防火防爆课程设计.docx
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防火防爆课程设计
某化工厂氨制冷车间防火防爆安全设计
摘要
制冷车间以氨作为制冷剂，通过分析车间的工艺流程、氨的理化性质划分车间的火灾危险类别，根据车间内各设施的功能对车间分区，确定防火间距并进行总平面的布置。
确定其耐火等级，然后进行爆炸危险区域的划分，分析爆炸危险环境，对防爆电气设备进行选择。
最后通过对爆炸危险区域进行泄爆面积计算及泄爆方式的确定。
关键词：
氨制冷火灾爆炸危险防火间距耐火等级防爆电气泄爆
目录
摘要Ⅲ
1工程概况1
1.1项目简介1
1.2设计依据1
1.3气候特点1
1.4项目区域1
1.5工程项目分析2
1.5.1工艺流程简述2
1.5.2氨的理化性质及危险特性2
1.6小结3
2平面布置4
2.1火灾危险性分类4
2.1.1氨的火灾危险性分类4
2.1.2车间火灾危险分类4
2.2功能分区4
2.2.1生产区4
2.2.2储存区5
2.2.3其他设施区5
2.3防火间距5
2.3.1防火间距设计原则5
2.3.2防火间距的确定6
2.4总平面布置6
2.5耐火等级的确定8
2.6小结8
3防爆电气的选择9
3.1爆炸危险环境9
3.2爆炸性混合物分级、分组9
3.3防爆电气选择10
3.4小结11
4泄爆面积及泄爆方式12
4.1泄爆面积的计算12
4.2泄爆方式的确定12
4.3小结12
5总结13
参考文献14
致谢15
1工程概况
1.1项目简介
该化工企业的一些生产工艺过程是在低温状态下进行的，需要维持低温状态才能正常生产。
氨在常温下为气态，经过加压后变为液态会吸收热量，因此选择氨为制冷剂，以此为原理设置制冷车间。
该车间的主要功能是用氨制冷设备等生产、输送15-25℃的冷冻盐水，为工艺反应提供低温环境。
1.2设计依据
（1）《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）
（2）《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
（3）《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）
（4）《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》（GB50493-2009）
（5）《常用危险化学品的分类及标志》（GB13690-2009）
1.3气候特点
（1）气压：
年平均大气压:
100.8kPa
（2）温度：
年平均温度:
14℃
（3）湿度：
年平均相对湿度:
69.6％
（4）风：
年平均风速:
3.3m/s；最大风速：
26.8m/s；年主导风向:
东北风
1.4项目区域
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。
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，便于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[1]。
该车间占地面积为3100m²，选址于厂区的西半部；南边相距44米处是变配电车间，东边相距27米处是其他工艺车间；北边和西边与围墙外周边尚有5米的缓冲地带，围墙外72米处为某纺织有限公司厂房；项目周边500m范围内没有常住居民，不会对周边居民造成大的影响。
1.5工程项目分析
1.5.1工艺流程简述
氨制冷工艺的主要设备有盐水罐、蒸发器、气液分离器、液氨压缩机、蒸发冷凝器、循环水储罐、氨冷凝器等。
首先，液氨储罐里的液氨由调节站经过节流后进入蒸发器，在蒸发器内汽化，吸收热量使盐水温度降低。
汽化后的氨经氨液分离器气液分离，液体重新回到蒸发器，气体经过回气管道进入压缩机气端，压缩机将低温低压气体压缩为高温高压的气体，经过管道进入氨冷凝器，在冷凝器内冷凝为液体，液体回流到液氨储罐内，即完成了一个制冷循环。
