环己烷罐区防火防爆设计说明书k.docx
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环己烷罐区防火防爆设计说明书k
防火防爆设计课程设计说明书
设计题目
4ⅹ2000m3环己烷罐区防火防爆设计
学院
城市建设与安全工程学院
专业
安全工程
班级
安全1101第四组
姓名
蒋妍婷
指导教师
华敏
2014年10月
摘要
本设计根据环己烷的相关物化性质对4×2000m3环己烷储罐区进行了防火防爆设计。
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》确定储罐的选型及设计、防火堤设计以及罐区总平面布置并绘制了罐区总平面布置简图。
然后又依据《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。
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》以及《爆炸性气体环境用电气设备第14部分：
危险场所分类》进行火灾危险区域的划分，并对储罐区及泵房进行分析。
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。
最后依据依据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008对避雷针的设计进行了分析。
关键词：
环己烷消防用水量消火栓避雷针火灾危险
编制说明
本设计制作的具体分工如下：
本评价报告所用的相关资料由集体搜集
Word分工：
（1）蒋妍婷：
1）第一章储罐的选型及尺寸的设计
2）第三章总平面设计
3）第四章消防用水量及消防栓的布置
4）第五章罐区火灾爆炸危险区域划分
（2）康晓林：
1）第二章储罐区的平面设计
2）第六章罐区可燃气体（蒸汽）报警仪布置
3）第七章罐区避雷针设计
CAD分工：
（1）蒋妍婷：
1）消防用水量计算及消火栓布置（CAD画图）；
2）罐区火灾爆炸危险区域划分（CAD画图）；
（2）康晓林：
3）罐区可燃或有毒气体（蒸汽）报警仪布置图（CAD画图）；
4）避雷针设计。
本设计说明全稿由蒋妍婷进行排版整理并对细节部分进行了修改。
在本次防火防爆课程设计的过程中，得到了指导老师的大力支持和帮助，获得了许多宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢！
【目录】
第一章储罐选型及尺寸设计
1.1储罐选择
1.1.1环己烷的理化性质:
环己烷，别名六氢化苯，为无色有刺激性气味的液体。
不溶于水，溶于多数有机溶剂。
极易燃烧。
一般用作一般溶剂、色谱分析标准物质及用于有机合成，可在树脂、涂料、脂肪、石蜡油类中应用，还可制备环己醇和环己酮等有机物。
表1-1环己烷性质一览表
参数
数值
参数
数值
熔点/℃
6.5
蒸气压/kPa
13.098
相对分子质量
84.16
爆炸上限/V%
8.4
液体密度（水=1）
0.78
爆炸下限/V%
1.2
沸点/℃
80.7
临界温度/℃
280.4
燃点/℃
245
临界压力/MPa
4.05
闪点/℃
-16.5
燃烧热/（kJ·mol-1）
3916.1
环己烷极易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸。
与氧化剂接触发生强烈反应，甚至引起燃烧。
在火场中，受热的容器有爆炸危险。
其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。
1.1.2储罐选型
储罐种类是按照几何形状来划分的，按几何形状可分为五大类，即立式筒形储罐、卧式圆筒形储罐、球形储罐、双曲线储罐和悬链式储罐。
其中后两者已被淘汰。
立式圆筒形储罐按其罐顶结构可分为固定顶储罐和浮顶储罐两种类型。
浮顶储罐可分为浮顶储罐和内浮顶储罐。
[3]
液体化学品储罐的选型要根据该物料的火灾危险性类别来决定。
类别划分参照《建筑设计防火规范》（GB50016—2006）和《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）。
[1][2]
一般情况下，当物料的闪点≤28℃，其火灾的危险性属于甲B类。
考虑该类物料在常温下其易燃性、易挥发性、发生火灾的危险性很大，为降低它的蒸发损耗，减少环境污染，以及减少占地面积，必须选用储存损耗很少的内浮顶储罐。
环己烷闪点（℃）：
-16.5，故选用内浮顶储罐；
设计温度——0℃-50℃；
设计压力——常压，即-0.49kpa—1.96kpa；
环己烷一般条件下无腐蚀性。
1.1.3内浮顶储罐的构成及特点
构成：
