防火防爆课程设计.docx

1、防火防爆课程设计摘要随着硝酸铵的需求量越来越大，硝酸铵工厂的扩建和改建也变的越来越多，但由于其生产设备、工艺和原料等的危险性非常大，因此，一旦造成事故发生爆炸和火灾，往往会造成人员伤亡和重大财产损失。为了避免或减少损失和人员的伤亡，硝酸铵化工厂的规划设计必须按照原料的性质和工艺流程中的危险性，根据有关规定和标准对其平面布置、爆炸危险间距和各建筑物的防火进行设计，以达到本质安全化的根本目的。关键词：氨气；硝酸铵；生产工艺；防火防爆；本质安全1 前言1913年Haber法生产合成氨问世，由于原料氨充足, 从此氨氧化生产硝酸成为世界上生产硝酸的主要方法。与此同时, 氨与硝酸中和制取硝酸铵也成为世界上

2、生产硝酸铵的主要方法。之后，随着社会发展和不断进步，硝酸铵的需求量日益增大，硝酸铵企业的规模日益增大、数量日益增多。石油化工行业属于高危行业，具有危险物质多、生产过程复杂、对环境条件要求高、火灾危险性大、事故多发、事故严重度高的特点。近些年来，建筑防火防爆问题已成为建筑设计的重要内容之一，已引进社会各界的极大关注。国家相继颁布和修订完善了有关的规范标准，严格了管理体制，强化了监督审查机能，同时积极引进先进理念，推出设计自审负责制，对建筑工程的防火防爆设计质量起到了积极的作用。工业建筑，特别是石油化工企业的建筑，由于其生产装置、设备、产品的特殊性和危险性，一旦发生火灾，往往会引起泄漏、爆炸等连锁

3、反应，带来巨大的人员伤亡和财产损失，危害极大。因此，石油化工工业建筑的防火防爆设计和建立系统完善的设计自审制度是非常有效和必要的。通过以上分析，在对硝酸铵企业的总体布局设计时，要充分考虑工厂内主要建构筑物的火灾危险类别、建筑物的耐火等级及它们之间的防火间距，使各项要求达到标准，还要对主要的防爆电气设备进行分析和选型，进而通过本质安全化的设计从根本上预防企业火灾爆炸危险。2 工程概况二十一世纪高科技发展时代，人们的生存和发展需要各种石油化工原料，硝酸铵是化学工业中最主要的大宗基础产品，用于制造氮肥、染料、炸药以及其他目的。本着经济发展的前景，我设计一个现代石油化工原料的工厂。这里主要制取硝酸铵，

4、在工艺过程中会存在各种不安全因素，为了安全起见并依据相关规范及设计原则，我把化工厂厂址选在了锦州市锦州港，这里远离市区，但是交通发达。锦州港位于渤海的西北部，锦州港是距中国东北中部和西部、内蒙东部、华北北部乃至蒙古国、俄罗斯西伯利亚和远东地区陆域距离最近的进出海口，公路、铁路、管道 、航空 在港口周围形成密集的立体交通网络。港口所在地属带季风性气候，全年常风向为东南风，强风向为南风，次强风向为东南风。年平均气温9.4；极端最高气温35；最热月出现在7月份，最热月平均气温26；极端最低气温-21，最冷月出现在1月份，月平均气温-7.4。我合理规划布局，选在附近没有居民和人群集中的场所，这样即使发

5、生爆炸或是其他意外事故也不会造成严重的伤害同时也有利于人们的逃生使损失降到最小。课程设计的依据主要是石油化工企业设计防火规范GB50160-92(1999年版)、建筑设计防火规范GB50016-2006、火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-92、防爆电器设计GB50058-92、石油化工防火防爆手册、化工厂工艺设计等等。3 工程项目分析3.1 工艺流程介绍3.1.1 生产工艺简述该装置以氨气和稀硝酸为原料，合成反应生产硝酸铵。简要工艺流程是将稀硝酸和氨气加入中和器中合成硝酸铵，在中和器中经分离出硝酸铵溶液和蒸汽，蒸汽进入捕集器，捕集器分离出少量硝酸铵溶液和蒸汽，分离出的少量硝酸铵溶液进