由于压缩机工作时会产生热量，因此由循环水储罐向蒸发冷凝器供水后得到冷水不停地为压缩机降温。
流程简图见图2-1。
图2-1工艺流程简图
1.5.2氨的理化性质及危险特性
氨的理化性质及危险特性详见表2-1。
表2-1氨的理化性质及危险特性一览表
标识
中文名
氨
分子式
NH3
危险性
类别[2]
第2.3类
有毒气体
别名
液氨、氨气
分子量
17.03
危险货物编号
23003
理化性质
外观与性状
无色透明，有刺激性恶臭。
溶解性
易溶于水、乙醇、乙醚
熔点
－77.7℃
沸点
－33.5℃
燃烧热
-316.25kJ/mol
相对密度（空气＝1）
气态
0.60
相对密度（水＝1）
0.7（-33℃）0.617（20℃）
饱和蒸气压
506.62kPa（4.7℃）
临界温度
132.5℃
临界压力
11.40MPa
禁忌物
卤素、酰基物、酸类、氯仿、强氧化剂
燃爆危险与消防
燃烧性
易燃
引燃温度
651℃
火灾危险性类别
乙类
爆炸极限
15～28﹪
闪点
-54℃
燃烧（分解）产物
氧化氮、氨。
危险特性
与空气能形成爆炸性混合物。
遇明火、高热能引起燃烧、爆炸。
容器受热内部压力增大，有发生开裂、爆炸的危险。
灭火方法
必须穿戴全身防火、防毒服，切断气源。
若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体。
喷水冷却容器，可能时将容器从火场移至空旷处。
灭火剂：
雾状水、抗溶性泡沫、二氧化碳、砂土。
1.6小结
本章分析了项目的概况，包括简介，所在地的气压、温度、湿度、风向等，根据这些条件对车间进行了区域选择；了解了车间的工艺流程及氨的理化性质，为进行火灾危险类别和防火间距的确定提供了依据，为总平面的布置奠定了基础。
2平面布置
2.1火灾危险性分类
2.1.1氨的火灾危险性分类
整个工艺流程中的主要危险化学品为氨，存在中毒、窒息、爆炸、冷冻伤等危险因素。
依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）[3]中表3.1.1（生产的火灾危险性分类），由于氨的闪点为-54℃，爆炸极限为15～28﹪[4]，所以氨的火灾危险性分类为乙类。
2.1.2车间火灾危险分类
依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）[3]中表3.1.1（生产的火灾危险性分类）可知，由于压缩机、辅机模块涉及氨使用，所以火灾危险类别为乙类；蒸发冷凝器、循环水储罐和盐水储罐的原料为水和盐水，所以火灾危险类别为戊类；配电间有电气存在，属于丙类；操作间为戊类。
根据该规范第3.1.2条“同一座厂房或厂房的任一防火分区内有不同火灾危险性生产时，该厂房或防火分区内的生产火灾危险性分类应按火灾危险性较大的部分确定”，所以该车间的火灾危险类别为乙类。
2.2功能分区
2.2.1生产区
生产流程区设施有压缩机三台、蒸发冷凝器两台和辅机模块（包括液氨储罐、氨泵、辅助贮液器、气液分离器及液氨阀门、相关仪表等）三台。
各个设施的详细尺寸及功能见表2-1。
表2-1生产区设施尺寸及功能一览表
序号
名称
功能
长/直径（m）
宽/直径（m）
面积（m²）
1
液氨压缩机
将低温低压的氨气压缩为高温高压的氨气。
10.0
3.2
32.0
2
蒸发冷凝器
提供冷凝水为压缩机降温。
10.0
3.8
38.0
3
辅机模块
气液分离器分离气态和液态氨；液氨储罐和辅助贮液器储存、循环液氨，为热盐水降温等。
11.0
4.5
49.5
2.2.2储存区
储存区有盐水储罐和自来水储罐各三个。
各个储罐的详细尺寸见表2-2。
表2-2储存区设施尺寸及功能一览表
序号
名称
功能
长/直径（m）
宽/直径（m）
面积（m²）
1
盐水储罐
储存、循环冷热盐水，与工艺反应釜进行热交换。
13.0
13.0
132.7
2
循环水储罐
为蒸发冷凝器提供循环水。
3.0
3.0
7.0
2.2.3其他设施区
该车间除了制冷循环的设备外，还有一个操作间和一个配电间。
详细尺寸及功能见表2-3。
