北京化工大学继续教育学院毕业设计论文

诚信声明 本人声明： 我所呈交的本科毕业设计是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果 由本人承担。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 日期： 年 月 日 Comment 微微微微1: 题目应该改为 “某化工企业丙烯罐区安全设计 II 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 丙烯罐区安全设计论文 学院： 北京化工大学继续教育学院 专业： 安全工程 班级： 学生： 指导教师： 1设计（论文）的主要任务及目标 (1) 由于化工工业生产装置在世界范围内的迅速发展，灾害性爆炸事故、火灾事故、 人群中毒事故不断出现。 (2) 避免化学工业灾害性事故成为工业装置平稳安全运行的核心问题。 (3) 制定一系列的预防措施，从而保证生产过程正常运行，为创造一个良好的工作 环境提供了保障。 2设计（论文）的基本要求和内容 (1) 对丙烯球罐区球罐的设计、强度设计、及其防火防爆安全技术设计 (2) 以技术上先进性、可行性，经济上合理性为前提，综合分析丙烯的物理、化学 性质，通过其危险性的分析来设计储罐区的布置。 (3) 对重大事故分析、安全管理制度和措施的研究来制定一系列的预防措施。 3主要参考文献 1 刘清方 吴孟娴.锅炉压力容器安全.M.北京：首都经济贸易大学出版社 2000 2 王松汉 . 石油化工设计手册. M . 北京：化学工业出版社 2002 3 徐英 杨一凡 朱萍. 球罐和大型储罐. M.北京：化学工业出版社 2005 4进度安排 设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期 1 社会了解和调查阶段 1月 15日 2 月 1日 2 文献查阅阶段 2月 2日 2 月 20日 3 论文撰写阶段 2月 21日 4 月 1日 4 论文修改阶段 4月 2日 5 月 1日 Comment 微微微微2: 同上 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） III 丙烯罐区安全设计论文 摘 要 由于工业过程特别是化工工业、石油化学工业为代表的高能化、自动化大型生 产装置在世界范围内的迅速发展，灾害性爆炸事故、火灾事故、大范围人群中毒事 故不断出现，这些灾害所造成的后果和社会问题远远超过事故本身。随着经济规模 越来越宏大、高科技越来越密集，避免化学工业灾害性事故成为工业装置平稳安全 运行的核心问题。 本次论文通过对丙烯球罐区球罐的设计、强度设计、附件设计 及其防火防爆安全技术设计，以技术上先进性、可行性，经济上合理性为前提，综 合分析丙烯的物理、化学性质，通过其危险性的分析来设计储罐区的布置。同时对 重大事故分析、安全管理制度和措施的研究来制定一系列的预防措施，从而保证过 程正常运行、安全 生产，为创造一个良好的工作环境提供了保障。 关键词：球罐；防火防爆；安全设计 IV The propylene tank farm safety design paper Abstract This paper analyzed Due to industrial processes, especially in chemical industry, petroleum chemical industry as a representative of energetic materials, large-scale production automation equipment in the world within the scope of the rapid development of severe explosion accident, fire accident, large scale poisoning accidents appear constantly, the consequences of these disasters and social problems is far more than the accident itself. As the economic scale is more and more big, high-tech is more and more intensive, avoid severe accident become industrial chemical industry the core issue of a smooth and safe operation. This paper based on the propylene spherical tank area of spherical tank design, strength design and accessories design and fire explosion-proof safety technology design, with advanced, technical feasibility, economic rationality, comprehensive analysis, chemical and physical properties of propylene, through the