毕业设计-6ⅹ1000m3液化石油气球罐区安全设计.doc

液化石油气球罐区的安全设计

设计题目
6ⅹ1000m3液化石油气球罐区安全设计
学 院
城建学院
专 业
安全工程
班 级
安全1003
起讫日期
2013.6.27——2012.7.10
指导教师
鲍静
姓 名
张凯奇
学 号
1905100329

目录
1液化石油气球罐设计[1][2][3][4][5][6][7][8] 1
1.1 液化石油气储存方式及比较 1
1.2液化石油气储存的工艺条件 2
1.3液化石油气球罐罐体的基本设计 3
1.3.1罐体材料的选择 3
1.3.2球罐的结构设计 5
1.3.3球罐的强度设计 10
1.3.4球罐的支座结构 12
1.3.5球罐加工工艺要求 12
1.4球罐的附件 13
1.4.1人孔和开孔 13
1.4.2梯子和平台 14
1.4.3液位计 14
1.4.4压力表 15
1.4.5温度计 15
1.5安全附件及水喷淋装置 15
1.5.1安全阀 15
1.5.2水喷淋装置 17
2 总平面布置及罐区安全设计 22
2.1 功能分区 22
2.2合理划分储LPG罐区 22
2.2.1球罐间和球罐与防火堤间的防火间距[5] 22
2.3防火堤的选型与构造 23
2.3.1选型[6] 23
2.3.2防火堤参数设计[6][4] 24
2.4 隔堤的设计 25
2.5 消防设计 26
2.5.1 消防车道[5] 26
2.5.2 消防水池[4][5] 27
2.5.3 消防给水设计[4][5][9] 28
2.6 厂区其余建筑设计[4] 30
2.7 LPG球罐区布置说明及平面图 31
3 LPG罐区重大危险源辨识及危险性分析 32
3.1 LPG罐区重大危险源辨[10] 32
3.2 LPG的危险特性分析 32
3.3 LPG罐区的危险性分析 34
3.3.1 液化石油气球罐区的危险性分析[12] 34
3.3.2 泄漏引起的蒸汽云爆炸危害分析 40
3.2.4 泄漏引起的其他危害分析[11] 44
4 LPG罐区安全措施及安全管理制度 44
4.1 安全措施 44
4.1.1 防超压措施 44
4.1.2 防泄漏措施 45
4.1.3 防火灾措施 45

4.1.4 防液位过低过高措施 45
4.1.5 防爆措施 46
4.1.6 防雷、防静电措施 46
4.2 LPG罐区安全管理制度 46
4.2.1 人员与机构配置 46
4.2.2 安全管理制度 46
5 LPG罐区安全设施与自动化控制 48
5.1罐区安全设施 48
5.1.1 工艺设备 48
5.1.2 电气设备[4][18] 48
5.1.3 自动化安全仪表设备 48
5.1.4 安全泄压设备 49
5.1.5 事故注水设备 49
5.1.6 消防设备 49
5.2 自动化控制设计 49
5.2.1 高危储运设施辨识 49
5.2.2 自动化控制要求[16] 50
5.2.3 温度、压力、液位的超限报警装置 50
5.2.4 可燃和有毒气体泄漏检测报警 50
5.2.5 火灾报警系统 50
5.2.6 罐区自动控制系统构成[17] 51