6、入再中和器中合成纯硝酸铵溶液和中和器中合成的纯硝酸铵溶液一齐进入一段蒸发器在真空中进行蒸发，这个过程的蒸发热量由捕集器中的蒸汽提供，由一段蒸发器中流出的是浓度82%的硝酸铵熔融液，熔融液再进入二段蒸发器中真空蒸发，蒸发热量由再中和器的蒸汽提供，二段蒸发出92%的硝酸铵熔融液，最后进行结晶生成成品硝酸铵，其方框流程图如图3.1所示。 稀硝酸 氨气 氨气 硝酸铵 抽真空系统 图3.1 硝酸铵生产工艺方框流程图3.1.2 安全防火重点部位1.中和器中和器底部并非100%的硝酸铵溶液，而是氨、硝酸、和硝酸铵的气液混合物，硝酸铵的浓度随硝酸铵液层高度的增加而增加，靠喷头区域内控制腐蚀的介质仍是硝酸，这样

7、内筒底部两面均为腐蚀性介质，而厚度仅为3mm，极易使内筒承载能力降低，造成撕裂；中和操作加减量过大、过急等都会造成事故。此外，）在生产条件下，硝酸铵熔体和浓溶液发生爆炸分解和传爆作用是有可能的，而且危险性很大。在这种情况下，硝酸铵分解的可能性随温度的上升而增大。2.硝铵泵用泵（尤其是潜孔泵）输送硝酸铵熔体的过程是非常危险的，如提高该过程的强度（将输送熔体的质量分数提高到99.7%99.8%，温度为190），爆炸危险也随之增加，因为在这一条件下硝酸铵的热稳定性明显下降，而对各种因素引起爆炸性分解的敏感度却相应加。潜孔泵在使用时的危险性一方面是由于收集槽内有大量熔体，另一方面是由于泵的运转和零件的

8、摩擦所造成的，在泵损坏或空转压出管线不通畅以及往泵内停供熔体等情况下，泵的运转和零件的摩擦会成为硝酸铵局部强化加热的原因。3.蒸发器在现代大型硝酸铵生产设备中，蒸浓过程采用联合蒸发设备（经管壁加热，并带盘式热量交换部分）在热载体（200空气）与蒸浓溶液接触时进行。这个过程中不仅介质温度高（180190），而且还有氧存在，氧会提高硝酸铵的分解程度和对外界爆炸因素的敏感程度。硝酸铵溶液蒸浓过程的这一温度条件与硝酸铵分解的极限温度很接近，蒸浓过程中若稍微超过硝酸铵分解的极限温度，硝酸铵便会发生危险的均相分解，并可能在极短时间内分解爆炸。3.1.3 安全工作重点1.中和器（1） 原始开车时尽量降低酸浓

9、度，通过氨时宜少宜慢，绝对不允许一次性大量通过氨，导致中和器在开车初期发生剧烈反应，使设备本体发生不平衡，剧烈震动后损坏内件；（2） 坚决避免液氨进入中和器，发生急剧放热反应，引起内件震动过大；（3） 在生产过程中尽量避免一次加减量过大、过猛，每次操作都要少量、缓慢进行，精调、细调，尽量保持平稳过渡；（4） 在生产中应该考虑高温熔体在设备内停留时间，在生产条件下，185的熔体停留时间不应该超过1min。在生产条件下，备有2台中和器的工艺装置往往共用23台蒸发设备，主要就是考虑用一段蒸发设备和二段蒸发设备，主要就是考虑减少硝酸铵在设备中的停留时间。但是，当遇到突然停车、个别生产工序发生故障等，必

10、须采取硝酸铵热分解的措施。（5） 提高检修质量，及时停车对腐蚀内件（如氨喷头）及时进行检查更换。2.硝铵泵（1） 在造粒系统过程中，必须提高输送熔体部件的可靠性和安全程度；（2） 熔体输送应使用可靠性高的泵；（3） 为减少泵沿加入和压出管线传爆的危险，泵与邻近设备之间最好用特殊的防传爆板隔离。3.2 工艺环节的划分3.2.1 生产区硝酸铵的制造过程由中和、再中和、一段蒸发、二段蒸发和结晶五个工序组成。将稀硝酸和气氨的中和器和再中和器设置在1车间，再分别将硝酸铵溶液的一段蒸发、二段蒸发和真空结晶过程设置在2和3车间。各个车间的功能和规模见表3.1。表3.1 各个生产车间的功能与规模编号生产车间功

11、能长（m）宽（m）高（m）面积（） 1稀硝酸、氨气的中和与捕集器的提纯再中和 40 30 101200 2硝酸铵溶液的蒸发提纯 40 30 101200 3硝酸铵的结晶 40 30 1012003.2.2 仓储设施为方便工厂的生产和产品管理，在厂区内设有原料储存车间和成品储存车间。原料储存车间是为了储存生产所用原料硝酸和氨，成品储存车间是用来储存成品结晶硝酸铵。下面对各物质的化学性质以及储存注意事项做简单介绍。1.氨气氨气常态为气态，属于易燃易爆气体，与空气混合易形成爆炸性混合物，因此，存储时严加密闭，储存于阴凉、通风的库房提供充分的局部排风和全面通风，避免与氧化剂、酸类、碱类接触，远离火种、

