液氨储罐区风险评估与安全设计

液氨储罐区风险评估与安全设计摘要氨作为一种重要的化工产品和基本工业原料，广泛应用于各种行业，如:化工、制药、农业、炼油、制冷。氨作为大型的合成氨装置、尿素装置以及有关化工装置中的基本原料，一般都以液态形式储存。而液氨具有腐蚀性、毒性等特点，近年来在我国发生过重大事故，造成严重的人员伤亡以及财产损失，因此，液氨储罐区的安全设计变得尤为重要。作为一种特殊的压力容器，液氨储罐在行业中被广泛使用。本次设计将针对南京江北地区某大型化工企业的液氨罐区进行总体设计以及风险评估，罐区储存总量为8000m3，采用球形储罐，并根据该罐区的周围环境、天气、地理位置等因素，分别从罐区布局、消防系统、危险因素、安全对策等方面进行分析，从而提出安全经济可靠的对策措施，以保证罐区的日常生产安全。关键词：液氨球形储罐风险评估安全设计ABSTEACTAmmonia,asanimportantchemicalproductandbasicindustrialrawmaterial,iswidelyusedinvariousindustries,suchaschemicalindustry,pharmaceuticalindustry,agriculture,refiningandrefrigeration.Ammoniaisstoredinliquidformasabasicmaterialforlarge-scaleammoniaplants,ureaplants,andrelatedchemicalplants.Inrecentyears,thecorrosionandtoxicityofliquidammoniahaveoccurredinChina,causingseriouscasualtiesandpropertyloss.Therefore,thesafetydesignoftheliquidammoniatankareahasbecomeparticularlyimportant.Asaspecialpressurevessel,liquidammoniastoragetankiswidelyusedintheindustry.ThisdesignwillcarryouttheoveralldesignandriskassessmentoftheliquidammoniatankareaofalargechemicalenterpriseinJiangbeiareaofNanjing.Thetotalamountofstorageinthetankareais8000m3,thesphericaltankisadopted,andthelayoutofthetankarea,thefirecontrolsystem,theriskfactors,thesafetycountermeasuresandsoonarerespectivelybasedonthesurroundingenvironment,theweatherandthegeographicallocationofthetankarea.Thesurfaceisanalyzed,andthesafe,economicandreliablecountermeasuresareputforwardtoensurethedailyproductionsafetyofthetankfarm.KeyWords:liquidammonia;sphericaltank;riskassessment;safetydesign目录TOC\o"1-3"\u摘要 1ABSTEACT 2第一章绪论 71.1课题的背景和意义 71.2国内外发展状况 71.2.1球罐建造的历史概论 71.2.2国内球罐建造概论 81.3液氨的定义及理化性质 81.3.1液氨的定义 81.3.2液氨的理化性质 81.4液氨存储的工艺方案与设备选型 91.4.1液氨储存的工艺方案及比较 9第二章储罐的选型与设计 112.1工艺参数的设定 112.1.1设计温度 112.1.2设计压力 112.1.2选材 112.1.3参数计算 112.2附件.的选择 132.2.1封头的选择 132.2.2人孔的选择 132.2.3法兰的选择 132.2.4液位计的选择 142.2.5压力表 142.2.6进出料接管的选择 152.2.7梯子平台 152.2.8安全阀选择 16第三章罐区平面设计 183.1储罐区的方位布置 183.1.1储罐区风向 183.1.2储罐区布置 183.2罐区与厂区周边建构筑物安全距离 183.2.1办公用房 183.2.2门卫 183.2.3发配电间 183.2.4压缩机房 183.2.5消防泵房 193.2.6事故存液池 193.3消防道路的布置 193.4防火堤的设计 203.4.1防火堤的布置 203.4.2防火堤的选型 213.4.3防火堤基础及其保护措施 213.4.4防火堤及其内部的其他安全布置 21第四章消防系统 234.1液氨的火灾危险性分类 234.2液氨罐区消防系统设计 234.2.1移动式消防用水量 234.2.2固定式消防冷却用水量 234.2.3总消防冷却用水量 