氮肥厂防火防爆课程设计文档格式.docx
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6防爆电气的设计15
划分爆炸危险区域15
防爆电气选择15
爆炸性混合物分级、分组15
7泄爆方式确定及泄爆面积计算16
泄爆方式16
泄爆面积的计算16
8消防灭火器的配备17
灭火器配置场所的火灾种类和危险等级17
火灾种类17
危险等级17
灭火器的选择17
灭火器的设置18
灭火器的最大保护距离18
灭火器的配置18
一般规定18
灭火器的最低配置基准18
灭火器配置设计计算18
计算单元18
配置设计计算19
9总结22
参考文献23
附录24
附表Ⅰ工厂厂房防火间距22
附表Ⅱ室外变、配电站与建筑物、堆场、储罐的防火间距24
附表Ⅲ民用建筑之间的防火间距25
附表Ⅳ1旋转电气防爆结构的选型25
附表Ⅳ2低压变压器类防爆结构的造型26
附表Ⅳ3低压开关和控制器类防爆结构的选型26
附表Ⅳ4灯具类防爆结构的选型27
附表Ⅳ5信号、报警装置等电气设备防爆结构的选型27
附表Ⅴ厂房内爆炸性危险物质的类别与泄压比值（m2/m3）27
『摘要』本设计是针对氮肥厂而进行的防火防爆设计。
通过对氮肥的生产工艺过程的了解，根据生产原料及产品的性质，进行生产设计，再根据生产工艺过程，设置工厂内所需的厂房。
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。
按照工厂的生产生活需要，对厂区进行合理分区布置，大致可分为：
存储区、生产区、生活区及附属设施区四个部分。
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以及它们之间的防火间距，然后对工厂进行区域规划和总平面布置。
再选择一个有爆炸危险性的厂房，根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》进行爆炸危险区域划分，分析厂房的主要爆炸危险方式并对厂房内的主要防爆电气设备进行分析并且选型；
选择一有爆炸危险的厂房通过计算厂房的泄爆面积，来确定泄爆方式。
了解生产工艺过程，分析确定工艺过程中所存在的主要危险及各个生产环节和存储场所的火灾危险类别
设定工厂内的生产场所、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，进行工厂区域规划和总平面布置。
分析选择某一厂房进行爆炸危险区域划分对该厂房的主要防爆电气设备进行分析、选型
对某一有爆炸危险的厂房计算其泄爆面积，并选择确定泄爆方式
绘制厂区总平面布置图和厂房爆炸危险区域划分图
『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
1前言
在现代生产和社会生活中，火灾与爆炸灾害是最主要的灾害之一。
火灾具有发生频率高、损失大的特点，而爆炸灾害则具有损害最为惨重的特点。
为了有效预防和控制火灾与爆炸灾害，安全工程师必须认真掌握火灾与爆炸灾害的发生、发展和蔓延规律，以及灾害的控制技术与方法。
国内中小尿素企业中，某某氮肥厂的水溶液全循环工艺尿素装置中的尿素合成塔曾发生过断裂性爆炸事故，给企业造成了人员伤亡和严重的经济损失，对周边的环境造成了不同程度的污染，令全国氮肥行业震惊，也引起了许多尿素企业的高度重视。
针对某某氮肥厂可能发生尿塔爆炸的潜在危险，本人结合学习《建筑设计防火规》GB50016-2006、《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005和《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058—92，并通过技术研讨，生产总结等方式，对某某氮肥厂各个工艺的生产装置的防火防爆和安全使用提出了行之有效的配套技术改造方案，对安全管理方面制定了必要的措施。
以通过技术和管理的创新来保证尿素装置安全生产的可靠性。
由于时间仓促，本人水平有限，本课程设计中难免有疏漏错误呵呵不足，恳请老师批评指正。
2工程概况
