甲苯储罐.docx
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甲苯储罐
防火防爆课程设计
设计题目
2×5000m3甲苯储罐区防火防爆设计
学院
安全科学与工程学院
专业
安全工程
姓名
谌文玲
班级
安全1201
学号
1905120101
指导教师
华敏潘旭海
指导教师评语及成绩：
指导教师：
2016年1月15日
甲苯储罐区防火防爆设计
摘要
本设计根据苯的相关理化性质对2×5000m3甲苯储罐区进行了防火防爆设计。
第一，根据《石油化工企业设计防火规范》、《储罐区防火堤设计规范》以及《化工设备设计全书—球罐和大型储罐》确定甲苯储罐的选型、甲苯储罐区总平面布置并绘制了甲苯储罐区总平面布置简图。
第二，依据《石油化工企业设计防火规范》来确定消防用水量及消火栓布置。
第三，根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》进行火灾危险区域的划分，并对储罐区内的主要防爆电气设备进行分析。
第四，根据《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》绘制了罐区可燃或有毒气体（蒸汽）报警仪布置图。
最后，依据《建筑物防雷设计规范》对避雷针进行了设计。
关键词甲苯储罐区平面布置消防设计报警仪避雷针
编制说明
本设计制作的具体分工如下：
1-4章
谌文玲
5-8章
张彤
总平面CAD
罐区CAD
罐区火灾爆炸危险区域划分图
张彤
消防栓布置图CAD
有毒气体报警仪布置CAD
避雷针CAD
谌文玲
排版整理
谌文玲、张彤
第1章概述
1.1甲苯储罐区防火防爆设计内容
1.1.1项目概述
某化工企业需建2ⅹ5000m3甲苯储罐用于储存甲苯，配套建设、办公用房（105m2）、发配电间（54m2）、门卫（36m2）、压缩机房（42m2）、消防泵房（60m2）、事故收集池（500m2）及备用配件库（90m2），位于某预留地。
预留地东面有一宽12m的普通公路穿过，北面为某机械制造企业厂房，西面、南面为村庄，当地常年主导风向为东南风。
另外，附近预架设15m高的35kv高压输电线。
1.1.2设计内容
1）5000m3的储罐（含附件）选型及尺寸设计；
2）储罐区平面设计；
3）防火堤设计；
4）消防通道设计；
5）总平面设计；
6）在总图上注明高压线的走向及位置；
7）消防用水量计算及消火栓布置（CAD画图）；
8）罐区火灾爆炸危险区域划分（CAD画图）；
9）罐区可燃或有毒气体（蒸汽）报警仪布置图（CAD画图）；
10）避雷针设计（CAD画图）。
1.1.3设计要求
1）熟悉相关设计规范；
2）储罐设计需说明设计依据或编写设计说明书，详细说明设计步骤；
3）罐区布置设计，并绘制CAD图；
4）防火堤设计，书写设计说明书；
5）消防水设计并写出计算说明书；
6）总平面布置设计，并绘制CAD图；
7）消火栓布置CAD图；
8）罐区火灾爆炸危险区域划分CAD图；
9）罐区可燃或有毒气体（蒸汽）报警仪布置图CAD图；
10）避雷针设计CAD图。
1.2甲苯的理化特性
1.2.1物理性质
甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。
在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。
甲苯的熔点为-95℃，沸点为111℃。
甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0.866g／cm³，对光有很强的折射作用（折射率：
1.4961）。
甲苯几乎不溶于水（0,52g/l），但可以和二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，
丙酮和大多数其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。
