1000m3苯储罐区防火防爆安全设计.docx
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1000m3苯储罐区防火防爆安全设计
摘要
本文主要通过对1000m3苯储罐区防火防爆安全设计，在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，综合分析苯的物理、化学性质，通过其危险性的分析来设计储罐和平面布置，还着重对消防灭火器材、防雷防静电进行了设计，储罐及相应设备危险性分析及安全附件的选择，最后制定有关的安全管理条例。
通过合理布局苯储罐区并进行防火防爆设计，保证过程正常、安全运行，同时改善劳动条件并兼顾环境保护。
关键词：
苯储罐平面设计安全设施
第一章项目概述和苯的特性
某石化企业需建1000m3储罐2台用于储存苯，建设地点位于储运厂码头储罐区的预留地，面积为2000m2。
项目包括增建2台1000m3储罐、2台冷冻机组、循环水站及相应配套的自控、电气、土建、消防等设备设施的布置及相关的安全技术设计及相关安全管理措施。
储存介质的种类、性质不仅与储存设备的选择，设备的设计有关，而且对安全消防设计、库房布置至关重要。
所以对本次设计任务中的储液—苯必须要有足够的认识。
1.1苯的物化性质
苯在常温常压下为具有芳香气味的无色透明挥发性液体。
能放出有毒蒸气。
苯是一种不易分解的化合物，与其它化学物质发生反应时，其基本结构不变，仅仅是苯环中的氢原子被其它基团取代而已。
苯的蒸气能与空气形成爆炸性的混合物。
液体苯比水轻，但其蒸气比空气重。
遇到高热或明火极容易引起燃烧和爆炸。
苯蒸气能扩散很远，遇到火源就着燃，并能把火焰沿气流引回来。
苯容易产生和积聚静电。
苯与氧化剂接触反应激烈。
苯难溶于水，但易溶于酒精、乙醚、丙酮、氯仿、汽油、二硫化碳等有机溶剂。
各物化参数如下：
分子量：
78.11
熔 点：
5.51℃
沸 点：
80.1℃
液体密度（20℃）：
879.4kg/m3
气体密度：
2.770kg/m3
相对密度（38℃,空气=1）：
1.4
气化热（25℃）：
443.62kJ/kg
（80.1℃）：
394.02kJ/kg
临界温度：
288.94℃
临界压力：
4898kPa
临界密度：
302kg/m3
比热容（气体，90℃，101.325kPa）：
Cp=1361.96kJ/（kg．K）
Cv=1238.07kJ/（kg．K）
（液体，5℃）:
1628.665kJ/（kg．K）
（液体，20℃）:
1699.841kJ/（kg．K）
比热比：
（气体，90℃，101.325kPa）：
Cp/Cv=1.10
蒸气压（26.1℃）:
13.33kPa
粘度（20℃）:
0.647mPa*s
表面张力（与空气接触，0℃）：
31.6mN/m
导热系数（12℃，液体,）:
0.13942W/（m．K）
（0℃，液体,）:
0.0087671W/（m．K）
闪点：
-11℃
燃点：
562.2℃
爆炸极限：
1.3%-7.1%
最大爆炸压力：
9kg/cm2
最大爆炸压力的浓度：
3.9%
最易引燃浓度：
5%
燃烧热（液体，25℃）：
3269.7KJ/mol
易燃性级别：
3
易爆炸性级别：
0
1.2毒性及对人的危害