液化石油气球罐区的安全设计

设计背景：本部分设计主要完成球罐体的机械强度设计计算以及安全附件的设计。
1液化石油气球罐设计[1][2][3][4][5][6][7][8]
针对1000m3液化石油气大型球罐设计中的几个关键部分：球罐选材、结构设计、安全附件等方面进行了研究。
（1）阅读查找大量国内外文献，在系统了解球罐结构设计及制造方法的基础上，并对比国内和国外球罐技术和发展趋势，完成绪论的撰写。 
（2）对球罐选材进行分析比较，对球罐进行工艺结构设计和尺寸计算；根据GB12337-1998《钢制球形储罐》对球罐进行结构与强度设计计算。根据球罐的要求选出相关附件，并根据技术要求对球罐进行制造安装。 
（3）进行球罐图纸绘制，完成球罐装配图及各主要零部件图
1.1 液化石油气储存方式及比较
液化石油气储存方式分为常温高压、低温压力、低温常压三种。
（1）常温高压法
此工艺较简单也较成熟,目前为我国主要储存方式。由于常温下LPG的压力较大,储罐为高压容器(设计压力为1.8 MPa),目前国内常用的有圆筒型卧罐和球罐两种。由于球罐用料省、受力好、用地少、造价低,所以大多数储罐为球型罐。但即便是球型罐同样存在罐壁越厚,焊接应力消除越困难的问题。因此,在“球型储罐设计规定”等规定中作了壁厚小于或等于50 mm的规定。这样就限制了球罐的容积。要增大储量就要增加罐数,由于消防间距的要求,相应就得增加占地,增大投资,从而限制了大规模的储存和发展。
（2）低温压力法
为减小储罐壁厚、增大罐容,只有适当降低罐内的压力。但储罐内压力降低,就会使罐内的LPG饱和温度低于当地环境温度,需增设一套制冷系统以满足要求。但如果选择一个适当的压力工作点,使罐内的LPG饱和温度保持一个合适的值,就会既降低了储罐的压力、减少了壁厚、增大了罐容,又减少了制冷系统的运行天数,降低了全年制冷开支,从而提高了经济效益。尤其是对那些四季分明,年平均气温与夏季最高气温相差很大的地区就更显示出其优越性。
（3）低温常压法

1

由于我国沿海经济发达地区普遍能源紧张,全年温度又较高,低温压力储存中转LPG仍无法大幅度地增大储罐容积,因此用低温压力法大规模地储存中转LPG显然不是最经济的方式。只有把储罐内压力再降低,使储罐容积大幅度地增大,减少占用土地、降低耗钢量,才能使大规模地储存中转LPG经济可行。低温常压法就是指罐内工作压力略高于常压,基本维持在0～10 kPa,对应的LPG饱和温度虽较低(丙烷为-45℃左右,丁烷为-5℃左右),但由于储罐耐压低,容积不受太多限制,储罐容积可大幅度地增大,单罐容积可达十几万立方米。这样在这些地区采取低温常压法储存中转液化石油气便具有占地少、投资省、经济效益好的优点。
通过比较可以看到:常温压力储存LPG方式由于受材料焊接、加工组装等因素限制,单个储罐容量仅为2 000 m3。无法大规模化,而且投资大,经济效益较低。低温储存LPG法由于罐内压力降低,使罐容积增大变为可能。尤其是低温常压法,单罐容积可达十几万立方米,虽增设了制冷等系统,但可大幅度增大储量、节约用地、减少耗钢量、从而降低了投资、提高了经济效益。综上所述，选用低温压力储存方式。
1.2液化石油气储存的工艺条件
按照TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程6中的相关规定，压力选取原则为工作压力应当不低于50℃饱和蒸汽压力。丙烯、丙烷和异丁烷50℃饱和蒸汽压力分别为2.05 MPa、1.71 MPa和0.69MPa。
因此,根据介质种类以及最高工作温度,选取球罐的设计压力为1.6 MPa。设计温度考虑为-20~40℃。
表1-1混合液化石油气的设计压力
混合液化石油气50℃饱和蒸气压力，MPa
设计压力，MPa
无保冷措施
有可靠保冷措施
《异丁烷50℃饱和蒸气压力
等于50℃异丁烷饱和蒸气压力
可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸气压
〉异丁烷50℃饱和蒸气压力，《丙烷50℃饱和蒸气压力
等于50℃丙烷饱和蒸气压力
可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸气压
〉丙烷50℃饱和蒸气压力
等于50℃丙烯饱和蒸气压力
可能达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸气压
1.3液化石油气球罐罐体的基本设计
罐体球壳分为三层，内层为合金钢材料，夹层为保温材料，外层为防腐材料。夹层一般采用聚氨酯泡沫塑料，外层采用喷砂除锈（石英砂）。因时间关系，下面重点设计球壳内层。
1.3.1罐体材料的选择
（1）球罐用钢的选择原则是在满足强度要求的前提下，应保证有良好的成型性、优良的焊接性能、足够好的缺口韧性值和长期可靠的使用性能。球罐用钢是球罐制造和设计的主要参数，对其质量优劣具有举足轻重的影响。选材时需综合考虑钢材的抗拉强度、屈服点、刚性、韧性、可焊性以及其可靠性和经济性。其次考虑到在我国，由于液化石油气产品中所含的H2S量较高，因此在选用盛装液化石油气球罐的材质时，除要求具有足够的强度外，钢材的抗应力腐蚀性能也是不可忽视的因素。
综合考虑，选用16MnR。
（2）16MnR钢板是我国目前使用最多、最普遍的一种低合金高强度压力容器用钢。钢材的焊接性能较好，抗腐蚀性能较好，具有良好的综合力学性能和制造工艺性能，广泛用于建造各类压力容器和中小型球罐，对于16MnR钢板制造的球罐无论是技术还是经验更加成熟，且价钱相对于其它钢板更便宜且能满足液化石油气储存的要求。