244.3消火栓的布置 244.3.1消火栓布置要求 244.3.2消火栓的选型 244.3.3消火栓保护半径与最大布置间距 254.2.5消火栓的数量 254.2.6消火栓的用水量 254.4灭火器设置 254.4.1灭火器的数量 254.4.2灭火器的选型及布置 264.5罐区报警系统 264.5.1报警仪的选型 264.5.2探测器的选型 264.5.3探测器的布置 274.5.4报警器的选型 274.5.5报警器的布置 274.6事故存液池容量 27第五章罐区危险特性分析 295.1危险特性分析 295.2重大危险性辨识 295.3罐区危险有害因素辨识 295.3.1高空坠落危险有害因素分析 295.3.2物理爆炸危险有害因素分析 305.3.3火灾、化学爆炸危险有害因素辨识 305.3.4中毒危险有害因素辨识 315.4罐区危险性分析（道化学分析） 315.4.1评价程序和计算公式 315.4.2火灾爆炸指数的计算 325.4.3物质系数（MF）的计算 335.4.4火灾爆炸指数F&EI的计算 335.4.5最大可能财产损失计算 345.4.6基本MPPD和实际MPPD的计算 365.4.7结论 36第六章防火防爆安全对策措施 376.1防止可燃可爆系统的形成 376.2消除、控制引燃能源 376.3有效监控 386.4消防设施 386.5应急处治方案： 39第七章结论 40参考文献 41第一章绪论1.1课题的背景和意义目前液氨已经应用于冷藏、化肥、制药、石化等各个行业。很多化工企业在日常生产中都需要液氨，而液氨一旦泄漏，极易发生爆炸和人员中毒事故，同时也会严重污染环境。近年来，国内外因氨气泄漏导致急性中毒的各类重大事故时有发生，因此液氨储罐的设计在化工生产中是非常必要的。化工工业和其它工业的生产都需要容器，容器广泛应用于航空、航海、机械制造等各种领域。在各种容器中，化工容器需要符合化学工艺所要求的压力和温度条件，还要承受所盛装化学物质对其的作用，因此要使化工容器能长期的安全工作且具有良好的密封性，在设计的过程中，应综合考虑各方面的因素，使之达到最优。1.2国内外发展状况1.2.1球罐建造的历史概论球罐作为一种工业储存物质的压力容器，起始于本世纪的三十年代。在三十年代出现的工业球罐，特点是容量小，结构笨重，耗材高，技术管理差，没有形成专业化生产。在四十年代，焊接技术开始出现，球罐的建造出现较大的进展。但由于当时工业整体水平较低，领域窄，因此由于材料、技术等的限制，发展水平依然不快。到了五十年代，由于焊接技术的发展及高强度钢材料的出现，随着工业部门对球罐的大量需求，球罐建造开始迅速发展起来。六十年代，随着冶金工业、石油化工工业的发展，建造球罐的水平进入了一个新的台阶，球罐的建造逐渐容量变大，数量增多，质量变高，同时对工艺条件的要求也比较苛刻。由于六十年代球罐发生多次破裂事故，球罐的安全性渐渐得到重视。在七十年代，建造出现了不平衡的情况，由于各国发展了低温储存双层立式储罐，球罐又在某些国家迅速发展，这段时期球罐质量得到较好的控制，大量液化气贮存事业发展，推动建球技术的发展。[22]1.2.2国内球罐建造概论我国最早建造球罐是在1958年以后，至1980年在运行生产的各类球罐约为1000台左右。回顾我国的球罐建造史，历时短，发展速度快，目前国内建造球罐技术仅仅达到世界先进国家的八十年代水平，综合技术水平还是比较落后的。1.3液氨的定义及理化性质1.3.1液氨的定义液氨，又名无水氨，是一种无色、有强烈刺激性气味的液体。在化工生产中，氨是一种重要的化工原料，为了方便运输及存储，通常会将氨气通过加压或冷却的方式得到液态的氨。液氨易溶于水，溶于水后水解形成铵根离子NH4+和氢氧根离子OH-，因此呈碱性溶液。储存液氨的容器多为耐压钢瓶或钢槽，且液氨与乙醛、丙烯醛、硼等物质不能共存。在工业上，液氨应用广泛，但因其具有腐蚀性、毒性和易挥发性，所以发生化学事故的机率很高。[1]1.3.2液氨的理化性质表1-1液氨的理化性质存在自偶电离:NH3+NH3⇌NH4++NH2-。因此，在液氨中NH4Cl中是酸，NaNH2中是碱。一般液氨可作致冷剂，接触液氨可引起严重冻伤。氨气爆炸极限为15.7~27.4%，其火灾危险性属于乙类2项物品。在储存、运输、使用等环节，应当采取必要的防火措施，防止发生泄漏爆炸事故。因此、氨气与空气或氧气混和会形成爆炸性混合物，储存容器受热时也极有可能发生爆炸。氨气具有高毒性，能侵袭湿皮肤、粘膜和眼睛，可引起严重咳嗽、支气管痉挛、急性肺水肿，甚至会造成失明和窒息死亡。1.4液氨存储的工艺方案与设备选型1.4.1液氨储存的工艺方案及比较根据液氨的蒸汽压可知:标准大气压下，当氨冷却至-33.4℃时，可液化为液态氨。液氨的储存方式通常是由存储的总量、前期的投资和后期运行的费用以及工艺系统等因素来确定的，常用的储存方式有常温中压、降温低压、低温常压三种。(1)常温中压储存液氨的常温中压储存工艺指液氨在储存时的温度与环境温度相同或相近，储罐采用压力容器。(2)降温低压储存利用制冷系统将液氨适当冷冻储存，并相应降低储存设备的设计压力以减薄容器壁厚，从而达到降低储罐的投资目的的是液氨的降温低压储存工艺。