苯为无色透明、有芳香味、易挥发的有毒液体，是煤焦油蒸馏或石油裂化的产物，常温下即可挥发、形成苯蒸气，温度愈高，挥发量愈大。
职业活动中，苯主要以蒸气形态经呼吸道进入人体，短时间吸入高浓度苯蒸气和长期吸入低浓度苯蒸气均可引起作业工人身体损害。
短时间大量吸入可造成急性轻度中毒，表现为头痛、头晕、咳嗽、胸闷、兴奋、步态蹒跚。
此时如继续吸入则可发展为重度急性中毒，病人神志模糊、血压下降，肌肉震颤，呼吸浅快、脉搏快而弱。
抢救及时经数小时或数天可恢复健康，但严重者也可因呼吸中枢麻痹死亡。
长期低浓度接触可发生慢性中毒，症状逐渐出现，以血液系统和神经衰弱症候群为主，表现为血白细胞、血小板和红细胞减少、头晕、头痛、记忆力下降、失眠等。
严重者可发生再生障碍性贫血，甚至白血病、死亡。
职业性急性苯中毒是劳动者在职业活动中，短期内吸入大剂量苯蒸气所引起的以中枢神经系统抑制为主要表现的全身性疾病；职业性慢性苯中毒是指劳动者在职业活动中较长时期接触苯蒸气引起的以造血系统损害为主要表现的全身性疾病。
1、长期吸入苯可导致再生障碍性贫血。
长期吸入苯会出现白细胞减少和血小板减少，严重时可使骨髓造血机能发生障碍，导致再生障碍性贫血。
若造血功能完全被破坏，可发生致命的颗粒性白细胞消失症，并可引起白血病
2、女性长期吸入苯会患许多疾病。
育龄妇女长期吸入苯会导致月经异常，主要表现为月经过多或紊乱。
孕妇接触甲苯、二甲苯及苯系混合物时，妊娠高血压综合症、妊娠呕吐及妊娠贫血等妊娠并发症的发病率显著增高，甚至会导致流产。
3、苯可导致胎儿先天性缺陷。
在整个妊娠期间吸入大量甲苯的妇女，所生的婴儿出现小头畸形、中枢神经系统功能障碍及生长发育迟缓等缺陷的较多。
甲苯还可通过胎盘进入胎儿体内，导致出生婴儿体重下降，骨化延迟等情况。
4、苯会对皮肤和上呼吸道造成损伤。
经常接触苯，皮肤可因脱脂而变得干燥而脱屑，有的出现过敏性湿疹。
喉头水肿、支气管炎及血小板下降等病症也与苯污染超标有关
1.3毒性表现
（1）急性中毒
轻度中毒：
头痛、耳鸣、流泪、咳嗽和酒醉感，疲乏无力，步态蹒跚。
中度中毒；对中枢神经系统作用加深，出现恶心、呕吐、嗜睡，进而神志不清。
苯蒸气刺激眼结膜，可引起结膜炎，表现流泪、畏光、视力模糊。
重度中毒：
神志忽然丧失，且长时间昏迷，脉搏频弱，血压下降，瞳孔散大，对光反应迟钝或消失，呼吸增快，继而变慢衰竭而死亡。
（2）慢性中毒
以白细胞持续下降为主要表现，继之血小板降低、皮下出血、牙龈出血、紫癫、月经过多等。
中毒晚期出现全血细胞减少即再生障碍性贫血，少数人可引起白血病。
第二章储罐的安全设计
储罐是用来储存气体、液体原料、中间产品及产品而不影响被储存物品原有性质的设备。
液体储罐常见的有立式圆筒形储罐，卧式圆筒形储罐、球形储罐。
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。
2.1苯储罐的选型
（1）液体化学品储罐的选择根据要储存物料的火灾危险性类别决定。
苯的火灾危险性类别为甲类，且属于易燃易挥发液体，发生火灾的危险性很大。
确定选用储存损耗很小的内浮顶罐。
内浮顶罐的罐顶外部为拱顶，内部为浮顶。
内部的浮顶可减少苯的挥发损耗，而外部的拱顶又可避免雨水、尘土等污物从环形空隙处进入罐内。