甲苯的粘性为0.6mPa·s，也就是说它的粘稠性弱于水。
甲苯的热值为40.940kJ/kg，闪点为4℃，燃点为535℃。
1.2.2化学性质
甲苯是有机化合物，属芳香烃，结构简式为C6H5CH3。
在常温下呈液体状，无色、易燃。
它的沸点为110.8℃，凝固点为－95℃，密度为0.866／cm³。
甲苯温度计正是利用了它的凝固点比水很低，可以在高寒地区使用；而它的沸点又比水的沸点高，可以测110.8℃以下的温度。
因此从测温范围来看，它优于水银温度计和酒精温度计。
另外甲苯比较便宜，故甲苯温度计比水银温度计也便宜。
甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶剂中。
甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它可以萃取溴水中的溴，但不能和溴水反应；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。
甲苯与硝酸取代的产物三硝基甲苯一份甲苯和三份硝酸硝化，可得到三硝基甲苯（俗名TNT，梯恩梯），是威力很大的炸药。
甲苯与苯的性质很相似，是化工工业上应用很广的原料。
但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，危害等级为乙类，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。
表1-1甲苯的物理化学性质
相对密度（水=1）
相对蒸气密度（空气=1）
熔点/℃
沸点/℃
闪点/℃
引燃温度/℃
爆炸下限/﹪
爆炸上限/﹪
临界压力/MPa
临界温度/℃
0.87
3.14
-94.9
110.6
4
535
1.2
7.0
4.92
289.5
第2章甲苯储罐的选型
2.1设计参数的确定
由于甲苯熔点为-95℃，沸点为110.6℃，常温下是液体，故选用常温常压贮存。
设计压力：
常压0.1Mpa；
操作压力：
0.1Mpa；
设计温度：
常温25℃；
设计寿命：
对于一般的储罐，使用年限都在25-40年之间。
因此设计该储罐的使用寿命为40年。
2.2储罐选型
（1）储罐应采用钢罐。
（2）选用内浮顶罐，采用常压常温储存。
球型储罐与圆筒型储罐的选择：
立式圆筒。
储罐按几何形状来划分可分为五大类，即立式圆筒形储罐、卧式圆筒形储罐、球形储罐、双曲线储罐和悬链式储罐。
烃类等物质的液态储存一般采用两种方式：
一种为球形储罐储存；另一种为低温立式圆筒形储罐（简称低温储罐）储存。
若选择球形储罐，则有以下缺点：
球罐内液体处于常温或降温状态，罐体承受液体在常温或降温状态下的饱和蒸汽压；
由于材料和制造技术的限制，球罐的单罐储量相对较小，大量储存时需采用多个球罐；
球罐的储存压力较高,罐内压力受环境的影响较大；
罐体材料大多采用高强钢，其操作危险性也相对较大。
本次设计为5000m³甲苯储罐，所以采用常温立式储罐。
（3）固定顶与内浮顶储罐的选择：
内浮顶式
依据《石油化工企业设计防火规范》，第6.2.2条规定：
“甲B、乙A类的液体应选用金属浮舱式的浮顶或内浮顶。
对于有特殊要求的物料，可选用其他型式的储罐。
”
因为苯的闪点为-11摄氏度，依据GB50160-2008《石油化工企业设计防火规范》第3.0.2条，甲苯的火灾危险性为甲B类。
液化烃、可燃液体的火灾危险性分类应按表3.0.2分类，并应符合下列规定：
操作温度超过其闪点的乙类液体应视为甲B类液体；
操作温度超过其闪点的丙A类液体应视为乙A类液体；
操作温度超过其闪点的丙B类液体应视为乙B类液体；操作温度超过其沸点的丙B类液体应视为乙A类液体。
表3.0.2液化烃、可燃液体的火灾危险性分类
名称
类别
液化烃
甲
A
15℃时的蒸气压力>0.1MPa的烃类液体及其他类似的液体
可燃液体
B
甲A类以外，闪点<28℃
乙
A
闪点≥28℃至≤45℃