内浮顶储罐主要由罐体、内浮盘、密封装置、导向和防转装置、静电导出设施、通气孔、高液位报警器等组成。
为避免浮顶漏损沉没，多采用带有环形隔舱的内浮顶，或采用双盘式内浮顶以增加浮盘的浮力及安全性（后者还起隔热作用）。
内浮顶储罐是带罐顶的浮顶罐，也是拱顶罐和浮顶罐相结合的新型储罐。
内浮顶储罐的顶部是拱顶与浮顶的结合，外部为拱顶，内部为浮顶。
特点：
①储液的挥发损失少。
由于内浮盘直接与液面接触，液相无挥发空间，从而减少发损失85%～90%。
②由于液面没有气相空间，所以减轻了罐体的腐蚀，延长了储罐的寿命。
③由于液面覆盖内浮盘，使储液与空气隔离，故大大地减少了空气的污染，减少了着火爆炸的危险，易于保证储液的质量。
特别适用于储存高级汽油和喷气燃料，也适合储存有害的石油化工产品。
④在结构上可取消呼吸阀及罐顶冷却喷淋设施。
⑤易于老罐改造成内浮顶罐，并取消呼吸阀、阻火器等附件，投资少，经济效益明显。
1.2储罐设计
1.2.1壁厚设计
体积为2000m3的储罐采用不等壁厚储罐，罐壁是由一圈一圈的壁板焊接组成的。
根据HG21502.2-1992《钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列》，可确定罐壁由8圈壁板组成。
根据实际施工要求和我国通用钢板规格，设计如下：
自下往上取八层，一至八层取用1.7m宽的钢板。
设计储罐壁厚应采用下列公式计算[5]：
（1-1）
式中：
i——储存介质时的设计厚度（mm）
——储液的密度（
）
——计算的壁板底边至罐壁顶端的垂直距离（m）
——储罐内直径（m）
——设计温度下钢板的许用应力（MPa）
——焊缝系数，取0.9
——钢板或钢管的厚度负偏差（mm），查阅HG20580-1998，根据不同壁厚来确定
——腐蚀裕量（mm），取1mm
根据文献规范[4]查表得，公称容积为2000
的内浮顶储罐，计算容积为2186
，储罐内径为14.5m，罐壁高度14.35m，拱顶高度1.569m，总高15.919m；罐壁厚度为底圈9mm，二三圈依次是8mm、7mm，四五六七八圈均是6mm，罐体材料为Q235-A；
根据文献规范[5]查得Q235-A：
使用温度大于-20℃，许用最大板厚为16mm，
=375MPa,
=235MPa,
=157MPa。
考虑储罐的使用条件，材料的焊接性能，加工制造以及经济的合理性，选择Q235-A钢作为储罐罐壁的材料。
第一圈：
第二圈：
第三圈：
第四圈：
第五圈：
第六圈：
第七圈：
第八圈：
根据HG21502.2-1992《钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列》列表如下：
表1-2罐壁厚度
序号
计算壁厚（mm）
规定壁厚（mm）
最终壁厚（mm）
第一圈
7.31
9
9
第二圈
6.44
8
8
第三圈
5.78
7
7
第四圈
5.11
6
6
第五圈
4.44
6
6
第六圈
3.77
6
6
第七圈
3.11
6
6
第八圈
2.44
6
6
表1-3储罐设计参数
公称容积
2000m³
计算容积
2186m³
储罐内径
14500mm
罐壁高度
14350mm
拱顶高度
1569mm
规定壁厚
9,8,7,6,6,6,6,6mm
拱顶板厚
5.5mm
罐底板厚
中幅板6mm，边缘板7mm
1.2.2加强圈计算
在风荷载作用下，罐壁筒体应进行稳定性校核，防止储罐被风吹瘪。
判断储罐的侧压稳定条件为：
（1-2）
式中：
——为罐壁许用临界压力，pa；
——为设计外压，pa。
当
时，就可以认为罐壁具备了足够的抗风能力；反之，则罐壁需设置加强圈以提高储罐的抗外压能力。
储罐的临界压力计算公式是根据薄壁短圆筒在外压作用下的临界压力公式得到的[5]：
（1-3）
E=192
（1-4）
——圆筒壁厚，m；
D——圆筒直径，m；
L——圆筒长度，m。
经计算，
=4.25
罐壁的设计外压用下式表示，即：
（1-5）
对于内浮顶储罐，实验结果
=1.0，q=0，则罐壁的设计外压计算为：
（1-6）
取
=1.0，
=0.40
经计算：
=900pa
因为
，所以不用设置加强圈。
1.3附件
1.3.1通气孔：
内浮顶储罐由于内浮盘盖住了液面，因此蒸发损失很少，所以罐顶上不设机械呼吸阀和安全阀。
但在实用中，浮顶环形间隙或其他附件结合部位仍难免有泄漏之处，为防止气体积聚达到危险程度，在罐顶和罐壁上都开有通气孔。
通气孔的规格选则：
规格：
DN150、型号：
GTQ-150、质量：
16kg；
1.3.2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；