（2）根据给定容量，查表确定各项数据如表2—1，2—2
表2—1100～30000m3内浮顶储罐系列基本参数和尺寸
公称
容积
计算
容积
储罐
内径
高度/㎜
拱顶
高度
罐底板厚
浮盘
板厚
罐壁
高度
拱顶
高度
总高
中幅板
边缘板
m3
Φ/㎜
㎜
1000
1140
11500
12000
1254
13254
5.5
6
7
5
表2—2100～30000m3内浮顶储罐系列基本参数和尺寸
公称
容积
罐壁厚度/㎜
底圈
二
三
四
五
六
七
八
九
m3
1000
7
6
6
6
6
6
6
（3）罐体材料选用碳素钢Q235-B。
罐底由薄钢板装配而成，罐底中部钢板称为中幅板，周边的钢板称为边缘板。
边缘板采用何种形式，取决于储罐的储量和直径。
1000m3储罐底的周边采用条形边缘板。
考虑到储罐的底部储液存在杂质和水分，这部分材质的表面腐蚀速率会加剧，为使储罐整体和有相近的设计寿命，底板圈和底板的腐蚀裕量可大于壁板和顶板的腐蚀裕量，可选用不锈钢OCr18Ni9。
内浮盘用铝合金制造比钢材制造经济效益好。
2.2内浮顶罐的安全附件设计
为了使储罐正常工作，适应各种油品的贮存、发放、计量和维修要求，在罐体上需要装一些特殊用途的附属配件。
内浮顶罐的液面随罐顶升降几乎没有蒸发损耗和爆炸混合气体，火灾威胁性很小。
可取消呼吸阀、阻火器，使投资少，经济效益明显。
下面介绍汽油内浮顶罐附件的名称、用途和安装位置。
（一）通气孔
1.罐顶通气孔是一个敞开的通气孔，位于固定顶的最高处，用来保持自然对流通风，排除罐顶空间的蒸汽，最小公称直径易为250㎜。
2.罐壁通气孔（见图2—1）罐壁通气孔的作用有两个：
一个作用是提供足够的通风条件，使内浮盘上方空气的蒸汽浓度在爆燃范围之外；另一个作用是在事故状态下可起到储液溢流的作用。
为保证事故，罐壁通气孔的安装位置应当根据泡沫消防管线的入口位置和内浮盘的边缘板高度来确定，并保证内浮顶不会与固定顶碰撞。
罐壁通气孔下沿至罐顶包边角钢的距离H应满足
H≧h1+h2-h3
式中h1——消防管线入口沿至罐顶包边角钢的距离；
h2——内浮盘边缘高度；
h3——内浮盘正常漂浮状态下的浸液深度。
对于1000m3储罐，H=570㎜。
储罐通气孔的孔高应大于密封高度，而且做成图2—2的形状，以便在事故情况下孔不被封死，并能让密封顺利通过不被卡住。
1000m3油罐的管壁通气孔数量1个。
罐顶通气孔和罐壁通气孔都应安装粗孔金属网（2～3孔/㎝）以防鸟类进入。
图2—2罐壁开孔示意
（二）高液位报警器
用来预防将要升高或降低到规定的极限高度，以便操作人员在规定时间内完成储罐切换工作，防止量充液造成灾害性事故
（三）导向防转装置
铝制内浮顶采用钢丝绳作为导向防转装置。
（四）静电引出线
储罐在装卸汽油时，在油面上会聚集大量静电荷，这些静电荷若不除掉，将会在内浮顶与罐直径产生电位差，容易引起火花。
为保证安全，要在壁侧安装两组静电导线。
（五）带芯人孔
为保证浮盘的完整性和气密性，在罐壁上开设带芯人孔。
它的内芯板要求与罐壁内保持齐平，以免刮坏密封件。
带芯人孔在罐上的安装位置为离罐底2.4m，这个高度是内浮盘处于最低位置的1.8m考虑的。
（六）量油孔
为脚踏式，垂直焊在油罐顶板上的平面附近，用来测量罐内汽油的高度、温度及采样。