B
闪点>45℃至<60℃
丙
A
闪点≥06℃至≤120℃
B
闪点>120℃
因为甲苯属于甲B类液体，所以选用内浮顶式。
综上所述，储罐选型为：
地上立式内浮顶圆筒常温常压钢制储罐。
2.3储罐高度及直径设计
根据《钢制立式圆筒型内浮顶储罐系列》（HG21502.2—92）第3.0.2条规定：
内浮顶储罐系列基本参数和尺寸见表3.0.2。
查表得，5000立方米的内浮顶罐的设计参数如表：
查表得，5000立方米的内浮顶罐的设计参数如下：
公称容积（立方米）
5000
设计容积
5360
D1（储罐内径）mm
21000
H（罐壁高度）
16500
h（拱顶高度）
2278
H1（储罐总高度）
18778
根据《钢制立式圆筒型内浮顶储罐系列》（HG21502.2—92）第3.0.2条知，5000m3内浮顶储罐由7层钢板焊接而成，每层钢板厚6mm，所以壁厚Δ=6×7=42mm，外径D1=21000+42×2=21084mm，罐壁h=16500mm，总高H=18778mm。
选用材料Q=20R，浮盘用易熔材料制作。
在设计中将储罐外径定为21000+42ⅹ2=21084毫米，即21.5米，储罐总高度圆整至19米。
选用材料Q=20R，浮盘用易熔材料制作。
2.4储罐安全附件
⑴透光孔：
透光孔主要用于储罐放空后通风和检修时采光，它安装于固定顶顶盖上，一般可设在储液进出口管上方的位置，与人孔对称布置（方位180°处），其中心距罐壁800~1000mm。
透光孔的公称直径一般为DN500。
如有两个以上的透光孔时，则透光孔与人孔，清扫孔（或排污孔）的位置尽可能沿圆周均匀布置，便于通风采光。
为了开闭安全，透光孔附近的罐顶栏杆需局部加高，局部平台最好用花纹钢板，以便防滑。
透光孔的规格选择：
规格：
DN500、型号：
GTG-500C、质量：
18kg；
⑵排污孔：
排污孔设置在储罐底部最低位置，放水管可兼做排污管；
⑶人孔：
人孔的数量应根据储罐的大小及维修要求设置。
通常在罐顶设一个人孔，在罐壁设一个或多个人孔。
人孔应设在方便操作的位置，并避开罐内附件。
对内浮顶储罐，在其固定顶上应设置1个DN500或DN600的人孔；在内浮顶上应设置1个DN600的人孔；在内浮顶支撑高度以上及以下的罐壁上各设1个DN600的人孔。
⑷取样孔：
以往物料化验分析需要的储液样品是由操作人员从设置在罐顶上的量孔直接手工采集。
取样器设置在储罐的下部，除了可以减轻取样操作人员的劳动强度外，采取物料的准确性也大大提高了。
取样器的选择：
YCJ-L型储罐液下采样器；
⑸自动通气阀：
自动通气阀设在浮盘中部位置，它是为保护浮盘处于支撑位置时，储罐进出物料时能正常呼吸，防止浮盘以下部分出现抽空或憋压而设。
扩散管：
扩散管在储罐内与进口管相接，管径为进口管的2倍，并在两侧均匀钻有众多直径2mm的小孔，它起到储罐收液时降低流速，保护浮盘支柱的作用。
⑹液位计：
选用重锤-浮子式钢带液位计。
重锤-浮子式钢带液位计是利用力平衡原理进行液位测量的。
液位高度按下式计算：
第3章储罐区平面设计
甲苯储罐区平面布置，参考《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）、《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）、《建筑设计防火规范》（GB50016-2012）和《消防给水及消火栓系统技术规范》等进行设计，详细设计见附件1：
储罐总平面设计图纸。
3.1内浮顶罐的防火间距
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中6.2.8罐组内相邻可燃液体地上储罐的防火间距不应小于表6.2.8的规定。
（本文中表3-1）
表3-1罐组内相邻可燃液体地上储罐的防火间距
类别
储罐型式
固定顶罐
浮顶、内浮顶罐
卧罐
≤1000m3
>1000m3
甲B、乙类
0.75D