本课程设计有针对性地对某某氮肥厂的各个生产工艺的防爆炸事故的安全进行了介绍，并总结了安全使用管理方面的方法，旨在通过技术和管理创新确保尿素企业安全生产的可靠性。
3工程项目分析
工艺流程介绍
生产工艺流程简述（以尿素为例）
工业上用液氨和二氧化碳为原料，在高温高压条件下直接合成尿素，化学反应如下：
2NH3+CO2→NH2COONH4→CO（NH2）2+H2O尿素易溶于水，在20℃时100毫升水中可溶解105克，水溶液呈中性反应。
尿素产品有两种。
结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形，吸湿性强。
粒状尿素为粒径1～2毫米的半透明粒子，外观光洁，吸湿性有明显改善。
20℃时临界吸湿点为相对湿度80％，但30℃时，临界吸湿点降至％，故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放。
目前在尿素生产中加入石蜡等疏水物质，其吸湿性大大下降。
下图为尿素生产流程图：
（图3-1）合成氨生产工艺流程示意图
（图3-2）尿素生产工艺方框流程图
尿素的生产环节
尿素的工艺流程主要可以分为八个生产环节：
造气（煤气发生炉）、脱硫、变换、压缩、脱碳、铜洗、合成和尿素提炼。
尿素及生产原料的理化性质简介
1.尿素
尿素是由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物，又称脲（与尿同音）。
其化学公式为CON2H4、（NH2）2CO或CN2H4O，国际非专利药品名称为Carbamide。
外观是白色晶体或粉末。
它是动物蛋白质代谢后的产物，通常用作植物的氮肥。
尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。
对热不稳定，加热至150~160℃将脱氨成缩二脲。
若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。
2.煤
煤是一种黑色固体矿物[coal]，主要由古代动、植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成，俗称煤炭。
是一种由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。
煤也是获得有机化合物的源泉，通过煤焦油的分馏可以获得各种芳香烃；
通过煤的直接或间接液化，可以获得燃料油及多种化工原料。
3.氮气
氮气在常况下是一种无色无味无嗅的气体，且通常无毒。
氮气占大气总量的%（体积分数），在标准情况下的气体密度是·
dm-3，氮气在标准大气压下，冷却至℃时，变成没有颜色的液体，冷却至℃时，液态氮变成雪状的固体。
氮气的化学性质很稳定，常温下很难跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。
在生产中，通常采用灰色钢瓶盛放氮气。
4.二氧化碳
二氧化碳是空气中常见的化合物，其分子式为CO2，由两个氧原子与一个碳原子通过共价键连接而成，常温下是一种无色无味气体，密度比空气略大，能溶于水，并生成碳酸。
液态二氧化碳蒸发时吸收大量的热而凝成固体二氧化碳，俗称干冰。
区域选择
根据《石油化工企业设计防火规范》，在进行区域规划时，应根据石油化工企业及其相邻的工厂或设施的特点和火灾危险性，结合地形，风向等条件，合理布置。
选择主导风向为北风石油化工企业的生产区，宜位于邻近城镇或居住区全年最小频率风向的上风侧，以便生产过程中的废气及时排除和扩散，以减少对本企业和邻近企业和居民的环境影响。
公路和地区架空电力线路，严禁穿越生产区。
区域排洪沟不宜通过厂区。
当相邻设施为港区陆域、重要物品仓库和堆场、军事设施、机场等，对石油化工企业的安全距离有特殊要求时，应按有关规定执行。
接近原料厂地及产品销售地区，运输方便。
地下水位最好低于地下室和地下构筑物的深度；
地下水对建筑基础最好无侵蚀性。
了解蓄水层水量根据工厂运货量、物料性质、外部运输条件、运输距离等因素合理确定采用的运输方式（铁路、公路、水运、空运）。