1000m3油罐的量油孔数量一个，公称直径为80㎜。
（七）油罐附设管线旁通管
旁通管下端安装在进出油接合管上，上端安装在罐壁上，与罐内相通。
出油时先打开旁通管，使油料进入短管，达到压力内外平衡。
图2-21000m3内浮顶罐示意图
第三章储罐区总平面布置
根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92规定（1999年局部修订条文）
3.1储罐区的方位布置
1.储罐内装的苯是有毒易燃易挥发的甲类液体宜布置在人员集中场所及明火或散发火地点的全年最小频率风的上风侧。
码头常年主导风为西南风，则全年最小频率风为东北风。
罐区位于东北风的上风侧。
2.2000m3的苯储罐区等级为四级，储罐区与居住区、矿工企业、交通等的安全距离，不得小于表3—1的规定。
表3—1储罐区与居住区、工矿企业、交通等的安全距离单位：
m
序号
名称
油库等级
一级
二级
三、四级
1
居住区及公共建筑物
100
90
80
2
工矿企业
60
50
40
3
国家铁路线
60
55
50
4
工业企业铁路线
35
30
25
5
公路
25
20
15
预留地东面80m的高速公路，北面100m的化工厂仓库房，西面200m的企业居民公寓，南面90m的公司行政楼与罐区的距离均符合安全距离的规定。
3.2储罐布置
1.储罐装的都是苯，可同组布置，根据《石油库设计规范》规定罐组内储罐排布不应超过2排。
2座1000m3苯储罐布置在一条直线上。
2.易燃液体储罐之间的防火间距
易燃液体储罐在布置时，除应满足与四周建、构筑物的防火间距外，储罐之间也应留有一定的防火间距。
防火间距不应小于3—2的规定。
查规范易燃液体内浮顶罐之间的防火间距不应小于0.4D。
D为相邻立式储罐中较大罐的直径。
表3—2［3］储罐之间的防火距离
油品类别
固定顶油罐
浮顶罐、内浮顶罐
甲、乙类
1000m3以上的罐：
0.60D且不宜大于20m
0.4D
且不宜大于20m
对1000m3及以下的罐，当消防采用固定冷却方式时为0.60D，采用移动冷却方式时0.75D
丙类
A
0.4D且不宜大于15m
B
大于1000m3的罐为5m，不大于1000m3的罐为2m
注：
1）表中D为相邻储罐中较大罐的直径；
2）储存不同油品的油罐、不同型式的油罐之间的防火距离应采用较大值。
从表3—2中得两个1000m3储罐之间的防火间距：
0.4×11.500=4.6m。
3.易燃液体储罐与附属设施的防火间距
与易燃液体储罐相配套的泵房、装卸鹤管等附属设备，是液体储存中机械作业最多、容易操纵因素最大、火灾因素也最多的部位和设施，很多易燃液体储罐火灾也都是由于这些设施出了问题而引起的。
所以易燃液体储罐载布置时与泵房、装卸鹤管等附属设备之间均应留有足够的防火间距，其要求见表3—3所列。
表3—3液体储罐与泵房、装卸鹤管的防火间距
储罐类别
泵房
铁路装卸鹤管
汽车装卸鹤管
甲、乙类液体
拱顶罐
浮顶罐
15
15
20
15
15
15
丙类液体
10
12
10
注：
1.泵房、装卸鹤管与储罐防火堤外侧基脚线的距离不应小5m。
2.厂内铁路线与装卸鹤管的防火间距，对于甲、乙类液体不应小于20，对于m丙类液体不应小于10m。
3.泵房与鹤管的距离不应小于8m.