0.6D
0.4D
0.8m
丙A类
0.4D
丙B类
2m
5m
注：
1.表中D为相邻较大罐的直径，单罐容积大于1000m3的储罐取直径或高度的较大值；
2.储存不同类别液体的或不同型式的相邻储罐的防火间距应采用本表规定的较大值；
3.现有浅盘式内浮顶罐的防火间距同固定顶罐；
4.可燃液体的低压储罐，其防火间距按固定顶罐考虑；
5.储存丙B类可燃液体的浮顶、内浮顶罐，其防火间距大于15m时，可取15m。
本项目中的两个5000m³的甲苯内浮顶罐间距为0.4Dmax=8400mm，这里取8.5m。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中6.2.13条立式储罐至防火堤内堤脚线的距离不应小于罐壁高度的一半，卧式储罐至防火堤内堤脚线的距离不应小于3m。
本项目中的两个5000m³的甲苯内浮顶罐罐壁高度为19m，其至防火堤内堤脚线的距离为9.5m，满足要求。
3.2防火堤设计
防火堤，用于常压液体储罐组，在可燃液态物料储罐发生泄漏事故时，防止液体外流和火灾蔓延的构筑物。
3.2.1防火堤的选型
根据《储罐区防火堤设计规范》4.1.3条防火堤的选型应符合下列规定：
（1）防火堤、防护墙的设计，应在满足各项技术要求的基础上，因地制宜
（2）防火堤的选型应符合下列规定：
“钢筋混凝土防火堤，一般地区均可采用。
在用地紧张地区、大型油罐区及储存大宗化学品的罐区可优先选用。
”
（3）防火堤（土堤除外）应采取在堤内侧培土或喷涂隔热防火涂料等保护措施。
所以，2ⅹ5000m3甲苯储罐区的防火堤选用钢筋混凝土防火堤。
3.2.2防火堤的构造
根据《储罐区防火堤设计规范》4.2.7条钢筋混凝土防火堤的构造应符合下列规定：
1.堤身及基础底板的厚度应由强度及稳定性计算确定且不应小于200mm；
2.受力钢筋应由强度计算确定并满足下列要求：
1）钢筋混凝土防火堤应双向双面配筋；竖向钢筋直径不宜小于12mm，水平钢筋直径不宜小于10mm；钢筋间距不宜大于200mm；
2）竖向钢筋的保护层厚度不应小于30mm；基础底板受力钢筋的保护层厚度当有垫层时不应小于40mm，无垫层时不应小于70mm。
所以，2ⅹ5000m3甲苯储罐区选用钢筋直径为0.01m。
3.2.3防火堤的高度
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第6.2.12条，防火堤及隔堤内的有效容积应符合下列规定：
1.防火堤内的有效容积不应小于罐组内1个最大储罐的容积，当浮顶、内浮顶罐组不能满足此要求时，应设置事故存液池储存剩余部分，但罐组防火堤内的有效容积不应小于罐组内1个最大储罐容积的一半；
2.隔堤内有效容积不应小于隔堤内1个最大储罐容积的10%。
第6.2.13条规定：
立式储罐至防火堤内堤脚线的距离不应小于罐壁高度的一半，卧式储罐至防火堤内堤脚线的距离不应小于3m。
第6.2.17条，防火堤及隔堤应符合下列规定：
1.防火堤及隔堤应能承受所容纳液体的静压，且不应渗漏；
2.立式储罐防火堤的高度应为计算高度加0.2m，但不应低于1.0m（以堤内设计地坪标高为准），且不宜高于2.2m（以堤外3m范围内设计地坪标高为准）；卧式储罐防火堤的高度不应低于0.5m（以堤内设计地坪标高为准）；
3.立式储罐组内隔堤的高度不应低于0.5m；卧式储罐组内隔堤的高度不应低于0.3m；
4.管道穿堤处应采用不燃烧材料严密封闭；
5.在防火堤内雨水沟穿堤处应采取防止可燃液体流出堤外的措施；
6.在防火堤的不同方位上应设置人行台阶或坡道，同一方位上两相邻人行台阶或坡道之间距离不宜大于60m；隔堤应设置人行台阶。
设防火堤高度为H，罐组内单罐最大容积为V，防火堤内的面积为A0（长为L，宽为W），其有效面积为A1，贮罐占地面积为A2，罐间距d，防火堤内堤脚线距储罐
。
忽略隔墙、支座、防护墙的体积，则：
因此，本设计防火堤高度取2.2m，，防火堤内堤脚线距储罐
=9.5m。