表1-2化学成分如下表（GB6654-1996、GB150-1998）
钢号
C
Si
Mn
V
W
Ni
S
P
16MnR
≤0.2

0.20~0.55
1.20~ 1.60
_
_
_
≤0.020

≤0.030

表1-3力学性能和工艺性能如下表（GB6654-1996）
钢号
交货状态
钢板厚度
拉伸试验
冲击试验
冷弯试验
抗拉强度
屈服点
伸长率

温度℃
V形冲击功
Akv/j
b=2a
16MnR
热轧或正火
6～16
510~540
≥345
21
20
≥31
d=2a

>16~36
490~620
≥325
>36~60
470~600
≥305
>60~100
460~590
≥285
20
>100~120
450~580
≥275
注：表中b为试样宽度，d旁心直径,a钢板厚度
表1-4许用应力：
钢号
钢板标准
使用状态
厚度
常温强度指标
在下列温度下的许用应力，MPa
σb /MPa
σs /MPa
≤20
100
150
200
16MnR
GB 6654
热轧，正火
6～16
510
345
170
170
170
170
>16～36
400
325
163
163
163
159
>36～60
470
305
157
157
157
150
>60～100
460
285
153
153
150
141
>100～120
450
275
150
150
147
138
1.3.2球罐的结构设计
球壳结构采用三带八支柱混合式结构（图1）。该结构的极板尺寸大,赤道板数量少,充分利用了板材的长度与宽度,因而减少了焊缝长度。

图1-1
符号：R--球罐半径6150mm N--赤道分瓣数16
α--赤道带周向球角22.5° β0--赤道带球心角67.5°
β1--极中板球心角22.5° β2--极侧板球心角22.5°
β3--极边板球心角22.5°
1 赤道板尺寸计算：

图1-2
弧长 （1-1）
弦长 （1-2）
弧长 （1-3）
弦长（1-4）

弧长 （1-5）
弦长 （1-6）
弦长:
（1-7）
弧长 （1-8）
1. 极板尺寸计算：

图1-3
对角线弧长与弦长最大间距：
（1-9）
弦长: （1-10）
弧长: （1-11）
弦长 （1-12）
弧长 （1-13）
弦长 （1-14）
弧长 （1-15）

2. 极中板尺寸计算：

图1-4
对角线弦长与弧长的最大间距：
（1-16）
弧长 （1-17）

弦长 （1-18）
弧长 （1-19）
弦长 （1-20）弦长
（1-21）
弧长 （1-22）
弦长 （1-23）
弧长 （1-24）
弦长 （1-25）
弧长 （1-26）
3. 侧极板尺寸计算：

图1-5
弦长:
（1-27）
弧长 （1-28）
弦长 （1-29）
弧长:（1-30）
（1-31）
式中 A 、H 同前
（1-32）
弧长: （1-33）
弦长 （1-34）
弧长 （1-35）
弦长 （1-36）
弦长 （1-37）
弧长 （1-38）
4. 极边板尺寸计算：