如将液氨的储存温度降20℃，则液氨储罐的设计压力相应可降至0.95MPa。(3)低温常压工艺液氨的低温常压储存工艺是将液氨冷冻到不高于其沸点(低于-33℃，视当地大气压而定)，使得液氨对应的气相压力与大气压力相同或相近，从而采用常压容器装盛储存，最大限度地降低储罐投资。[2]在液氨的三种储存工艺中:全压力储存的工艺流程最简单，操作及运行费用最节省，公用工程依赖程度最低，但工程投资最高；常压低温工艺虽其工艺流程最复杂，对公用工程的依赖程度也最高，但其工程投资最少；降温低压储存工艺的各项指标介于全压力储存与常压低温储存工艺之间。本设计采用常温中压储存。第二章储罐的选型与设计2.1工艺参数的设定2.1.1设计温度经过查阅资料得到南京历年最高温度达到43℃，所以取设计温度45℃。2.1.2设计压力根据《化学化工物性数据手册》查得50℃蒸汽压为2.03Mpa，可以判断设计的容器为储存内压压力容器，按规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气50℃时的饱和蒸汽压力，可取液氨容器的设计压力为2.16Mpa，属于中压容器。而且设计温度为45℃低于50℃，当容器上装有安全阀时，取1.05~1.3倍的最高工作压力作为设计压力，所以取2.16Mpa的压力合适。2.1.2选材已知纯液氨的腐蚀性并不大，所以液氨储罐可选择一般钢材，但考虑到压力比较大，可以考虑20R、16MnR这两种钢材。如果只从技术角度分析，可以考虑选用20R类的低碳钢板，20R钢板的价格还要比16MnR钢板便宜，但16MnR强度较高，塑韧性良好，同等重量设备在制造费用方面，16MnR要便宜一些，且16MnR的抗拉性能、延伸率要比普通钢好些，它的力学性能和工艺性能都很好，所以制造罐体和附件材料都可以选择16MnR钢板。[3]2.1.3参数计算根据GB17261-2011-T《钢制球形储罐形式与基本参数》可知：公称容积2000m3的橘瓣式球罐，球壳内直径为15700mm，主要参数为：[4]公称容积/m3球壳内直径/mm几何容积/m3支柱底板底面至球壳赤道平面的距离/mm球壳分带数支柱根数2000157002026980071216MnR的密度为7.85t/m3，熔点为1430℃，许用应力列于下表：钢号板厚/mm在下列温度（℃）下的许用应力/Mpa≤2010015020025030016MnR6~1617017017017015614416~3616316316315914713436~6015715715715013812560~100153153150141128116球壳的计算压力为2.16Mpa，纵焊缝应采用全焊透双面对焊且100％无损探伤，所以焊接系数=1。取许用应力为163Mpa。球壳计算厚度：式中：—球壳的计算厚度，mm；—计算压力，MPa；—焊接接头系数；—筒体的内直径，mm；—设计温度下球体材料的许用应力，MPa钢板厚度负偏差C1=0.8，查材料腐蚀手册得50℃下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.05mm/年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量C2=2mm。所以设计厚度为：d=1+C1+C2=54.99mm圆整后取名义厚度55mm。[5]2.2附件.的选择2.2.1封头的选择压力容器封头的种类有很多，综合考虑制造和受力情况，球形封头应该作为首选。但球形封头也不是完美的，它的深度比较大，在冲压的时候不容易冲压，半球形封头在目前的中低压容器中得到了广泛的应用。平板封头由于制造和安装不够方便，存在一些困难，在用材上也不够省材料，故也不经常使用。椭圆封头用材最少，从各制造，安装方面综合考虑，采用椭圆形封头为最佳方案。封头厚度取和储罐同样厚度。2.2.2人孔的选择压力容器人孔是用于设备内部空间的检查、清洗、安装和拆卸设备的一种内部构件。人孔分为圆形和长圆两种。由于人孔的种类之多，所以在选择和使用方面就比较多样化。多数情况下考虑操作的需求，而在本次设计中由于直径较大所以水平吊盖人孔作为首选。储罐设置人孔是作为工作人员进出储罐以进行检验和维修之用，如果设备的公称直径小于一定数值时，可以不开人孔，可适当开一些手孔，来方便检验和维修，当公称直径大于一定数值时就需要开设人孔。所以在这次设计中用公称直径为500mm的人孔。2.2.3法兰的选择在法兰的连接方面，最主要的特点应该是有较高的强度、良好的密封性能、在用途方面比较广。平焊法兰与对焊法兰是压力容器法兰类型的两种。在法兰的设计方面应该遵守这样的原则:一定要使每一项的应力都要与材料的许用应力值相差无几，也就是说要让每一部分结构材料在每一个方向的强度都能够体现自己的价值。在此次设计中板式平焊凸面法兰应该作为首选。2.2.4液位计的选择液位计本着实用新型涉及一种在液位计使用时观察装置内部液位变化的装置，为设备操作提供了部分依据。液位计的作用①从观察到的也未变化来得出容器内的物理数量，最终目的是使生产过程中物料能够以一定数量出来；②从观察液面的变化来得出生产过程中反应是否正常，从而能够很好的控制反应过程。玻璃管液位计和玻璃板液位计是中低压容器中常用的两种液位计。