大学毕业设计——液化石油气罐区安全设计

1、大学毕业设计_液化石油气罐区安全设计目录第1章绪论11.1设计项目概述11.1.1课程设计的目的和要求11.1.2 课程设计内容21.2液化石油气的理化性质、危险特性及危害21.2.1液化石油气的主要成份21.2.2液化石油气的物理性质31.2.3液化石油气的储存设备的危险特性61.2.4液化石油气的火灾危险特性61.2.5液化石油气的危害7第2章液化石油气储罐选型及设计82.1储罐的选型和选材82.2储罐结构设计82.2.1球壳的设计92.2.2支座设计102.2.3人孔和接管132.2.4附件设计142.2.5基础设计222.3储罐基本参数设定232.3.1设计压力、腐蚀余量、充装量232

2、.3.2设计温度252.3.3壁厚设计25第3章罐区平面布置283.1防火堤与防护墙的布置283.1.1防火堤的选型与构造283.1.2防火堤参数设计303.2防火间距313.3消防车道333.4消防水池34第4章罐区的其他设计364.1消防设计364.1.1消防给水设计概况364.1.2消防给水系统的选择与划分364.1.3球罐固定消防冷却水系统374.1.4消防水用量计算414.1.5消防冷却水管道设置规定434.1.6灭火器材的选择434.2防雷设i十4.3静电防护措454.4爆炸区域等级划分与防爆电气的选48第5章罐区常见事故及安全对策措施535.1 bleve事故及计算535.1.1

3、液化石油气（lpg）沸腾液体扩展蒸气爆炸（bleve）5315.1.2液化石油气（lpg）罐区的bleve定量评价535.1.3事故后果结论及防范措施555.2其他常见事故555.2.1泄漏事故555.2.2火灾事故56参考文献59 2防火防爆课程设计第1章绪论1.1设计项目概述1.1.1课程设计的0的和要求化工安全设计课程设计是安全工程专业基础课程教学的综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实践的桥梁，是使学生体会工程实际问题复杂性的重要尝试。通过化工安全设计的课程设计，要求学生能够运用 相关课程的基木知识，独立思考、活学活用，在规定的时间内完成给定的化工安全设计任务，从而加强对化学工业企

4、业安全生产过程的深化和整体 认识。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工安全设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、积极主动和高度负责的学习和工作作风。课程设计的要求高于平时的作业，是对整个课程及相关知识的一个综合运用。设计要求学生自己查取相关资料、确定设计方案、通过计算选择t艺，并对自己的选择做出论证和校核，经过分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养提高学生独立思考和工作能力的有益实践。通过课程设计，应该训练学生提高以下几个方面的能力：(1) 根据课程设计

5、的题目，熟悉物料，设计系统；查阅文献资料、收集有关数据、正确选用公式。当缺乏必要数据时，尚需自己通过实验测定或到生产现场进行实际查证。(2) 在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，确定设计方案，进行选择、布置，并提出保证过程正常、安全运行所需要的手段和措施，同时还要考虑火灾爆炸事故发生后的有效处理措施？。(3) 用精炼的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思想和计算结果。(4) 绘制相关图纸。有关图形的绘制必须采用cad绘制；图表插入要合适、清晰。（5）规范撰写设计报告。格式规范参见教务处本科毕业设计（论文）撰写规范绪论1.1.2课程设计闪容1. 项目

6、名称1000m3x6液化石油气储罐区防火防爆设计2. 设计内容1）单罐容积为1000m3的液化石油气储罐选型及设计2）防火堤安全设计；3）安全附件的确定与选型；4）bleve事故后果计算；5）爆炸区域及其等级划分，防爆电气的选型；6）防雷、防静电设计；7）罐区消防水设计8）储罐安全对策措施。3. 设计要求1）査阅各种文献资料及标准规范；2）熟悉介质的理化特性及危险特性；3）模型选择合理，计算过程准确；4）对策措施全面，具有针对性;5) autocad 画图;6）设计内容体现要出一定的深度；7）设计报告编写符合相关的规范要求。1.2液化石油气的理化性质、危险特性及危害液化石汕气（英文缩写lpg）