图1-6
弧长 （1-39）
弦长 （1-40）
弦长 （1-41）
弧长 （1-42）
弧长 （1-43）
弦长 （1-44）
式中 :
（1-45）
（1-46）
（1-47）
（1-48）
弧长 （1-49）
弦长 （1-50）
弦长 （1-51）
弧长 （1-52）
弧长 （1-53）
弦长 （1-54）
1.3.3球罐的强度设计
1. 液化油气在平衡状态时的饱和蒸汽压随温度的升高而增大，其液体的膨胀性较强，因此储存液化石油气的球罐必须留有一定的气相空间，以防止由于温度升高而导致球罐内的压力剧增。球罐的储存量直接影响到球罐的工作压力，关系到球罐的设计和安全使用。
按照TSG R0004—2009，固定式压力容器安全技术监察规程第3.13条款的规定，储存液化石油气的压力容器应当规定设计储存量，装量系数不得大于0.95。根据经验，盛装液化石油气球罐的装量系数一般为0.9。

表1-5系数K1 与装量系数Φ关系
Φ 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.0
K1 1.1341 1.2028 1.2735 1.3473 1/4257 1.5112 1.6084 1.7293 2.0000

2. 壁厚计算
选取充装系数为0.9,计算出的球罐充液高度为,自上而下每带的液柱高度分别是325 mm、7158 mm、9892 mm。
液化石油气密度，
16MnR常温下许用应力为，
取焊缝系数，
腐蚀裕量（腐蚀性较强），钢板负偏差，
附加壁厚,，
，，，。
(1-55)
(1-56)
(1-57)
(1-58)
圆整后可取34mm
(1-59)
圆整后可取34mm
(1-60)
圆整后可取36mm
(1-61)
圆整后可取36mm
表1-6球壳各带壁厚计算值
分带号（自上而下）
1
2
3
4
各带有效壁厚
32.76mm
32.78mm
33．53mm
33.82mm
各带圆整壁厚
34mm
34mm
36mm
36mm