1.3.3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；
1.3.4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。
1.3.5取样器：
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；
1.3.6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。
1.3.7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。
1.3.8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：
（1-7）
1.3.9静电接地:
静电会带来很多危害，妨碍生产，产生静电电击，静电最为严重的危险是引起爆炸和火灾。
静电能量虽然不大，但电压高则易放电放出电火花。
点火花会使环己烷着火燃烧爆炸等。
单体接地是是消除静电的最常见的方法，接地电阻不应大于10欧姆同时做好导线连接。
1.3.10避雷针:
由于雷电具有电流很大、电压很高、冲击性很强等特点，有多方面的破坏作用，且破坏力很大。
雷电具有电性质、热性质和机械性质等三方面的破坏作用。
避雷针必不可少，以防止雷击导致一系列事故。
在罐顶先焊一块40mm、厚度4mm的钢板，然后装针。
1.3.11梯子、平台:
HG21502.2-1992《钢制立式圆筒形内浮顶储罐》规定400
-30000
储罐应采用螺旋爬梯，螺旋升角为45度。
第二章储罐区的平面设计
4ⅹ2000m3的环己烷储罐区，本设计选用4个内浮顶罐，每个罐的容积为2000m3。
罐的直径D=15m，高度H=14.35m。
2.1罐间的防火间距
根据《石油化工企业安全防火规范》表6.2.8，甲B、乙类液体的内浮顶储罐的防火间距为0.4D，本罐组内相邻环己烷储罐的防火间距为0.4D=6m。
2.2罐体距防火堤的距离
根据《石油化工企业安全防火规范》第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。
本储罐组高度均为14.5m，储罐至防火堤内堤脚线的距离应大于14.35/2=7.175m，取10m
2.3防火堤的设计
2.3.1防火堤的选型与断面尺寸
在进行防火堤选型时除考虑承受静压力外，还应考虑当油罐瞬间破裂时，防火堤能否承受一定的罐内液体的冲击载荷，以及火灾发生时，耐烧极限的强度。
参照《石油化工防火堤设计规范》（SH3125—2001）第6.0.5条与《储罐区防火堤设计规范》[17]（GB50351-2005）第4.2.7条，堤身及基础底板的厚度取200mm，断面示意图如：
图2-1防火堤断面尺寸示意图
2.3.2防火堤基础及其保护措施
防火堤基础设计：
根据《储罐区防火堤设计规范》[17]（GB50351-2005）第4.2.2条，防火堤基础埋深不宜小于0.5m，地面以下0.5m深度范围内的地基土的压实系数不应小于0.95。
防火堤保护措施：
根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）第4.2.5条要求，在堤内侧喷涂隔热防火涂料。
一.防火涂层的抗压强度不应低于1.5MPa，与混凝土的粘结强度不应小于0.15MPa，耐火极限不应小于2h，冻融实验15次强度无变化。
二.防火涂层应乃雨水冲刷并能适应潮湿工作环境。
环己烷一般条件下无腐蚀性，故防火堤不考虑防腐问题。
2.3.3防火堤的尺寸
本防火堤根据《石油化工企业设计防火规范》第6.3.6条设计。
当储罐未采取防止措施时，V不应小于防护墙内所有储罐的总容积，油罐组防火堤有效容积应按下式计算：
V=AHj－（V1+V2+V3+V4）（2-1）
式中：
V——防火堤的有效容积（m3）；
A——防火堤中心线围成的水平投影面积（m2）；
Hj——设计液面高度（m）；
V1——防火堤内设计液面高度内的一个最大油罐的基础体积（m3）；
V2——防火堤内除一个最大油罐以外的其他油罐在防火堤设计液面高度内的液体体积和油罐基础体积之和（m3）；
V3——防火堤中心线以内设计液面高度内的防火堤面积和内培土体积之和（m3）；
V4——防火堤内设计液面高度内的隔堤、配管、设备及其他构建物体积之和（m3）。
计算如下：
根据罐体直径、罐间防火间距、罐体距防火堤的距离计算可得防火堤边长为：
L=2D+2×10+6=56m
面积为：
A=L×L=3136m2。
设防火堤理论高度为H1，实际计算时刻忽略V3，V4。
V1=
π（14.5×14.5）Hj
V2=3V1
代入上式：
Hj×A-（V1+V2）=Hj[3136-π（14.5×14.5）]=2000m3