analysis of the danger to design the tank area layout. Analysis of major accidents at the same time, the safety management system and measures to develop a series of preventive measures, so as to ensure the normal operation of the process, the safety Production, to create a good working environment. Key words: Spherical tank; For fire and explosion prevention; Safety design Comment 微微微微3: 目录里应该有： 摘要、三级目录、结论等 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） V 目 录 前 言 .1 第 1章 概述 .2 第 1.1节 丙烯的性质 2 第 1.2节 丙烯的危害 2 第 1.3节 事故的预防与控制 3 第 1.4节 法规信息 4 第 2章 总平面布置设计 5 第 2.1节 丙烯球罐区的方位布置 5 第 2.2节 厂内道路及罐区的布置 7 第 2.3节 管线的布置 9 第 2.4节 防火堤的设计原则 .10 第 3章 球罐的设计 12 第 3.1节 球罐的设计条件 .12 第 3.2节 罐体的设计 .12 第 3.3节 球罐的附件 .13 第 4章 罐区的消防安全设计 .18 第 4.1节 球罐区消防安全的注意事项 .18 第 4.2节 水喷雾消防冷却系统的介绍 .20 第 4.3节 球罐区水喷雾消防冷却系统的设计 .22 第 4.4节 球罐区消防系统的监督与维护 .24 VI 第 5 章 重大事故后果分析 26 第 5.1 节 引起重大事故的原因 26 第 5.2 节 重大事故后果分析计算 .27 第 6 章 安全管理措施及制度 .29 第 6.1 节 防雷电 .29 第 6.2 节 防静电 .29 第 6.3 节 开停车制度 .30 第 6.4 节 防泄漏 .31 参考文献 .34 致 谢 35 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 1 前 言 由于工业过程特别是化工工业、石油化学工业为代表的高能化、自动化大型生 产装置在世界范围内的迅速发展，灾害性爆炸事故、火灾事故、大范围人群中毒事 故不断出现，这些灾害所造成的后果和社会问题远远超过事故本身。随着经济规模 越来越宏大、高科技越来越密集，避免化学工业灾害性事故成为工业装置平稳安全 运行的核心问题。 本次论文通过对丙烯球罐区球罐的设计、强度设计、附件设计 及其防火防爆安全技术设计，以技术上先进性、可行性，经济上合理性为前提，综 合分析丙烯的物理、化学性质，通过其危险性的分析来设计储罐区的布置。同时对 重大事故分析、安全管理制度和措施的研究来制定一系列的预防措施，从而保证过 程正常运行、安全生产，为创造一个良好的工作环境提供了保障。 2 第 1 章 概述 第 1.1 节 丙烯的性质 1.1.1 丙烯的理化性质 丙烯（propene,CH2=CHCH3）常温下为无色、无臭、稍带有甜味的气体。 分子量 42.08，密度 0.5139g/cm3(20/4)，冰点-185.3，沸点-47.4。易燃， 爆炸极限为 2%11% 。不溶于水，溶于有机溶剂。 丙烯是三大合成材料的基 本原料,主要用于生产丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等。 1.1.2 丙烯的毒性 本品为单纯窒息剂及轻度麻醉剂。 (1)急性中毒：人吸入丙烯可引起意识 丧失，当浓度为 15时，需 30 分钟；24时，需 3 分钟；3540时，需 20 秒钟；40以上时，仅需 6 秒钟，并引起呕吐。 (2)慢性影响：长期接触 可引起头昏、乏力、全身不适、思维不集中。个别人胃肠道功能发生紊乱。 丙烯主要经呼吸道侵入人体。吸入 6.4%浓度，历时 2.25min，有感觉异常和注 意力不集中；12.8%，1min 同样的症状较明显；15%，30min 或 24% 33%， 3min 可引起意识丧失；40%以上时，仅 6s 即意识丧失，并引起呕 吐眩晕。数分钟接触后，尚可引起眼睑及面潮红、流泪、咳嗽；50%2min 引起 麻醉，然而停止接触可完全恢复。 丙烯嗅觉阈为 17.3mg/m3，近 1mg/m3 时 眼轻度敏感。丙烯的慢性影响与乙烯相似。 第 1.2 节 丙烯的危害 1.2.1 环境危害 丙烯对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 3 1.2.2 危险特性 易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。 与二氧化氮、四氧化二氮、氧化二氮等激烈化合，与其它氧化剂接触剧烈反应。 气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。 有害 燃烧产物： 一氧化碳、二氧化碳。 第 1.3 节 事故的预防与控制 1.3.1 操作储存的注意事项 (1) 密闭操作，全面通风。 