玻璃管液面计，适用物料温度在0~250℃的范围，工作压力不大于1.6MPa。玻璃板液面计，它经常在介质透明或较透明的场合下使用，玻璃管液面计公称压力要小于它，它最高公称压力可达6.3MPa。玻璃板液面计不仅有结构简单、观察直观、安装方便、维修简单等优点，且比玻璃管液面计适用范围更为广泛。磁性液面计，常在液体密度不小于0.45g/cm3的液体中使用，介质主要分为透明和半透明两种，偶尔检测原油等较高粘度介质也会用磁性液位计，其测量范围较之玻璃管液面计和玻璃板液面计大很多，最大可达到7m，用于温度在-40℃~300℃的范围，且能够在最高公称压力为16MPa情况下适用。其优点除了有读数直观，而且不容易被腐蚀，能够防爆，一般不论贮槽高度有多少，它都可以使用，不易出现观察盲点。但其也有缺点，浮子卡阻及减弱经常是因为浮力固体杂质和磁性杂质存在于筒体，所以还得经常对筒体和磁性液面计进行检查和清洗，以便不影响测量结果；故混合介质的测量效果不好。应用在化工生产中的液面计，应根据设备的操作条件(温度、压力)、介质的特性、安装位置及环境条件等因素合理地选用合适的液面计。液面计与容器的连接型式有好几种，分别用于不同场合、不同类型的液面计。因此，根据液氨的物理性质，干净、易透光、不会有杂物堵塞，故选用磁性液面计，压力等级为2.5MPa。2.2.5压力表压力表是用来测量压力的。因为它可以测出容器内介质的压力，使操作人员可以根据压力表所指示的压力进行操作，将压力控制在允许范围内，所以压力表是压力容器的重要安全附件。在压力容器上尤其是高压容器，压力表是必装之物。压力表有很多种，例如弹性元件式、活塞式、液柱式和电量式等等。选用压力表的注意事项:安装在锅炉和压力容器上的压力表的测量范围，测量范围过大，绝对偏差允许的眼睛和更多的错误，会影响压力读数的准确性；反之，如果压力表的测量范围太小，工作压力就会接近极限值校准，将在最大的长期变形的状态，使弹性压力计，易产生永久变形，通过压力表和服务年限的增加而引起的误差减小。此外，压力表的范围太小，在超压操作的情况下，指针在最大范围内接近于零，如果由于工作人员的疏忽，造成大的危害就不好了。表盘上的压力值要清楚，工作人员能够很方便很容易的看到，压力表尽量做的大一些，当压力表安装在工人不容易看到的地方时，压力表应做的更大些。在平时工作中要对压力表及其关注，经常检查、清洗、维修和记录。压力表有一定的检定周期，必须按时按量对其进行严格的检定，这样按规定进行检测了，才能保证压力表在生产过程中少出现问题，避免一些不必要的危险事故发生。本次设计决定采用弹性元件式压力表中的单圈弹簧管式。它具有结构坚固，不易泄露，测量范围宽，具有较高的准确度，对使用的条件也不高。但在使用期间必须经常检验。2.2.6进出料接管的选择容器接管一般应采用厚壁管或整体锻件凸缘等补强措施以提高其强度。无缝钢管用于液体进出料口接管，无缝钢管的特殊结构使得物料沿设备内壁不能够流动，因此其内壁不能够被磨损和腐蚀。与壳体相焊的接管最好选用与壳体相同或相近的材料，一般情况下，壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，接管除特殊工艺要求外，应尽量布置在上下级板上，以便集中控制。本次设计采用与壳体相同的16MnR钢，壁厚采用35mm。2.2.7梯子平台在本设计中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下部斜梯，上部盘梯。由于球罐的工艺接管及人孔绝大部分都设置在上级板处，顶部平台是作为工艺操作用的平台。中间平台的设置是为了操作人员上下顶部平台时中间休息，或者是作为检查球罐赤道部位外部情况用的。在本设计中采用的梯子（上部盘梯）是球体和椭柱体相贯的相贯线，这种梯子结构弥补了球面螺线盘体的刚开始梯子的上升角太大，后来上升角太小的缺点，故这种结构行走舒适，没有陡升陡降的感觉。[8]2.2.8安全阀选择安全阀主要有弹簧式安全阀、杠杆重锤式安全阀、脉冲式安全阀、全启式安全阀、微启式安全阀、全封闭式安全阀、半封闭式安全阀、敞开式安全阀、先导式安全阀。[8]本设计选用弹簧全启封闭式安全阀。安全阀可根据不同的驱动方式分为直接和先导式。为了防范一旦储罐周围引发火灾或者由于一些失误的运作从而令储罐内的压力瞬间变大，应在气相部分设置一个以上的异常时用安全阀，以便及时排除部分气相物料，自动的将内压回复到设计压力以下。安全阀的泄放量：对无绝缘材料保温层的液化气体球罐的安全泄放量：—压力容器安全泄放量，；—在泄放压力下液化气体的汽化潜热，；—压力容器表面积折减系数，本设计为地上储罐，系数取1；—储罐受热面积。本设计安全阀的泄放量为56658.11。第三章罐区平面设计3.1储罐区的方位布置3.1.1储罐区风向储罐内装的液氨是有毒液体且有火灾爆炸的危险，宜布置在人员集中场所及明火或散发火地点的全年最小频率风的上风侧。当地常年主导风为东南风，则全年最小频率风为西北风。所以本设计罐区位于西北风的上风侧。3.1.2储罐区布置根据《建筑设计防火规范》规定，本设计中采用四个球罐单排布置，两个相邻液氨储罐的最小防火间距应为0.5D=0.5×15700=7850mm，取整到7900mm。