1000m3液化石油氣球罐區(qū)安全設計

液化石油氣球罐區(qū)的安全設計設計題目6ⅹ1000m3液化石油氣球罐區(qū)安全設計學院城建學院專業(yè)安全工程班級安全1003起訖日期2013.6.27——2012.7.10指導教師鮑靜姓名張凱奇學號1905100329目錄TOC\o"1-3"\h\u1液化石油氣球罐設計[1][2][3][4][5][6][7][8] 11.1液化石油氣儲存方式及比較 11.2液化石油氣儲存的工藝條件 21.3液化石油氣球罐罐體的基本設計 31.3.1罐體材料的選擇 31.3.2球罐的結構設計 51.3.3球罐的強度設計 101.3.4球罐的支座結構 121.3.5球罐加工工藝要求 121.4球罐的附件 131.4.1人孔和開孔 131.4.2梯子和平臺 141.4.3液位計 141.4.4壓力表 151.4.5溫度計 151.5安全附件及水噴淋裝置 151.5.1安全閥 151.5.2水噴淋裝置 172總平面布置及罐區(qū)安全設計 222.1功能分區(qū) 222.2合理劃分儲LPG罐區(qū) 222.2.1球罐間和球罐與防火堤間的防火間距[5] 222.3防火堤的選型與構造 232.3.1選型[6] 232.3.2防火堤參數(shù)設計[6][4] 242.4隔堤的設計 252.5消防設計 262.5.1消防車道[5] 262.5.2消防水池[4][5] 272.5.3消防給水設計[4][5][9] 282.6廠區(qū)其余建筑設計[4] 302.7LPG球罐區(qū)布置說明及平面圖 313LPG罐區(qū)重大危險源辨識及危險性分析 323.1LPG罐區(qū)重大危險源辨[10] 323.2LPG的危險特性分析 323.3LPG罐區(qū)的危險性分析 343.3.1液化石油氣球罐區(qū)的危險性分析[12] 343.3.2泄漏引起的蒸汽云爆炸危害分析 403.2.4泄漏引起的其他危害分析[11] 444LPG罐區(qū)安全措施及安全管理制度 444.1安全措施 444.1.1防超壓措施 444.1.2防泄漏措施 454.1.3防火災措施 454.1.4防液位過低過高措施 454.1.5防爆措施 464.1.6防雷、防靜電措施 464.2LPG罐區(qū)安全管理制度 464.2.1人員與機構配置 464.2.2安全管理制度 465LPG罐區(qū)安全設施與自動化控制 485.1罐區(qū)安全設施 485.1.1工藝設備 485.1.2電氣設備[4][18] 485.1.3自動化安全儀表設備 485.1.4安全泄壓設備 495.1.5事故注水設備 495.1.6消防設備 495.2自動化控制設計 495.2.1高危儲運設施辨識 495.2.2自動化控制要求[16] 505.2.3溫度、壓力、液位的超限報警裝置 505.2.4可燃和有毒氣體泄漏檢測報警 505.2.5火災報警系統(tǒng) 505.2.6罐區(qū)自動控制系統(tǒng)構成[17] 51設計背景：本部分設計主要完成球罐體的機械強度設計計算以及安全附件的設計。1液化石油氣球罐設計[1][2][3][4][5][6][7][8]針對1000m3液化石油氣大型球罐設計中的幾個關鍵部分：球罐選材、結構設計、安全附件等方面進行了研究。（1）閱讀查找大量國內(nèi)外文獻，在系統(tǒng)了解球罐結構設計及制造方法的基礎上，并對比國內(nèi)和國外球罐技術和發(fā)展趨勢，完成緒論的撰寫。

（2）對球罐選材進行分析比較，對球罐進行工藝結構設計和尺寸計算；根據(jù)GB12337-1998《鋼制球形儲罐》對球罐進行結構與強度設計計算。根據(jù)球罐的要求選出相關附件，并根據(jù)技術要求對球罐進行制造安裝。

（3）進行球罐圖紙繪制，完成球罐裝配圖及各主要零部件圖1.1液化石油氣儲存方式及比較液化石油氣儲存方式分為常溫高壓、低溫壓力、低溫常壓三種。（1）常溫高壓法此工藝較簡單也較成熟,目前為我國主要儲存方式。由于常溫下LPG的壓力較大,儲罐為高壓容器(設計壓力為1.8MPa),目前國內(nèi)常用的有圓筒型臥罐和球罐兩種。由于球罐用料省、受力好、用地少、造價低,所以大多數(shù)儲罐為球型罐。但即便是球型罐同樣存在罐壁越厚,焊接應力消除越困難的問題。因此,在“球型儲罐設計規(guī)定”等規(guī)定中作了壁厚小于或等于50mm的規(guī)定。這樣就限制了球罐的容積。要增大儲量就要增加罐數(shù),由于消防間距的要求,相應就得增加占地,增大投資,從而限制了大規(guī)模的儲存和發(fā)展。（2）低溫壓力法為減小儲罐壁厚、增大罐容,只有適當降低罐內(nèi)的壓力。但儲罐內(nèi)壓力降低,就會使罐內(nèi)的LPG飽和溫度低于當?shù)丨h(huán)境溫度,需增設一套制冷系統(tǒng)以滿足要求。但如果選擇一個適當?shù)膲毫ぷ鼽c,使罐內(nèi)的LPG飽和溫度保持一個合適的值,就會既降低了儲罐的壓力、減少了壁厚、增大了罐容,又減少了制冷系統(tǒng)的運行天數(shù),降低了全年制冷開支,從而提高了經(jīng)濟效益。尤其是對那些四季分明,年平均氣溫與夏季最高氣溫相差很大的地區(qū)就更顯示出其優(yōu)越性。（3）低溫常壓法由于我國沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)普遍能源緊張,全年溫度又較高,低溫壓力儲存中轉LPG仍無法大幅度地增大儲罐容積,因此用低溫壓力法大規(guī)模地儲存中轉LPG顯然不是最經(jīng)濟的方式。只有把儲罐內(nèi)壓力再降低,使儲罐容積大幅度地增大,減少占用土地、降低耗鋼量,才能使大規(guī)模地儲存中轉LPG經(jīng)濟可行。低溫常壓法就是指罐內(nèi)工作壓力略高于常壓,基本維持在0～10kPa,對應的LPG飽和溫度雖較低(丙烷為-45℃左右,丁烷為-5℃左右),但由于儲罐耐壓低,容積不受太多限制,儲罐容積可大幅度地增大,單罐容積可達十幾萬立方米。這樣在這些地區(qū)采取低溫常壓法儲存中轉液化石油氣便具有占地少、投資省、經(jīng)濟效益好的優(yōu)點。通過比較可以看到:常溫壓力儲存LPG方式由于受材料焊接、加工組裝等因素限制,單個儲罐容量僅為2000m3。無法大規(guī)?；?而且投資大,經(jīng)濟效益較低。低溫儲存LPG法由于罐內(nèi)壓力降低,使罐容積增大變?yōu)榭赡?。尤其是低溫常壓?單罐容積可達十幾萬立方米,雖增設了制冷等系統(tǒng),但可大幅度增大儲量、節(jié)約用地、減少耗鋼量、從而降低了投資、提高了經(jīng)濟效益。綜上所述，選用低溫壓力儲存方式。1.2液化石油氣儲存的工藝條件按照TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程6中的相關規(guī)定，壓力選取原則為工作壓力應當不低于50℃飽和蒸汽壓力。丙烯、丙烷和異丁烷50℃飽和蒸汽壓力分別為2.05MPa、1.71MPa和0.69MPa。因此,根據(jù)介質(zhì)種類以及最高工作溫度,選取球罐的設計壓力為1.6MPa。設計溫度考慮為-20~40℃。表1-1混合液化石油氣的設計壓力混合液化石油氣50℃飽和蒸氣壓力，MPa設計壓力，MPa無保冷措施有可靠保冷措施《異丁烷50℃飽和蒸氣壓力等于50℃異丁烷飽和蒸氣壓力可能達到的最高工作溫度下異丁烷的飽和蒸氣壓〉異丁烷50℃飽和蒸氣壓力，《丙烷50℃飽和蒸氣壓力等于50℃丙烷飽和蒸氣壓力可能達到的最高工作溫度下丙烷的飽和蒸氣壓〉丙烷50℃飽和蒸氣壓力等于50℃丙烯飽和蒸氣壓力可能達到的最高工作溫度下丙烯的飽和蒸氣壓1.3液化石油氣球罐罐體的基本設計罐體球殼分為三層，內(nèi)層為合金鋼材料，夾層為保溫材料，外層為防腐材料。