先将氢气在反应炉中点燃，然后通入氯气，使得有毒的氯气被氢气包围从而充分反应。
由此我们可以看出反应炉在整个工业制备中最重要的地位。
氢气的点燃时很重要也很危险的步骤，需要温度、压力和气体混合比例科学严谨，如果一步出错极其容易发生爆炸从而引发火灾。
反应炉的维护至关重要。
反应中的数据变化也需要重点关注。
（4）其他部位
1）氮气吹扫系统负责在工业制备之前的废气清扫工作。
制备工作前应当检查氮气吹扫系统是否正常工作。
2）气体分析系统负责气体纯度分析。
一般氢气纯度（≥98.00%）、氯气纯度（≥80.0%）和氯含氢（≤1.0%），达到点火指标,如果系统在正常运行，要开其中一台合成炉，不
需要再分析总管氢气、氯气纯度和氯含氢，但必须分析炉内含氢和尾气含氢。
3）监督系统监测。
特别是针对反应炉的监控和安全连锁系统，必须有人负责记录并且定期进行检查和调试，确保系统安全运行直到完成任务。
3.2工艺环节的划分
3.2.1生产区
盐酸的工艺流程共分为五个部分，分别为进气、反应、冷却、吸收以及尾气处理。
所以盐酸的生产工艺过程分为五个部分，各个部分都独立设立生产车间，各个生产车间的功能和规模见表3.1。
表3.1各个生产车间的功能和规模
编号
生产车间功能
长（m）
宽（m）
高（m）
建筑面积（㎡）
1
氯气和氢气按比例分配进入缓冲罐
60
40
8
2400
2
氯气和氢气在反应炉中合成氯化氢
60
40
8
2400
3
吸收气体
50
40
8
2000
4
氯化氢气体冷却、制成成品
50
40
8
2000
5
废气处理
60
40
8
2400
3.2.2仓储设备
为了方便工厂的生产和成品的管理，所以在厂内设计有储存车间和成品车间。
化工厂合成化学品时，原料以及制成品一般储存在专门功能的车间，即储存车间。
在本次化工生产中原料为氢气、氯气，制成品为工业盐酸。
由于氢气和氯气危害性巨大，顾需要单独存储，不可以和其他气体混存。
根据盐酸生产工艺流程要求及原材料的储存方式，将原料及成品划为一个储存区，根据它们的储存要求，分成以下的原材料以及产成品库，整个仓储设施区共有3个库房，编号分别为6号、7号、8号库房，依次存放氯气、氢气、盐酸成品。
各个建筑物功能和规格如表3.2所示。
表3.2储存车间的功能和规格
编号
车间名称
储存车间的功能
长（m）
宽（m）
高（m）
建筑面积（㎡）
6
氯气库
储存氯气
30
25
4
750
7
氢气库
储存氢气
30
25
4
750
8
盐酸库
储存盐酸
40
40
4
1600
3.2.3其他设施
为了使得工厂的生产设施趋于完善并且符合相关规定，同时为职工提供适宜的工作、生活环境，现设食堂（建筑物9）、办公楼（建筑物10）、医疗站（建筑物11）、技术安全科（建筑物12）、消防水池（建筑物13）、职工公寓一（建筑物14）、职工公寓二（建筑物15）、浴池（建筑物16）、招待所（建筑物17）、变、配电站（建筑物18）、污水处理站（建筑物19）、锅炉房（建筑物20）、门卫一（建筑物21）、门卫二（建筑物22）。
各个建筑物的规格如下页表3.3所示。
表3.3其他设施的名称和规格
编号
名称
长（m）
宽（m）
层数
建筑面积（㎡）
9
食堂
40
30
3
1200
10
办公楼
30
20
5
600
11
医疗站
30
20
4
600
12
职工公寓一
30
20
6
600
13
职工公寓二
30
20
6
600
14
浴池
20
20
2
400
15
招待所
20
20
4
400
16
门卫一
5
4
1
20
17
门卫二
5
4
1
20
18
技术安全科
20
20
3
400
19
消防水池
--
--
--
314
20
锅炉房
25
20
1
500
21
变、配电站
15
20
1
300
22
污水处理站
25
20
1
500
注：
①一层高度为4m，二层以上（包括两层）每层高度为3m；
②消防水池为半径10m，高2m的圆柱状。
4总平面布置
4.1分区布置
根据厂区生产和生活的要求，在充分考虑人身财产安全和火灾爆炸危险等诸多方面因素的基础上，将整个厂区分为三部分：
东侧为生活区，设有宿舍楼、医疗站、食堂、浴室、办公楼、招待所、技术安全科和停车场等，东北侧设有两个出入口；厂区西南侧（左下角）为生产区，设有各个生产车间；西北侧（左上角）为原料和产品储存区。
储存区及生产区周围为消防水池、绿化隔离带。
4.2火灾危险类别的确定
4.2.1盐酸及生产原料的理化性质简介
（1）盐酸
分子式为HCl，盐酸是氢氯酸的俗称，是氯化氢气体的水溶液，呈透明无色或黄色，分子量是36.461，熔点：
-114.2℃，沸点（101.325KPa）：
-85.0℃，液体密度（-85.1℃，101.325KPa）：
1191Kg/m3，氯化氢气体相对密度（空气=1，25℃，101.325Kpa）：
1.267，蒸汽压（-20℃）：
1469Kpa（0℃）：
2584Kpa（20℃）：
4215Kpa，临界温度：
51.4℃，急性毒性：
LD50:
900mg/Kg（兔经口）；LC50：
3124ppm/小时（大鼠吸入），盐酸不燃，具有强腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤，能和一些活性金属粉末发生反应，放出氢气，分解产物：
氯化氢。
（2）氯气
分子式为Cl2，黄绿色气体，有毒，有刺激性气味，分子量35.461，易液化，熔沸点较低（在101Kpa下，熔点
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