防火防爆设计13.doc
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1、 防火防爆 设计报告设计题目21000m3乙苯储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 级姓 名学 号指导教师潘旭海2013年1月13日目 录第一章 储罐设计11.1乙苯的理化特性11.2设计参数的确定11.3储罐选材11.4储罐选型21.5储罐安装41.5.1安装方法41.5.2地基设计4第二章 储罐主要结构件的结构及安全装置52.1结构设计52.2储罐安全装置62.3罐区安全装置8第三章 防火间距和防火堤的确定113.1防火间距的确定113.2 防火堤的确定11第四章 罐区火灾爆炸危险区域划分124.1 影响因素124.2 危险区域划分13第五章 罐区可燃气体(蒸汽)
2、报警仪布置145.1 报警仪选型145.2报警仪布置155.2.1检测器布置155.2.2报警器布置15第六章 避雷针设计156.1设计依据166.2避雷针的选用16参考文献19第一章 储罐设计1.1乙苯的理化特性乙苯在常温常压下为无色液体,具有芳香气味,不溶于水,可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂。其危险性主要为易燃易爆,具有强刺激性,对人体和环境都会造成危害。具体理化性质1如表1-1所示:表1-1 乙苯的物理化学性质相对密度(水=1)相对蒸气密度(空气=1)熔点/沸点/闪点/引燃温度/爆炸下限/爆炸上限/临界压力/MPa临界温度/0.873.66-94.9136.2154321.06.73.7
3、0343.11.2设计参数的确定由于乙苯熔点为-94.9,沸点为136.2,常温下是液体,故选用常温常压贮存。设计压力:常压0.1Mpa;操作压力:0.1Mpa;设计温度:常温25;设计寿命:对于一般的储罐,使用年限都在25-40年之间。因此设计该储罐的使用寿命为40年。1.3储罐选材 乙苯储罐为钢罐2,其选材在综合考虑质量、经济和实施的可行性等因素后,选择16MnR。原因如下:1.鉴于我国钢材生产情况,选取了20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、16MnDR、09Mn2VDR、07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR等八种钢种作为储罐用钢3-4。2.根据纯乙苯的特性。16
4、MnR钢是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板,它具有良好的综合力学性能和工艺性能满足1000m乙苯储罐用钢要求。3.钢材耐蚀性:提高钢耐蚀性的方法很多,如表面涂一层耐蚀金属、涂敷非金属层、化学保护和改变腐蚀环境介质等。但是利用合金化方法,提高材料本身的耐蚀性是最有效的防止腐蚀破坏的措施之一。如:加入Mn、N等元素,代替部分Ni获得单相奥氏体组织,同时能大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。4.限制碳当量,根据大型立式储罐选材所示,可以考虑20R和16MnR这两种钢材5。如果纯粹从安全性角度看,20R类的低碳钢板要好一点,但结合经济性,16MnR钢板的价格虽比20R贵,但在制造费用方面,同等
5、重量设备的计价,16MnR钢板为比较经济。所以综合安全性和经济性,16MnR钢板更加适合。综上所述:选用16MnR作为储罐材料。1.4储罐选型选用内浮顶罐,采用常压常温储存。(1)球型储罐与圆筒型储罐的选择:立式圆筒储罐按几何形状来划分可分为五大类,即立式圆筒形储罐、卧式圆筒形储罐、球形储罐、双曲线储罐和悬链式储罐5。烃类等物质的液态储存一般采用两种方式:一种为球形储罐储存;另一种为低温立式圆筒形储罐(简称低温储罐) 储存。若选择球形储罐,则有以下缺点:1、球罐内液体处于常温或降温状态,罐体承受液体在常温或降温状态下的饱和蒸汽压;2、由于材料和制造技术的限制,球罐的单罐储量相对较小,大量储存时