夾層一般采用聚氨酯泡沫塑料，外層采用噴砂除銹（石英砂）。因時間關系，下面重點設計球殼內(nèi)層。1.3.1罐體材料的選擇（1）球罐用鋼的選擇原則是在滿足強度要求的前提下，應保證有良好的成型性、優(yōu)良的焊接性能、足夠好的缺口韌性值和長期可靠的使用性能。球罐用鋼是球罐制造和設計的主要參數(shù)，對其質(zhì)量優(yōu)劣具有舉足輕重的影響。選材時需綜合考慮鋼材的抗拉強度、屈服點、剛性、韌性、可焊性以及其可靠性和經(jīng)濟性。其次考慮到在我國，由于液化石油氣產(chǎn)品中所含的H2S量較高，因此在選用盛裝液化石油氣球罐的材質(zhì)時，除要求具有足夠的強度外，鋼材的抗應力腐蝕性能也是不可忽視的因素。綜合考慮，選用16MnR。（2）16MnR鋼板是我國目前使用最多、最普遍的一種低合金高強度壓力容器用鋼。鋼材的焊接性能較好，抗腐蝕性能較好，具有良好的綜合力學性能和制造工藝性能，廣泛用于建造各類壓力容器和中小型球罐，對于16MnR鋼板制造的球罐無論是技術還是經(jīng)驗更加成熟，且價錢相對于其它鋼板更便宜且能滿足液化石油氣儲存的要求。表1-2化學成分如下表（GB6654-1996、GB150-1998）鋼號CSiMnVWNiSP16MnR≤0.20.20~0.551.20~1.60___≤0.020≤0.030表1-3力學性能和工藝性能如下表（GB6654-1996）鋼號交貨狀態(tài)鋼板厚度拉伸試驗沖擊試驗冷彎試驗抗拉強度屈服點伸長率溫度℃V形沖擊功Akv/jb=2a16MnR熱軋或正火6～16510~540≥3452120≥31d=2a>16~36490~620≥325>36~60470~600≥305>60~100460~590≥28520>100~120450~580≥275注：表中b為試樣寬度，d旁心直徑,a鋼板厚度表1-4許用應力：鋼號鋼板標準使用狀態(tài)厚度常溫強度指標在下列溫度下的許用應力，MPaσb/MPaσs/MPa≤2010015020016MnRGB6654熱軋，正火6～16510345170170170170>16～36400325163163163159>36～60470305157157157150>60～100460285153153150141>100～1204502751501501471381.3.2球罐的結構設計球殼結構采用三帶八支柱混合式結構（圖1）。該結構的極板尺寸大,赤道板數(shù)量少,充分利用了板材的長度與寬度,因而減少了焊縫長度。圖1-1符號：R--球罐半徑6150mmN--赤道分瓣數(shù)16α--赤道帶周向球角22.5°β0--赤道帶球心角67.5°β1--極中板球心角22.5°β2--極側板球心角22.5°β3--極邊板球心角22.5°1赤道板尺寸計算：圖1-2弧長（1-1）弦長（1-2）弧長（1-3）弦長（1-4）弧長（1-5）弦長（1-6）弦長:（1-7）弧長（1-8）極板尺寸計算：圖1-3對角線弧長與弦長最大間距：（1-9）弦長:（1-10）弧長:（1-11）弦長（1-12）弧長（1-13）弦長（1-14）弧長（1-15）極中板尺寸計算：圖1-4對角線弦長與弧長的最大間距：（1-16）弧長（1-17）弦長（1-18）弧長（1-19）弦長（1-20）弦長（1-21）弧長（1-22）弦長（1-23）弧長（1-24）弦長（1-25）弧長（1-26）側極板尺寸計算：圖1-5弦長:（1-27）弧長（1-28）弦長（1-29）弧長:（1-30）（1-31）式中A、H同前（1-32）弧長:（1-33）弦長（1-34）弧長（1-35）弦長（1-36）弦長（1-37）弧長（1-38）極邊板尺寸計算：圖1-6弧長（1-39）弦長（1-40）弦長（1-41）弧長（1-42）弧長（1-43）弦長（1-44）式中:（1-45）（1-46）（1-47）（1-48）弧長（1-49）弦長（1-50）弦長（1-51）弧長（1-52）弧長（1-53）弦長（1-54）1.3.3球罐的強度設計1.液化油氣在平衡狀態(tài)時的飽和蒸汽壓隨溫度的升高而增大，其液體的膨脹性較強，因此儲存液化石油氣的球罐必須留有一定的氣相空間，以防止由于溫度升高而導致球罐內(nèi)的壓力劇增。球罐的儲存量直接影響到球罐的工作壓力，關系到球罐的設計和安全使用。按照TSGR0004—2009，固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程第3.13條款的規(guī)定，儲存液化石油氣的壓力容器應當規(guī)定設計儲存量，裝量系數(shù)不得大于0.95。根據(jù)經(jīng)驗，盛裝液化石油氣球罐的裝量系數(shù)一般為0.9。表1-5系數(shù)K1與裝量系數(shù)Φ關系Φ0.600.650.700.750.800.850.900.951.0K11.13411.20281.27351.34731/42571.51121.60841.72932.00002.壁厚計算選取充裝系數(shù)為0.9,計算出的球罐充液高度為,自上而下每帶的液柱高度分別是325mm、7158mm、9892mm。液化石油氣密度，16MnR常溫下許用應力為，取焊縫系數(shù)，腐蝕裕量（腐蝕性較強），鋼板負偏差，附加壁厚,，，，，。(1-55)(1-56)(1-57)(1-58)圓整后可取34mm(1-59)圓整后可取34mm(1-60)圓整后可取36mm(1-61)圓整后可取36mm表1-6球殼各帶壁厚計算值分帶號（自上而下）1234各帶有效壁厚32.76mm32.78mm33．53mm33.82mm各帶圓整壁厚34mm34mm36mm36mm1.3.4球罐的支座結構支座是球形儲罐中用以支承本體重量和儲存物料重量的結構部件。本設計中，1000m3液化石油氣的球形儲罐確定采用赤道正切U形柱結構,支柱與球殼連接端部采用半球式結構。1.3.5球罐加工工藝要求（1）接管補強球殼接管補強常采用的結構型式有厚壁管補強結構和鍛制凸緣。鍛制凸緣可大大降低應力集中部位的峰值應力,所以人孔和直徑不小于DN80mm的接管采用鍛制凸緣進行補強,小于DN80mm的接管采用厚壁管進行補強。為了降低邊緣處的應力集中系數(shù),適當增加了接管壁厚,加大了過渡圓弧半徑。球殼板S、P雜質(zhì)的含量鋼材中除了含有鐵、碳與合金元素外,不可避免地要帶入一些雜質(zhì),如M、Si、S、P、非金屬夾雜物以及某些氣體,這些雜質(zhì)對鋼的質(zhì)量有很大影響,其中S、P的有害性最大。降低球殼板中的S含量,可有效防止熱裂紋;降低鋼板中的P含量,可有效防止冷裂紋。但降低鋼板中的S、P含量會使鋼板冶煉成本增加。（2）球殼板超聲檢測通過球殼板超聲檢測可發(fā)現(xiàn)鋼板中的裂紋和氣孔等有害缺陷,避免將有缺陷的鋼板用到球罐上。由于極帶板和與支柱焊接的赤道板受力更加復雜,是事故多發(fā)的地方,另外液化石油氣的球形儲罐容積較大,一旦出事后果不堪設想,應適當提高要求,以提高球罐的安全性,但也要考慮經(jīng)濟因素。因此球殼板按JB4730-945壓力容器無損檢測6逐張進行100%超聲檢測,其中40%的鋼板為I級合格,其余為II級合格。I級板用于受力復雜的極帶中板和與支柱焊接的赤道板。（3）鍛件鍛件全部采用16Mn鋼鍛件,人孔凸緣、人孔法蘭、開口接管等受壓元件符合JB4726-20005壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件6的規(guī)定,合格級別人孔凸緣、人孔法蘭為IV級,其余為III級。