[8]3.2罐区与厂区周边建构筑物安全距离依据规范，液氨的火灾危险性为乙类，且依据4.3.7液氨储罐与建筑物、储罐、堆场等的防火间距可按下表相应减少25%。[8]3.2.1办公用房长15m，宽7m，距离储罐55m，设在工厂大门附近，耐火等级选择为二级。3.2.2门卫长6m，宽6m，紧挨工厂大门，其耐火等级为二级。3.2.3发配电间长9m，宽6m，距离储罐35m，耐火等级选择为一级。3.2.4压缩机房长6m，宽7m，距离储罐20m，其耐火等级为二级。3.2.5消防泵房长10m，宽6m，距离储罐40m，耐火等级为二级。3.2.6事故存液池长40m，宽25m，深2m，距储罐外壁30m，耐火等级为一级。[12]小结：为减少液氨储罐区与周边厂房、道路、泵站、室外变电站之间由于发生火灾泄漏事故时产生的相互影响，降低损害程度，应该合理设置储罐区与建筑物的安全距离。现将储罐区安全距离设计汇总如下表所示。[8]储罐区与周围建筑物距离汇总表周围建筑物消防泵房办公楼发配电间门卫事故存液池压缩机房间距/m4055356030203.3消防道路的布置根据《石油化工企业设计防火规范》第4.3.5条，罐区内，任何储罐的中心距至少两条消防车道的距离不应大于120m。当不能满足此要求时，任何储罐中心与最近的消防车道之间的距离不应大于80m，且最近消防车道的路面宽度不应小于9m。根据《建筑设计防火规范》表4.2.9规定：表3-6甲、乙、丙类液体储罐与铁路、道路的防火间距(m)名称厂外铁路线（中心线）厂内铁路线（中心线）厂外道路（路边）厂内道路路边主要次要甲、乙类液体储罐35.025.020.015.010.0丙类液体储罐30.020.015.010.05.0本设计防火堤外铺设7.0m宽的绿化带，因此储罐外壁距消防车道距离为7.5+7.0+0.5=15m。消防车道路面宽度取值为10m，路面内缘转弯半径取12m，储罐罐壁距消防车道15m。3.4防火堤的设计防火堤是用于常压液体储蓄组，在油罐和其他液态危险品储罐发生泄漏事故时，防止液体外流和火灾蔓延的构筑物。防火堤亦称围堰，通过低温，使气态变成液态物质的储罐组在发生泄漏时，防止冷冻液体骤变成气体前外流，能有效防止火势蔓延。通常用于常压条件下。[9]3.4.1防火堤的布置根据规范，罐组应设防火堤。（一）防火堤设置要求

由《储罐区防火堤设计规范》第3.3.1条可知:

全压力式、半冷冻式储罐组内罐体发生事故以后，液体卸压后变为下沉气，在一定高度范围内对其进行防护，因此规定防护墙高度宜为0.6m、隔墙高度宜为0.3m。[9]

由《储罐区防火堤设计规范》第4.2.7条钢筋混凝土防火堤的构造应符合下列规定：

(1)堤身及基础底板的厚度应由强度及稳定性计算确定且不应小于200mm；

(2)受力钢筋应由强度计算确定并满足下列要求：

①钢筋混凝土防火堤应双向双面配筋；竖向钢筋直径不宜小于12mm，水平钢筋直径不宜小于10mm；钢筋间距不宜大于200mm；

②竖向钢筋的保护层厚度不应小于30mm；基础底板受力钢筋的保护层厚度当有垫层时不应小于40mm，无垫层时不应小于70mm。[9]

（二）防火堤高度

设防火堤高度为H，罐组内单罐最大容积为V，防火堤内的面积为(长94.5m、宽23.7m，防火堤到储罐间距4m)A0，其有效面积为A1，贮罐占地面积为A2。忽略隔墙、支座、防护墙的体积，则：

A1=A0-A2=2239.65-773.9786=1465.6714m2

H=V/A1=2000/1465.6714=1.36m

根据规定，防火堤防火堤的实际高度（H）应比计算高度（Hj）高出0.2m。因此，本设计防火堤高度取1.6m，防火堤宽度选择0.5m。[10]3.4.2防火堤的选型根据《储罐区防火堤设计规范》第4.1条选型的要求：（1）防火堤、防护墙的设计，应在满足各项技术要求的基础上，因地制宜；（2）防火堤的选型应符合下列规定：“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）防火堤(土堤除外)应采取在堤内侧培土或喷涂隔热防火涂料等保护措施。因此本设计优先选用钢筋混凝土防火堤，且在堤内侧喷涂隔热防火涂料。[9]3.4.3防火堤基础及其保护措施=1\*GB2⑴防火堤基础设计：根据规定，防火堤基础埋深不宜小于0.5m，地面以下0.5m深度范围内的地基土的压实系数不应小于0.95。=2\*GB2⑵防火堤保护措施：根据规定要求，在堤内侧喷涂隔热防火涂料。一，防火涂层的抗压强度不应低于1.5MPa，与混凝土的粘结强度不应小于0.15MPa，耐火极限不应小于2h，冻融实验15次强度无变化。二，防火涂层应乃雨水冲刷并能适应潮湿工作环境。[10]3.4.4防火堤及其内部的其他安全布置=1\*GB2⑴根据规定，防火堤内的地面坡度宜为5%。=2\*GB2⑵考虑在南京（年降雨量大于200mm且雨水24小时内难渗完）地区，防火堤内应设置集水设施。连接集水设施的雨水排放管道应从防火堤内设计地面以下通出堤外，并应设置安全可靠的排水装置。=3\*GB2⑶在防火堤上应设置不少于两处越堤人行踏步或坡道，并设置在不同方位上。防火堤高度大于等于1.5m时，应在两个踏步或坡道之间增设踏步或逃逸爬梯。