12、热源，避免光照，包装要求密封，不可与空气接触。应与氧化剂、酸类、碱类、食用化学品分开存放，切忌混储。库房采用防爆型照明、通风设施。可用钢瓶储存。爆炸极限为15%28%。2.硝酸是一种有强氧化性和强腐蚀性的无机酸，易溶于水，常温下稀溶液无色透明，浓溶液显棕色，硝酸不稳定，见光分解，在空气中可挥发，应在棕色容器中于阴暗处避光保存，严禁与还原剂接触。3.硝酸铵无色无臭的透明结晶或呈白色小颗粒，有潮解性，易溶于水、乙醇、丙酮和氨水，不溶于乙醚，具有刺激性，氧化剂，助燃，常温常压非常稳定，即使高温也是这样，但如果有纤维素之类的有机物存在，100开始分解，120分解显著，遇可燃物着火时，能助长火势，与可燃

13、物粉末混合能发生激烈反应而爆炸，受强烈震动也会起爆，急剧加热时可发生爆炸，与还原剂、有机物、易燃物如硫、磷或金属粉末等混合可形成爆炸性混合物，储存于阴凉、通风的库房，远离火种、热源，应与易（可）燃物、还原剂、酸类、活性金属粉末分开存放，切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物，禁止震动、撞击和摩擦，对环境有危害，在地下水中有蓄积作用。根据硝酸铵的生产工艺流程要求及原料的性质和储存方式，将原料及成品划为两个储存区，根据它们的储存要求，分成以下两个储存区，成品储存车间和原料硝酸储存车间分为一个储存区，原料氨储存车间分为一个储存区，车间编号分别为7、6、5，各个建筑物功能与规格如表3.2所示。表3.

14、1 储存车间的功能和规格编号储存及成品车间的功能长（m）宽（m）高（m）面积（）4氨气40 30 10 12005硝酸 40 30 10 12006硝酸铵 30 25 10 7503.2.3 其他设施为了使厂区设计更加完善，更加规范，在厂区内设置门卫室(建筑7) 、食堂（建筑物8）、办公楼（建筑物9）、技术安全科（建筑物10）、科研楼（建筑物11）、消防水池（建筑物12）、职工公寓一（建筑物13）、职工公寓二（建筑物14）、浴池（建筑物15）、招待所（建筑物16）、礼堂（建筑物17）、污水处理站（建筑物18）、废气处理站（19）、水泵站（建筑物20）、锅炉房（建筑物21）、变配电站（建筑物22

15、）。各个建筑物的规格如表3.3所示。表3.1 其他设施的名称和规格编号名称长（m）宽（m）层数面积（）7门卫室1051508食堂303039009办公楼40304120010技术安全处2020240011科研楼3020460012消防水池2020140013公寓一50305150014公寓二50305150015浴池4020280016招待所3030490017礼堂3020260018污水处理站2030160019废气处理站2030160020水泵站2020140021锅炉房2020140022变、配电站302016004 区域划分根据石油化工企业设计防火规范，在进行区域规划时，应根据石油化工

16、企业及其相邻的主导风向为北风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，以便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。根据石油化工企业设计防火规范，在进行区域规划时，应根据石油化工企业及其相邻的主导风向为北风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，以便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。根据石油化工企业设计防火规范，在进行区域规划时，应根据石油化工企业及其相邻的主导风向为北风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，以便生产过程中的废气及时排

17、除和扩散，以减少对本企业和邻近企业和居民的环境影响。根据石油化工企业设计防火规范，在进行区域规划时，应根据石油化工企业及其相邻的主导风向为北风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，以便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。根据石油化工企业设计防火规范，在进行区域规划时，应根据石油化工企业及其相邻的主导风向为北风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，以便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。第3.1.1条在进行区域规划时，应根据石油化工企业及其相邻的工厂或设施的