1.3.4球罐的支座结构
支座是球形储罐中用以支承本体重量和储存物料重量的结构部件。本设计中，1000m3液化石油气的球形储罐确定采用赤道正切U形柱结构,支柱与球壳连接端部采用半球式结构。
1.3.5球罐加工工艺要求
（1）接管补强
球壳接管补强常采用的结构型式有厚壁管补强结构和锻制凸缘。锻制凸缘可大大降低应力集中部位的峰值应力,所以人孔和直径不小于DN80mm的接管采用锻制凸缘进行补强,小于DN80mm的接管采用厚壁管进行补强。为了降低边缘处的应力集中系数,适当增加了接管壁厚,加大了过渡圆弧半径。球壳板S、P杂质的含量钢材中除了含有铁、碳与合金元素外,不可避免地要带入一些杂质,如M、Si、S、P、非金属夹杂物以及某些气体,这些杂质对钢的质量有很大影响,其中S、P的有害性最大。降低球壳板中的S含量,可有效防止热裂纹;降低钢板中的P含量,可有效防止冷裂纹。但降低钢板中的S、P含量会使钢板冶炼成本增加。
（2）球壳板超声检测
通过球壳板超声检测可发现钢板中的裂纹和气孔等有害缺陷,避免将有缺陷的钢板用到球罐上。由于极带板和与支柱焊接的赤道板受力更加复杂,是事故多发的地方,另外液化石油气的球形储罐容积较大,一旦出事后果不堪设想,应适当提高要求,以提高球罐的安全性,但也要考虑经济因素。因此球壳板按JB4730-945压力容器无损检测6逐张进行100%超声检测,其中40%的钢板为I级合格,其余为II级合格。I级板用于受力复杂的极带中板和与支柱焊接的赤道板。
（3）锻件
锻件全部采用16Mn钢锻件,人孔凸缘、人孔法兰、开口接管等受压元件符合JB4726-20005压力容器用碳素钢和低合金钢锻件6的规定,合格级别人孔凸缘、人孔法兰为IV级,其余为III级。
（4）焊接材料
焊接采用电弧焊。当采用手工电弧焊时,采用规格为f312mm,f410mm的碱性低氢焊条,禁止采用f510mm的焊条。
（5）检测要求
①球壳上所有对接焊接接头均按JB4730进行100%射线检测,II级为合格;并应局部超声检测复验,复验长度不得少于焊缝总长度的50%,复验部位应包括球壳全部环焊缝和距环焊缝500mm内的交叉焊缝、上下极带Y形焊缝及射线检测有缺陷和疑问的部位,超声检测以I级合格。无损检测应在焊接完毕后至少24h后进行。
②球罐热处理前,按JB4730-94对球壳所有对接焊接接头的内外表面,人孔、接管与球壳对接焊接接头的内外表面,人孔及接管对接焊接接头的内外表面,垫板、支柱与球壳角接接头的外表面,工卡具拆除处的痕迹打磨表面、缺陷修补和打磨后的表面进行100 %磁粉检测,合格级别均为I级。球罐水压试验后,气密性试验之前对以上所规定的所有焊接接头的表面、工卡具焊迹打磨和壳体缺陷焊接修补和打磨后的部位按JB4730-94进行了100%磁粉检测复验,合格级别为I级。
（6）焊后整体热处理
球罐热处理前后分别进行了硬度测定,测定部位为每带纵焊缝测3条各1处; 2条大环焊缝各测3处;上下人孔环焊缝各1处。每处包括焊缝金属1点、热影响区和母材每侧各1点,共5点。热处理后的硬度以小于或等于HB200为合格,硬度的测定在接触介质的一侧。
1.4球罐的附件
1.4.1人孔和开孔
1. 球罐的人孔是操作人员进出球罐进行检验及维修用的，在现场组焊需要进行焊后整体热处理的球罐，人孔又成为进风、燃烧口及烟气排出烟囱用。因此人孔直径的选定必须考虑操作人员携带工具进出球罐方便（在北方还要考虑冬天作业时操作人员穿棉工作服能进出），以及热处理时工艺气流对截面的要求。一般选用DN500mm较适宜。通常球罐上应设有两个人孔，分别在上、下极带上（若球罐必须焊后整体热处理，则人孔应设置在上、下极带的中心）。人孔与球壳相焊部分应选用与球壳相同或相当的材质。人孔结构在球罐上最好采用回转盖及水平吊盖两种。补强可采用整体锻件凸缘补强及补强板补强两种。
2. 球罐开孔应尽量设计在上、下极带上，便于集中控制，并使接管焊接能在制造厂完成，便于进行焊后消除应力热处理，保证接管焊接部位的质量。开孔应与焊缝错开，其间距应大于3倍的板厚，并且必须大于100mm。在球罐焊缝上不应开孔，如不得不在焊缝上开孔时，则被开孔中心两侧，各不少于1.5倍开孔直径的焊缝长度必须经100%检测合格。
1.4.2梯子和平台
大型球罐，一般采用每一台球罐一个单独的梯子。梯子结构分成：上部盘梯和下部斜梯两部分（也有把下部梯子做成圆柱面螺线盘梯或其他形式梯子）。上部盘梯的较好形式是把它造成近似于球面螺线形。因为近似于球面螺线型盘梯具有以下特点：第一，由赤道处中转平台可以一直连接到容器顶部的圆形平台，中间不再需要增加中转平台，行程较短行走舒适，没有陡升陡降的感觉；第二，耗用钢材较少；第三，梯子与球面的距离始终保持不变。这样，不仅梯子与球面曲率协调一致，美观大方，还有利于保温工程的施工。