操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。远离火种、热源，工作场所 严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免 与氧化剂、酸类接触。在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。 搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应 急处理设备。 (2) 储存于阴凉、通风的库房。 远离火种、热源。库温不宜超过 30。应与氧化剂、酸类分开存放，切忌混储。 采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有 泄漏应急处理设备。 1.3.2 个体防护 (1) 工程控制：生产过程密闭，全面通风。 (2) 呼吸系统防护：一般不需要特殊防护，但建议特殊情况下，佩戴自吸过滤式 防毒面具（半面罩）。 (3) 眼睛防护：一般不需要特殊防护，高浓度接触时可戴化学安全防护眼镜。 (4) 身体防护：穿防静电工作服。 (5) 手防护：戴一般作业防护手套。 4 (6) 其他防护：工作现场严禁吸烟。避免长期反复接触。进入罐、限制性空间或 其它高浓度区作业，须有人监护。 1.3.3 事故应急处理 丙烯泄漏后，应迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出 入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服。尽可能 切断泄漏源。用工业覆盖层或吸附/ 吸收剂盖住泄漏点附近的下水道等地方，防止气 体进入。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的 大量废水。如有可能，将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气 容器要妥善处理，修复、检验后再用。 第 1.4 节 法规信息 化学危险物品安全管理条例(1987 年 2 月 17 日国务院发布)，化学危险物 品安全管理条例实施细则(化劳发1992 677 号) ， 工作场所安全使用化学品规定 (1996劳部发 423 号)等法规，针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装 卸等方面均作了相应规定；常用危险化学品的分类及标志(GB 13690-92)将该物 质划为第 2.1 类易燃气体。 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 5 第 2 章 总平面布置设计 第 2.1 节 丙烯球罐区的方位布置 2.1.1 区域规划 (1) 由于球罐内储存的是有毒易燃易爆的甲 A 类液体，而且丙烯在常温常压下 是气态，所以在进行区域规划时，应根据石油化工企业及其相邻的工厂或设施的特 点和火灾危险性，结合地形、风向等条件，合理布置。 (2) 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。 (3) 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。 (4) 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 止泄漏的可燃液体流入水域的措施。 (5) 石油化工企业与相邻工厂或设施的防火间距，不应小于表 2-1 的规定。 (6) 高架火炬的防火距离，应经幅射热计算确定；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 2-1 规定。 表 21 石油化工企业与相邻工厂或设施的防火间距（单位：m） 防火间距 除液化烃罐组、 可能携带可燃液 体的高压火炬外 的工艺装置或设 施 液化烃罐组 可能携带易燃液 体的高压火炬 居住区、公共福 利设施、村庄 100 120 120 相邻工厂 50 120 120 国家铁路线 45 55 厂外企业铁路线 35 45 国家和工业区铁 45 55 80 6 路编组站 厂外公路 20 25 变配电站 50 80 架空电力线路 1.5 倍塔杆高度 国家架交通信线 路 40 50 80 通航江河岸边 20 注： A. 括号内指防火间距起止点。 B. 当相邻设施为港区陆域、重要物品 仓库和堆场、军事设施、机场等，对石油化工企业的距离有特殊要求时，应按有关 规定执行。 2.1.2 工厂总平面的布置 (1) 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。 (2) 可能散发可燃气体的工艺装置、罐组、装卸区或全厂性污水处理场等设施， 宜布置在人员集中场所，及明火或散发火花地点的全年最小频率风向的上风侧；在 山区或丘陵地区，并应避免布置在窝风地带。 (3) 液化烃罐组或可燃液体罐组，不 应毗邻布置在高于工艺装置、全厂性重要设施或人员集中场所的阶梯上。但受条件 限制或有工艺要求时，可燃液体原料储罐可毗邻布置在高架工艺装置的阶梯上。 (4) 当厂区采用阶梯式布置时，阶梯间应有防止泄漏的可燃液体漫流的措施。 (5) 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。