=4\*GB2⑷储罐组内的隔堤、隔墙的设置应符合下列规定：全压力式储罐组总容积大于8000m3时应设隔墙，隔墙内各储罐容积之和不应大于8000m3，当单罐容量大于或等于5000m3时应每罐一隔。本设计不设置隔堤。[10]第四章消防系统4.1液氨的火灾危险性分类氨气在空气中的爆炸极限是15.7%~27.4%，属于乙类可燃气体，同时液氨属于28℃≤闪点≤45℃的乙A类可燃液体。4.2液氨罐区消防系统设计根据《石油化工企业设计防火规范》规定，本设计将采用固定式水喷雾和移动式消防冷却水系统。[8]4.2.1移动式消防用水量由于单个储罐容积为2000m3，根据规定移动式消防用水量不小于80L/s，所以本设计移动式消防用水量采用90L/s。4.2.2固定式消防冷却用水量根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160—2008，全压力式及半冷冻式液化烃储罐固定式消防冷却水系统的用水量计算应符合下列规定：[8]（1）着火罐冷却水供给强度不应小于9L/（min·m2）；（2）距着火罐罐壁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9L/（min·m2）；（3）着火罐冷却面积应按其罐体表面积计算；邻近罐冷却面积应按其半个罐体表面积计算；（4）距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围的邻罐超过3个时，冷却水量可按3个罐的用水量计算。本设计中距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的临近罐取最大有2个。因此固定式消防冷却用水量：Q1=q着火×A着火＋q相邻×A相邻＝10×773.98＋10×773.98＝15479.6L/min＝258L/s式中：Q1—固定式消防冷却用水量；q着火—着火罐冷却水的供给强度，本设计取10L/min·m2；q相邻—相邻罐冷却水的供给强度，本设计取10L/min·m2；A着火—着火罐表面积，773.98m2；A相邻—相邻罐表面积，773.98m2。4.2.3总消防冷却用水量液氨罐区火灾延续时间按6h计，所以总消防冷却用水量为移动式消防用水量和固定式消防冷却用水量之和。[11]总消防冷却用水量：（258＋90）×60×60×6＝7514800L4.3消火栓的布置4.3.1消火栓布置要求根据《石油化工企业设计防火规范》第8.5.5条，消火栓的设置应符合下列规定：1.宜选用地上式消火栓；2.宜沿道路敷设；3.距路面边不宜大于5m；距建筑物外墙不宜小于5m；4.地上式消火栓的大口径出水口应面向道路。当其设置场所有可能受到车辆冲撞时，应在其周围设置防护设施；5.应有明显标志。6.罐区及工艺装置区的消火栓应在其四周道路边设置，消火栓的间距不宜超过60m。4.3.2消火栓的选型消火栓根据其设置方式分为地上式和地下式，本设计中选择地上式消火栓，且型号为SS100-1.6，具体参数见下表。地上式消火栓主要参数：型号进水口直径（mm）出水口直径（mm）公称压力（Mpa）SS100-1.6100100×65×651.6SS150-1.6150150×65×6消火栓保护半径与最大布置间距1.消火栓的保护半径根据要求，本设计消火栓的保护半径选择100m。2.室外消火栓的布置间距由规范可知，罐区及工艺装置区的消火栓应在其四周道路边设置，消火栓的间距不宜超过60m。因此本设计消火栓的布置间距为60m。4.2.5消火栓的数量设计中消火栓应布置在罐区的道路边，由于防火堤区的长为94.5m、宽为23.7m，所以罐区周围需要2个消火栓。[13]4.2.6消火栓的用水量液化烃罐区的消防用水持续时间按6h计算，又根据要求选择消火栓的出水量为30L/s，则储罐区消火栓的用水量为：30×60×60×6×2=1296000L4.4灭火器设置4.4.1灭火器的数量罐组宜按防火堤内面积每400㎡配置一个手提式灭火器，但每个储罐配置的数量不宜超过三个。[14]因此，本设计的液氨储罐区防火堤内灭火器数量为：94.5×23.7÷400=5.5991个，取整为6个。4.4.2灭火器的选型及布置根据《石油化工企业设计防火规范》，生产区内设置的单个灭火器的规格应按下表选用：灭火器的规格灭火器类型干粉型泡沫型二氧化碳手提式推车式手提式推车式手提式推车式灭火器充装量容量（L）——960——重量（kg）6或820或50——5或730因此，本设计选择8Kg的手提式干粉灭火器，型号为MF/ABC8，并按每两个储罐之间两个灭火器布置。4.5罐区报警系统为保障企业的生产安全和人身安全，检测泄漏的有毒气体的浓度并及时报警以预防火灾、爆炸和人身事故的发生，根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》（GB50493-2009）规范，对液氨罐区进行有毒气体报警仪设计和布置。[15]4.5.1报警仪的选型报警仪由探测器和报警器两部分组成。4.5.2探测器的选型根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》，对于液氨罐区本设计选用有毒气体探测器，且采用固定式探测器。