图1-7
1.4.3液位计
储存液体和液化气体的球罐中应装液位计。目前，球罐中采用的液位计主要有浮子-齿带液位计（又称浮子-钢带液位计）、玻璃式液位计、雷达液位计、超生波液位计等多种。国内球罐常用连通管式液位计，它的特点是采用连通管把多个玻璃式液位计装设在连通管上可以测量全液位。连通管要求采用大于DN40mm的钢管制成，并与球罐操作用梯子平台配合装设，便能较易观测液位情况。它的优点是可使球壳上液位计的开孔减少至最少数量，且节省配管材料。液位计设置时要在高、低液位线有报警装置，防止装载过量、抽空，以免发生事故，特别在装载液化气时更要慎重。
1.4.4压力表
为了测量容器内压力，球罐应设置压力表。考虑到压力表由于某种原因而发生故障，或由于仪表检查而取出等情况，应在球壳的上部和下部各设一个以上的压力表。压力表的最大刻度为正常运转压力的1.5倍以上（不要超过3倍）。为使压力表读数尽可能正确，压力表的表面直径应大于150mm。压力表前应安装截止阀，以便在仪表标校时可以取下压力表。
1.4.5温度计
（1）在球罐上安装1个以上的温度计，此温度计可以测量比最低使用温度低10℃的温度。
（2）温度计的保护管
① 保护管的强度，应能承受设计压力1.5倍以上的外压，并能充分承受使用过程中所加的最大载荷（流体阻力或外部冲击）。
② 保护管外径，由于强度所限而不能太大。保护管的插入长度应对温度计的敏感元件是足够的。
③ 低温球罐或在寒冷地区装设的球罐，必须防止雨水、湿气等流入测温保护管内而结冰，从而影响正确的温度测定。
1.5安全附件及水喷淋装置
1.5.1安全阀
安全阀的选用应根据压力容器的工作压力、工作温度、介质特性（毒性、腐蚀性、粘性、和清洁程度等）及容器有无震动等综合考虑。
1.安全阀的选用
（1）阀型的选定
压力容器所用安全阀的类型，取决于压力容器的工艺条件及工作介质的特性，可根据安全阀的结构、排气方式等选取。
①按安全阀的加载机构选用。一般压力容器宜选用弹簧式安全阀，因其结构紧凑、轻便，也可比较灵敏可靠;压力较低、温度较高且无振动的压力容器可采用重锤杠杆式安全阀。
②按安全阀的排放方式选用。对有毒、易燃或如制冷剂等对大气造成污染和危害的工作介质的压力容器，应选用封闭式安全阀，对压缩空气、蒸汽或如氧气、氮气等不会污染环境的气体，采用开放式或半开放式安全阀。
③按安全阀的封闭机构选用。高压容器以及安全阀泄放量较大而壁厚又不太富裕的中、低压容器，最好采用全启式安全阀。对于安全泄放量较小或操作压力要求平稳的压力容器，宜采用微启式安全阀。在两者均可选取时，应首选全启式安全阀，因为同样的排量，全启式安全阀的直径比微启式的直径要小得多，故采用全启式安全阀可以减小容器的开孔尺寸。
（2）规格的确定
安全阀是根据公称压力标准系列进行设计制造的。公称压力有1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.4MPa、10MPa、16MPa和32MPa。公称压力表示安全阀在常温状态下的最高许用应力，因此高温容器选用安全阀时还应考虑高温下材料许用应力的降低。安全阀的公称压力只表明安全阀阀体所能承受的强度，并不代表安全阀的排气压力，排气压力必须在公称压力范围内，不同的压力容器对安全阀的排气压力有不同的要求。
综上所述，选择弹簧全启式安全阀（图1-8），公称压力为1.6MPa。

图1-8
2.安全泄放量和额定泄放量的计算
压力容器的安全泄放量是指当压力容器出现超压时，为了保证其压力不再继续升高而在单位时间内所泄放的气量。
（1）安全泄放量的计算公式：
（1-62）
（2）额定泄放量的计算公式：（介质为气体）
（1-63）

1.5.2水喷淋装置
（1）球罐上装设水喷淋装置是为了内盛的液化石油气、可燃性气体及毒性气体（氧、氮除外）的隔热需要，同时也可起消防的保护作用。但是隔热和消防有不同的要求，一般淋水装置的构造为环形冷却水管或导流式淋水装置。
①隔热用淋水装置的要求 液化石油气或可燃性液化气的球罐本体采用淋水装置进行隔热时，要求淋水装置可以向球罐整个表面均匀淋水，其淋水量按球罐本体表面积每平方米淋水2L/min进行计算。
②消防用淋水装置的要求 作为球罐消防喷淋保护时，要求淋水装置也能向球罐整个表面均匀淋水，其淋水量按球罐本体表面积每平方米淋水大于9L/min。消防用的淋水装置要求设置有能保证连续喷射20min以上的水源，并能在5m以上距离外的安全位置进行操作。
（2） ．淋水管的设计 淋水管原则上要求采用镀锌水管或具有同等以上耐热性、耐腐蚀性及强度的钢管。淋水管的洒水孔口径为4mm以上，以防止水垢灰尘堵塞洒水孔。淋水环形管洒水孔的个数按下式确定：
(1-64)
（3） 消防喷淋的设计