此外，在防火堤的不同方向设置两个人行踏步或坡道。
第4章总平面布置设计
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）、《化工安全技术手册》（冯肇瑞，杨有启编）和《建筑设计防火规范》（GB50016—2012）的规定确定了总体平面布局中，详细设计见附件2：
总平面布置图。
4.1厂区内部建筑物间的防火间距
4.1.1办公用房
长15m，宽7m，距离储罐29.5m，设在工厂大门附近。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中4.2.12规定，甲苯储罐与办公场所间距不小于30m但是由于办公场所人流量大，因此设置在靠近门卫处。
4.1.2门卫
长6m，宽6m，紧挨工厂大门。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中4.2.12规定，甲苯储罐与办公场所间距不小于20m，
门卫室在布置在紧挨工厂大门，与储罐的距离为61m，完全满足规定要求。
4.1.3备用配件库
长10m，宽9m，设在工厂办公用房正北面，并且距离办公用房15m，厂内道路路边为10m，符合防火要求。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中4.2.12规定：
甲类物品仓库与5000m³甲苯储罐的距离不小于25m。
设计距离32m，完全满足规定要求。
4.1.4发配电间
长9m，宽6m，位于事故收集池正南侧，距离储罐47m。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中5.2.1规定：
变配电所与5000m³甲苯储罐的间距不得小于25m。
但因为整体布局的影响，将配电间布置在距灌区27m远的地方。
4.1.5压缩机房
长7m，宽6m，设在发配电间东侧，消防泵房西侧，距离储罐27m。
根据《石油化工企业设计防火规范》中5.3.4气柜或全冷冻式液化烃储存设施内，泵和压缩机等旋转设备或其房间与储罐的防火间距不应小于15m。
其他设备之间及非旋转设备与储罐的防火间距应按本规范表5.2.1执行。
设计距离为27m，完全满足规定要求。
4.1.6消防泵房
长10m，宽6m，设在压缩机房东侧，距离储罐27m。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中4.2.12规定：
全厂性二类重要设施（消防泵房）与5000m³甲苯储罐的距离不小于30m，设计距离是45m，满足规定要求。
4.1.7事故收集池
长25m，宽20m，距储罐防火堤23m。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中4.2.12规定：
污水处理场（隔油池、污油罐）等距离5000m3甲苯储罐的距离不小于20m。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中6.2.18规定：
事故存液池距防火堤的距离不应小于7m；
因为防火堤距消防车道9m，且消防车道宽为7m，事故收集池位于消防车道外7m处，满足要求。
4.1.815m高压线
设计距离50m，位于厂外南边。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中4.1.9规定：
甲类液体罐组与架空电力线路中心线的距离至少为1.5倍线路塔杆高度，距离罐组1.5倍高度，即22.5m。
高压线设置在厂区南面，距离储罐67m，符合要求。
表4-1建构筑物一览表
编号
名称
建筑面积（m2）
建筑物尺寸（m×m）
火灾危险
耐火等级
备注
1
办公用房
105
15×7
丙
三级
2
门卫
36
6×6
戊
二级
3
备用配件库
90
10×9
甲
二级
4
发配电间
54
9×6
丙
二级
5
压缩机房
42
7×6
丙
二级
6