氨气宜选用电化学型或半导体型探测器。，常用检测器的采样方式，应根据使用场所确定。有毒气体的检测应采用扩散式检测器。综上，本设计采用固定式、扩散式半导体型探测器。[15]4.5.3探测器的布置由于氨气密度比空气低，且当地常年风向为东南风，所以根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》，本设计选用探测器布置在液氨储罐的东南方中上部距离储罐罐顶1.5m位置，且每个罐布置一个探测器。[15]4.5.4报警器的选型有毒气体检测系统应采用两级报警，本设计报警器选用两级报警，操作室报警器选用声光报警、现场报警器选用音响器。氨气的报警设定值应不超过最高允许浓度，氨气在空气中的最高允许浓度为30mg/m3，合39.53ppm。本设计采用一级报警（高限）设定值为39ppm；二级报警（高限）设定值为10ppm。根据规定，报警系统应采用不间断电源（UPS）供电；本设计采用不间断电源（UPS）供电。4.5.5报警器的布置本设计指示报警器安装在中心控制室，现场报警器就近安装在探测器所在的区域。4.6事故存液池容量事故存液池设置要求：（1）设有事故存液池的罐组四周，应设导液沟，使溢漏液体能顺利地流出罐组并自流入存液池内；（2）事故存液池距储罐不应小于30m；（3）事故存液池和导液沟距明火地点不应小于30m；（4）事故存液池应有排水措施；（5）对于固定顶罐，事故存液池的容积不应小于罐组内一个最大储罐的容积。本设计中事故存液池容积为2000m3。第五章罐区危险特性分析5.1危险特性分析液氨，无色透明流动液体，有特殊的刺激气味（臭），易溶于水、乙醇、乙醚。能溶解碱金属和碱土金属、硝酸及亚硝酸盐、碘化物。与空气能形成爆炸混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氟、氯等接触会发生强烈的化学反应。氨气具有高毒性，对皮肤、粘膜等具有强烈的腐蚀性，也可产生冻伤，高浓度还可引起严重咳嗽、窒息。急性毒性：LD50350mg/kg（大鼠经口），LC501390mg/m3，4小时（大鼠经口）[16]5.2重大危险性辨识根据《重大危险源辨识标准》，液氨的危险临界量是50吨，本罐区液氨储量是8000m3，质量为4.8224吨。[17]重大危险源辨识公式：带入数值：所以本罐区构不成重大危险源。5.3罐区危险有害因素辨识液氨储罐为液化气体储罐，属于压力容器，在日常生产中可能发生高空坠落、火灾、爆炸和中毒事故，而爆炸又分为物理爆炸和化学爆炸。[18]5.3.1高空坠落危险有害因素分析本设计中储罐高度大于15m，根据高空坠落的定义，指在高处作业中发生坠落的事故，而凡在坠落高度基准面2m以上（含2m）高处进行的作业就是高处作业。所以在储罐日常检修、维护和测量时均有可能发生高空坠落。引起高空坠落的主要原因：（1）违规操作：未正确使用或未使用高处作业防护用品；未经上级批准对拆改储罐防护措施；作业区域有污水、油污、障碍物；雨、雪、大雾天气和风力在5级以上时进行作业；（2）防护缺失：储罐顶部防护栏老化、破损；企业未按有关规定搭建防护栏、防护网。[23]5.3.2物理爆炸危险有害因素分析物理爆炸主要是由爆炸产生的冲击波和爆炸碎片对人和财产造成伤害和损失。引起物理爆炸的主要原因：安全阀、压力表等安全附件不齐或未按时检修失灵造成储罐超压爆炸；储罐壁材料强度不达标在生产中发生严重形变导致爆炸；内外介质腐蚀造成储罐壁变薄；液氨引起的应力腐蚀；储罐在充装液氨时未进行严格控制导致超过最大充装量。5.3.3火灾、化学爆炸危险有害因素辨识氨气与空气混合的爆炸极限是15.7%~27.4%，液氨储罐一旦泄漏在空气中形成氨气与空气混合物达到爆炸极限时，再遇明火等火源，就会引起火灾和化学爆炸事故，如周围有其他可燃物还会加剧燃烧。[24]引起储罐泄漏的原因：作业人员违反操作流程，在充装时连接进料管密封不严导致氨气泄漏；罐体、设备、管道、阀门、法兰等质量不过关是导致液氨泄漏的直接原因；在装卸车时车辆突然移动；由于罐区位于南京，夏季温度较高时，未及时采取喷淋措施降低罐内温度导致储罐压力过高，造成罐体破裂。罐区周围可能存在的火源：作业人员未遵守规定在罐区内吸烟，焊接产生的火花；电气设备不符合要求，配电室距离罐区过近；罐区内照明装置的短路、灯具的破裂；进入罐区的作业人员、车辆等未按规定进行除静电操作。5.3.4中毒危险有害因素辨识氨气有明显的刺激性气味，当浓度过高会引起严重咳嗽、肺水肿，严重可导致窒息，属于高毒化学品。此外，长期吸入低浓度的蒸气也可导致慢性中毒。[18]另外，如果氨气泄漏到空气中，且室外环境温度过高，有可能发生氨气的催化氧化反应：4NH3+5O2=4NO+6H2ONO+O2=NO23NO2+H2O=2HNO3+NO经加和：NH3+2O2=HNO3+H2O由方程式可以看出最终会得到产物硝酸，而硝酸易溶于水，在空气中形成硝酸烟雾可使人产生急性中毒。5.4罐区危险性分析（道化学分析）本设计采用美国DOW（道）化学公司火灾爆炸指数评价方法对液氨罐区进行火灾危险性分析。