空气分离装 置，应布置在空气清洁地段并位于散发乙炔、其他烃类气体、粉尘等场所的全年最 小频率风向的下风侧。 (6) 液化烃罐组或可燃液体罐组，不宜紧靠排洪沟布置。 (7) 汽车装卸站、液化烃灌装站、甲类物品仓库等机动车辆频繁进出的设施，应 市容在厂区边缘或厂区外，并宜设围墙独立成区。 (8) 采用架空电力线路进出厂区的总变配电所，应布置在厂区边缘。 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 7 第 2.2 节 厂内道路及罐区的布置 2.2.1 道路的规划 (1) 工厂主要出入口不应少于两个，并宜位于不同方位。 (2) 工艺装置区、罐区、可燃物料装卸区及其仓库区，应设环形消防车道，当受 地形条件限制时，可设有回车场的尽头式消防车道。 (3) 液化烃、可燃液体的罐区内的储罐与消防车道的距离，应符合下列规定：任 何储罐的中心至不同方向的两条消防车道的距离，均不应大于 120m；当仅一侧有消 防车道时，车道至任何储罐的中心，不应大于 80m。 (4) 主干道及其厂外延伸部分，应避免与调车频繁的厂内铁路或邻近厂区的厂外 铁路平交。 (5) 路面上净空高度不宜低于 5m。 (6) 消防道路的路面高度不应小于 6m。 (7) 路面内缘转弯半径不宜小于 12m。 (8) 库内道路 (包括消防车道) 路面边缘邻设施的最小净距,见表 22。 表 22 路面边缘距相邻设施最小净距 序号 相邻设施名称 最小净距（m） 1 防火堤外坡脚线 3 2 围墙 1 3 建筑物外墙 6.0-9.0 4 电杆、灯柱、管线支架 1 注： A. 表中最小净距、城市型厂内道路自路面边缘算起,公路型厂内道路自路 肩缘算起。路.肩宽度一般为 1.0 或 1.5m,条件受限时可减少至 0.5m 或 0.75m; B. 生产工艺有特殊要求的建(构)筑物及管线至道路边缘的最小净距,应符合现行 有关规定的要求; C. 当厂内道路与建 (构)筑物之间设置边沟、管线等或绿化时,应按需要另行确定 其净距。 8 (9) 当道路路面高出附近地面 2.5m 以上、且在距道路边缘 15m 范围内，有工艺 装置或可燃气体、液化烃、可燃液体的储罐及管道时，应在该段道路的边缘设护墩、 矮墙等防护设施。 (10) 生产区的道路宜采用双车道；若为单车道应满足错车要求。 (11) 可供消防车通行的装置内道路的装置，应符合下列规定： 1) 装置内应设 贯通式道路。当装置宽度小于或等于 60m，且装置外两侧设有消防车道时，可不设 贯通式道路； 2) 道路的宽度不应小于 4m，路面上的净空高度不应小于 4.5m。 2.2.2 罐区的布置 (1) 液化烃、可燃气体、助燃气体的罐组内，储罐的防火间距不应小于表 2-3 的 规定。 表 23 液化烃、可燃气体、助燃气体的罐组内储罐的防火间距 固定顶罐防火间距 10000m3 10000m 3 浮顶罐、内浮 顶罐 卧罐 甲 B、乙类 0.6D 0.75D 0.6D 但不 宜大于 20m 0.4D 但不宜大 于 80m 丙 A 类 0.4D 但不宜大于 15m 丙 B 类 2m 5m 0.8m 注： A. D 为相邻较大储罐的直径。 B. 不同型式储罐之间的防火距离，应采 用较大值。C. 液氨、液氧储罐的防火间距同液化烃储罐。 (2) 相邻液化烃罐组储罐间的距离，不应小于 16m。 (3) 液化烃压力储罐宜设不高于 0.6m 的防火堤，防火堤距储罐不应小于 3m，堤 内应采用现浇混凝土地面，并宜坡向四周。防火堤内的隔堤不宜高于 0.3m (4) 低温的液氨储罐、液化烃储罐应设防火堤，堤内有效容积应为一个最大储罐 容积的 60。 (5) 液化烃储罐的安全阀出口管，应接至火炬系统。确有困难时，可就地放空， 但其排气管口应高出相邻最高储罐罐顶平台 3m 以上。 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 9 (6) 在同一罐组内，宜布置火灾危险性类别相同或相近的储罐；沸溢性液体的储 罐，不应与非沸溢性液体储罐同组布置；液化烃的储罐，不应与可燃液体储罐同组 布置。 (7) 液化烃的储罐，应设液位计、温度汁、压力表安全阀；以及高液位报警装置 或高液位自动联锁切断进料装置。 第 2.3 节 管线的布置 2.3.1 简单设置 (1) 沿地面或低支架敷设的管道，不应环绕工艺装置或罐组四周布置。 (2) 管道及其桁架跨越厂内道路的净空高度，不应小于 5m。 (3) 可燃气体、液化烃、可燃液体的管道横穿铁路或道路时，应敷设在管涵或套 管内。 (4) 可燃气体、液化烃、可燃液体的管道，不得穿越或跨越与其无关的炼油工艺 装置、化工生产单元或设施；但可跨越罐区泵房（棚）。在跨越泵房（棚）的管道 上，不应设置阀门、法兰、螺纹接头和补偿器等。 (5) 布置在公路型道路路肩上的管架支柱、照明电杆、行道树或标志杆等，应符 合下列规定： 1) 至双车道路面边缘不应小于 0.5m； 2) 至单车道中心线不应小于 3m。 (6) 设备和管道应根据其内部材料的火灾危险性和操作条件，设置相应的仪表、 报警讯号、自动联锁保护系统或紧急停车措施。 (7) 甲、乙，类设备和管道，应有惰性气体置换设施。 (8) 罐组之间的管道布置，不应妨碍消防车的通行。 2.3.2 管线保冷大都是用发泡的泡沫塑料成型管壳 球罐道生产车间 600 的 6 英寸保冷管线设计 (1) 与保温施工防潮方法不同。不仅要安装足以防潮的外防护层，还要对长方形 和圆形接缝处的密封材料的选择进行细致的研究。 (2) 当包冷层的厚度超过 75mm 时，最好分二层进行施工。此时，内部温度相当 10 低则对第一层和第二层的包冷材料分别选择不同的材料。 (3) 使用聚苯乙烯泡沫管 壳时，高温下熔融的沥青或溶剂类物质对聚乙烯有腐蚀作用，所以，不能用这些材 料作密封。可用以醋酸和乙烯脂为主，能溶于乙醇的溶剂作密封。泡沫塑料管壳由 毛坯加工的，也有在圆形模具中经发酵制成的。截切的管壳一般其温度收缩率大而 且强度也比较弱。 (4) 泡沫玻璃为无机物，不燃烧。但其导热率大，则只用于对防火要求高或极低 的场合，它是由毛坯截切而成的。施工时，在接缝处要用密封材料进行密封。主要 用扁钢加以固定。它质脆易坏，所以，最好不要用铁丝固定。 2.3.3 弯曲、异形处的保冷 (1) 不规则部分：弯头、三通、阀门、转动机械的保冷，可用成型的预制块，也 可用现场发泡的聚氨脂泡沫塑料进行施工。 (2) 需要维修的部位保冷：对于法兰、人孔等要使用容易拆除保冷层的预制块。 并用密封材料将连接处黏接，里层用石棉、玻璃棉等天才使之成为易于维修的结构。 (3) 移位、变形处的保冷：对于膨胀节等部位，为使保冷处能适应自由移动、变 形，要在石棉、玻璃棉等柔软的保温层上面包山防潮膜，这种防潮膜最好使用重叠 的复合膜。 2.3.4 外防护层 最典型的施工是先在保冷材料喷涂 6mm 厚的沥青玛缔酯上包上镀锌铁皮或铝皮。 有关板金的加工和保温一样。 第 2.4 节 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) 管道穿堤处应采用非燃烧材料严密封闭, 引出防火堤外的管线离地面应有 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 11 1m 左右的高度. (3) 应在防火堤的不同方位上设置两个以上人行台阶或坡道，隔堤均应设置人行 台阶。 (4) 在防火堤内雨水沟穿堤处，应设防止可燃液体流出堤外的措施。 (5) 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；浮 顶罐，不应小于罐组内 1 个最大储罐容积的一半。 (6) 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，设 有事故存液池的罐组与相邻罐组储罐间的距离，不应小于 25m，且其间应留有宽度 不小于 7m 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。 12 第 3 章 球罐的设计 第 3.1 节 球罐的设计条件 设计参数： 设计温度：50 设计压力：1.96MPa 工作压力：1.84Mpa 液压试验压力：2.45Mpa 容积：300m3 球壳内直径：8306mm 储存物质：CH3-CH=CH2 物料密度：0.504kg/cm3 充装系数：0.9 地震设防烈度：7 度 基本风压值：350Pa 基本雪压值：400N/ 球罐建造场地：类、远震、B 类地区 第 3.2 节 罐体的设计 3.2.1 球罐材料的确定 参考球罐与大型储罐，储存丙烯的球罐球壳材料选用 16MnR 材料， 最大许用应力为 163MPa 3.2.2 罐体制造 橘瓣式球壳的设计： 橘瓣式球壳组装焊缝较为规则，施工简便。多数采 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 13 用偶数支柱，分块分带对称，因此组装应力及焊接内应力较均匀，较易保证球 罐质量。当球壳按等强度设计，用不同的分带去承受不同液柱高度的附加压力 时，产生不等厚的球片结构。 橘瓣式结构较灵活，按照原材料的大小及压缩 机跨度的尺寸，可设计成不同球心夹角的分带和分块，以满足结构和制造工艺 的要求。 橘瓣式结构也有其缺点：由于球片在各带位置尺寸大小不一，只能 在本带内或在上、下对称带之间进行互换;下料成型较复杂，原材料利用率较低。 橘瓣式结构适用于任何大小球罐，是世界各国普遍采用的结构。 根据球 罐和大型储罐，300m3 的球罐，由于体积小，所以选用橘瓣式的球罐设计， 并依据书中表格可得，球罐应分为 4 带，上下温带和赤道带。上下极带各三 块板，上下温带各 12 块板。 第 3.3 节 球罐的附件 3.3.1 附件的简介 球罐的附件主要有安全阀、梯子平台、水喷淋装置、隔热和保护设施、液位计、 压力表、温度计、防雷及防静电装置等。在设计丙烯球罐的时候应考虑这些因素。 3.3.2 安全阀 (1) 安全阀的种类、数量及可设置的位置 安全阀按其结构和平衡内压的方式可 分为弹簧式，杠杆式和脉冲式 。弹簧式安全阀结构紧凑、灵敏度也较高，但对弹簧 质量要求严格。杠杆式安全阀体积大，没有严密的排气结构、泄放能力低且回座性 能差。脉冲式安全阀结构复杂。球罐通常采用弹簧式安全阀，所以这里采用弹簧式 安全阀。 按照安全阀阀瓣的最大开启高度与阀孔直径之比，安全阀可以分为全启 式和微启式。全启式安全阀阀瓣最大开启高度等于或大于 1/4 阀孔直径，即在阀瓣最 大开启高度时，阀瓣与阀座的间隙面积等于或大于阀孔截面积。微启式是指阀瓣最 大开启高度小于阀孔直径 1/4 的安全阀。全启式安全阀排放能力大、灵敏度高，但 结构复杂且加工调试要求严格；采用全启式安全阀可以缩小球罐上安全阀接管口径， 所以在球罐上应用比较广泛，此处也选用全启式安全阀。