消防泵房
60
10×6
丙
二级
7
事故收集池
500
25×20
丙
二级
4.2厂区与周围建筑物的防火间距
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中的表4.1.9石油化工企业与邻近工厂货设施的防火间距下表的规定（本文为表4-2）：
表4-2石油化工企业与相邻工厂或设施的防火间距
相邻工厂或设施
防火间距（m）
液化烃罐组（罐外壁）
甲、乙类液体罐组（罐外壁）
可能携带可燃液体的高架火炬（火炬中心）
甲乙类工艺装置或设施（最外侧设备外缘或建筑物的最外轴线）
全厂性或区域性重要设施（最外侧设备外缘或建筑物的最外轴线）
居民区、公共福利设施、村庄
150
100
120
100
25
相邻工厂（围墙或用地边界线）
120
70
120
50
70
厂外铁路
国家铁路线（中心线）
55
45
80
35
—
厂外企业铁路线（中心线）
45
35
80
30
—
国家或工业区铁路编组站（铁路中心线或建筑物）
55
45
80
35
25
厂外
公路
高速公路、一级公路（路边）
35
30
80
30
—
其他公路（路边）
25
20
60
20
—
变配电站（围墙）
80
50
120
40
25
架空电力线路（中心线）
1.5倍
塔杆高度
1.5倍
塔杆高度
80
1.5倍
塔杆高度
—
Ⅰ、Ⅱ国家架空通信线路（中心线）
50
40
80
40
—
通航江、河、海岸边
25
25
80
20
—
地区
埋地
输油
管道
原油及成品油（管道中心）
30
30
60
30
30
液化烃（管道中心）
60
60
80
60
60
地区埋地输气管道（管道中心）
30
30
60
30
30
装卸油品码头（码头前沿）
70
60
120
60
60
（1）储罐与北面某机械制造企业厂房距离为75m：
（2）储罐与西面村庄甲距离为115m：
（3）储罐与南面村庄乙距离为105m；
（4）储罐与东面宽12m的普通公路距离为64m；
（5）储罐与35kv的架空电力线距离为67m。
4.3厂区内各构建筑物间的距离
该厂区内各构建筑物间的距离如下表4-3所示：
表4-3厂区内各构建筑物与储罐间的距离
构建筑物
参考规范（《石油化工企业设计防火规范》）
最小间距
设计间距
备注
5000m³的甲苯内浮顶罐
办公用房
4.2.12
30
35
门卫
4.2.12
20
61
备用配电间
4.2.12
25
32
发配电间
5.2.1
25
47
压缩机房
5.3.4
15
27
消防泵房
4.2.12
30
27
事故收集池
4.2.12
20
29
注：
各构建筑物间的安全距离标准参照《建筑设计防火规范》，《工业企业总平面设计规范》，《供配电系统设计规范》和《石油化工企业设计防火规范》等。
4.4消防通道设计
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第5.2.10条规定：
装置内消防道路的设置应符合下列规定：
1.装置内应设贯通式道路，道路应有不少于两个出入口，且两个出入口宜位于不同方位。
当装置外两侧消防道路间距不大于120m时，装置内可不设贯通式道路；
2.道路的路面宽度不应小于4m，路面上的净空高度不应小于4.5m；路面内缘转弯半径不宜小于6m。
根据《石油化工企业设计防火规范》第4.3.5条：
液化烃、可燃液体、可燃气体的罐区内，任何储罐的中心距至少两条消防车道的距离均不应大于120m；当不能满足此要求时，任何储罐中心与最近的消防车道之间的距离不应大于80m，且最近消防车道的路面宽度不应小于9m。
根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2012）表4.2.9规定：
（本文为表4-4）
表4-4甲、乙、丙类液体储罐与铁路、道路的防火间距（
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