（4）焊接材料焊接采用電弧焊。當采用手工電弧焊時,采用規(guī)格為f312mm,f410mm的堿性低氫焊條,禁止采用f510mm的焊條。（5）檢測要求①球殼上所有對接焊接接頭均按JB4730進行100%射線檢測,II級為合格;并應局部超聲檢測復驗,復驗長度不得少于焊縫總長度的50%,復驗部位應包括球殼全部環(huán)焊縫和距環(huán)焊縫500mm內(nèi)的交叉焊縫、上下極帶Y形焊縫及射線檢測有缺陷和疑問的部位,超聲檢測以I級合格。無損檢測應在焊接完畢后至少24h后進行。②球罐熱處理前,按JB4730-94對球殼所有對接焊接接頭的內(nèi)外表面,人孔、接管與球殼對接焊接接頭的內(nèi)外表面,人孔及接管對接焊接接頭的內(nèi)外表面,墊板、支柱與球殼角接接頭的外表面,工卡具拆除處的痕跡打磨表面、缺陷修補和打磨后的表面進行100%磁粉檢測,合格級別均為I級。球罐水壓試驗后,氣密性試驗之前對以上所規(guī)定的所有焊接接頭的表面、工卡具焊跡打磨和殼體缺陷焊接修補和打磨后的部位按JB4730-94進行了100%磁粉檢測復驗,合格級別為I級。（6）焊后整體熱處理球罐熱處理前后分別進行了硬度測定,測定部位為每帶縱焊縫測3條各1處;2條大環(huán)焊縫各測3處;上下人孔環(huán)焊縫各1處。每處包括焊縫金屬1點、熱影響區(qū)和母材每側各1點,共5點。熱處理后的硬度以小于或等于HB200為合格,硬度的測定在接觸介質(zhì)的一側。1.4球罐的附件1.4.1人孔和開孔1.球罐的人孔是操作人員進出球罐進行檢驗及維修用的，在現(xiàn)場組焊需要進行焊后整體熱處理的球罐，人孔又成為進風、燃燒口及煙氣排出煙囪用。因此人孔直徑的選定必須考慮操作人員攜帶工具進出球罐方便（在北方還要考慮冬天作業(yè)時操作人員穿棉工作服能進出），以及熱處理時工藝氣流對截面的要求。一般選用DN500mm較適宜。通常球罐上應設有兩個人孔，分別在上、下極帶上（若球罐必須焊后整體熱處理，則人孔應設置在上、下極帶的中心）。人孔與球殼相焊部分應選用與球殼相同或相當?shù)牟馁|(zhì)。人孔結構在球罐上最好采用回轉蓋及水平吊蓋兩種。補強可采用整體鍛件凸緣補強及補強板補強兩種。2.球罐開孔應盡量設計在上、下極帶上，便于集中控制，并使接管焊接能在制造廠完成，便于進行焊后消除應力熱處理，保證接管焊接部位的質(zhì)量。開孔應與焊縫錯開，其間距應大于3倍的板厚，并且必須大于100mm。在球罐焊縫上不應開孔，如不得不在焊縫上開孔時，則被開孔中心兩側，各不少于1.5倍開孔直徑的焊縫長度必須經(jīng)100%檢測合格。1.4.2梯子和平臺大型球罐，一般采用每一臺球罐一個單獨的梯子。梯子結構分成：上部盤梯和下部斜梯兩部分（也有把下部梯子做成圓柱面螺線盤梯或其他形式梯子）。上部盤梯的較好形式是把它造成近似于球面螺線形。因為近似于球面螺線型盤梯具有以下特點：第一，由赤道處中轉平臺可以一直連接到容器頂部的圓形平臺，中間不再需要增加中轉平臺，行程較短行走舒適，沒有陡升陡降的感覺；第二，耗用鋼材較少；第三，梯子與球面的距離始終保持不變。這樣，不僅梯子與球面曲率協(xié)調(diào)一致，美觀大方，還有利于保溫工程的施工。圖1-71.4.3液位計儲存液體和液化氣體的球罐中應裝液位計。目前，球罐中采用的液位計主要有浮子-齒帶液位計（又稱浮子-鋼帶液位計）、玻璃式液位計、雷達液位計、超生波液位計等多種。國內(nèi)球罐常用連通管式液位計，它的特點是采用連通管把多個玻璃式液位計裝設在連通管上可以測量全液位。連通管要求采用大于DN40mm的鋼管制成，并與球罐操作用梯子平臺配合裝設，便能較易觀測液位情況。它的優(yōu)點是可使球殼上液位計的開孔減少至最少數(shù)量，且節(jié)省配管材料。液位計設置時要在高、低液位線有報警裝置，防止裝載過量、抽空，以免發(fā)生事故，特別在裝載液化氣時更要慎重。1.4.4壓力表為了測量容器內(nèi)壓力，球罐應設置壓力表。考慮到壓力表由于某種原因而發(fā)生故障，或由于儀表檢查而取出等情況，應在球殼的上部和下部各設一個以上的壓力表。壓力表的最大刻度為正常運轉壓力的1.5倍以上（不要超過3倍）。為使壓力表讀數(shù)盡可能正確，壓力表的表面直徑應大于150mm。壓力表前應安裝截止閥，以便在儀表標校時可以取下壓力表。1.4.5溫度計（1）在球罐上安裝1個以上的溫度計，此溫度計可以測量比最低使用溫度低10℃的溫度。（2）溫度計的保護管保護管的強度，應能承受設計壓力1.5倍以上的外壓，并能充分承受使用過程中所加的最大載荷（流體阻力或外部沖擊）。保護管外徑，由于強度所限而不能太大。保護管的插入長度應對溫度計的敏感元件是足夠的。低溫球罐或在寒冷地區(qū)裝設的球罐，必須防止雨水、濕氣等流入測溫保護管內(nèi)而結冰，從而影響正確的溫度測定。1.5安全附件及水噴淋裝置1.5.1安全閥安全閥的選用應根據(jù)壓力容器的工作壓力、工作溫度、介質(zhì)特性（毒性、腐蝕性、粘性、和清潔程度等）及容器有無震動等綜合考慮。1.安全閥的選用（1）閥型的選定壓力容器所用安全閥的類型，取決于壓力容器的工藝條件及工作介質(zhì)的特性，可根據(jù)安全閥的結構、排氣方式等選取。①按安全閥的加載機構選用。一般壓力容器宜選用彈簧式安全閥，因其結構緊湊、輕便，也可比較靈敏可靠;壓力較低、溫度較高且無振動的壓力容器可采用重錘杠桿式安全閥。②按安全閥的排放方式選用。對有毒、易燃或如制冷劑等對大氣造成污染和危害的工作介質(zhì)的壓力容器，應選用封閉式安全閥，對壓縮空氣、蒸汽或如氧氣、氮氣等不會污染環(huán)境的氣體，采用開放式或半開放式安全閥。③按安全閥的封閉機構選用。高壓容器以及安全閥泄放量較大而壁厚又不太富裕的中、低壓容器，最好采用全啟式安全閥。對于安全泄放量較小或操作壓力要求平穩(wěn)的壓力容器，宜采用微啟式安全閥。在兩者均可選取時，應首選全啟式安全閥，因為同樣的排量，全啟式安全閥的直徑比微啟式的直徑要小得多，故采用全啟式安全閥可以減小容器的開孔尺寸。（2）規(guī)格的確定安全閥是根據(jù)公稱壓力標準系列進行設計制造的。公稱壓力有1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.4MPa、10MPa、16MPa和32MPa。公稱壓力表示安全閥在常溫狀態(tài)下的最高許用應力，因此高溫容器選用安全閥時還應考慮高溫下材料許用應力的降低。安全閥的公稱壓力只表明安全閥閥體所能承受的強度，并不代表安全閥的排氣壓力，排氣壓力必須在公稱壓力范圍內(nèi)，不同的壓力容器對安全閥的排氣壓力有不同的要求。綜上所述，選擇彈簧全啟式安全閥（圖1-8），公稱壓力為1.6MPa。圖1-82.安全泄放量和額定泄放量的計算壓力容器的安全泄放量是指當壓力容器出現(xiàn)超壓時，為了保證其壓力不再繼續(xù)升高而在單位時間內(nèi)所泄放的氣量。（1）安全泄放量的計算公式：（1-62）（2）額定泄放量的計算公式：（介質(zhì)為氣體）（1-63）1.5.2水噴淋裝置（1）球罐上裝設水噴淋裝置是為了內(nèi)盛的液化石油氣、可燃性氣體及毒性氣體（氧、氮除外）的隔熱需要，同時也可起消防的保護作用。但是隔熱和消防有不同的要求，一般淋水裝置的構造為環(huán)形冷卻水管或?qū)Я魇搅芩b置。①隔熱用淋水裝置的要求液化石油氣或可燃性液化氣的球罐本體采用淋水裝置進行隔熱時，要求淋水裝置可以向球罐整個表面均勻淋水，其淋水量按球罐本體表面積每平方米淋水2L/min進行計算。