表2-3车间其他设施尺寸及功能一览表
序号
名称
功能
长（m）
宽（m）
面积（m²）
1
操作间
进行自动化处理控制。
4.0
4.0
16.0
2
配电间
放置相应的电器设备,对电源的进入、输出进行分配、管理及控制。
28.0
4.0
176.0
2.3防火间距
2.3.1防火间距设计原则
对于各部分之间防火间距的设计主要依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）[3]表3.4.1（厂房之间及其与乙、丙、丁、戊类仓库、民用建筑等之间的防火间距）的要求作为最低标准进行确定，内容详见表2-4。
表2-4厂房之间及其与乙、丙、丁、戊类仓库、民用建筑等之间的防火间距（m）
名称
甲类厂房
单层、多层乙类厂房（仓库）
单层、多层丙、丁、戊类厂房
高层厂房（仓库）
民用建筑
耐火等级
耐火等级
一、二级
三级
四级
一、二级
三级
四级
甲类厂房
12.0
12.0
12.0
14.0
16.0
13.0
25.0
单层、多层乙类厂房
12.0
10.0
10.0
12.0
14.0
13.0
25.0
单层、多层丙、丁类厂房
耐火等级
一、二级
12.0
10.0
10.0
12.0
14.0
13.0
10.0
12.0
14.0
三级
14.0
12.0
12.0
14.0
16.0
15.0
12.0
14.0
16.0
四级
16.0
14.0
14.0
16.0
18.0
17.0
14.0
16.0
18.0
单层、多层戊类厂房
一、二级
12.0
10.0
10.0
12.0
14.0
13.0
6.0
7.0
9.0
三级
14.0
12.0
12.0
14.0
16.0
15.0
7.0
8.0
10.0
四级
16.0
14.0
14.0
16.0
18.0
17.0
9.0
10.0
12.0
高层厂房
13.0
13.0
13.0
15.0
17.0
13.0
13.0
15.0
17.0
室外变、配电站变压器总油量（t）
≥5，≤10
25.0
25.0
12.0
15.0
20.0
12.0
15.0
20.0
25.0
＞10，≤50
15.0
20.0
25.0
15.0
20.0
25.0
30.0
＞50
20.0
25.0
30.0
20.0
25.0
30.0
35.0
2.3.2防火间距的确定
对于防火间距该车间的工艺区内存在的火灾危险类别有乙类和戊类，存储区为戊类，其他设施区为丙类和戊类。
由表3-1，可知厂房和库房乙类（一级耐火等级）—戊类（三级耐火等级）：
14m；库房和库房戊类（三级耐火等级）—戊类（三级耐火等级）：
14m；配电间和库房丙类（二级耐火等级）—戊类（三级耐火等级）：
12m。
车间与周边建筑物间距如表2-5所示。
表2-5车间周边间距
间
项
距
目
要求间距（m）
实际间距（m）
装置名称
火灾危险等级
方位
装置
名称
火灾危险等级
车间厂房
乙
东
其他工艺车间
甲
12
27
南
变配电车间
丙
10
44
西南
项目外部建筑
（三类建筑）
丙
12
72
北
围墙
—
5
5
2.4总平面布置
综上所述，首先确定各分区的火灾危险类别，生产区、附属设施区的耐火等级以及车间内所有建构筑物的面积和它们之间的防火间距，再综合考虑车间总体布置，总平面布置如图2-1所示。
图2-1车间总平面布置图
2.5耐火等级的确定
根据工艺区厂房的火灾危险类别，依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）[3]第3.2.1条表3.2.1确定各厂房的耐火等级及厂房面积。
本次设计厂房为双层厂房，一层占地面积为3100m²，其中工艺区面积244.5m²，储存区面积273m²，其他设施区面积128m²；二层占地面积1500m²，其中储存区面积76m²。
综上所述，车间内各部分的火灾危险类别、耐火等级、层数、面积如表2-6所示。
表2-6车间内各设施的火灾危险类别、耐火等级、层数、面积一览表
类别
项目
编号
建筑物
名称
火灾危险
类别
耐火等级
层数