为防止球罐运转异常造成 内压超过设计压力，应在气相部分设置一个以上的安全阀，以便及时排出部分气相 14 物料，自动地将内压回复到设计压力以下。同时，在气相部分还要设置一个以上的 辅助的火灾安全阀，使得由于火灾而使罐内物料温度及压力上升时，能自动发生作 用，排泄物料，确保球罐不超压。安全阀的型式通常采用直接载荷弹簧式。 (2) 安全阀性能和作用 在球罐的正常工作压力下保持严密不漏，从而保证正常工作压力下的安全运 行。 在球罐内压力超过规定值时，安全阀自动开启并迅速排出罐内气体。当安全 阀的排放能力足够大时，则可保证球罐内压力保持在最高许用压力内，因而能在非 常压力状态下保持球罐不受破坏。 在球罐内压力超过规定值下降到正常工作压力时，安全阀自动关闭，球罐内 介质停止外泄，可避免因介质不必要外泄而造成的浪费，同时也保证了球罐运行的 连续性。 在安全阀泄放时，由于排出介质速度过高而发出声响，即发出事故警报。由 经验的人员还可以通过安全阀泄放产生的声响变化，了解到球罐内压力变化的情况， 采取应急措施。 (3) 安全阀的选用 一般安全阀的选择：由操作压力选定安全阀的公称压力，由操作温度决定安全 阀的使用温度范围，由计算出的安全阀的定压值决定弹簧的调压范围，再根据操作 介质决定安全阀的材质和结构型式，然后根据安全阀泄放量计算出安全阀的喷嘴面 积或喷嘴直径。 当设置多个安全阀时，排泄量应为各个安全阀排泄量之和。但备 用安全阀的排泄量不算入所需排泄量。 (4) 安全阀的注意事项 安全阀应选用弹簧式安全阀，不可采用低扬程的安全阀。 弹簧不可与介质及大气直接接触，在不得已的场合，应进行耐腐蚀处 弹簧的调节螺丝不能松动，应有防止随意调整的印封。 安全阀应垂直安装，以保证容器和安全阀之间畅通无阻。 安全阀的安装位置尽可能布置在平台附近，以便检查及维修。 油气一般可排入大气，其出口高度应比装置最高构筑物搞 3 米 单独排入大气安全阀，其出口管线管径按管线压力降不大于其定压的 10%确 定，但不应小于安全阀的出口直径。 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 15 容器上的安全阀的入口管线应尽量缩短，当管线较长时，必须加以支撑，以 防泄压时造成超压力。 一般情况下，安全阀的前后不装设隔断网。但在个别情况下，如泄放介质中 含有固体杂质，而影响安全阀在跳开后不再能关严时，则可以在安全阀前面安装带 铅封的闸阀，保证闸阀处于全开状态，并应在闸阀域安全阀之间装设一个通大气的 DN20 检查阀。 有保证设施以及设置在寒冷地区的球罐的安装阀，应选防冻结构。 备用安 全阀应有明确其为备用的标志。安全阀的排放管应向放空罐出倾斜，以排除凝液， 同时其结构应保证不发生影响到安全阀本体的振动。在向大气直接排放的场合，排 放蒸气应垂直向上喷出，并在端部设置保护罩，以防止雨水、铁屑、尘土等的堆积。 3.3.3 梯子平台 球罐外部设有顶部平台、中间平台以及为了从地面进入这些平台的斜梯、直梯 或盘梯。顶部平台位工艺操作作用的平台。中间平台设置位操作人员上下顶部平台 的中间休息，或作为检查球罐赤道部位外部情况用的。球罐采用一个单独的梯子。 梯子结构分成：上部盘梯和下部斜梯二部分。 3.3.4 水喷淋装置 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的隔 热需要，同时也可起消防的保护作用。但是，隔热和消防保护有不同的要求，一般 淋水装置的构造为环形冷却水管或倒流式淋水装置。可燃、易燃气体及液体球罐、 液化气体球罐都应设消防喷淋水装置。因高温季节（日晒）或其他因素导致罐内温 度升高且必须加以控制的球罐，消防喷淋水装置也可以进行冷却降温喷淋，而在喷 淋水量上进行调节。球罐的上部装设喷淋喷嘴或溢流堰，同时，为了保证喷淋强度， 使喷淋水均匀地分布在球罐表面并形成水膜，而沿球罐纬向设几代喷淋喷嘴，以提 高喷淋效率和覆盖率。在球罐的下部也应设喷淋喷嘴，以保护罐下部的阀门、附件 及仪表。 喷淋水管、喷淋喷嘴与溢流堰的设计，应根据工艺条件保证足够的喷淋 强度和覆盖率。喷淋强度应符合国家有关标准规范的规定。溢流堰河喷淋喷嘴的布 16 置还应考虑梯子平台及球罐其他附件的位置。对焊后需进行整体热处理的球罐，应 在热处理前焊完喷淋管支撑垫板，喷淋水装置在热处理后进行安装。 为防止污垢 堵塞喷淋喷头，喷淋水管一般可选用镀锌钢管，管路附件也应考虑耐腐蚀材料。在 投产前应进行喷淋装置的喷淋试验，验收合格后方可正式投入使用。 3.3.5 液位计 盛装易燃、有毒、剧毒介质的球罐必须装设板式液面计或自动液面指示器。液 位计上应有防止液位计泄漏的装置和保护罩，并标明允许的液位上限和下限。在寒 冷地区对液位计的导管还应加装防冻措施。 采用玻璃板式的液面计，应根据球罐 的设计压力和节支特点选型。玻璃板式液面计的耐压试验压力应为球罐最高工作压 力的 1.5 倍，试验合格后方可进行安装、使用。为了便于检修和防止因液面计损坏造 成泄漏，球罐的玻璃板式液面计连接管上应装设截止阀。为保证在正常工作时截止 阀处于常开状态，应有明确的全开标志。 液化气体球罐的板式液面计，在夏季易 产生假液面；对含污物的介质，玻璃板易挂料而无法观测。因而对工艺条件严格或 特殊介质的球罐，应装设适于介质性能的其他液位指示剂，必要时还应有液位上下 限报警装置。根据工艺要求，一些球罐装有在仪表室集中观测的二次液位计。 目 前国内比较常见的球罐用液位计有浮子钢带液位计、磁力翻板液位计等，它们一般 都具有就地观测和远传到仪表室集中观测、报警等性能。