②消防用淋水裝置的要求作為球罐消防噴淋保護時，要求淋水裝置也能向球罐整個表面均勻淋水，其淋水量按球罐本體表面積每平方米淋水大于9L/min。消防用的淋水裝置要求設置有能保證連續(xù)噴射20min以上的水源，并能在5m以上距離外的安全位置進行操作。．淋水管的設計淋水管原則上要求采用鍍鋅水管或具有同等以上耐熱性、耐腐蝕性及強度的鋼管。淋水管的灑水孔口徑為4mm以上，以防止水垢灰塵堵塞灑水孔。淋水環(huán)形管灑水孔的個數(shù)按下式確定：(1-64)消防噴淋的設計（1-65）式中,qv為球罐消防噴淋冷卻用水的總體積流量,L/min;S為球罐的外表面積,m2;pi為球罐消防冷卻水供給強度,L/(min·m2),其值應不小于9L/(min·m2);Di為球罐內(nèi)直徑,δ為球殼鋼板的名義厚度,mm。(1-66)式中,qV1為水霧噴頭體積流量,L/min;K為水霧噴頭平均特性系數(shù),由生產(chǎn)廠家提供;p為水霧噴頭工作壓力,MPa,其值應不小于0.35MPa。水霧噴頭噴霧保護面積范圍可近似等效為以噴頭為頂點,噴頭與球罐外表面間距為高的圓錐（圖1-9）圖1-9（1-67）式中,s為水霧噴頭噴霧的保護面積,m2;A為水霧噴頭的噴霧錐角,(°),一般可選α=125°的中速水霧噴頭;R為噴霧錐底半徑,h為水霧噴頭距離球罐外表面的距離,mm。水霧噴頭與液態(tài)烴儲罐之間的距離不應大于0.7m。體積在1000m3以上的球罐,間距以0.5~0.6m為宜。環(huán)管圈間距根據(jù)幾何關系計算,相鄰層噴淋環(huán)管圈在球罐經(jīng)線方向的間距值應是略大2R,但不超過其值的5%，因此,工程上相鄰層噴淋環(huán)管圈間距可以按2R計算:（1-68）式中,H為球罐經(jīng)線方向相鄰層噴淋環(huán)管圈的間距,R為噴霧錐底半徑,mm,其值按式（8-2）計算。環(huán)管圈層數(shù)（1-69）式中,N為環(huán)管圈的計算層數(shù);HV為環(huán)管圈的垂直間距,mm。為保證各層環(huán)管圈的壓力平衡環(huán)管圈應盡量按球罐赤道線對稱布置,圓整后取N=7。沿經(jīng)線方向各相鄰層噴淋環(huán)管圈與球心形成的夾角β（圖1-10）,用下式表示:（1-70）式中,β為相鄰層噴淋環(huán)管圈與球心形成的夾角,(°);N為圓整后的環(huán)管圈計算層數(shù)。圖1-10⑥各層噴淋環(huán)管圈噴頭數(shù)量根據(jù)GB50219-95,水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范[S]的規(guī)定,水霧錐線沿經(jīng)線方向應相交,則每圈噴淋管噴頭的數(shù)量n用下式表示:(1-71)式中ΣHv為各層噴淋環(huán)管圈與球罐赤道線的垂直距離,mm。將各數(shù)值代入式（8-7）可計算出球罐赤道線及其自上而下各層環(huán)管圈布置的噴頭數(shù)量依次為26個、26個、24個、22個、16個,整臺球罐的噴頭共計150個。表1-7噴淋環(huán)管圈噴頭數(shù)量分布球罐赤道線及其自上而下各層環(huán)管圈布置的噴頭數(shù)量總計2626242216150⑦供水豎管直徑為保證各層環(huán)管圈噴頭的工作壓力均衡,罐表面積的冷卻水強度相同,供水豎管應選用2條對稱布置。單根供水豎管的直徑用下式表示:（1-72）式中Dst為單根供水豎管的直徑,mm;v為供水豎管內(nèi)水的流速,m/s,一般取不小于2.0m/s。⑧各層噴淋環(huán)管圈直徑根據(jù)各層上水霧噴頭的數(shù)量及流量確定環(huán)管直徑。同時考慮現(xiàn)場煨彎制作的問題,各層噴淋環(huán)管的公稱直徑不宜大于100mm,見圖。噴淋環(huán)管內(nèi)徑規(guī)格為100mm、81mm及68mm。圖液態(tài)烴球罐消防管布置及管徑選擇示圖圖1-11設計背景：本部分設計主要進行LPG球罐區(qū)防火間距、消防通道、防火堤等的設計，并繪制總平面布置圖。2總平面布置及罐區(qū)安全設計需要進行安全設計的液化石油氣球罐區(qū)，地理條件及氣候條件適宜：該罐區(qū)交通較為發(fā)達，居民區(qū)離罐區(qū)較遠，該地區(qū)常年風向為西南風。2.1功能分區(qū)功能分區(qū)如：儲存區(qū)，公用工程區(qū)，辦公區(qū)。這里主要考慮的是儲罐區(qū)及其相應機構的布置。罐區(qū)周圍盡管有大型居住區(qū)，但距離較遠，對罐區(qū)外危險隱患小。因此，本設計重點考慮罐區(qū)本身及相關廠區(qū)的安全。一，由于常年風向為西南風的緣故，辦公樓，主控室等較為關鍵的設施應該設置在全年主導風的上風向。三，裝卸區(qū)的布置，因為裝卸區(qū)意外的安全隱患較多，要制定相關的罐區(qū)運行規(guī)定并且強制執(zhí)行。2.2合理劃分儲LPG罐區(qū)罐區(qū)內(nèi)放置6個1000立方米石油氣球罐，根據(jù)規(guī)范，采用兩排放置，每排3個。罐區(qū)長73.8m，寬56.9m，中間采用隔堤分開。2.2.1球罐間和球罐與防火堤間的防火間距[5]L=D=12.3m0.5D=6.15m根據(jù)GB50016-2006《建筑設計防火規(guī)范》，本設計中球罐屬于半冷凍式儲罐且罐區(qū)總容積大于5000立方米，所以儲罐間的防火間距為D，D L=D=12.3m0.5D=6.15m圖2-12.3防火堤的選型與構造2.3.1選型[6]防火堤、防護墻的設計，應滿足各項技術要求的基礎上，因地制宜，合理選型，達到安全耐久、經(jīng)濟合理的效果。根據(jù)《儲罐區(qū)防火堤設計規(guī)范》（GB50352-2005),防火堤的選擇符合下列規(guī)定：土筑防火堤在占地、土質(zhì)等條件能滿足需要的地區(qū)選用。鋼筋混凝土防火堤，一般地區(qū)均可采用。在用地緊張地區(qū)、大型油罐區(qū)及儲存大宗化學品的罐區(qū)可優(yōu)先選用。漿砌毛石防火堤在抗震設防烈度不大于6度且地質(zhì)條件較好、不宜造成基礎不均勻沉降的地區(qū)可優(yōu)先選用。磚砌塊防火堤和夾芯式中心填土磚、磚塊防火堤，一般地區(qū)均可采用。防護墻宜采用砌體結構。防火堤（土堤除外）應該采取在堤內(nèi)側培土或噴涂隔熱防火涂料等保護措施。綜合考慮我們選擇采用鋼筋混凝土防火堤。在進行防火堤選型時除考慮承受靜壓力外，還應考慮當油罐瞬間破裂時，防火堤能否承受一定的罐內(nèi)液體的沖擊載荷。從防火堤上網(wǎng)形式來說，主要包括土堤、磚砌、毛石以及鋼筋混凝土幾種形式，這幾種形式各有優(yōu)缺點。從安全性來講，磚砌和毛石不夠好。從經(jīng)濟性來講，鋼筋混凝土不夠好。綜合來看，選擇磚土混合堤比較合適。土堤經(jīng)不起長久的風吹雨打，為了保證其實用性和長久性，可以這樣設計：堤內(nèi)外兩面用砌筑240mm的磚墻，中間回填厚度500mm素土并夯實。堤外側和堤頂?shù)拇u墻部分抹灰，堤頂設為素土層部分鋪砌預制水泥板塊。堤內(nèi)側先鋪坡度為50的灰土坡（坡高H2/2m，節(jié)約占地面積），并在表面鋪砌造價低廉的薄型預制水泥板塊。如下圖所示。