占地面积（m2）
生产区
1
液氨压缩机
乙类
一级
1
96.0
2
蒸发冷凝器
戊类
三级
2
76.0
3
辅机模块
乙类
一级
1
148.5
储存区
4
盐水储罐
戊类
三级
1
265.3
5
循环水储罐
戊类
三级
1
7.0
其他设施区
6
配电间
丙类
二级
1
112.0
7
操作间
戊类
三级
1
16.0
2.6小结
本章首先确定了危险介质和车间的火灾危险类别，进行功能分区，然后根据规范确定了防火间距并进行总平面的布置及各个分区的耐火等级，为划分爆炸危险区域提供了依据。
3防爆电气的选择
3.1爆炸危险环境
该车间主要危险化学物品为氨，在生产过程中如发生泄漏在空气中可形成爆炸性混合物，故将液氨压缩机和辅机模块划为爆炸危险区域，爆炸危险区域划分图详见图3-1。
图3-1爆炸危险区域划分图
依据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058—92）[5]第2.2.3条，该区域存在的释放源为第二级释放源；依据第2.2.5条，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。
3.2爆炸性混合物分级、分组
依据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058—92）[5]第2.4.2条表2.4.2（详见表4-1）确定氨气与空气形成的爆炸性混合物的级别。
表3-1引燃温度分组
组别
引燃温度t（℃）
T1
450＜t
T2
300＜t≤450
T3
200＜t≤300
T4
135＜t≤200
T5
100＜t≤135
T6
85＜t≤100
由于氨气的引燃温度为651℃，所以氨气与空气形成的爆炸性混合物的组别属于T1组。
依据该规范附表3.1，确定氨气与空气形成的爆炸性混合物的级别为ⅡA级。
3.3防爆电气选择
依据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058—92）[5]可知，爆炸危险区域内电气设备防爆结构的选型应符合该规范第2.5.3条表2.5.3-1（旋转电机防爆结构的选型）、2.5.3-2（低压变压器类防爆结构的选型）、2.5.3-3（低压开关和控制器类防爆结构的选型）和2.5.3-4（灯具类防爆结构的选型）的规定。
详细内容见表3-1、表3-2、表3-3和表3-4，表中符号：
○为适用；△为慎用；X为不适用。
表3-1旋转电气防爆结构的选型
爆炸危险区域防爆结构电气设备
1区
2区
隔爆型d
正压型p
增安型e
隔爆型d
正压型p
增安型e
无火花型n
鼠笼型感应
电动机
○
○
△
○
○
○
○
绕线型感应
电动机
△
△
○
○
○
X
同步
电动机
○
○
X
○
○
○
直流
电动机
△
△
○
○
电磁滑差离合器（无电刷）
○
△
X
○
○
○
△
表3-2低压变压器类防爆结构的选型
爆炸危险区域防爆结构电气设备
1区
2区
隔爆型d
正压型p
增安型e
隔爆型d
正压型p
增安型e
充油型o
变压器
（包括起动用）
△
△
X
○
○
○
○
电抗线圈
（包估起动用）
△
△
X
○
○
○
○
仪表用互感器
△
X
○
○
○
表3-3低压开关和控制器类防爆结构的选型
爆炸危险区域防爆结构电气设备
0区
1区
2区
本质安全型ia
本质安全型ia，ib
隔爆型
d
正压型
p
充油型o
增安型e
本质安全型ia，ib
隔爆型d
正压型p
充油型o
增安型e
刀开关、断路器
○
○
熔断器
△
○
控制开关及按钮
○
○
○
○
○
○
○
电抗起动器和起动补偿器
△
△
○
○
起动用金属电阻器
△
X
○
○
○
电磁阀用电磁铁
○
X
○
○
电磁摩擦制动器
△
X
○
△
操作箱、柱
○
○
○
○
控制盘
△
△
○
○
配电盘
△
○
表3-4灯具类防爆结构的选型
爆炸危险区域防爆结构电气设备
1区
2区
隔爆型d
增安型e
隔爆型d
增安型e
固定式灯
○
X
○
○
移动式灯
△
○
携带式电池灯
○
X
○
指示灯类