运输路线应最短，方便，工程量小，经济合理。
靠近水源，保证供水的可靠性，并符合生产对水质、水量、水温的要求。
污水便于排入附近江河或城市下水系统。
应有利于同相邻企业和依托城市（镇）要科技、信息、生产、修理、公用设施、交通运输、综合利用和生活福利等方面和协作。
避免将厂址选择在建筑物密集、高压输电线路地工程管道通过地区，以减少拆迁。
以甲市为例，甲市的主要重型工业区分布在乙区，甲市地处温带季风气候区，常年以西北、东南风为主，最小上风向为西南地区，所以本厂应该建设在东北或者西南区，考虑交通环境和相应的工业配套设施，在乙区选址比较好。
由于本厂的原料和生产成品具有一定的危险性质，所以应该远离居民区和加油站等地点，以确保人身及财产安全。
综合以上所述，应该把本厂设置在远离居民区的乙区郊区。
生产区间划分
生产区
因为所有的生产环节基本上都是高温高压条件，所以每个环节单独设置一个车间，相互独立，减小发生事故时的连锁反应的概率。
各生产车间编号分别为1、2、3、4、5、6、7、8，且各个生产车间的功能与规模见（表3-1）。
（表3-1）各个生产车间的功能与规模
编号
车间名称
生产车间功能
长（m）
宽（m）
高（m）
面积（㎡）
1
造气车间
生产制造氨气所需的H2
35
30
10
1050
2
脱硫车间
除去造气车间生成的含硫物质
20
6
600
3
变换车间
将半水煤气转化为气
25
750
4
压缩车间
将H2压缩
5
脱碳车间
除去混合气体中的甲烷
500
铜洗车间
提高H2的浓度
900
7
合成车间
生成NH3的车间
8
尿素提炼车间
合成尿素并提炼
40
15
1400
仓储设施
库房主要存储的物质为煤炭、H2、CO2、NH3和尿素。
因为除了煤炭外的几种都是气体，气体一般都采用高压储存或液体储存，并且存放于阴凉干燥处。
储存仓库可分为：
煤库、二氧化碳汽提库、氢气储存室、液氨储存室、尿素储存室，编号分别为9、10、11、12、13。
具体功能和规模见（表3-2）。
（表3-2）各个储存库的功能与规模
储存库名称
储存库功能
9
煤库
储存并提供造气所需煤
50
-
2000
二氧化碳汽提库
提取空气中的CO2，并为尿素生成提供原料
300
11
氢气储存室
存放煤气发生炉产生的H2
225
12
液氨储存室
存放并提供生产所用的NH3
13
尿素储存室
存放最后产物尿素
1500
其他设施
根据化工厂生产和生活需要，工厂内还包括以下附属设施：
门卫室、食堂、礼堂、办公楼、技术安全处、停车场、休闲娱乐区、员工宿舍、污水处理站、锅炉房、变配电站和消防水池。
编号分别为14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25。
具体功能和规模见（表3-5）。
（表3-5）工厂内其他设施的功能及规模
名称
功能介绍
层数
14
门卫室
负责维护厂区正常秩序，检查人员出入
食堂
供职工进餐
16
礼堂
进行大型集会和活动的场所
80
3200
17
办公楼
供厂区主要负责人办公进行决策
60
1200
18
技术安全处
负责厂区各项工作安全问题
400
19
停车场
停放各种车辆
100
休闲娱乐区
为企业员工提供休闲娱乐场所
100
8000
21
员工宿舍
为在职员工提供住处
1600
22
污水处理站
处理污水
23
锅炉房
为整个企业的各项生产与生活提供动力、蒸汽和热水
450
24
变、配电站
负责企业的生产与生活供电
消防水池
负责企业消防用水
4火灾危险类别的确定
生产过程中的主要危险
在整个生产操作过程中，始终存在着高温、高压、易燃、易爆、易中毒等危险因素。
同时，因生产工艺流程长、连续性强，设备长期承受高温和高压，还有内部介质的冲刷、渗透和外部环境的腐蚀等因素影响，各类事故发生率比较高，尤其是火灾、爆炸和重大设备事故经常发生。
在进行停车作业检修过程中，设备、管道、阀门等，如果没有进行置换，置换不干净；
在用火作业前没有进行用火分析；
确定的取样分析部位不对而导致分析结果失真；
或者进行作业时，没有采取可靠的隔绝措施，导致易燃易爆气体进入用火作业区域，以上情况，均可导致火灾、爆炸事故。