0.0.5m0.24m0.438m0.6m堤內(nèi)側0.3m圖2-22.3.2防火堤參數(shù)設計[6][4]根據(jù)《儲罐區(qū)防火堤設計規(guī)范》（GB50351-2005），對防火堤參數(shù)進行如下設計：儲罐罐組防火堤有效容積應按下式計算:（2-1）V—防火堤有效容積（)；A一由防火堤中心線圍成的水平投影面積()；—設計液面高度(m)；—防火堤內(nèi)設計液面高度內(nèi)的一個最大儲罐的基礎體積()；—防火堤內(nèi)除一個最大油儲罐以外的其他儲罐在防火堤設計液面高度內(nèi)的液體體積和儲罐基礎體積之和()；—防火堤中心線以內(nèi)設計液面高度內(nèi)的防火堤體積和內(nèi)培土體積之和()；—防火堤內(nèi)設計液面高度內(nèi)的隔堤、配管、設備及其他構筑物體積之和()。根據(jù)(2-1)式近似計算：由于球罐立于基座于拉桿之上，近視于懸空處理（即在防火堤內(nèi)設計液面高度內(nèi)所占容積忽略）。則(2-1)式簡化為：（2-1）式中：V—防火堤有效容積（)；A一由防火堤中心線圍成的水平投影面積()—設計液面高度(m)；本設計中防火堤高度設為H(其中L是儲罐區(qū)的長，S是儲罐區(qū)的寬)L=73.8m，S=56.9m（上文已提）解得根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》（GB50160-2009），本設計中防火堤高度應加上0.2m，所以H=0.438m。2.4隔堤的設計由于隔堤的體積影響到防火堤高度的計算，所以先對隔堤進行設計。根據(jù)規(guī)范要求，可把隔堤分成兩組，一組3個罐，一組3個罐。（1）隔堤的高度根據(jù)規(guī)范的要求，液化烴全壓力式或半冷凍式儲罐組宜設不高于0.6m的防火堤，防火堤內(nèi)的隔堤不宜高于0.3m隔堤的選型與斷面尺寸高度確定為0.3m。隔堤的選擇，根據(jù)高寬比對隔堤穩(wěn)定性的影響，選擇隔堤的厚度要接近0.3m。再根據(jù)儲罐區(qū)防火堤規(guī)范，選擇不宜小于400mm的毛石隔堤。隔堤的方向大致與液流方向垂直，為了方便施工，把它的斷面設計成長方形。隔堤雙面水泥砂漿勾縫，堤頂設鋼筋混凝土壓頂，壓頂構造應符合以下規(guī)定：壓頂在變形縫處應斷開，壓頂厚度不宜小于100mm，混凝土強度等級不宜低于C20，壓頂內(nèi)縱向鋼筋直徑不宜小于，鋼筋間距不宜大于200mm。2.5消防設計2.5.1消防車道[5]根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016—2006），液化烴、可燃液體、可燃氣體的罐區(qū)內(nèi)，任何儲罐的中心距至少兩條消防車道的距離均不應大于120m；當不能滿足此要求時，任何儲罐中心與最近的消防車道之間的距離不應大于80m?？扇疾牧下短於褕鰠^(qū)，液化石油氣儲罐區(qū)，甲、乙、丙類液體儲罐區(qū)和可燃氣體儲罐區(qū)，應設置消防車道。消防車道的設置應符合下列規(guī)定：儲量大于表2-1規(guī)定的堆場、儲罐區(qū)，宜設置環(huán)形消防車道。（2）面積大于30000m2的可燃材料堆場，應設置與環(huán)形消防車道相連的中間消防車道，消防車道的間距不宜大于150.0m。液化石油氣儲罐區(qū)，甲、乙、丙類液體儲罐區(qū)，可燃氣體儲罐區(qū)，區(qū)內(nèi)的環(huán)形消防車道之間宜設置連通的消防車道。（3）材料堆場堆垛的最小距離不應小于5.0m。（4）間消防車道與環(huán)形消防車道交接處應滿足消防車轉彎半徑的要求。表2-1堆場、儲罐區(qū)的儲量名稱棉、麻、毛、化纖(t)稻草、麥秸、蘆葦(t)木材(m3)甲、乙、丙類液體儲罐(m3)液化石油氣儲罐(m3)可燃氣體儲罐(m3)儲量100050005000150050030000消防車道的凈寬度和凈空高度均不應小于4.0m。供消防車停留的空地，其坡度不宜大于3%。消防車道與廠房（倉庫）、民用建筑之間不應設置妨礙消防車作業(yè)的障礙物。環(huán)形消防車道至少應有兩處與其它車道連通。盡頭式消防車道應設置回車道或回車場，回車場的面積不應小于12.0m×12.0m；供大型消防車使用時，不宜小于18.0m×18.0m。消防車道路面、撲救作業(yè)場地及其下面的管道和暗溝等應能承受大型消防車的壓力。消防車道可利用交通道路，但應滿足消防車通行與?？康囊?。消防車道不宜與鐵路正線平交。如必須平交，應設置備用車道，且兩車道之間的間距不應小于一列火車的長度。相鄰罐組防火堤的外堤腳線之間應留有寬度不小于7m的消防空地。根據(jù)以上規(guī)范液化石油氣儲罐區(qū)的儲量為6000m3大于500m3，應設置環(huán)形消防車道。儲罐與消防車道的距離，應符合下列規(guī)定：1.任何儲罐的中心至不同方向的兩條消防車道的距離，均不應大于120m；2.當僅一側有消防車道時，車道至任何儲罐的中心，不應大于80m。該罐區(qū)選用20m作為消防車道和儲罐中心的距離。消防車道寬度設置為4.5m。兩組儲罐之間的7m消防空地也設置4m寬的消防車道與環(huán)形消防通道貫通。R=20mR=20mR=14m圖2-3罐區(qū)環(huán)形消防車道2.5.2消防水池[4][5]根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》，工廠水源直接供給不能滿足消防用水量、水壓和火災延續(xù)時間內(nèi)消防用水總量要求時，應建消防水池（罐），并應符合下列規(guī)定：（1）水池（罐）的容量，應滿足火災延續(xù)時間內(nèi)消防用水總量的要求。當發(fā)生火災能保證向水池（罐）連續(xù)補水時，其容量可減去火災延續(xù)時間內(nèi)的補充水量；（2）水池（罐）的總容量大于1000m3時，應分隔成兩個，并設帶切斷閥的連通管；（3）水池（罐）的補水時間，不宜超過48h；（4）當消防水池（罐）與生活或生產(chǎn)水池（罐）合建時，應有消防用水不作他用的措施；（5）寒冷地區(qū)應設防凍措施；（6）消防水池（罐）應設液位檢測、高低液位報警及自動補水設施。再根據(jù)施洪昌的《可燃液體貯罐區(qū)消防設計見解》可燃液體貯罐區(qū)的消防冷卻水泵的泡沫泵應采用自灌式進水。為了達到自灌式進水，同時為了施工方便，降低工程造價，通過對多個工程的技術經(jīng)濟比較，消防水池宜建成半地下式的鋼筋混凝土水池，一般是地上一半左右，地下一半左右。根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》,消防水池的保護半徑不應大于150m。選擇冷卻水的供水強度為0.17L/s.㎡=612L/h·㎡=w著火罐的保護面積為（2-2）鄰近罐對保護面積為（2-3）總的保護面積為A=950m2由于計算得固定消防用水量為（2-4）所以計算得固定用水量為所以需設置兩個消防水池，并設帶切斷閥的連通管。消防水池距儲罐距離為11m，南北各一個，長30m，寬30m，地上1.0m，地下1.0m。30m30m1m1m1m圖2-4消防水池2.5.3消防給水設計[4][5][9]眾所周知，液化烴儲罐火災的根本滅火措施是切斷氣源。在氣源無法及時切斷時，只能維持其穩(wěn)定燃燒，同時對儲罐進行水冷卻，確保罐壁溫度不致過高，從而使罐壁強度不降低，罐內(nèi)壓力也不升高，可使事故不擴大。對液化石油氣而言，所謂的“罐區(qū)消防”就是用水對儲罐實施冷卻保護。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB50028-2006，《建筑設計防火規(guī)范》GB50016—2006和《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》GB50160-2009等有關章節(jié)，液化石油氣儲罐區(qū)的消防用水量，應按儲罐固定式消防冷卻用水量和移動式消防冷卻用水量之和計算。