防火防爆课程设计.docx

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防火防爆课程设计

《防火与防爆技术》课程设计

某某危化企业（生产或储存）防火防爆设计

专业：

安全工程

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

2011年6月

设计任务书

一、防火与防爆技术课程设计的目的

本环节是在专业基础课和专业课的基础上，通过具体的工程案例的分析和设计，使学生更好地熟悉和理解防火防爆安全技术的基本理论。

通过防火防爆课程设计，掌握生产过程中引起火灾爆炸的原因和基本规律，为分析和解决生产过程中的已经存在的或尚未出现的不安全因素问题提供坚实的实践基础和处理预防措施。

1、进一步理解和掌握防火防爆的基本理论；

2、熟悉危险性生产或储存装置或场所存在的主要危险、有害因素；

3、了解生产工艺流程、熟悉安全生产规程和安全管理制度；

4、运用防火防爆安全技术的基本理论和安全管理原理提出针对性的安全对策措施。

二、课程设计的主要内容

1、准备和熟悉有关参考资料（1天）；

2、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（2天）；

3、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（2天）；

4、分析选择某一厂房进行爆炸危险区域划分（1天）；

5、主要防爆电气设备进行分析、选型（1天）；

6、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（1天）；

7、绘制厂区总平面布置图和厂房爆炸危险区域划分图（1天）；

8、报告的编制与修改（3天）。

三、课程设计要求

1、完成时间：

2周；

2、要求每个学生完成课程设计书一份，约5000字。

要求学生对所设计的内容必须概念准确，参数选择合理，符合设计手册与设计规范及相关参考书籍的要求，计算正确，计算书书写工整、清晰，文笔流畅。

设计合理，图表清晰，符合规范。

3、分组讨论、独立完成。

四、主要参考资料

1、《建筑设计防火规范》GB50016-2006

2、《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008

3、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92

4、其它有关规范标准

5、有关化工生产工艺、防火防爆安全技术图书资料

摘要

本文是针对某某硫酸厂而进行的防火防爆设计。

主要设计规程及方式如下：

（1）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等级；

（2）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，确定其耐火等级，进行工厂区域规划和总平面布置。

选择分析某一厂房进行爆炸危险区域划分，从而对该厂房的主要防爆电气设备进行分析、选型；

（3）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；

（4）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：

火灾危险等级；耐火等级；防火间距；防爆电气设备

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，安全人员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。

硫磺制酸是目前国内普遍采用的一种硫酸生产工艺，由于硫磺是易燃易爆的物品，其特殊的化学性质决定了生产过程中防火防爆安全的重要性。

2008年1月13日凌晨3时50分左右，昆明市西山区海口镇云天化国际化工股份有限公司三环分公司硫酸厂硫磺仓库，53名工人在装卸硫磺过程中，硫磺粉尘突然发生爆燃，事故造成5人死亡，32人受伤，两人失踪。

经过连夜不停歇地搜救，搜救人员在爆炸地点找到两名失踪人员，两名失踪人员已不幸身亡。

针对某某硫酸厂生产及储存可能引发爆炸的潜在危险，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，对某某硫酸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硫酸装置安全生产和储存的可靠性。

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及不足，恳请老师批评指正。

3.工程项目分析

3.1工艺流程介绍

3.1.1硫酸生产工艺流程简述

工业上制硫酸，先将硫磺或黄铁矿（FeS2）煅烧，生成二氧化硫，再将二氧化硫在接触室中V2O5做催化剂用氧气氧化，得到三氧化硫，再在吸收塔中用98%的浓硫酸吸收三氧化硫生成发烟硫酸。

得到的发烟硫酸用水稀释可以得到不同浓度的硫酸。

接触法制硫酸的工业生产简单流程如下图。

3.1.2硫酸生产的具体环节

1、在沸腾炉中燃烧硫磺或高温处理黄铁矿，制取二氧化硫

S+O2==SO2（点燃）

或4FeS2+11O2==2Fe2O3+8SO2（高温）

2、在接触塔中将二氧化硫氧化成三氧化硫

△,V2O5

2SO2+O2==3SO3（该反应为可逆反应）

3、在吸收塔中用98.3%硫酸吸收

SO3+H2SO4→H2S2O7（发烟硫酸）

4，加水

H2SO4+H2O→2H2SO4

3.1.3硫酸及生产原料的理化性质简介

1、硫酸

化学式为：

H2SO4，是一种无色无味的油状液体，是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。

其中浓硫酸有脱水性和强氧化性。

2、黄铁矿

黄铁矿黄铁矿因其浅黄铜的颜色和明亮的金属光泽，常被误认为是黄金，故又称为“愚人金”。

成分中通常含钴、镍和硒，具有NaCl型晶体结构。

成分相同而属于正交（斜方）晶系的称为白铁矿。

成分中还常存在微量的钴、镍、铜、金、硒等元素，含量较高时可在提取硫的过程中综合回收和利用。

3、二氧化硫

化学式为：

SO2，是最常见的硫氧化物。

无色气体，有强烈刺激性气味。

打起主要污染物之一，由于煤和石油通常都含有硫化合物，因此燃烧时会生成二氧化硫。

当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸（酸雨的主要成分）。

若把二氧化硫进一步氧化，便会生成硫酸。

3.2工艺环节的划分

3.2.1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，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（㎡）