18、特点和火灾危险性，结合地形，风向等条件，合理布置。 第3.1.2条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。 第3.1.3条在山区或丘陵地区，石油化工企业的生产区应避免布置在窝风地带。 第3.1.4条石油化工企业的生产区沿江河岸布置时，宜位于邻近江河的城镇、重要桥梁、大型锚地、船厂等重要建筑物或构筑物的下游。 第3.1.5条石油化工企业的液化烃或可燃液体的罐区邻近江河、海岸布置时，应采取防止泄漏的可燃液体液入水域的措施。 第3.1.6条公路和地区架空电力线路，严禁穿越生产区。区域排洪沟不宜通过厂区。 第3.1.7条石油化工企业与相邻工厂或设施的防火间距，不应小于表3

19、.1.7的规定。5 总平面的布置5.1 分区布置工厂建立在辽宁省锦州市的锦州港，常年风向为东南风，强风向为南风，次强风东南风，因此，根据工厂生产生活的要求，充分考虑人身财产安全和火灾爆炸危险等多方面因素，把整个工厂划分为4个大区，西南部属于下风向，因此将生产区放在这个位置，东南为上风向，将生活区建设在厂区东部，将储存区放置在工厂的中部，西北方向为附属设施区。生产区分为生产车间1、生产车间2、生产车间3、储存库3；储存区主要有储存库1和储存库2；生活区，分别有职工公寓一、职工公寓二、浴池、招待所、技术安全科、办公楼、科研楼和礼堂；附属设施区包括消防水池、变配电站、水泵站、污水处理站、废气处理站、

20、门卫室和锅炉房。5.2 火灾危险类别的确定5.2.1 硝酸铵及生产原料的理化性质简介1.氨气是一种无色气体，有强烈的刺激性气味，极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨，常温常压下爆炸极限为1528%，自燃点651，可燃，氨气遇火星会引起爆炸危险，有油类存在时更增加燃烧危险，有一定毒性和腐蚀性，火灾危险类别为乙类。2.硝酸是一种有强氧化性和强腐蚀性的无机酸，易溶于水，常温下稀溶液无色透明，浓溶液显棕色，硝酸不稳定，见光分解，在空气中可挥发，火灾危险类别为乙类。3.硝酸铵无色无臭的透明结晶或呈白色小颗粒，有潮解性，易溶于水、乙醇、丙酮和氨水，不溶于乙醚，具有刺激性，氧化剂，助燃，常温常

21、压非常稳定，即使高温也是这样，但如果有纤维素之类的有机物存在，100开始分解，120分解显著，遇可燃物着火时，能助长火势，与可燃物粉末混合能发生激烈反应而爆炸，受强烈震动也会起爆，急剧加热时可发生爆炸，与还原剂、有机物、易燃物如硫、磷或金属粉末等混合可形成爆炸性混合物，储存于阴凉、通风的库房，远离火种、热源，应与易（可）燃物、还原剂、酸类、活性金属粉末分开存放，切忌混储，火灾危险类别为甲类。5.2.2 生产工艺火灾危险分类根据建筑设计防火规范表3.1.1（见附录中表A1生产的火灾危险性划分）可知硝酸铵的生产工艺为甲类生产，理由如下：在生产几乎整个过程中都有硝酸、氨气和硝酸铵，硝酸和氨气属于乙类

22、物质，硝酸铵属于甲类物质，因此，为了提高安全性，将火灾危险性提高到甲类。5.2.3 存储区火灾危险分类根据建筑设计防火规范表3.1.1（见附录中表A2贮存物品火灾危险性划分）有： 1. 氨气常温常压下爆炸极限为1528%，大于10%，因此氨气库的火灾危险性为乙类；2. 硝酸是不属于甲类的氧化剂，因此，硝酸库的火灾危险性为乙类；3. 硝酸铵具有受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的性质，而且是遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，以及极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂，因此，硝酸铵库的火灾危险性为甲类。5.3 耐火等级的确定5.3.1 生产区根据生产区厂房的火灾危险类

23、别，依据建筑设计防火规范第3.2.1条表3.2.1（见附录中表A3厂房的耐火等级及厂房面积）确定各厂房的耐火等级及厂房面积。本次设计厂房全为单层厂房，1至3号生产车间火灾危险类别都为甲类，选择耐火等级为一级 ，厂房面积均为1200。5.3.2 储存区根据库房的火灾危险类别，依据防火与防爆书中表4-7（见附录一中表A4库房的耐火等级、层数和占地面积）库房的耐火等级、层数和占地面积确定各库房的耐火等级及库房择耐火等级均为一级，库房一和库房二面积为1200、库房三面积为750。综上所述,生产区、存储区各建筑物的火灾危险类别与耐火等级如表5.1所示。5.3.3 生活区根据建筑设计防火规范，生活区的建筑