其中固定式消防冷卻水系統(tǒng)的用水量：著火罐冷卻水供給強度按不小于9L/（min·m）計，鄰近罐按不小于9L/（min·m）計，均按球罐全部表面積考慮。水槍用水量按80L/s；火災延續(xù)時間6h計。（2-5）（1）消防栓設立環(huán)狀管道，且進水管為兩條，消防水池前面兩米設置5個消防栓，切距離路面3m。（2）消防給水系統(tǒng)的選擇與劃分在液化石油儲罐區(qū)設計中，工藝生產(chǎn)需要在夏季氣溫30℃時對儲罐進行淋水降溫。在本設計中，消防給水系統(tǒng)與夏季淋水系統(tǒng)各自獨立，各配備水泵機組、給水管網(wǎng)和球罐淋水裝置。其中消防給水系統(tǒng)的消防水泵選型、其流量以罐區(qū)消防用水量標注計、其揚程按當?shù)叵浪杷畨河?、共選用消防水泵四臺、三開一備。為防止因壓力過高引起球罐固定冷卻給水系統(tǒng)部件易損壞漏水，造成維修工作量增加和維修困難，以及避免高壓水流對罐體的不利影響，在管網(wǎng)與球罐固定冷卻水系統(tǒng)引入管連接的管段上設置了減壓閥，安裝調(diào)試時即可將減壓閥調(diào)整至適當?shù)膲毫χ甘咎帯Ｇ蚬薰潭ㄏ览鋮s水系統(tǒng)液化石油氣被液化后常溫貯存在壓力不高的儲罐中，罐中同時存在著液相和氣相，在貯存壓力下二者達到平衡。在火災中，儲罐外殼在火焰的作用下會使金屬喪失強度，并使液相上方的氣相壓力急劇上升，雖然儲罐沒有安全閥等排氣機構，但一般不能迅速消除由于過量蒸汽造成的內(nèi)部壓力的急劇增長，進而形成爆炸。一旦發(fā)生爆炸，消防工作僅限于防止火災的蔓延。如有可能，則應力爭防止爆炸，其方法就是采用較強的水流冷卻儲罐。根據(jù)消防部門對濕罐壁、干罐壁受熱狀態(tài)的分析以及國內(nèi)對液化烴儲罐火災受熱噴水保護試驗的結論，確認噴水強度取10較為穩(wěn)定可靠。又因危險性大，故應采用非人工（即固定式）的遙控噴水冷卻系統(tǒng)。（4）消防冷卻水管道設置規(guī)定根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》，全壓力式、半冷凍式液化烴儲罐固定式消防冷卻水管道的設置應符合下列規(guī)定：1）供水豎管應采用兩條，并對稱布置。采用固定水噴霧系統(tǒng)，罐體管道設置分為上半球和下半球兩個獨立供水系統(tǒng)。2）消防冷卻水系統(tǒng)遙控控制閥3）控制閥前設置帶旁通閥的過濾器，控制閥后及儲罐上設置的管道應采用鍍鋅管。（5）滅火器材的選擇根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》（GB50160-2009）和《建筑滅火器配置設計規(guī)范》（GB50140）有關章節(jié)，液體火災場所應選擇泡沫滅火器、碳酸氫鈉干粉滅火器、磷酸銨鹽干粉滅火器、二氧化碳滅火器、或鹵代烷滅火器，由于我們是屬于液化石油氣球罐，根據(jù)液化石油氣性質(zhì)可選用干粉，泡沫，高壓水槍滅火器，但是高壓水槍會導致液化石油氣噴濺，所以這里不適合，因此只使用干粉和泡沫滅火器?？扇細怏w、液化烴和可燃液體的地上罐組宜按防火堤內(nèi)面積每400m2配置一個手提式滅火器，但每個儲罐配置的數(shù)量不宜超過3個。=4199.22/400=10.5取11個（2-6）我們在控制室，機柜室，計算機室，電信站，化驗室里設置氣體型滅火器。（6）火災報警系統(tǒng)在消防泵房（消防站與其設置在一起）設置無線通信設備，且裝備能同時受理三處火災受警的錄音電話在生產(chǎn)調(diào)度中心，中央控制中心，總變電站所，（均在發(fā)配電間/壓縮機房內(nèi)）消防水泵站均設置與消防站直通的專用電話在公用工程及全廠性重要設施和區(qū)域性重要設施等火災危險性場所均設置區(qū)域性火災自動報警系統(tǒng)。2.6廠區(qū)其余建筑設計[4]根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》（GB50160-2009），對廠區(qū)其他建筑做如下設計：1.辦公用房長20m，寬5m，距離儲罐60m，設在工廠大門附近（在全年最小頻率風的下風側）2.門衛(wèi)（25m2）長10m，寬5m，離大門5m。3.發(fā)配電間壓縮機房（在全年最小頻率風的下風側）長5m，寬5m，距離儲罐80m。4消防泵房（60m2）長10m，寬8m，距離儲罐11m5事故收集池（500m2）長15m,寬5m,距儲罐防火堤20m2.7LPG球罐區(qū)布置說明及平面圖LPG球罐區(qū)主要分為球罐組區(qū)、消防水池區(qū)、事故存液池區(qū)、辦公區(qū)等幾個部分。由于廠區(qū)的全年主導風向是西南風，廠區(qū)大門設在靠近西南角的方向，其他區(qū)的布置均按照GB50160-2009《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》有關規(guī)定布置，詳細布置及數(shù)據(jù)參見附圖1。設計背景：本設計設計項目包括6臺1000m3球罐、6臺冷凍機組，循環(huán)水站及相應配套的自控、電氣、土建、消防等設備設施的布置及相關的安全技術設計及相關安全管理措施、制度。本部分設計主要內(nèi)容包括LPG球罐區(qū)的危險性辨識、預防一些事故的安全技術措施以及罐區(qū)的安全管理制度和安全系統(tǒng)的自動化控制。著重罐區(qū)危險性分析及罐區(qū)預防事故的安全技術措施的設計。3LPG罐區(qū)重大危險源辨識及危險性分析3.1LPG罐區(qū)重大危險源辨[10]根據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》(GB18218-2009)規(guī)定：液化石油氣的臨界量為50t。(3-1)式中：F——充裝系數(shù)，V——氣瓶容積，L；——罐區(qū)的球罐數(shù)，——充裝氣體密度，kg/L；——罐區(qū)所有球罐的儲存量，kg。經(jīng)公式（3-1）計算，根據(jù)《江蘇省重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》規(guī)定，達到或高于標準所列臨界值的15倍或以上；達到或高于標準所列臨界值的10倍或以上、15倍以內(nèi)；達到或高于標準所列臨界值的5倍或以上、10倍以內(nèi)；達到標準所列臨界值或高于其5倍以下因此此罐區(qū)屬于一級重大危險源。3.2LPG的危險特性分析本設計中的液化石油氣主要成分為：丙烷、丁烷、丙烯、丁烯，為混合物，其理化性質(zhì)如下表所示：表3-1液化石油氣的理化性質(zhì)性質(zhì)說明性質(zhì)說明溶解性不溶于水，可產(chǎn)生易燃的蒸氣團。飽和蒸汽壓kpa4053（16.8℃）性狀無色氣體或黃棕色油狀液體，有特殊臭味。爆炸極限%1.5~9.5燃燒性易燃自燃溫度℃450閃點℃-74穩(wěn)定性不穩(wěn)定熔點℃無具體值臨界壓力MPa無具體值沸點℃無具體值臨界溫度℃無具體值燃燒熱Mj/kg45.217相對密度（空氣=1）1.5~2.0本設計中液化石油氣屬于甲A類火災危險性液體。參考文獻[11]，對LPG危險特性進行如下分析：（1)易燃、易爆性液化石油氣與空氣棍合后，一旦遇到火源，甚至是石頭與金屬撞擊或摩擦的靜電火花，都能迅速引起燃燒。