沸腾炉

焙烧黄铁矿产生SO2

1050

净化塔

除去造气气体中的杂质

600

干燥塔

干燥气体

750

转化塔

将SO2转化为SO3

750

吸收塔

吸收SO3生成硫酸

500

3.2.2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6、7。

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

编号

储存库名称

储存库功能

长（m）

宽（m）

高（m）

面积（㎡）

煤库

储存并提供造气所需煤

2000

硫酸储存库

安全地储存硫酸

300

3.2.3其它设施

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8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19。

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

编号

名称

功能介绍

长（m）

宽（m）

层数

面积（㎡）

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

1500

礼堂

进行大型集会和活动的场所

3200

办公楼

供厂区主要负责人办公进行决策

1200

技术安全处

负责厂区各项工作安全问题

400

停车场

停放各种车辆

100

2000

休闲娱乐区

为企业员工提供休闲娱乐场所

100

8000

员工宿舍

为在职员工提供住处

1600

污水处理站

处理污水

400

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

变、配电站

负责企业的生产与生活供电

225

消防水池

负责企业消防用水

225

四、火灾危险类别的确定

4.1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

4.1.1生产单元及存储区火灾危险分类

在所确定的六个生产环节中，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

FeS2

9.98×103

（浓）H2SO4

对所确定的六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）硫酸生产装置存在的火灾、爆炸危险指数及危险情况

项目

沸腾炉

净化

干燥

转化

吸收

稀释

物质系数MF

一般工艺危险

基本系数

1.00

放热化学反应

0.5

1.00

物料处理与输送

0.50

0.85

0.50

密闭式或室内工艺单元

0.50

通道

0.20

一般工艺危险系数F1

2.70

2.05

2.00

1.50

2.50

特殊工艺系数

基本系数

1.00

毒性物质

0.60

0.20

易燃范围未惰性化

0.5

过程失常或吹扫故障

0.30

操作压力

0.96

1.00

易燃物质的重量

0.10

氢蚀与磨蚀

0.20

泄漏

0.10

特殊工艺危险系数F2

2.50

2.30

2.86

3.20

工艺单元危险系数F3=F1×F2

6.75

5.13

4.60

4.29

8.00

火灾、爆炸指数F&EI=F3×MF

142

108

168

单元破坏系数

0.80

0.70

0.65

0.82

暴露半径（m）

36.0

27.3

24.6

22.8

42.5

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：

焙烧硫矿、转化、吸收和稀释是甲类危险类别，只有净化和干燥为戊类。

（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

使用或产生下列物质

（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

使用或产生下列物质

（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

甲

（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）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

丙

（1）闪点≥60℃的可燃液体

（2）可燃固体

丁

难燃烧物品

戊

非燃烧物品

4.1.2安全防火防爆重点部位

1、沸腾炉沸腾炉主要作用是产生气体二氧化硫，但由于黄铁矿本身含有较多的杂志，所以燃烧时会伴随产生其他的气体如一氧化碳、氢气、甲烷等易燃易爆的气体。

生产过程中一旦混入空气，与以上气体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，就会发生爆炸。

爆炸后毒性气体SO2会四处逃逸，造成更大的灾害。

2、浓硫酸稀释水遇浓硫酸会产生大量的热，水的密度比浓硫酸小，所以水会飞溅出来。

严重时会产生崩沸，造成设备爆炸和人员伤亡。

4.2安全工作重点

1.沸腾炉沸腾炉产生的气体其主要成分如下：

SO2，CO，CO2，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，一旦空气进入洗气塔、，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0.5%（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、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）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。

（4）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。

（5）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。

五、总平面的布置

5.1分区布置

依据GB50160-2008《化工企业设计防火》，企业在进行区域规划时，应根据该企业及周边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。