3.3消防车道的设计
1．消防车道的设置要求：
（1）工艺装置区，罐区，可燃物料装卸区及其他库区，应设环行消防车道，
当受地形条件限制时，可设有回车场的尽头或消防车道。
（2）液化烃，可燃液体的储罐区与消防车道的距离，应使任何储罐中心至
不同方向的消防车道的距离均不应大于120m。
（3）当装置宽度大于60m时，应在装置内设置可供消防车道得以贯通式通
路，其宽度不应小于4m，净空高度不应小于4.5m。
净宽
（4）罐组与周围消防车道之间，不宜种植绿篱或茂密的灌木丛。
（5）油罐之间宜设宽度不小于3.5m的消防道路与环行消防车道相连。
（6）油罐区消防车道与防火堤坡脚线之间的距离不应小于3m。
（7）消防车道穿过建筑物门洞时,其净宽和净高不应小于4m,门垛之间的
净宽不应小于3m。
（8）消防车道的宽度不应小于3.5m,道路上空有管架等障碍物时,其净高不应小于4m。
（9）环行消防车道至少应有两处与其他车道连通，尽头式车道应设回车
道或面积不小于12m*12m的回车场。
消防车道的设计应遵循上面的规范
2.罐区内的铁路装卸区宜布置在罐区的边缘地带。
罐区的专用铁路不宜于出入口的道路相交叉；公路装卸区应布置在罐区面向公路的一侧，宜设围墙与躯体各区隔开，并应设单独出入口，在出入口处应设业务室以管理出入车辆。
汽车灌苯地点是外来人员和车辆往来较多的地方，业务比较繁忙，即那个它布置在靠近库外这一边的出入口附近，使外来车辆可不穿越库内其他各处，出入方便，利于管理。
比较安全。
3.4防火堤的设计
3.4.1防火堤的设计原则
为了防止液体着火时流淌造成火灾蔓延，对易燃液体的地上储罐应设置不燃材料建造的防火堤，防火堤设计原则如下：
1.防火堤应能承受所容纳液体的静压.，且不会渗漏；
2.罐组应设防火堤，防火堤内的有效容积固定罐不应小于其中最大的一个罐的容量；浮顶、内浮顶罐减半；
3.立式储罐防火堤的高度，在计算时宜为1~1.6m,实际高度比计算高度高出0.2m；
4.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；
5.相邻罐组至防火堤的外堤脚线之间的距离应有不小于7m宽的消防空地，防火堤外侧基脚线至建筑物、构建物的距离不宜小于选用10m；
6.管道穿堤处应采用非燃料材料严密封闭，引出防火堤外的管线离地面应有1m左右的高度；
7.在防火堤内雨水沟穿堤处，应设置防止可燃液体流出堤外的措施；
8.应在防火堤的不同方位上设置两个以上的人行台阶或坡道。
3.4.2防火堤的计算
（1）防火堤厚度为1m
（2）2000m3苯罐组的防火堤计算：
①防火堤内有效容积计算：
由于贮罐区只有两个内浮顶罐，而且都是1000m3,因此，根据规范可以确定防火堤的有效容积应小于500m3，为了计算方便取V=500m3。
②防火堤高度
贮罐区的面积S=2000m2,V=500m3,
因此，取h=V/S=500/2000=0.25m
取1.0m，实建高度1.2m
③储罐外壁至防火堤内脚线距离：
12÷2=6m
防火堤及消防车道布置图见下图。
第四章消防系统及安全设施
苯易燃易挥发且挥发的苯蒸气对人体具有一定的刺激性和毒害作用。
因此储罐的消防设计是储罐设计中非常重要的一个环节。
储罐的消防设计遵循“以防为主，防消结合”的原则。
储罐设置有效的灭火装置，储罐一旦发生火灾使发生火灾的概率最小。
4.1泡沫消防设施
泡沫是扑灭油品火灾的有效灭火剂。
泡沫又分化学泡沫和空气泡沫两种。
由于产生化学泡沫的系统比较复杂，操作困难，储存条件苛刻，加上化学泡沫的灭火效果也不是很理想，因此内浮顶罐上采用的泡沫灭火方式为空气泡沫。
它具有操作简单、管理方便、设备费用不高的优点。
空气泡沫灭火是用泡沫液、水按一定比例混合形成泡沫混合液后，利用机械作用混入空气而形成的泡沫，覆盖在储罐内的液面上，隔绝空气和可燃介质的接触，来达到灭火的目的。
按发泡倍数分有低倍数泡沫液、中倍数泡沫液、高倍数泡沫液。
2座储罐灭火中使用的低倍数泡沫系统。
储罐的泡沫系统安装方式一般有二种：
固定式泡沫灭火系统，半固定式泡沫灭火系统。