得Hj=0.81m
根据《石油化工企业安全防火规范》第6.2.17条，立式储罐防火堤的高度应为计算高度加0.2，但不应低于1且不宜高于2.2。
本设计的防火堤高度为0.81+0.2=1.01m，取1.1m
2.3.4防火堤及其内部的其他安全布置
防火堤及其内部的其他安全布置为：
根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）第3.2.7条，防火堤内的地面坡度宜为5%。
根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）第3.2.8条，如果考虑在南京（年降雨量大于200mm且雨水24小时内难渗完）的话，防火堤内应设置集水设施。
连接集水设施的雨水排放管道应从防火堤内设计地面以下通出堤外，并应设置安全可靠的载油排水装置。
根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）第3.1.5条，在防火堤上应设置不少于两处越堤人行踏步或坡道，并设置在不同方位上。
防火堤高度大于等于1.5m时，应在两个踏步或坡道之间增设踏步或逃逸爬梯。
根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）第3.1.5条，隔堤应设置人行踏步或坡道。
2.4隔堤的设计
2.4.1隔堤的布置与选型
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第6.2.15条，设置的隔堤把成品汽油储罐区的储存区分成两组，每组2个环己烷储罐。
2.4.2隔堤的高度
设隔堤的高度为Hi。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第6.2.12条第2款，隔堤内的有效容积不应小于隔堤内1个最大储罐容积的10%。
即
≥2000×10%，得出Hi≥0.07。
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第6.2.17条第2款，隔堤的高度不应低于0.5m，所以隔堤高度取0.5m。
2.4.3隔堤的选型与断面尺寸
隔堤高度确定为0.5m。
隔堤的选择，根据隔堤的高宽比对隔堤稳定性的影响，选择隔堤的厚度要接近0.5m。
再根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）第4.2.11条第2款，选择不宜厚度小于400mm的毛石隔堤。
隔堤的方向大致与液流方向垂直，为了方便施工，把它的断面设计成长方形。
如下图所示：
图2-2隔堤断面尺寸示意图
隔堤双面水泥砂浆勾缝，堤顶设钢筋混凝土压顶，压顶构造应符合《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）第4.2.8条规定：
压顶在变形缝处应断开，压顶厚度不宜小于100mm，混凝土强度等级不宜低于C20，压顶内纵向钢筋直径不宜小于
，钢筋间距不宜大于200mm。
2.5道路宽度及路面内缘转弯半径
根据《石油化工企业安全防火规范》第4.3.4条，可燃液体的储罐区应设环形消防车道，当受地形条件限制时，也可设有回车场的尽头式消防车道。
消防车道的路面宽度不应小于6m，路面内缘转弯半径不宜小于12m，路面上净空高度不应低于5m。
及第4.3.5条，可燃液体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。
本设计消防车道路面宽度取值为7.5m，路面内缘转弯半径取12m。
第三章总平面设计
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）和《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）的规定确定了总体平面布局中，下列建筑物的防火间距：
3.1厂区内部建筑物间的防火间距
3.1.1办公用房
长15m，宽7m，距离储罐90m，设在工厂大门附近。
根据GB50160-2008中4.2.12规定，环己烷储罐与办公场所间距不小于45m但是由于办公场所人流量大，因此设置在靠近大门处。
3.1.2门卫
长6m，宽6m，紧挨工厂大门。
根据GB50160-2008中4.2.12规定，环己烷储罐与办公场所间距不小于45m，
门卫室在布局中紧挨工厂大门。
依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）第3.3.8条，“厂房内严禁设置员工宿舍。