○
○
○
镇流器
○
△
○
○
根据以上表格的要求，对于2区的液氨泵、氨压缩机及其他电气等选为隔爆型。
3.4小结
本章确定了爆炸危险环境类别，对爆炸性混合物进行分级、分组，对防爆电器进行了选择。
根据前一章的功能分区划分了爆炸危险区域，为进行安全措施，计算泄爆面积显得尤为重要。
4泄爆面积及泄爆方式
4.1泄爆面积的计算
由于液氨压缩机和辅机模块为爆炸危险区域，故选择工艺区进行泄爆面积的计算。
依据《建筑设计防火规范》（GB50058—92）[3]第3.4.1条，有爆炸危险的甲、乙类厂房宜独立设置，并宜采用敞开或半敞开护层。
依据《建筑设计防火规范》（GB50058—92）[3]表3.6.3厂房内爆炸危险物质类别与泄压比值，氨气应选择≥0.03。
由于长径比小于3，所以不需要划分多个计算段。
根据泄爆面积计算公式
A=10×c×V2/3（4.1）
式中，A为泄爆面积（m2）；C为泄压比值（m2/m3）；V为厂房体积（m3）。
根据公式V=50×30×4.5=6750m3，C=0.05
得泄爆面积A=178.6m2
4.2泄爆方式的确定
依据《建筑设计防火规范》（GB50058—92）[3]第3.6.4条，泄压设施的设置应避开人员密集场所和主要交通道路，并宜靠近有爆炸危险的部位，作为泄压设施的轻质屋面板和轻质墙体的单位质量不宜超过60kg/㎡，且与相邻厂房连通处应采用防火材料密封。
有爆炸危险的设备宜避开厂房的梁、柱等主要承重构件布置，所以选择采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗进行泄爆。
4.3小结
本章进行了泄爆面积的计算并选择了泄爆方式，泄爆面积的正确计算对危险区域与周边环境的距离提供了安全保证，而选择合理的泄爆方式对于减轻事故的严重程度也非常重要。
5总结
本次课程设计通过分析车间的工艺流程、氨的理化性质，确定车间的火灾危险特性，根据防火间距的要求进行了总平面布置。
根据车间内各设施的功能，将车间分为生产区、储存区和附属设施区三个部分，查询规范《建筑设计防火规范》GB50016-2006、《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008等确定了各个分区的耐火等级。
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-1992进行爆炸危险区域的划分，确定了车间爆炸性气体环境为2区，并将车间的主要防爆电气设备选为隔爆型。
最后选择工艺区进行泄爆面积的计算，并且选择以泄爆窗或泄爆墙的方式泄爆。
由于我的学术水平有限，可能与实际情况有所误差，所写论文难免有不足之处，在今后定会做的更完善，有不足之处尽请谅解。
参考文献
[1]GB50160-2008，石油化工企业设计防火规范[S].北京：
中国计划出版社，2008.
[2]GB13690-2009，常用危险化学品的分类及标志[S].北京：
中国计划出版社，2009.
[3]GB50016-2006，建筑设计防火规范[S].北京：
中国计划出版社，2006.
[4]解立峰，余永刚，韦爱勇，李斌.防火与防爆工程[M].北京：
冶金工业出版社，2010.
[5]GB50058—1992，爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范[S].北京：
化学工业出版社，1992.
[6]梁慧敏，张奇，白春华.电气安全工程[M].北京：
北京理工大学出版社，2013.
致谢
此次课程设计过程中遇到了许多的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。
在此要感谢刘英炎老师和谭小群老师，给予我们无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我们进行设计的修改。
在今后的学习中，我定会更加努力做到更好。
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