泡沫产生器在罐上的安装方式分成两种形式，即液上喷射式和液下喷射式。
两座储罐的泡沫产生器安装在罐顶壁上。
罐区的灭火设施选用固定式液上喷射泡沫灭火系统。
4.1.1固定式空气泡沫灭火系统设计
固定式空气泡沫灭火系统是由泡沫液储罐、比例混合器、消防泵等设备用输送管道与固定的泡沫产生器相连，再与给水系统连成一体。
当油罐起火时，先启动消防泵，打开有关阀门，比例混合器即将泡沫液与水按比例混合，然后经管道输送至泡沫产生器，产生大量的泡沫喷射到罐内覆盖油面灭火。
这种系统的优点是：
①时刻处于临战状态，灭火时不需临时铺设管路和安装设备，可立即投入运转工作进行灭火；②操作简便，节省人力，劳动强度也较小。
但其缺点是：
①储罐爆炸时罐上所安装的固定消防设备易受破坏而失去应有的作用。
因此仍需配备一定的移动式泡沫灭火设施；②维修、保养要求高，管道、阀门易堵塞，往往会影响火灾的及时扑救。
（一）消防泵
消防泵用离心泵，应保证火警发出5分钟内工作，并在火场断电时仍能正常运转。
应安装两路电源供电，其中一路紧急情况下使用。
消防泵的出水管上应设置试验和检查用的放水阀；吸水管还需带有底阀的滤水器，防止泥沙、水草等杂物吸入泵内，堵塞泵和管线，影响使用。
消防泵每周必须启动运转一次；阀门也应经常开启和关闭，以保证灵活好用；电动机的接地电阻必须在每年雨季进行测试，以确保符合安全要求；管线和阀门在冬季还应采取防冻措施，发现问题要及时解决。
（二）泡沫液储罐
由钢板焊制而成，内壁需进行防腐蚀处理，外涂大红漆，以示消防专用器材。
（三）泡沫比例混合器
它是泡沫灭火系统中的主要配套设备，能使泡沫液与水按一定比例进行混合，形成泡沫混合液，供给泡沫产生器。
选用压力式泡沫比例混合器。
具有以下优点；缩短输送管线，减少混合液输送时间，还能提高泡沫质量。
固定顶储罐固定式、半固定式液上喷射泡沫灭火系统的泡沫混合液供给强度及连续供给时间，应符合下列规定：
①对于非水溶性甲、乙、丙类液体，不应小于下表的规定。
表4-1泡沫混合液供给强调和连续供给时间
泡沫液种类
供给强度
/（L/min.㎡）
连续供给时间
甲乙类液体
丙类液体
蛋白
6.0
40
30
氟蛋白、水成膜、成膜蛋白
5.0
45
30
注：
①如果采用大于上表规定的混合液供给强度，混合液连续供给时间可按相应的比例缩短，但不得小于上表规定时间的80%。
②含氧添加剂含量体积比大于10%的无铅汽油，其抗泡沫液混合液供给强度不应小于6L/min.㎡，连续供给时间不应小于40min。
对于甲类苯，泡沫混合液供给强度不小于6.0L/（min·㎡），连续供给时间不小于40min。
1000m3苯罐选用PHY16型号的混合液输出量为4升/秒的泡沫比例混合器。
（四）泡沫产生器
它的作用是将泡沫混合液与空气充分混合形成灭火泡沫，喷射发送至燃烧物的表面上。
选用横式泡沫产生器，它具有结构简单、体积小、安装方便等优点。
液上喷射泡沫灭火系统泡沫产生器的设置数量不应小于下表的规定。
表4-2泡沫产生器的设置数量
储罐直径/m
泡沫产生器的设置数量/个
储罐直径/m
泡沫产生器的设置数量/m
≤10
1
＞25且≤30
3
＞10且≤25
2
＞30且≤35
4
注：
对于直径大于35m的储罐，其横截面积每增加300㎡，至少增加一个泡沫产生器。
国内常见的低倍数泡沫产生器的型号为PC-4、PC-8、PC-16、PC-24。
这些泡沫产生器的工作压力为0.35～0.6MPa,标称压力为0.5MPa。
在0.5MPa时的流量见下表。
表4-3国内常见的低倍数泡沫产生器0.5MPa时的流量
型号
流量（L/s）
型号
流量（L/s）
PC-4
4
PC-16
16
PC-8
8
PC-24
24
1000m3苯储罐在罐壁顶部安装2个型号为PC-8的泡沫产生器。
4.2喷淋冷却装置设计
喷淋冷却装置由喷淋头、支管、干管、总管、报警阀、控制盘、水泵、重力水箱等组成。
当防火对象起火后，喷头
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