7、指比较容易液化，通常以液态形式运输的石油气，简单地说就是液化了的石油气。液化石油气在常温常压下呈气态状态，在常温加压或常压低温下很容易从气态转变为液态，便于运输及贮存，故称液化石汕气。1.2.1液化石油气的主要成份液化石汕气是由碳和氢两种元素构成的碳氢化合物的混合物。其主要成分有：丙烷（错误！未找到引用源。），丙烯（错误！未找到引用源。），正丁烷（错误！未找到引用源。），2防火防爆课程设计异丁烷（错误！未找到引用源。），1-丁烯（错误！未找到引用源。），顺2-丁烯（错误！未找到引用源。），反2-丁烯（错误！未找到引用源。），异丁烯（错误！未找到引用源。）等八种。由于液化石油气的来源不同，各种烷

8、烃和烯烃的成分含量也不同。除上述主要成分外，液化石油气中还含有少量的碳五成分戊烷（钢瓶中瓶底残液主成分）、硫化物和水等杂质。1.2.2液化石油气的物理性质1.沸点、熔点、临界参数液化石汕气的沸点，是指在0.1013mpa （个绝对大气压）下液体沸腾时的温度。液化石油气的沸点与外界压力有关，外界压力增大，沸点升高；压力减少，沸点降低。对于液化石汕气：含碳原子数越多的分子，沸点越高，沸点高的碳氢化合物比较难气化；碳分子数相同时烷烃沸点较烯烃高；高沸点的碳氢化合物比低沸点的碳氢化合物液化时所需的压力低一些；温度、压力越高，沸点也越高。临界参数有：临界温度（错误！未找到引用源。）、临界压力（错误!未找

9、到引用源。），临界体积（错误！未找到引用源。）和临界密度（错误！未找到引用源。）。临界温度，是指气体超过这一温度，加上再大的压力也不能使之液化的温度。在临界温度时，使液体气化所需的最小压力称为临界压力（错误！未找到引用源。）。在临界压力、临界温度时，一克分子物质所占有的体积，称为临界体积（错误！未找到引用源。）。此时物质的密度称为临界密度（错误！未找到引用源。）。表1-1液化石油气中各组分在0.1013mpa时的沸点、熔点及临界参数临界密度/ （错误！未名称沸点/°c熔点/°c"fe界温度/°c临界压力/°c找到引用源。）甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁

10、烷正戊烷-161.495 -83.60 -42.045 -9.50 -11.72 36.064-182.48 -183.27 -187.69 -138.362 -159.605 -129.730-82.57 32.27 96.67 152.03 134.99 196.54.60 4.80 4.25 3.80 3.65 3.67162 203 217 228 228 237第1章 绪论异戊烷乙烯丙烯1-丁烯顺2-丁烯27.853 -103.68 -47.72 -6.25 3.718-159.905 -169.41 -185.25 -185.35 -138.922187.28 9.21 91.6

11、146.4 162.433.38 5.03 4.614.02 4.20235 217 232 234 2402.相对密度及比体积液化石油气的生产、储存和使用，经常有液态和气态的相互变化。所以，密度和相对密度包括气态和液态两个方面。（1）液化石油气气态的密度和相对密度密度：气体密度可用下式来表示：式中 p气体密度，kg/m3;m相对分子质量；v0lmol气体所占体积、。但采用理想气体关系式时，在高压或低温情况下，会产生偏差，因此为了表示真实气体状态，一般工程计算中，都要给理想气体的状态方程式加入一个修正系数z。则真实气体得：表1-2部分碳氢化合物在不同温度下的密度內焼温度液态/°c(k

12、g/l)(kg/l) (kg/l) (kg/l) (kg/l) (kg/l)-10 -5 0 5 10正丁烷液态/气态/异丁烷丙烯液态丁烯液态液态/气态/ (kg/l) / (kg/l)气态/0.542 0.535 0.523 0.5210.5147.57 9.05 10.34 11.90 13.600.6110.605 0.600 0.596 0.5911.847 2.100 2.820 3.350 3.94040.594 0.588 0.582 0.576 0.5703.04 3.59 4. 315. 07 5. 920. 5610. 552 0. 545 0. 538 0. 5310.