根据工厂生产和生活要求，充分考虑了人身财产安全和火灾爆炸危险等多方面因素，将工厂按下图（图5-1）进行分区布置。

图5-1

5.2耐火等级的确定

5.2.1生产区

根据生产区厂房的火灾危险类别，依据《建筑设计防火规范》中的表3.2.1厂房的耐火等级、层数和防火分区的最大允许建筑面积，详见附录。

本次设计沸腾炉、干燥塔、吸收塔的火灾危险类别为甲类，选择耐火等级为一级，厂房面积总共为5600㎡。

净化塔火灾危险类别为戊类，选择耐火等级均为为二级，厂房面积为1400m2。

5.2.2储存区

根据储存区的火灾危险类别以及《建筑设计防火规范》中库房的耐火等级、层数和建筑面积，详见附录。

本次设计厂房全为单层厂房，煤矿库、硫酸储罐的火灾危险类别都为甲类，选择耐火等级为一级，厂房面积为225㎡。

硫铁矿库的火灾危险类别为丙类，选择耐火等级为二级，面积为2000m2，其他的火灾危险等级均为戊类，选择耐火等级为三级，总面积为2100m2。

5.2.3附属设施区

根据《建筑设计防火规范》中的民用建筑的耐火等级、层数、长度和建筑面积，即民用建筑的耐火等级、层数、长度和建筑面积，对生活区的建筑进行耐火等级的确定。

食堂和礼堂耐火等级均为一级，面积分别为1500㎡和3200㎡；办公楼耐火等级为二级，面积分别为1200㎡；门卫室和技术安全处确定耐火等级均为三级，面积分别为25㎡和400㎡；员工宿舍耐火等级为二级，面积为1600m2。

5.3防火间距

5.3.1防火间距的设计原则

本次设计各建构筑物之间的防火间距的设计主要根据《建筑设计防火规范》表3.3.1厂房防火间距（附表Ⅰ）、表3.3.10室外变、配电站与建筑物、堆场、储罐的防火间距（附表Ⅱ）、表4.4.2储气罐或罐区与建筑物、储罐、堆场的防火间距（附表Ⅲ）和表5.2.1民用建筑之间的防火间距（附表Ⅳ）的要求作为最低标准进行确定。

并且只考虑邻近建构筑物间的防火间距。

每个分区内各建构筑物之间的防火间距确定以后，要对分区之间的各建构筑物之间的防火间距进行确定。

本次设计主要考虑全厂重要性设施与甲类厂房、库房之间的防火间距要求，根据规范应为35m。

5.3.1防火间距的确定

产区和存储区主要考虑厂房和库房的火灾危险类别，该工厂的生产区内有甲类和戊类厂房，存储区内有甲类和戊类库房。

根据《石油化工企业设计防火规范》表石油化工厂总平面布置的防火间距，生产厂房和库房甲类—甲类：

30m；甲类—丙类：

20m；丙类—丙类：

10m。

（火灾危险类别为戊类的厂房防火间距铜丙类相同）。

生活区各建构筑物之间的防火间距的确定根据《建筑设计防火规范依据》民用建筑的防火间距及各建构筑物的耐火等级确定。

附属设施区各建构筑物之间的防火间距的设计主要依据《石油化工企业设计防火规范》GB50160—2008表4.1.9石油化工企业总平面布置的防火间距进行确定。

锅炉房、变电站、消防水池都属于全厂重要性设施，污水处理站与它们之间的防火间距至少应为35m，锅炉房可以看作丙类设施，它与变电站之间的防火间距应符合丙类设施与全厂重要性设施之间的防火间距。

综上所述，首先确定各生产厂房、储存库房的火灾危险类别，生活区、附属设施区个建构筑物的耐火等级以及长内所有建构筑物的面积及它们之间的防火间距，再综合考虑总体布置及甲类厂房和库房与厂区围墙和厂内主要、次要道路

之间的距离，对工厂总平面大致布置见（图5-1）。

六、防爆电气的设计

6.1划分爆炸危险区域

本次设计选择1号厂房进行爆炸危险区域划分，根据煤炭的性质，该厂房主要原料为煤炭，生成物主要为H2、CO、H2S等，根据这三种气体的性质，在生产过程中他们在空气中可形成爆炸性混合物，依据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》对生产环境进行爆炸危险分区。

依据本规范2.2.3条，该区域存在的释放源为第二级释放源。

根据规范2.2.5爆炸危险区域的划分应按释放源级别和通风条件确定，存在第二级释放源的区域可划为2区。

H2的原子量为2，相对密度为0.16，根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》第2.3.1条相对密度小于或等于0.75的爆炸性气体规定为轻于空气的气体。

假设该生产厂房通风良好，因此该厂房的爆炸危险区域划分应依据本规范第2.3.7条进行划分。

下图（图6-1）为易燃物质轻于空气、通风良好的生产装置区图。

图6-1

6.2防爆电气的选择

6.2.1爆炸性混合物分级、分组

根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058—92附录三气体或蒸汽爆炸性混合物分级分组举例的气

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