6、需采用多个球罐;3、球罐的储存压力较高,罐内压力受环境的影响较大;4、罐体材料大多采用高强钢,其操作危险性也相对较大。本次设计为1000m乙苯储罐,所以采用常温立式储罐。(2)固定顶与内浮顶储罐的选择:内浮顶式依据石油化工企业设计防火规范,第6.2.2条规定:“甲B、乙A类的液体应选用金属浮舱式的浮顶或内浮顶。对于有特殊要求的物料,可选用其他型式的储罐。”因为乙苯属于甲B类液体,所以选用内浮顶式。综上所述,储罐选型为“地上立式内浮顶圆筒常温常压钢制储罐”。由于储罐容积不是很大,为节省用料,减少投资,直径与高度按等壁厚进行计算:设R-储罐半径,D-储罐直径,S-罐壁板厚度,H-储罐高度,V-储罐
7、设计容积,S1-罐顶板厚度,S2-罐底板厚度。因为罐顶和罐底的投影为圆形,其金属体积和为 (1-1)罐壁的金属体积为 (1-2)则储罐所用的金属总体积为 (1-3)因为,所以,则 (1-4)Q对H求一阶导数,得 (1-5) (1-6)因为式(5-7)左端是罐顶和罐底的金属体积之和,可得 (1-7)式(5-7)右端为罐壁金属体积的一半,可得 (1-8)由此可知,等壁厚储罐当罐顶和罐底的金属用量为罐壁金属用量的一半时,储罐整体金属用量最少。则最经济的储罐高度为: (1-9)所以,对于容积不是很大的闭式储罐,有,则当D=H时,储罐金属用量最少。将V=1000m3带入中,可得D=H=10.84m。修整
8、高度后,取H=11m。1.5储罐安装1.5.1安装方法大型立式储罐主体安装方法有正装法和倒装法两种6。正装法除了用于组装某些特殊结构的拱顶储罐外,在普通的立式拱顶储罐施工中极少采用。实际应用的倒装法有中心柱提升、空气顶升、手动倒链起升、电动倒链群体起升、液压提升等多种倒装法。目前,采用较多的是手动倒链起升和电动倒链群体起升倒装法,液压提升倒装法正在逐步推广。此次设计的储罐为立式圆筒固定顶储罐,故选择倒装法。由于储罐选择钢制容器,需要承载的力较大,因此需要坚固的地基,一般采用钢筋混凝土结构,因大型钢储罐基础受地质构造等因素的影响,在施工设计中,储罐基础将均匀性的、整体稳定性的进行沉降,故需要对地
9、基进行设计,以保证其安全性。1.5.2地基设计储罐的荷载通过基础传给地基。当罐基础下为软土地基、不良地质现象的山区地基、特殊土地基以及地震作用地基土有液化时或地基土的承载力设计值及沉降差不能满足设计要求时,均应对地基进行处理。根据地基土性质及软弱地基土层厚度分布情况可分别采用垫层法、刚性桩法、强夯法、复合地基法、冲水预压及排水固结法7。对南京地基土的分析,“覆盖层主要是长江冲、淤积形成的新近系沉积软弱土,基岩复杂,工程地质条件较差。”8综合两文献进行选择,决定储罐的地基处理选择复合地基法中的沙石桩挤秘法。对于大型储罐,在正式设计和施工前应在有代表性的场地进行加固效果实验,从而确定置换率、桩距及
10、桩径。综合以上内容,常温常压乙苯储罐的技术特性具体如下:表1-2 常温常压乙苯储罐的技术特性表名 称数 据设计压力(MPa)0.1设计温度(0C)常温外界环境最高月平均温度(0C)30(最高温度40)介质名称乙苯主要材料16MnR充氮压力(MPa)0.1公称容积(m3)1000储液容积(m3)900公称直径(m)11筒体高度(m)10.84(修整高度11)地基制造方法砂石桩挤秘法安装方式倒装法型号大型地上立式固定顶圆筒低温常压钢制储罐工作地点南京市第二章 储罐主要结构件的结构及安全装置2.1结构设计根据参考文献9中华人民共和国行业标准钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列,储罐主要结构件的结构设计为表2
11、-1所示。表2-1 结构设计汇总表储罐型号:固定顶立式圆筒 材料:16MnR罐底型号:倒圆锥罐底,坡度15/1000厚度:中部6mm,外缘7mm焊接:排版采用全焊接对接结构,与罐壁采用连续焊浮盘厚度半径:5.5m 厚度:5mm焊接:封头采用双面焊透(或冲压),与罐壁采用连续焊筒体型号:单壁圆筒 分段厚度:118:6mm、86:6mm、64:6mm、42:6mm、20:7mm焊接:双面焊透2.2储罐安全装置内浮顶罐和一般拱顶罐相比,由于结构不同,并根据其使用性能要求,它装有独特的各种专用附件。内浮顶罐结构7如图2-1,具体安全附件的设计10如下:1.人孔工作人员在安装、清洗、维护时通过人孔进出油
12、罐,内浮顶罐通常设两个人孔,一个设在底圈板上,人孔中心距地面高度为700mm,直径取600mm;另一个设在圈板中部,高度为2.5m处,直径取600mm。2.通气孔 内浮顶油罐由于内浮盘盖住了油面,油气空间基本消除,因此蒸发损耗很少,所以罐顶上不设机械呼吸阀和安全阀。但在实用中,浮顶环形间隙或其它附件接合部位,仍然难免有油气泄漏之处,为防止油气积聚达到危险程度,在油罐顶和罐壁上都开有通气孔。罐顶通气孔安装在拱顶中间,孔径为250mm,周围及顶部用金属丝网和防雨罩覆盖。罐壁通气孔规格为700mm400mm,呈偶数对称开设,设计数量为8个。3.防转钢绳 为了防止油罐壁变形,浮盘转动影响平稳升降,在内