24、可以依据民用建筑确定耐火等级和面积（见附录一中表A5民用建筑确定耐火等级和面积）。办公楼、食堂、浴池、技术安全科、礼堂、公寓、招待所、消防水池，确定耐火等级均为三级，面积分别为食堂900、招待所900、办公楼600、浴池800、科研楼600、技术安全科400、礼堂600、公寓一和公寓二1500、消防水池400。综上所述,生产区、存储区各建筑物的火灾危险类别与耐火等级如表5.1所示。表5.1 化工厂内各个建筑物的火灾危险类别、耐火等级、层数、面积项目类别编号建筑物名称火灾危险类别耐火等级层数面积(m2)生产区1生产车间1甲类一级单层12002生产车间2甲类一级单层12003生产车间3甲类一级单层

25、12006成品库甲类一级单层750存储4储存库1乙类一级单层12005储存库2乙类一级单层1200生活区8食堂三级三层9009办公楼三级四层120010技术安全科四级二层40011科研楼三级四层60013公寓一二级五层150014公寓二二级五层150015浴池三级二层80016招待所三级四层90017礼堂四级二层600附属设备区18污水处理站二级单层60022变、配电站二级单层60019废气处理站二级单层60021锅炉房二级单层40020水泵站二级单层4007门卫室三级单层5012消防水池单层4005.3.4 附属设施区根据建筑设计防火规范规定：锅炉的蒸发量小于等于4t/h的燃煤锅炉房课采用三

26、级耐火等级的建筑外，其它锅炉房均采用一级、二级耐火等级的建筑，所以设计的这个锅炉房可选用二级耐火等级的。消防水池因为是露天的，不考虑它的耐火等级，面积为400。规范规定油浸变压器室、高压配电装置室的耐火等级不应低于二级，所以变、换电站可选用二级耐火等级的建筑，门卫室采用三级。结合以上所述，化工厂内各个建筑物的火灾危险类别、耐火等级、层数、面积见表5.1所示。5.4 防火间距5.4.1 防火间距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石油化工企业设计防火规范表3.2.11石油化工企业总平面布置的防火间距，除另有规定外，不应小于表3.2.11的规定。工艺装置或设施(罐组除外)之间的防

27、火距离，应按相邻最近的设备、建筑物或构筑物确定，其防火间距起止点应符合本规范附录六的规定。高架火炬的防火距离，应经辐射热计算确定；对可能携带可燃液体的高架火炬的防火距离，并不应小于表3.2.11的规定，并且只考虑邻近建构筑物只的防火间距。 第3.2.1条 工厂总平面，应根据工厂的生产流程及各组成部分的生产特点和火灾危险性，结合地形、风向等条件，按功能分区集中布置。第3.2.7条 全厂性的高架火炬，宜位于生产区全年最小频率风向的上风侧。污水处理场的隔油池加盖，且设有半固定式灭火蒸汽系统时，其防火距离可减少25%； 生产区和存储区主要考虑厂房和库房的火灾危险类别，该工厂的生产区内只有甲类厂房。可以

28、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。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。5.4.2 防火间距的确定依据以上原则，再考虑工厂整体布局的整齐美观，工厂内各建构筑物之间的防火确定见表D1。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，对工厂总平面布置见详图。6 防爆电气的设计6.1 划分爆炸危险区域本次设计选择3号车间进行爆炸危险区域划分，该车

29、间的主要释放源是氨气，根据氨气的性质，在生产过程中氨气与空气混合易形成爆炸性气体混合物。依据防爆电气设计规范对生产环境进行爆炸危险分区，根据本规范2.2.3条可知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1区.6.2 防爆电气选择6.2.1 爆炸性混合物分级、分组根据防爆电器设计规范气体或蒸汽爆炸性混合物分级、分组。可知氨气为A和T1组，按危险程度较高的级别A和组别T1选用防爆电气设备。综上所述, 该厂房的防爆电气类型应选择A级T1组,具体规格根据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范第2.5.3条厂区内主要防爆电器根据(附录)要求进行选。6.2.2 防爆电气选择根据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范第2.5.2条规定如下：爆炸危险区域的分区、电气设备的种类和防爆结构的要求，应选择相应的电气设备；所选用的防爆电气设备的级别和组别，不应低于该爆炸性气体环境内爆炸性气体混合物的级别和组别，当存在有两种以上易燃性物质形成的爆炸性气体混合物时，应按危险程度较高的级别和组别选用防爆电气设备；爆炸危险区域内的电气设备，应符合周围环境内化学的、机械的、热的、霉菌以及风沙等不同环境条件对电气设备的要求。