生产单元及存储区火灾危险分类
在所确定的八个生产环节中，存在火灾、爆炸危险性物质均为煤气，而煤气的主要成份为H2和CO，其物质系数MF及特性如（表4-1）所示。
（表4-1）物质系数及物质特性
物质名称
物质系数MF
燃烧热（kJ·
kg-1）
美国仿货协会（NFPA）分级
健康危害NH
燃烧热NF
化学活性NR
CO
×
103
H2
105
对所确定的八个生产环节中的生产装置，根据道化学法及其取值原则，分别计算各环节的火灾、爆炸危险指数F&
EI，并进行分析，结果如（表4-2）所示。
（表4-2）氮肥生产装置存在的火灾、爆炸危险指数及危险情况
项目
煤气发生炉
煤气柜
脱硫
变换
铜洗
合成
一般工艺危险
基本系数
放热化学反应
物料处理与输送
密闭式或室内工艺单元
通道
一般工艺危险系数F1
特殊工艺系数
毒性物质
易燃范围未惰性化
过程失常或吹扫故障
操作压力
易燃物质的重量
氢蚀与磨蚀
泄漏
特殊工艺危险系数F2
工艺单元危险系数F3=F1×
F2
火灾、爆炸指数F&
EI=F3×
MF
142
108
97
90
168
单元破坏系数
暴露半径（m）
危险度
很大
中等
轻度
非常大
根据生产车间内所存在的物质的火灾危险性的特征确定该厂房的火灾危险类别，且当同一房间内，布置有不同火灾危险性类别的设备时，应按火灾危险性类别最高的设备确定。
根据《建筑设计防火规范》中的（表）生产的火灾危险性分类，即（表4-3），可确定各工艺的火灾危险类别分别为：
造气、脱硫、变换、压缩、脱碳、铜洗和合成车间都是甲类危险类别，只有尿素提炼车间为戊类。
（表4-3）生产的火灾危险性划分
生产类别
火灾危险性的特征
甲
使用或产生下列物质
（1）闪点＜28℃的易燃液体
（2）爆炸下限＜10%的可燃气体
（3）常温下能自行分解或在空气中氧化即能导致迅速自燃或爆炸的物质
（4）常温下受到水或空气中水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质
（5）遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂
（6）受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质
（7）在压力容器内物质本身温度超过自燃点的生产
乙
（1）闪点≥28~＜60℃的易燃、可燃液体
（2）爆炸下限≥10%的可燃气体
（3）助燃气体和不属于甲类的氧化剂
（4）不属于甲类的化学易燃危险固体
（5）生产中排除浮游状态的可燃纤维或粉尘，并能与空气形成爆炸性混合物者
丙
（1）闪点≥60℃的可燃液体
（2）可燃固体
丁
具有下列情况生产
（1）对非燃烧物质进行加工，并在高热或熔化状态下经常产生辐射热、火花或火焰的生产
（2）利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行爆炸作其他用的各种生产
（3）常温下使用或加工难燃烧物质的生产
戊
常温下使用或加工非燃烧物质的生产
根据储存库内所储存的物质的火灾危险性的特征确定该储存区的火灾危险类别，且当同一储存库内，布置有不同火灾危险性类别的设备时，应按火灾危险性类别最高的设备确定。
根据《建筑设计防火规范》中的（表）储存物品的火灾危险性分类，即（表4-4），可确定各储存库的火灾危险类别分别为：
9号储存库为丙类，11号储存库为甲类，剩下的10、12、13号储存库都为戊类。
（表4-4）贮存物品火灾危险性划分
贮存物品类别
储存物品的火灾危险性的特征
（1）不属于甲类的化学易燃危险固体
（2）闪点≥28~＜60℃的易燃、可燃液体
（3）不属于甲类的氧化剂
（4）助燃气体
（5）爆炸下限≥10%的可燃气体
（6）常温下与空气接触能缓慢氧化、积热不散引起自燃的危险物品
难燃烧物品
非燃烧物品
安全防火防爆重点部位
1.煤气发生炉煤气发生炉主要制造半水煤气，其主要成分为：
氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气及极少量的甲烷、氧气和微量的硫化氢。