13、浮储罐的罐顶和罐底之间垂直地张紧两条不锈钢缆绳,两根钢绳在浮顶直径两端对称布置。浮顶在钢绳限制下,只能垂直升降,防止了浮盘转动。4.浮盘支柱 内浮顶油罐使用一段时间后,浮顶需要检修,油罐需清洗,这时浮顶就需降到距罐底一定高度,由浮盘上若干支柱来支撑。5.静电导出装置 内浮顶油罐在进出油作业过程中,浮盘上积聚了大量静电荷,由于浮盘和罐壁间多用绝缘物作密封材料,所以浮盘上积聚的静电荷不可能通过罐壁导走。为了导走这部分静电荷,在浮盘和储罐之间安装了静电导出线。设计为2根软铜裸绞线,上端和采光孔相连,下端压在浮盘的盖板压条上。 6.液位计选用磁性翻柱液位计。当液位时,报警开关闭合,发出开关信号;液位远
14、传变送器也安装在立管组件外部,通过磁耦合将液位的变化线性地转换成420mA电流信号远传给控制室,实现液位的显示、测量、控制和记录。选用磁翻板(柱)液位计UHZ-661-A1,并与高低液位报警器相结合。UHZ-661-A1磁翻板(柱)液位计规格测量范围:200mm15000mm,安装高度为1000mm10000mm。精度:10mm翻柱直径:30mm介质温度:-180 420 高低液位计型号:UHZ-661-A1磁翻板(柱)液位计开孔直径:30mm报警高度:9000mm安装高度:1000mm10000mm 2.3罐区安全装置一、火灾自动报警系统依据石油化工企业设计防火规范第8.12.1条“石油化工
15、企业生产区、公用及辅助生产设施、全厂性重要设施和区域性重要设施的火灾危险场所应设火灾自动报警系统和火灾电话报警”。火灾自动报警系统是由触发器件,火灾报警装置,火灾警报装置以及其他具有辅助功能的装置组成的火灾报警系统1、11。它能够在乙苯储罐的火灾初期,将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量,通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号,传输到火灾报警控制器,并同时显示出火灾发生的部位,记录火灾发生的时间。一般火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动,自动或手动发出指令,启动相应的防火灭火装置。1.系统各部分介绍:
16、(1)触发器:指在火灾自动报警系统中,自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发器件,主要包括火灾探测器和手动报警按钮。火灾探测器是能对火灾参数(如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等)响应,并自动产生火灾报警信号的器件。手动火灾报警按钮是手动方式产生火灾报警信号、启动火灾自动报警系统的器件。(2)火灾报警装置:指在火灾自动报警系统中,用以接收、显示和传递火灾报警信号,并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。火灾报警控制器就是其中最基本的一种。火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源;监视探测器及系统自身的工作状态;接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号;进行声
17、光报警;指示报警的具体部位及时间;同时执行相应辅助控制等任务。是火灾报警系统中的核心组成部分。(3)火灾警报装置:在火灾自动报警系统中,用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置称为火灾警报装置,火灾警报器是一种最基本的火灾警报装置,通常与火灾报警控制器组合在一起,它以声、光音响方式向报警区域发出火灾警报信号,以警示人们采取安全疏散、灭火救灾措施。 (4)消防控制设备:在火灾自动报警系统中,当接收到来自触发器件的火灾报警信号后,能自动或手动启动相关消防设备并显示其状态的设备,称为消防控制设备。2.选择与安装:(1)对使用、生产或聚集可燃气体或可燃液体蒸气的场所或部位,应选择可燃气体探测器,安
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