液化石油氣的爆炸極限為1.5~9.5%，爆炸范圍寬且爆炸下限低，泄漏擴散后很容易發(fā)生爆炸。液化石油氣燃燒熱值高，燃燒速度快。爆炸時燃燒速度為每秒數(shù)百米到數(shù)千米，火焰溫度高2000℃，著火時熱輻射很強，極易引燃引爆周圍易燃易爆物質(zhì),使火勢擴大。（2）揮發(fā)性液化石油氣常壓沸點低，一旦從容器或管道中泄漏出來，由于壓力的降低，便可急劇氣化，體積將會突然膨脹250倍左右，并能迅速擴散蔓延。液化石油氣氣態(tài)比重是空氣的1.5一2.0倍，一旦泄漏,易在低洼或通風不良處窩存，在平地上能沿地面迅速擴散至遠處，而不是擴散到空氣中去，更易釀成爆炸事故。（3）受熱易膨脹性液化石油氣熱膨脹系數(shù)高，溫度越高，膨脹越大。容器在滿液情況下，溫度一旦升高，容器內(nèi)壓力會急劇升高。當液化石油氣泄漏后發(fā)生燃燒爆炸時，周圍其他儲雄受到火焰燒烤，壓力會迅速增高，從而發(fā)生物理爆炸，產(chǎn)生爆炸碎片，造成的燃燒爆炸，形成多米諾連鎖反應。（4）易產(chǎn)生靜電液化石油氣的電阻率高達106一10l00Ω·m，當其從容器、設備、管道中噴出時，極易因摩擦產(chǎn)生靜電，產(chǎn)生放電火花，引起可燃氣體燃燒或爆炸。液化石油氣中含有的液體或固體雜質(zhì)越多，流速越快，產(chǎn)生的靜電荷越多。（5）能引起中毒窒息高濃度的液化烴被大量吸入人體內(nèi)，就會造成中毒，使人昏迷、嘔吐或有不愉快的感覺，嚴重時可使人室息死亡。（6）溶解性此外，液化石油氣泄漏后，會從周圍環(huán)境中吸收大量的熱量而氣化，從而使溫度急劇降低，致人凍傷。3.3LPG罐區(qū)的危險性分析化工生產(chǎn)現(xiàn)場包含著來自人、機和環(huán)境三方面的多種隱患，為確保安全生產(chǎn)，就必須分析和查找隱患，并及早消除，將事故消滅在發(fā)生之前，做到預防為主。因此，識別危險性是首要問題。3.3.1液化石油氣球罐區(qū)的危險性分析[12]液化石油氣球罐區(qū)主要包括球罐、管道、冷凍機組及循環(huán)水站等設備。罐區(qū)主要危險來自球罐內(nèi)部的液化石油氣。因此，球罐區(qū)最主要的危險性來自于泄漏引起的火災、容器爆炸以及中毒窒息，還有一些其他次要危險性。根據(jù)GB6441--86《企業(yè)職工傷亡事故分類標準》，對LPG罐區(qū)危險性進行如下分析：火災和爆炸液化石油氣的爆炸速度為2000～3000m/s，火焰溫度高達2000℃，沸點低于-50℃，自燃點為446～480℃。當一有火情，即便在遠方的液化石油氣也會起燃，形成長距離大范圍的火區(qū)，災害異常猛烈。液化石油氣液體發(fā)熱值為45.217MJ/kg，氣體低發(fā)熱值為92.1～108.9mj/m3，約為焦爐煤氣的6倍多，由于其燃燒熱值大，四周的其他可燃物也極易被引燃。不少液化石油氣火災案例中，都有建筑物被燒塌，混凝土構件被燒熔的情況。如此猛烈的火勢，給現(xiàn)場撲救人員的作業(yè)和裝備的使用也造成一定的困難。液化石油氣罐區(qū)發(fā)生火災或者爆炸主要是由于泄漏引起的，而泄漏的原因主要有以下三方面：液化石油氣球罐質(zhì)量低劣儲存液化石油氣的容器的質(zhì)量不好，如設備選材不當、設計存在缺陷、生產(chǎn)制造過程中不符合要求，都可能會降低產(chǎn)品的質(zhì)量，或缺乏必要的安全裝置（液面計、安全閥、壓力計、放空管等），就會很容易造成液化氣泄漏。球罐安全附件失效如果液化石油氣球罐的安全附件（壓力表、液位計、溫度計、安全閥、排污管等）失效，很容易造成儲罐超裝或超壓，導致罐體開裂引起泄漏；另外，如果安全附件與罐體的連接部位結合不嚴，閥門法蘭的密封墊片老化，旱縫質(zhì)量差，耐壓強度低而發(fā)生破裂，很容易引發(fā)液化石油氣泄漏。人為失誤生產(chǎn)、使用和儲存液化石油氣過程中，由于錯誤操作、違章操作、盲目指揮和設備檢修保養(yǎng)不善很容易導致出現(xiàn)物料的跑、冒、滴、漏事故，以及在輸送作業(yè)中，泵密封不嚴，開關、法蘭連接不嚴，擅自提高本的輸送壓力，使管線破裂，或管子連接不牢，造成管線連接處脫落跑氣。引起泄漏，繼而導致火災爆炸的惡性事故。同時由于運營者的安全意識差、運輸過程中違章駕駛、交通部門管理存在漏洞或由于監(jiān)視人員安全意識不夠，通過鐵路高架橋時，對橋的限高距離沒有與槽車的高度仔細對照，盲目開進，導致槽車的安全閥被橋體撞斷，引起泄漏。當泄漏的液化石油氣遇到點火源就會發(fā)生火災或者爆炸，由于液化石油氣火災和爆炸的危害大，因此需要對其進行事故樹分析，以便在日常運作中避免火災和爆炸事故的發(fā)生。3)LPG球罐事故樹分析液化石油氣是以丙烷、丁烷、丙烯、丁烯為主要成分的烴類混合物，由其危險特性可知，液化石油氣極易發(fā)生火災和爆炸，且火災和爆炸的危害性大。下面分別作出液化石油氣球罐區(qū)的火災和爆炸的事故樹分析以及其結構重要度計算。A.火災事故樹分析M5M5X4+M3+X1X7X8+M2T·X5X6M1M6+M4X3X2+·圖3-1火災事故樹表3-2事故樹中各字母意義TM1M2M3M4M5M6X1儲罐發(fā)生火災點火源液化氣達到可燃濃度達到爆炸極限明火撞擊火花雷電火花達到爆炸極限X2X3X4X5X6X7X8汽車發(fā)動危險區(qū)違章動火鐵器相撞雷擊避雷針失效罐內(nèi)罐外結構重要度計算：事故樹的最小割集｛X1，X2，X7｝，｛X1，X3，X7｝，｛X1，X4，X7｝，｛X1，X5，X6，X7｝｛X1，X2，X8｝，｛X1，X3，X8｝，｛X1，X4，X8｝，｛X1，X5，X6，X8｝結構重要度（3-2）式中，——最小割集總數(shù)；——第個最小割集；——為第個基本事件所在中個基本基本事件數(shù)總數(shù)減1；——第個基本事件的結構重要度系數(shù)。由公式（3-5）計算結構重要度順序為：X1>X7=X8>X2=X3=X4>X5=X6事件名稱是：達到爆炸極限>罐內(nèi)=罐外>鐵器相撞=汽車發(fā)動=危險區(qū)違章動火>雷擊=避雷針失效。因此，當液化石油氣濃度達到爆炸極限時事最危險的。所以要防止液化石油氣氣相濃度增大，是預防火災的重要措施。B.爆炸的事故樹分析X11X11X9﹢X4X3X1X2M3X5X6X7X8﹢﹢M1M2?TX10圖3-2爆炸的事故樹表3-2爆炸事故樹中各字母含義TM1M2M3X1X2X3X4儲罐發(fā)生爆炸點火源液化氣泄漏靜電明火撞擊火花電火花射頻電（如手機）X5X6X7X8X9X10X11惰性氣體置換水置換水沖洗水蒸汽沖洗水沖洗水流失過快靜電接地接地接觸不良A、事故樹的最小割集{X1，X5},{X2，X5},{X3，X5},{X4，X5},{X9，X5},{X10，X5},{X11，X5},{X1，X6},{X2，X6},{X3，X6},{X4，X6},{X9，X6},{X10，X6},{X11，X6},{X1，X7},{X2，X7},{X3，X7},{X4，X7},{X9，X7},{X10，X7},{X11，X7},{X1，X8},{X2，X8}，{X3，X8},{X4，X8},{X9，X8},{X10，X8}{X11，X8} 。B、結構重要度由公式（3-2）計算結構重要度順序為：X5=X6=X7=X8>X1=X2=X3=X4=X9=X10=X11事件名稱是：惰性氣體置換=水置換=水沖洗=水蒸氣沖洗>電火花=射頻電(如手機等)=水沖洗過程水流太快=明火=撞擊火花=靜電積累=接地不良（2）容器爆炸本設計中的液化氣儲存方式為低溫略高于常壓方式，因此，液化氣球罐可能存在容器爆炸的危險。下面介紹可能導致球罐爆炸的原因。