13、629 0. 624 0. 619 0. 612 0. 606防火防爆课程设计15 20 25 30 35 400.507 0.499 0.490 0.483 0.474 0.46415.51 17.74 20.15 22.80 25.30 28.600.583 0.578 0.573 0.588 0.562 0.5564.650 5.390 6.180 7.190 8.170 9.3340.565 0.560 0.553 0.546 0.540 0.5346. 95 7. 94 9. 21 11. 5013. 00 14. 700. 240. 600相对密度：气体的相对密度是指标准状态下，同

14、体积的气体与空气质量之比。液化石油气气态相对密度为空气的1.52倍（2）液化石油气液态的密度和相对密度液态的密度：液化石油气液态的密度是指单位体积内的液体的质量。液态的相对密度：液化石油气液态的相对密度，是指液体在同一条件下与同体积水的密度之比。不注名条件的时候，指15°c的液态液化气和4°c水的密度比。表1-3液化石油气液态各组分相对密度温度/°c -20-10 0 10 20丙矯 0.573 0.559 0.545 0.530 0.513丙焼 0.544 0.541 0.528 0.514 0.500正丁烯 0.621 0.611 0.601 0.590 0.

15、578异丁烷 0.603 0.592 0.581 0.569 0.5571-丁烯 0.641 0.630 0.619 0.607 0.595(3) 液化石油气的比体积气体的比体积是指单位质量气体所占有的体积。表1-4液化石油气的气体比体积气体內焼正丁烷异丁烷丙烯1-丁烯顺2-丁烯比体积0.5380.4080.4080.5050.4210.339反2-丁异丁烯烯0.3290.3533.蒸气压液化石油气混合物的饱和蒸气压，是指在一定温度下，混合物的气液相平衡时的蒸气压压力。表1-5液化石油气的饱和蒸气压错误！未找到引用源。绪论1.2.3液化石油气的储存设备的危险特性（一）介质很容易燃烧。容器爆炸后

16、，跑出的液化石油气因闪点低，印染能量小，遇到明火、火星甚至静电火花均能立即燃烧起来。这种燃烧造成的危害是液化石油气储存设备爆炸后造成的主要危害。（二）介质能产生二次爆炸。液化石油气储存设备由于超压而发生物理爆炸后，进入空气中的液化石油气，因爆炸极限只有2%10%,很容易产生二次化学爆炸，造成个更大的损失。（三）液体变气体，体积扩大数倍大。容器内储存的液化石油气为液体，当容器爆炸后，液化石油气则由液体变为气体跑入人气中，其体积扩大250300倍。此时遇到明火后，则会造成大妞积的危害。（四）燃烧速度快。液化石油气的燃烧速度约为0.380.5m/s，一旦在空气中遇到明火，瞬间就会燃烧起来。（五）热值

17、高。液化石油气的热值高，约为92080121379kj/m3,约是焦炉煤气的6倍。（六）能在人或动物的气管和肺部燃烧。液化石油气跑入大气后，很容易被人和动物吸入肺中，当遇到明火后，就会在人或动物肺部进行燃烧，加大了人和动物的死亡率。防火防爆课程设计1.2.4液化石油气的火灾危险特性(1) 燃烧速度快。液化石油气燃烧属丁气、液化混合燃烧，燃烧速度快，火势猛烈，蔓延扩展迅速。(2) 火焰温度高，輻射热高。液化石油气燃烧热值高达105000千焦/立方米，火焰温度高达2000摄氏度。(3) 爆炸速度快，冲击波威力大，破坏性强。液化石油气爆炸速度快，达到2000-3000米每秒。(4) 易发挥。常温下，

18、液化石油气易发挥，一旦暴露在空气中能迅速扩到250倍以上。(5) 比空气重，爆炸下限低，最小着火能量小。液化石油气比空气重1.5到2.5倍，在空气中易向低洼地方流动，并聚集起来。液化石油气爆炸浓度范围较窄，只有2%-10%,最小着火能量也很低，只有3x10-4焦(6) 复燃、复爆危险性大。液化石油气发生泄漏，与空气混合在很短的时间内就会形成爆炸性空气混合物，由于爆炸下限很低，遇明火就会发生化学性爆炸并猛烈燃烧，在外界高温作用下，罐体内液化石油气压力迅速升高，超过罐壁设计压力时，就会发生物理性爆炸，形成多点多处泄漏，火势会更加猛烈，所以就会出现物理、化学爆炸的复燃和复爆，危害 极大1.2.5液化