在球罐上比较常用的浮子 钢带液位计为 UHZ-112 型，可用于液氨、液氮液烃等介质，它具有良好的密封性能 和防爆性能。这种液面计的浮子有两根导向钢丝，因而在球罐上部应设三个接管口， 中间管口为钢带导管接口，两侧的管口为导向钢丝固定口，在球罐下部应设导向钢 丝支架。在安装时应严格保证导向钢丝垂直度。为防止腐蚀性气体进入液位计内腔， 可向钢带导向系统和液位计内腔注入封液，一般选用 45#变压器油。 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。 3.3.6 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 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 17 表。 压力表的最大刻度为正常运转压力的 1.5 倍以上（不超过 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。 球罐应设置压力计。一般在球罐上设置就地观 测的压力表。压力表应与球罐气相空间相接。对大型球罐或重要介质在工艺条件上 由要求的球罐，除安装就地观测的压力表外，应加装在仪表室集中观测、报警的二 次压力计，其仪表管路一般应与球罐相空间相接，特殊时也可取液相压力。 3.3.7 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 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）。 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 感原件是足够的。 低温球罐或在寒冷地区装设的球罐，必须防止雨水、湿气等流入测保护管内 而结冰，从而影响正确的温度测定。 温度仪表 采用的通用标准及规范为： ZBYl2383工业自动化仪表标度的般规定 ； ZBY124 一 83工业自动化 仪表检测仪表和显示仪表的精度等级、基本误差及工作条件影响的表示方法； GBJ9386 工业自动化仪表工程施工及验收规范； HGJ 51687自控安装图 册； 比较常用的有 WSS 型防护型双金属温度计和 WTZ 型压力式温计。要求球 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 WSS 型防护型双金属温度计有较好的防水性能，结构紧凑且安装方便。这种温度计 在罐外部分不易损坏，所以被广泛采用。但目前 WSS 型防护型双金属温度计表头型 式仅为轴向与径向两种，又因温度计一般直接在球罐底部安装，致使表盘的方向很 不易进行观测，需要加以改进。 WTZ 型压力式温度计安装在特制的嵌装温度计表 头的支架上，因而可使安装的位置、表盘方向便于观测与维护。但压力式温度计的 罐体外是采用毛细管与表头相连，毛细管容易受损，这种温度计安装也比较复杂。 18 3.3.8 防雷、防静电装置 球罐的壁厚大于 4 毫米，不需加设独立的防雷设施（如避雷塔），可以在球罐 顶部高点（如安全阀放散管、手动放散管、顶部平台栏杆）上加装接闪器，并用导 线与地极相连。其接地电阻不得大于 10 欧姆。 为防止在球壳及附件上产生静电聚 集，在球罐支柱下部设有接地栓，用导线与地极相连，按国家有关标准规范要求其 接地电阻不得大于 100 欧姆。一般把球罐防雷接地和静电接地综合为一个整体，所 以要求其接地电阻不得大于 10 欧姆。 第 4 章 罐区的消防安全设计 第 4.1 节 球罐区消防安全的注意事项 4.1.1 消防给水系统 在消防用水由工厂水源直接供给时，工厂给水管网的进水管不应少于两条。当 其中一条发生事故时，另一条应能通过 100的消防用水和 70的生产、生活用水 的总量。 在消防用水由消防水池供给时，工厂给水管网的进水管，应能通过消防 水池的补充水和 100的生产、生活用水的总量。 (1) 水池的容量，应满足火灾延续时间内消防用水总量的要求。当发生火灾能保 证向水池连续补水时，其容量可减去火灾延续时间内的补充水量； (2) 水池的容量小于或等于 1000 立方米时，可不分隔，大于 1000 立方米时，应 分隔成两个，并设带阀门的连通管； (3) 水池的补水时间，不宜超过 48 小时； (4) 当消防水池与全厂性生活或生产安全水池合建时，应有消防用水不作他用的 技术措施； (5) 寒冷地区应设防冻措施。 4.1.2 罐区的消防 罐区应设置消防冷却水系统，储罐容积大于 100m3 时，应设置固定式消防冷却 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 19 水系统和移动式消防冷却供水系统。当储罐容积小于或等于 100m3 或储罐设有隔热 层时，可不设固定式消防冷却水系统。移动式消防冷却供水系统应能满足消防冷却 总用水量的要求。罐区的消防冷却总用水量，应按储罐固定式消防冷却用水量和移 动式消防冷却用水量之和计算。 (1) 固定式消防冷却水系统的用水量计算，应符合下列规定： 着火罐冷却水供给强度，不应小于 9L/minm2 距着火罐 1.5 倍着火罐直径范围内的邻近罐冷却水供给强度，不应小于 4.5L/minm2； 着火罐和邻近罐的冷却面积，应按其表面积计算。 (2) 移动式消防冷却用水量，应按罐区内最大一个储罐用水量确定，并应符合下 列规定： 储罐容积小于 400 立方米时，不应小于 30L/s，大于或等于 400 立方米时， 不应小于 45L/s； 当罐区只有一个储罐时，计算用水量可减半； 当设有可供消防车取水的消防循环水池时，移动式冷却用水量可不计入消防 冷却总用水量中。 固定式消防冷却水系统可采用水喷雾、多孔管式水喷淋或多齿 堰式淋水等型式；但当储罐储存的物料燃烧，在罐壁可能生成碳沉积时，应设水喷 雾。 4.1.3 球罐的安全措施 (1) 储罐强度应符合设计要求，要把好罐体的选材、材料制作工艺、焊接工艺和 壁厚关，罐材应用 16 MnR、16 MnV 钢，不准使用 A3 钢、沸腾钢和含碳量大于 0.24%的材料，罐体应进行热处理，以消除焊接过程中造成的应力变化，焊接要经过 100%的无损探伤，安装时应选择刚性不燃的坚固基础作为罐体基座，罐距地面的高 度一般不小于 1.5 m，以便接管操作和检修。 (2) 储罐应设液位计、压力表、安全阀、紧急切断装置及防冻排污阀、温度计， 以及高液位、超压报警装置，储罐的安全阀及放空管应接入全厂性火炬。独立的放 空管应通往安全地带。 (3) 储罐应设置静电接地及防雷设施，储罐防雷接地点不应少于 2 个，接地点离 储罐周边的间距不宜小于 30 m，接地电阻不应小于 10 ，为了便于正确检测，接地 20 线应作可拆装处理。此外，为消除由于管内液态烃流动与管壁摩擦产生的静电，液 态烃工艺管道，不带电的金属部分，都应可靠接地保护，接地电阻不得大于 10 ， 所有法兰及丝扣连接处应焊上导线或用铜片跨接。 (4) 紧急泄压放空设施，采取的措施有两种：一种是有安全泄压阀和放空管经 密闭管道泄放至火炬系统焚烧放空；二是倒罐泄压，即设置应急管线，使物料安全 转移至备用储罐。 (5) 储罐脱水应该用二次脱水装置，储罐根部阀不能常开，脱水系统应有伴热功 能。 (6) 液态烃类罐组应该按规范要求设置可燃气体检测报警器，罐区内电器设备均 应防爆。 (7) 为防止火灾时储罐超温超压而引发爆炸，要对着火罐及周边罐及时降温，固 定喷淋装置是行之有效的措施之一。一般供水压力不得小于 0.2 MPa，供水强度为 0.15 L/sm2，着火罐和相邻罐分别按其全表面和一半表面计算用水量。目前，该装 置大多采用盘管或喷头两种方式。 (8) 罐区消防供水应采用环状管网，给水干管不应少于二条，管径不小于 150 mm。为便于消防车向管网供水，还应设水泵接合器，且至少 2 个。罐区内应设消火 栓，其一般间距为 60 m，装罐区、增压泵房、加热气化区等重点部位附近应设置箱 式消火栓，其保护半径约为 30 m，消火栓用水量为 20 L/s45 L/s(视储罐大小而定)。 大型罐区应设固定带架水枪，其供水压力对球罐不小于 0.35 MPa，对卧罐不小于 0.25 MPa，该水枪具有射程远、流量大、旋转灵活等特点，是罐区消防的重要设施 之一。 (9) 罐区消防用电应为二级负荷，并采用单独供电回路，所有储罐的金属设备、 容器、管道等都应具有良好的电器连接和接地，电器连接的跨接线应用截面不小于 6 mm2 的铜线，静电接地的电阻值应小于 100 。 第 4.2 节 水喷雾消防冷却系统的介绍 4.2.1 水喷雾系统的作用 (1) 水喷雾的冷却降温作用 水喷雾系统是利用水雾喷头在一定的水压下将水流 北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文） 21 分解成细小水雾滴进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火系统。从水雾喷头喷出的 雾状水滴，粒径细小，表面积很大，遇火后迅速汽化，带走大量的热量，使燃烧表 面迅速降温，燃烧体达到冷却的目的。采用水喷雾型式，是因为水喷雾能够较好地 抑制火势。当丙烯储罐发生火灾时，消防喷淋水雾化后，雾状水滴的表面积远远大 于等量的喷淋水珠的表面积，因雾状水滴能迅速蒸发为水蒸气，其间吸收大量的气 化热，降温效果显著。雾状水滴蒸发为水蒸气时，体积急剧膨胀，可隔绝球罐与周 围空气的接触，从而大大降低燃烧区域中氧气的含量。因此，水喷雾灭火系统较水 喷淋系统更加安全可靠。水雾还会在罐壁表面形成一层水膜，使罐壁温度不再升高， 避免了罐壁发生热塑裂口，从而保护了储罐。 (2) 对碳沉积的冲刷作用 丙烯燃烧后，会在罐壁外表面产生碳的沉积，因碳沉 积的抗湿性，水流难以在罐壁上形成水膜，导致水对罐壁的冷却效果降低或不起作 用。水喷雾系统高速喷出的水雾滴有一定的冲击作用，能将沉积碳冲掉，并在罐壁 外表面形成一层水膜。因此对丙烯储罐，水喷雾系统比水喷淋系统具有较好的消防 冷却效果。 (3) 水喷雾灭火系统的组成及操作与控制 水喷雾系统的组成主要由水源、供水 设备、供水管道、雨淋阀组、过滤器、减压孔板和水雾喷头等组成。水喷雾灭火系 统应设有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式。水喷雾灭火系统的控制设 备应具有选择控制方式的功能；并且具有重复显示保护对象状态；控制消防水泵启 动状态；监控雨淋阀启、闭状态，监控主、备电源自动切换功能；除应能启动着火 罐的雨林阀，尚应能启动距着火罐 1.5 倍罐直径范围内邻近罐的雨林阀。水喷雾灭火 系统的响应时间不大于 60 秒。 4.2.2 水雾喷头的选型 目前，国内生产的水雾喷头类型较多，从使用性能上可以分为中速水雾喷头、 高速水雾喷头。 (1) 中速水雾喷头主要用于保护闪点在 66以下的易燃液体、气体和固体危险 区域。特点： 限