（1-65）
式中,qv为球罐消防喷淋冷却用水的总体积流量,L/min;S为球罐的外表面积,m2;pi为球罐消防冷却水供给强度, L/(min·m2),其值应不小于9 L/(min·m2);Di为球罐内直径,δ为球壳钢板的名义厚度,mm。
(1-66)
式中,qV1为水雾喷头体积流量,L/min;K为水雾喷头平均特性系数,由生产厂家提供;p为水雾喷头工作压力,MPa,其值应不小于0.35 MPa。
水雾喷头喷雾保护面积范围可近似等效为以喷头为顶点,喷头与球罐外表面间距为高的圆锥（图1-9）

图1-9
（1-67）
式中,s为水雾喷头喷雾的保护面积,m2;A为水雾喷头的喷雾锥角,(°),一般可选α=125°的中速水雾喷头;R为喷雾锥底半径,h为水雾喷头距离球罐外表面的距离,mm。
水雾喷头与液态烃储罐之间的距离不应大于0.7 m。体积在1 000 m3以上的球罐,间距以0.5~0.6 m为宜。
环管圈间距
根据几何关系计算,相邻层喷淋环管圈在球罐经线方向的间距值应是略大2R,但不超过其值的5%，因此,工程上相邻层喷淋环管圈间距可以按2R计算: （1-68）
式中,H为球罐经线方向相邻层喷淋环管圈的间距,R为喷雾锥底半径,mm,其值按式（8-2）计算。
环管圈层数
（1-69）
式中,N为环管圈的计算层数;HV为环管圈的垂直间距,mm。为保证各层环管圈的压力平衡环管圈应尽量按球罐赤道线对称布置,圆整后取N=7。
沿经线方向各相邻层喷淋环管圈与球心形成的夹角β（图1-10）,用下式表示:
（1-70）
式中,β为相邻层喷淋环管圈与球心形成的夹角,(°);N为圆整后的环管圈计算层数。

图1-10
⑥各层喷淋环管圈喷头数量
根据GB 50219-95,水喷雾灭火系统设计规范[S]的规定,水雾锥线沿经线方向应相交,则每圈喷淋管喷头的数量n用下式表示:
(1-71)
式中 ΣHv为各层喷淋环管圈与球罐赤道线的垂直距离,mm。
将各数值代入式（8-7）可计算出球罐赤道线及其自上而下各层环管圈布置的喷头数量依次为26个、26个、24个、22个、16个,整台球罐的喷头共计150
个。
表 1-7 喷淋环管圈喷头数量分布
球罐赤道线及其自上而下各层环管圈布置的喷头数量
总计
26
26
24
22
16
150

⑦供水竖管直径
为保证各层环管圈喷头的工作压力均衡,罐表面积的冷却水强度相同,供水竖管应选用2条对称布置。
单根供水竖管的直径用下式表示:
（1-72）
式中Dst为单根供水竖管的直径,mm;v为供水竖管内水的流速,m/s,一般取不小于2.0 m/s。
⑧各层喷淋环管圈直径
根据各层上水雾喷头的数量及流量确定环管直径。同时考虑现场煨弯制作的问题,各层喷淋环管的公称直径不宜大于100 mm,见图。喷淋环管内径规格为100 mm、81 mm及68 mm。
图液态烃球罐消防管布置及管径选择示图

图1-11
19

设计背景：本部分设计主要进行LPG球罐区防火间距、消防通道、防火堤等的设计，并绘制总平面布置图。
2 总平面布置及罐区安全设计
需要进行安全设计的液化石油气球罐区，地理条件及气候条件适宜：该罐区交通较为发达，居民区离罐区较远，该地区常年风向为西南风。
2.1 功能分区
功能分区如：储存区，公用工程区，办公区。这里主要考虑的是储罐区及其相应机构的布置。
罐区周围尽管有大型居住区，但距离较远，对罐区外危险隐患小。因此，本设计重点考虑罐区本身及相关厂区的安全。一，由于常年风向为西南风的缘故，办公楼，主控室等较为关键的设施应该设置在全年主导风的上风向。三，装卸区的布置，因为装卸区意外的安全隐患较多，要制定相关的罐区运行规定并且强制执行。
2.2合理划分储LPG罐区
罐区内放置6个1000立方米石油气球罐，根据规范，采用两排放置，每排3个。罐区长73.8m，宽56.9m，中间采用隔堤分开。
2.2.1球罐间和球罐与防火堤间的防火间距[5]
L=D=12.3m
0.5D=6.15m
根据GB50016-2006《建筑设计防火规范》，本设计中球罐属于半冷冻式储罐且罐区总容积大于5000立方米，所以储罐间的防火间距为D，D 为直径，即计算的间距：12.3m。球罐与防火堤间的间距如下图所示，为0.5D。