19、石油气的危害健康危害：麻醉作用。急性中毒：有头晕、头痛、兴奋或嗜睡、恶心、呕吐、脉缓等；重症者可突然倒下，尿失禁，意识丧失，甚至呼吸停止。可致皮肤冻伤。慢性影响：长期接触低浓度者，可出现头痛、头晕、睡眠不佳、易疲劳、情绪不稳以及植物神经功能紊乱等。环境危害：对环境有危害，对水体、大气、土壤可造成污染。燃爆危险：本品易燃，具麻醉性。7第2章液化石油气储罐选型及设计第2章液化石油气储罐选型及设计2.1储罐的选型和选材与卧式储罐相比，球形储罐受力均匀，受力情况最好；同样直径和同样的设计参数，球形储罐计算出的罐体壁厚比卧式要薄的多，因此同样的储量，球罐耗材要比卧罐少得多；容量大，最小的有50 m3，最

20、大的可到1000m3；占地妞积小，节约土地；维护保养简便。根据以上优点设计容积为1000m3的液化石油气储罐为球形储罐。球形储罐的形状为圆球形，由若干球壳板组成。分北极、北寒带、北温带、赤道带、南温带、南寒带、南极。整个圆球支承在若干根圆柱上。罐体正上方和正下方各设一个人孔1个。16mnr是普通低合金钢,是锅炉压力容器常用钢材，热轧或正火。16mn的化学成分：c 0.130.19、si : 0.200.60、mn : 1.201.60、mo:一 ci<0.30、v： nb:k0.030、s彡0.020、ni彡0.30、cu彡0.25。热处理：控乳，正火等等。16mnr具有良好的综合力学性

21、能和工艺性能。磷、 硫含量略低于普16mn钢，除抗拉强度、延伸率要求比普通16mn钢有所 提高外，还要求保证冲击韧性。综合液化石油气的特性，储存的有关条件，制造的工艺条件，还有经济性能各方血的因素最终本罐材料选用16mnr。2.2储罐结构设计球罐的结构设计包括以下内容：(1) 根据工艺参数的要求确定球罐的类型为常温球罐，几何尺寸为公称容积为1000 m3(2) 确定球壳的排版方法：橘瓣式五带球壳(3) 确定球壳板的几何尺寸(4) 支座的确定(5) 人孔和工艺接管的选定、布置以及开孔补强的设计(6) 球罐的附件，如内外盘旋梯、爬梯、平台的设计(7) 对基础的要求(8) 防雷设计8防火防爆课程设计

22、表2-1液化石油气球罐的规格及尺寸(液化石油气储运与管理)要求球罐为1000 m3,所以选择上表中最后一排数据，但支柱选择用8根。结构示意如图所示：图2-1五带球罐1-上极2-上温带3-赤道带4-下温带5-支柱6-下极2.2.1球壳的设计球壳是球罐的主体，他是储存物料和承受物料工作压力和液柱压力的构件。球壳几何尺寸较大，用材量大，它必须由许多瓣组成。球壳的设计要求按照如下的设计准则进行：(1)必须满足所储存物料在容量、压力、温度方面要求，且安全可靠(2)受力状况最佳(3) 考虑瓣片加工机械的跨度的大小，运输条件的可能，尽量采用大的瓣片结构，使得焊缝长度最小，减少安装工作量(4) 考虑钢板的规格

23、，增强球壳板的互换性，尽量提高板材的利用率国内g行设计、制造、组装焊接的球罐多为橘瓣式和混合式拍板组成的球壳。参照一下两种设计的特点，选择橘瓣式球壳设计。一、橘瓣式球壳设计橘瓣式球壳组装焊缝较为规则，施工简单。多数采用偶数支柱，分块分带对称，因此9第2章液化石油气储罐选型及设计组装应力及焊接内应力较均匀，较容易保证球罐的质量。橘瓣式结构式适合任何大小的球罐。二、混合式球壳设计混合式球壳，其赤道带和温带采用橘瓣式，极板采用足球瓣式。由于此种结构取橘瓣式和足球瓣式两种结构形式的优点，所以材料利用率高，焊缝长度缩短，球壳板数量少适合大型球罐。表2-2橘瓣式球壳参数见下表(化工设备设计全书)公称直径m

24、3球壳内径:mm几何容积m 3支柱底板底面至球壳屮心的距离mm球壳分带数支柱根数各带球心角/各带分块数上极上温带赤道带下温带下极1000 12300 974.35 8000 5 8 54/ 3 36/ 16 54/16 36 / 16 54 / 32.2.2支座设计球罐支座是球罐屮用以支撑本体质量和储存物料质量的结构部件。支撑主要可分成柱式支撑和裙式支撑两大类，柱式支撑中又以赤道证切柱式支撑为国内外普遍采用。赤道正切柱式支座设计：1. 设计准则(1) 赤道正切柱式支座必须能够承受作用于球罐的各种载荷(静载荷包括壳体及附件重量、储存物料重量；动载荷和地震载荷)，支柱构件要有足够的强度和稳定性。(