氢气、一氧化碳、甲烷极易爆炸。
在生产过程中，一旦空气进入煤气柜、洗气塔、煤气总管，氢气、一氧化碳、甲烷等与空气混合形成爆炸性混合气体，遇到明火或获得发生爆炸的最小能量，即可发生爆炸。
2.尿素合成塔该反应器是本装置的关键设备。
危险因素较多，生产控制条件要求比较苛刻，稍有失误即可产生不了后果，甚至发生事故。
如氨气，无色有刺激性恶臭的气体，危险标记为6，溶于水后使水呈碱性，易腐蚀合成塔内壁，在尿素合成的工程中需高温高压，稍微操作不当便很容易发生爆炸事故。
安全工作重点
1.煤气发生炉造气工段主要制造半水煤气，其主要成分如下：
H2，CO，CO2，N2及极少量的CH4，O2和微量的H2S。
H2，CO、CH4极易爆炸。
在生产过程中，一旦空气进入煤气柜、洗气塔、煤气总管，H2，CO和CH4等与空气混合形成爆炸性混合气体，遇到明火或获得发生爆炸的最小能量，即可发生爆炸。
氧含量是煤气生产过程中一个重要的控制指标，要求控制在%（体积比）以下。
氧含量的增高，意味着火灾、爆炸危险性的增加。
另外，在进行停车作业检修过程中，对于设备、管道、阀门等，如果没有进行置换或置换不干净，在用火作业前没有进行动火分析，确定的取样分析部位不对而导致分析结果失真，或者进行作业时，没有采取可靠的隔绝措施，导致易燃易爆气体进入动火作业区域，均可导致火灾、爆炸事故。
2.尿素合成塔尿素合成塔在使用过程中产生的主要破坏形式有2种，一是内筒泄漏引起的破坏；
二是筒节层板和环焊缝发生应力腐蚀断裂而引起的破坏。
（1）内筒的泄漏尿素合成塔内的尿素溶液（氨基甲酸铵溶液）在反应中对碳钢有强烈的腐蚀作用，一旦穿过不锈钢内筒流至碳钢层板以后腐蚀速度会急剧增加，在较短时间就可以腐蚀扩展到穿透筒壁。
（2）层板和环焊缝的应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂的特点是几乎完全没有金属宏观体积上的塑性变形，这种断裂会造成压力容器的灾难性事故。
因此，能产生应力腐蚀裂纹的压力容器承受到一定拉应力作用，并不马上发生应力腐蚀断裂，而是在经过一段时间以后，往往在没有预兆的情况下发生突然断裂。
上述2种破坏形式中，第二种的预防难度及危害程度显然大于第一种。
3.其他部位
（1）装置停车后要监督检查系统中的危险物料的排空置换情况，排出物料是否进行了安全处理，装置中不准存留毒性物料，特别是装置停车检修时更要仔细地的进行处理。
（2）装置中设置了流散废液集中收回解毒处理系统，要经常监督检查该系统的严格管理、维护情况，督促正确使用，纠正和制止任意排放有毒物料的违章行为。
（3）检查进入尿素作业现场的人员，必须穿作业服、胶皮靴，佩戴化学防护眼镜、过滤式防毒面具或口罩及手套。
禁止人体直接接触氨气，防止皮肤吸收、呼吸吸入中毒和眼睛受刺激。
（4）定期对尿素提炼工作情况进行监督检查，当发现压缩机皮带、滤网和蒸发箱有损坏或工作不正常时，应督促停车维修，进行清洗，防止产物因未能及时干燥而可能造成产品损失。
（5）厂内的有毒生产设备检修或抢修，都必须在严密的防护措施下进行，设备、管道未经清洗解毒处理达到合格，不准任意拆卸，而且也要禁止无人监护的单人作业。
并且厂内所设置的安全防护设施，如可燃气体检测报警仪、毒物检测报警仪、冲洗喷淋设备、解毒抢救器材、温度检测报警仪等，应定期进行检查校验。
定期对消防器材（消火栓、灭火器、火灾报警等）进行检查。
（7）进行密闭操作，加强装置中的通、排风系统的运行情况检查和定期维护保养的监督，以减少逸散在厂房空气中的氨气对作业人员的危害。
考虑到作业环境对作业人员的重要性，对该系统设备出现的故障，应指令及时进行抢修。
（8）要定期或不定期的检查或抽查本装置的一些安全保护性措施与规定的执行情况，如：
作业护具及工器具的解毒处理；
作业现场禁止饮食；
远离火种、热源，工作场所严禁吸烟；
皮肤有擦伤未经处理不得进入现场作业；
下班和饮食前须淋浴洗涤等，纠正和制止违章行为。
5总平面的布置
分区布置
依据GB50160-2008
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