办公室、休息室等不应设置在甲、乙类厂房内，当必须与本厂房贴邻建造时，其耐火等级不应低于二级，并应采用耐火极限不低于3.00h的不燃烧体防爆墙隔开和设置独立的安全出口。
”因此耐火等级选择为二级。
3.1.3发配电间
长9m，宽6m。
GB50160-2008中5.2.1规定：
变配电所与2000m³环己烷储罐的间距不得小于25m。
同时，配电房应设在全年最小频率风的下风向，且应尽量靠近用电量较大的设备附近，并且宜设在围墙附近。
依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）第3.3.13条：
“油浸变压器室、高压配电装置室的耐火等级不应低于二级，其它防火设计应按现行国家标准《火力发电厂和变电所设计防火规范》GB50229等规范的有关规定执行。
”耐火等级选择为一级。
3.1.4压缩机房
长6m，宽7m。
GB50160-2008中4.2.12规定：
罐区甲、乙类泵（房）、全冷冻式液化烃储存的压缩机（包括添加剂设施及其专用变配电室、控制室）与环己烷储罐的距离不小于12m。
依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006），耐火等级为二级。
3.1.5消防泵房
长10m，宽6m。
GB50160-2008中4.2.12规定全厂性二类重要设施（消防泵房）与2000m³环己烷储罐的距离不小于35m,设计距离是45m，满足规定要求。
依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）第8.6.4条，“独立建造的消防水泵房，其耐火等级不应低于二级。
”因此，耐火等级为二级。
3.1.6事故收集池
长25m,宽20m,距储罐防火堤25m。
根据GB50160-2008中4.2.12规定：
污水处理场（隔油池、污油罐）等与2000m3环己烷储罐的距离不小于15m。
与消防泵房的防火间距不小于25m。
依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006），耐火等级为一级。
3.1.7备用配件库
长10m，宽9m,紧挨门卫室布置。
根据GB50160-2008中4.2.12规定：
甲类物品仓库与2000m³环己烷储罐的距离不小于25m。
设计距离88m，完全满足规定要求。
依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006），其耐火等级为二级。
3.1.815m高压线
根据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。
3.2厂区与周围建筑物的防火间距
（1）与南面、西面村庄的距离100m。
（2）与北面厂房的的距离70m。
（3）与东面普通公路的距离20m。
以上距离均以罐壁的最外侧为基准。
根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）、《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）制定下表：
表3-1罐区内各建构筑物火灾危险等级、耐火等级
编号
名称
占地面积
火灾危险等级
耐火等级
A
办公用房
15×7=105m2
丙
二级
B
发配电间
9×6=54m2
乙
一级
C
门卫
6×6=36m2
丙
二级
D
压缩机房
6×7=42m2
乙
二级
E
消防泵房
10×6=60m2
乙
二级
F
事故收集池
25×20=500m2
乙
二级
G
备用配件库
10×9=90m2
乙
二级
H
环己烷储罐区
56×56=3136m2
甲
一级
第四章消防用水量计算及消火栓布置
根据《石油化工企业设计防火规范》第8.7.1条规定，可能发生可燃液体火灾的场所宜采用低倍数泡沫灭火系统，本设计中的环己烷属于可燃液体，因此设计采用低倍数泡沫灭火系统。
而设计中的重点则为消防用水量计算及消火栓的布置。
4.1消防用水量
消防用水量为低倍数泡沫灭火系统中所需水的用量及冷却水用量之和。
4.1.1消防冷却用水量
（1）根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第8.4.4条可燃液体罐区的消防用水量计算应符合下列规定：
1应按火灾时消防用水量最大的罐组计算，其水量应为配置泡沫混合液用水及着火罐和邻近罐的冷却用水量之和；
2当着火罐为立式储罐时，距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径
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