图2-1
2.3防火堤的选型与构造
2.3.1选型[6]
防火堤、防护墙的设计，应满足各项技术要求的基础上，因地制宜，合理选型，达到安全耐久、经济合理的效果。根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50352-2005),防火堤的选择符合下列规定：
（1） 土筑防火堤在占地、土质等条件能满足需要的地区选用。
（2） 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） 浆砌毛石防火堤在抗震设防烈度不大于6度且地质条件较好、不宜造成基础不均匀沉降的地区可优先选用。
（4） 砖砌块防火堤和夹芯式中心填土砖、砖块防火堤，一般地区均可采用。
（5） 防护墙宜采用砌体结构。
（6） 防火堤（土堤除外）应该采取在堤内侧培土或喷涂隔热防火涂料等保护措施。
综合考虑我们选择采用钢筋混凝土防火堤。
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。
从防火堤上网形式来说，主要包括土堤、砖砌、毛石以及钢筋混凝土几种形式，这几种形式各有优缺点。从安全性来讲，砖砌和毛石不够好。从经济性来讲，钢筋混凝土不够好。综合来看，选择砖土混合堤比较合适。 土堤经不起长久的风吹雨打，为了保证其实用性和长久性，可以这样设计：
堤内外两面用砌筑240mm的砖墙，中间回填厚度500mm素土并夯实。堤外侧和堤顶的砖墙部分抹灰，堤顶设为素土层部分铺砌预制水泥板块。堤内侧先铺坡度为50的灰土坡（坡高H2/2 m，节约占地面积），并在表面铺砌造价低廉的薄型预制水泥板块。如下图所示。

0.5m
0.24m
0.438m
0.6m

堤内侧
0.3 m

图 2-2
2.3.2防火堤参数设计[6][4]
根据《储罐区防火堤设计规范 》（GB 50351-2005），对防火堤参数进行如下设计：
储罐罐组防火堤有效容积应按下式计算:
（2-1）
V— 防火堤有效容积 （)；
A一 由防火堤中心线围成的水平投影面积()；
— 设计液面高度(m)；
— 防火堤内设计液面高度内的一个最大储罐的基础体积 ()；
— 防火堤内除一个最大油储罐以外的其他储罐在防火堤设计液面高度内的液体体积和储罐基础体积之和()；
— 防火堤中心线以内设计液面高度内的防火堤体积和内培土体积之和()；
— 防火堤内设计液面高度内的隔堤、配管、设备及其他构筑物体积之和()。
根据(2-1 )式近似计算：由于球罐立于基座于拉杆之上，近视于悬空处理（即在防火堤内设计液面高度内所占容积忽略）。则(2-1 )式简化为：
（2-1）
式中：
V— 防火堤有效容积 （)；
A一 由防火堤中心线围成的水平投影面积()
— 设计液面高度(m)；
本设计中防火堤高度设为H
(其中L是储罐区的长，S是储罐区的宽)
L=73.8m，S=56.9m（上文已提）

解得
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2009），本设计中防火堤高度应加上0.2m，所以H=0.438m。
2.4 隔堤的设计
由于隔堤的体积影响到防火堤高度的计算，所以先对隔堤进行设计。根据规范要求，可把隔堤分成两组，一组3个罐，一组3个罐。
（1）隔堤的高度
根据规范的要求，液化烃全压力式或半冷冻式储罐组宜设不高于0.6m的防火堤，防火堤内的隔堤不宜高于0.3m
（2） 隔堤的选型与断面尺寸
高度确定为0.3m。隔堤的选择，根据高宽比对隔堤稳定性的影响，选择隔堤的厚度要接近0.3m。再根据储罐区防火堤规范，选择不宜小于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。
隔堤双面水泥砂浆勾缝，堤顶设钢筋混凝土压顶，压