25、2) 支柱和球壳连接部分，既要能充分地传递应力，又要求拒不应力水平尽量低，一次焊缝必须有足够的焊接长度和强度，并要采取措施减少应力集中。(3) 支柱是否能经受由于焊后热处理或冷缩热胀而造成的径向浮动。(4) 支柱上部柱头是否也需要与壳体采用同样的材质。(5) 支柱在球罐储存易燃介质时，必须考虑防火隔热问题，耍设防火隔热层，以保证在罐区发生火灾的场合下，是球馆不至于在短时间内塌毁而造成更大的灾难。2. 赤道正切柱式支柱结构赤道正切柱式支柱结构的特点是：球壳由多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位等间距布10防火防爆课程设计置，与球壳相切或近似相切(相割)而焊接起来。支柱支撑球的重量，为了承受风载荷和地震

26、载荷，保证球罐的稳定性，在支柱之间设置拉杆相连，这种支柱的优点是受力均匀，弹性好，安装方便，施工简单，容易调整，现场操作和检修也方便，且适用于多种规格的球罐，缺点主要是重心高，稳定性差。(1) 支柱结构支柱由圆管、底板，端板三部分组成，分单段式及双段式两种。 单段式支柱支柱由一根圆管或圆筒组成，其上端在制造厂加工成与球壳相接的圆弧状(为达到密切接合也有采用翻边形式)，下端与底板焊好，然后运到现场与球瓣进行组装和焊接。单段式支柱主耍用于常温球罐。 双段式支柱这种支柱适用于低温等特殊材质的球罐。按低温球罐的设计要求，与球壳相连的支柱必须选用与壳体相同的低温材料，因此，支柱分为两段,上段采用与壳体同

27、样材料的低温材料，其设计高度一般为支牲总高度的30%40%左右，该段支柱一般在制造厂内与球瓣进行组对焊接，并对连接焊缝进行焊后消除应力热处理，上下两段支柱采用相同尺、r的圆管或圆简组成，在现场进行地面组对。下端支柱可采用普通材料。经过比较，选择双段式的支柱，在常温球罐中也有有安装方面希望改善柱头部位支柱与球壳连接的应力状况而采用双段式支柱结构，这时不要求上段采用也壳体相同的材质。支柱与球壳的连接主要分为有垫板和无垫板两种结构。有垫板结构（又称加强板）可增加球壳板的刚性，但又增加了球壳上的搭接焊缝，在低合金高强钢的施焊中由于一产生裂纹，探伤检查有困难，股应尽量避免采用焊板结构。目前国内球罐的标准

28、设计中都是采用无垫板结构。支柱与球壳连接部结构，分为平板式和半球式两种。半球式受力较合理，抗拉断能力强。平板式结构造成边角的高应力状态，结构不合理。支柱与球壳连接的下部结构，分为直接连接和有托板连接两种。宥托板结构可以改善支撑和焊接条件，便于焊缝检查。经过分析比较，选择无补强板半球式有托板的连接结构。支柱的防火安全结构支柱的防火安全结构主要是在支柱上设置防火层及易熔塞结构。当在罐区内发生火灾时，为了防止球罐的支柱在短时间内被火烧塌，引起球罐破坏使事故加剧，除了对罐体采用防火水幕喷淋外，对于高度为lm以上的支柱，用厚度50mm以上的耐热混凝土或具有相11第2章液化石油气储罐选型及设计当性能的不燃性绝緣材料覆盖（或用与储槽本体淋水装置能力相当的淋水装置加以有效保护），对于液化石油气球罐更为必要。防火隔热层不应发生干裂，其耐火性必须在lh以上。结构如图所示图2-2支柱防火隔热结构1-支柱壁2-防火隔热层3-易熔塞接管4-防火层夹子5-易熔塞6-螺母（2）拉杆结构拉杆是作为承受风载荷级地震载荷的部件，增加球罐的稳定性而设置的，拉杆结构可分为可调式和固定式两种。 可调式拉杆可调式拉杆分长短两段，用可调螺母连接，以调节拉杆的松紧度。大多数采用高强度的圆钢或锻制圆钢制作，可调式拉杆的结构型式也有多种:单层交叉可调式拉杆、双层可调式拉杆、双拉杆或三