儲罐的設計、制造和安裝存在缺陷如果球罐在設計、制造和安裝的過程中存在缺陷，如應力分布不均，焊縫質(zhì)量差等，可能導致球罐各部分受壓能力不同，由于儲存壓力略高于常壓，而且液化石油氣本身具有易膨脹性，所以球罐質(zhì)量存在問題時，就有可能導致球罐爆炸。運行超壓本設計中液化石油氣球罐的設計壓力為1.6MPa，當球罐運行壓力高于球罐設計壓力時，就可能導致球罐發(fā)生脆性斷裂，由于是在低溫狀態(tài)下的儲存液化石油氣，一旦球罐破裂，液化石油氣會瞬間氣化，體積迅速變大，大約為原液體時體積的250倍，從而導致球罐壓力迅速變大，從而發(fā)生容器爆炸。安全附件失靈及超期服役安全附件失靈或者超期服役，如不及時檢查及更換，就可能產(chǎn)生虛假信息，造成工作人員誤操作，從而造成危險事故。特別是壓力表，如果損壞而沒有更換，在人員誤操作下可能產(chǎn)生超壓危險，進而導致容器爆炸。淹溺由于液化石油氣罐區(qū)有兩個消防水池，其規(guī)格為長、寬為30m，地上高度1m，地下深度1m。因此，罐區(qū)具有淹溺的危險，需要在消防水池傍邊設置危險警示標志，且有一定的防護措施。（4）中毒與窒息根據(jù)GB11518-89標準規(guī)定，石油液化氣卸裝場所的允許濃度不得超過1000mg/m3,當液化石油蒸氣濃度高于17990mg/m3時，人在其中將會引起眩暈、頭痛、興奮或嗜睡、惡心、嘔吐、脈緩等癥狀，嚴重時表現(xiàn)為麻醉狀態(tài)及意識喪失。（4）其他危險性1)凍結液化石油氣球罐和管道多為露天設置，液化石油氣的水分在冬天易結冰，造成管道和閥門堵塞,甚至凍裂，導致物料泄漏，引發(fā)危險。觸電傷害壓縮機和泵的運轉動力由電動機提供，電動機及其電氣控制裝置的電源電壓均為380V/220V,接地不良或失效導致的設備、管道及其零部件外殼帶電或者絕緣破壞都可引發(fā)觸電傷害。機械傷害在液化石油氣罐區(qū)的日常運作中，有壓縮機，烴泵來完成操作過程，其原轉動部件、傳動帶、傳動齒輪等轉動部件可能對人體造成傷害。因此，在機械部分應該加裝防護措施，以防止機械運作中可能給工作人員造成的機械傷害。4）高空墜落當作業(yè)高度大于2m時，都屬于高空作業(yè)。由于儲罐的安裝高度基本上都在12m以上,在儲罐的運行巡檢、儲罐安全附件的維修和儲罐的定期檢修中,如操作不當,可能會發(fā)生維(檢)修人員的高處墜落事故。3.3.2泄漏引起的蒸汽云爆炸危害分析罐區(qū)泄漏是罐區(qū)主要危險之一，下面主要分析罐區(qū)泄漏引發(fā)的蒸汽云爆炸。噴噴射火災擴散云團蒸汽云爆炸閃火延遲點燃不點燃立刻點燃蒸汽云爆炸閃火B(yǎng)LEVE火球浮性云團延遲點燃不點燃立刻點燃蒸汽云爆炸閃火浮性云團BLEVE火球BLEVE火球延遲點火不點燃立刻點火立刻點火冷失效熱失效管路連續(xù)泄漏儲罐持續(xù)泄漏儲罐瞬間泄漏泄漏圖3-3泄漏的后果分析液化石油氣泄漏后果如上圖3-3根據(jù)參考文獻[10]中對LPG球罐區(qū)危險性的分析，對罐區(qū)蒸汽云爆炸作出如下分析：該LPG罐區(qū)有1000m3球罐6臺，SH3007-1999規(guī)定，球罐的充裝系數(shù)宜取0.90。假設罐區(qū)全部參與蒸汽云爆炸反應，液化石油氣密度為580kg/m3。參與蒸汽云爆炸的質(zhì)量為：TNT當量計算TNT當量法是將已知能量的可燃燃料等同于當量質(zhì)量的TNT的一種簡單方法。該方法建立在假設燃料爆炸的行為如同具有相等能量的TNT爆炸的基礎之上。TNT的當量質(zhì)量可使用下式進行估算：（3-3）式中,——地面爆炸系數(shù)；——蒸汽云爆炸的當量系數(shù)；——LPG的燃燒熱值；MJ/kg；——蒸汽云爆炸質(zhì)量，kg；——TNT的燃燒熱值，MJ/kg。其公式中，取1.8、，取0.04、取45.217MJ/kg、取4.52MJ/kg。經(jīng)計算得（2）分類傷害半徑由于爆炸對人員的傷害情況與距爆炸中心距離而變化，因此將危險源周圍依次分為死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)和安全區(qū)。1)死亡區(qū)該區(qū)內(nèi)的人員如缺少防護，則被認為無例外地蒙受嚴重傷害或死亡，死亡率取50%，其內(nèi)徑為零，外徑為。表示該區(qū)域內(nèi)人員內(nèi)臟嚴重損傷或死亡的概率為0.5，它與爆炸量之間關系為：(3-4)式中，——TNT的燃燒熱值，MJ/kg；——表示該區(qū)域內(nèi)人員內(nèi)臟嚴重損傷或死亡的概率為0.5，m。計算得：2）重傷區(qū)R1該區(qū)的人員如缺少防護，則被認為將無例外地蒙受嚴重傷害，極少數(shù)人可能死亡或受重傷。其內(nèi)徑為，外徑。取人員重傷超壓，1000kgTNT爆炸產(chǎn)生的沖擊波在距離爆心處的沖擊波超壓為。由下列公式求解：（3-5）式中，——1000kgTNT爆炸產(chǎn)生的沖擊波在距離爆心處的沖擊波超壓為的距離，m；——爆炸產(chǎn)生的沖擊波在距離爆心處的沖擊波超壓為的爆炸量，kg；——發(fā)生爆炸的量，kg；——該區(qū)的人員如缺少防護，則被認為將無例外地蒙受嚴重傷害，極少數(shù)人可能死亡或受重傷，m。3）輕傷區(qū)該區(qū)的人員如缺少防護，則絕大多數(shù)人員將遭受輕微傷害，少數(shù)人將受重傷或平安無事，死亡的可能性極小。該區(qū)的內(nèi)徑為重傷區(qū)半徑，外徑為。計算公式同重傷區(qū)。取取人員輕傷超壓，1000kgTNT爆炸產(chǎn)生的沖擊波在距離爆心處的沖擊波超壓為。計算得：4）財產(chǎn)損失半徑由于罐區(qū)周邊的建筑物多為鋼筋混凝土結構，所以財產(chǎn)損失半徑取鋼筋混凝土遭受破壞的距離。其計算公式同上。取鋼筋混凝土破壞超壓，1000kgTNT爆炸產(chǎn)生的沖擊波在距離爆心處的沖擊波超壓為。經(jīng)計算得：3.2.4泄漏引起的其他危害分析[11]噴射火災危害LPG管線泄漏時被立即點燃就可能發(fā)生噴射火災，其危害性較小，主要危害是火焰范圍及熱輻射。當火災產(chǎn)生的熱輻射強度足夠大時，可使周圍的物體燃燒或變形，強烈的熱輻射可能燒毀設備甚至造成人員傷亡等。閃火危害閃火是可燃性氣體或蒸氣泄漏到空氣中并與之混合后被點燃而發(fā)生的一種非爆炸性的蒸氣云燃燒。其主要危害是熱輻射和火焰直接灼燒。閃火的熱輻射計算包括閃火動力特性及熱通量計算。熱輻射的大小由火焰的輻射能、視角系數(shù)和大氣傳輸率所決定。沸騰液體擴展蒸氣爆炸沸騰液體膨脹蒸氣爆炸是溫度高于常壓沸點的加壓液體突然釋放并立即氣化而產(chǎn)生的爆炸。加壓液體的突然釋放通常是因為容器的突然破裂引起的。它實質(zhì)是一種物理性爆炸。破壞能量來源包括：(1)

容器本身是高壓容器，它的突然破裂能夠釋放出巨大的能量，產(chǎn)生爆炸波并且將容器破片拋向遠方；(2)

液化氣劇烈燃燒能夠釋放出巨大的能量，產(chǎn)生巨大的火球和強烈的熱輻射。

事故的危害包括：容器爆炸的爆炸波、容器碎片、熱輻射及火球火焰的直接傷害。4LPG罐區(qū)安全措施及安全管理制度由于本LPG球罐區(qū)屬一級重大危險源，因此，為防止罐區(qū)發(fā)生上述分析的危險事故，對罐區(qū)作出如下相應的安全措施和安全管理制度。4.1安全措施參考文獻[13],LPG罐區(qū)應有如下安全措施：4.1.1防超壓措施對罐體：為了防止在夏季由于氣溫升高和強烈的太陽光對球罐表面曝曬導致球罐內(nèi)液化石油氣氣化帶來的壓力的急劇升高，造成球