5.4.1评价程序和计算公式根据表格确定物质系数MF；计算一般工艺系数F1和特殊工艺系数F2（分别等于基本系数1.00与各项修正系数之和）；单元工艺危险系数F3＝F1×F2；火灾爆炸指数F&EI＝F3×MF； 暴露区域内基本最大可能损失（BaseMPPD）：①暴露区域半径R＝F&EI×0.267。②暴露区域面积S＝π·R2。③由F3、MF值用图表查出单元危害系数。④暴露区域内财产损失A。A＝原投资×0.82×物价系数（万元）⑤基本最大可能财产损失（基本MPPD），基本MPPD＝A×DF。实际最大可能财产损失（ActualMPPD）；①安全补偿措施系数C。C＝C1×C2×C3式中：C1—工艺控制措施补偿系数；C2—物质隔离措施补偿系数；C3—防火措施补偿系数。②实际最大可能财产损失。实际MPPD＝基本MPPD×C最大可能工作日损失MPDO。将最大可能财产损失MPPD代入评估方法提供的图表中，就可以得出最大可能工作日损失MPDO。5.4.2火灾爆炸指数的计算一般工艺危险危险系数采用危险系数选取原因基本系数1.001.00物料处理与运输0.20~1.050.85对NF＝3或NF=4的易燃液体或气体，系数取0．85通道0.20~0.350.20排放和泄漏控制0.20~0.500.50设有堤防已防止泄漏液流到其他区域，但堤防内所有设备露天放置时，系数取0.50一般工艺危险系数（F1）2.55一般工艺危险系数（F1）的计算（见表1）表1特殊工艺危险系数（F2）的计算（见表2）特殊工艺危险危险系数采用危险系数选取原因基本系数1.001.00毒性物质0.20~0.800.20毒性物质的危险系数为0.2NH储存中的液体及气体0.50计算的总能量为9.9×109Btu，查表得到系数腐蚀与磨损0.10~0.750.10腐蚀速率小于0.127mm/a时取0.10泄漏0.10~1.500.10压缩密封处可能出现轻微泄漏时，系数为0.10特殊工艺危险系数（F2）1.90表2工艺单元危险系数（F3）的计算F3＝F1×F2＝2.55×1.90＝4.8455.4.3物质系数（MF）的计算物质系数是计算火灾爆炸指数的一个基本数据，表示在火灾爆炸事故中所释放能量大小的特征。按物质系数查表得MF＝21。5.4.4火灾爆炸指数F&EI的计算F&EI＝F3×MF＝4.845×21＝101.745F&EI值与危险程度的关系，见表3.表3F&EI值危险等级1—60最轻61—96较轻97—127中等128—158很大＞159非常大储罐的F&EI值达到101.745，火灾爆炸危险等级属于中等。5.4.5最大可能财产损失计算破坏暴露区域半径R＝101.745×0.267＝27.17（m）暴露区域面积S＝3.14×27.17×27.17＝2318（m2）暴露区域内设备、建筑等原投资为500万元，物价系数取值为1A＝500×0.82×1＝410（万元）单元危险系数DF的计算查表得DF＝0.72 安全措施补偿系数C①工艺措施安全补偿系数（C1），见表4表4项目补偿系数范围采用补偿系数选取原因应急电源0.980.98配备了应急电源，系数取0.98冷却0.97~0.990.97有备用设备，冷却能力为正常需要的1.5倍，且至少维持10min，系数为0.97操作规范0.91~0.990.91具备列举操作规范，系数取0.91化学活泼性物质检查0.91~0.980.98需要时进行检查，系数取0.98其他工艺危险分析0.91~0.980.94进行危险和可操作性研究，系数取0.94C1＝0.98×0.97×0.91×0.98×0.94＝0.80②物质隔离安全补偿系数（C2），见表5表5项目补偿系数范围采用补偿系数选取原因有远距离控制阀0.96-0.980.96有远距离控制阀,系数取0.98排放系统0.91-0.970.95排放装置能处理中等数量的系统物料时,系数取0.95C2=0.97×0.95=0.931③防火设施安全补偿系数(C1),见表6表6项目补偿系数范围采用补偿系数选取原因泄漏检测装置0.94~0.980.98安装了有毒气体检测，但只能报警和确定为险范围，系数取0.98消防水供应系统0.94~0.970.94消防水压力大于690kPa，系数取0.94洒水灭火系统0.74~0.970.97洒水灭火系统补偿系数为0.97手提式灭火器材0.93~0.980.98配备了与火灾危险相应的手提式灭火器，系数取0.98电缆防护0.94~0.980.98采用金属罩，罩上涂漆，系数取0.98C3＝0.98×0.94×0.97×0.98×0.98＝0.85安全补偿措施系数：C＝C1×C2×C3＝0.80×0.931×0.85＝0.63F&EI＝101.745×0.63＝645.4.6基本MPPD和实际MPPD的计算基本MPPD＝410×0.72＝295（万元）实际MPPD＝295×0.63＝186（万元）5.4.7结论应用美国道化学公司的火灾爆炸危险指数评价方法,从一般工艺危险性,特殊工艺危险性和安全补偿措施等方面对选取单元进行安全分析与评价。分析认为如果储罐发生危险，导致的后果和损失都是很严重的，只有尽可能的完善防火防爆措施才能降低危险发生的可能性。[19]第六章防火防爆安全对策措施氨气属于乙类可燃气体，液氨属于乙A类可燃液体。6.1防止可燃可爆系统的形成为防止氨气与空气混合形成危险状态，在生产过程中，首先，应加强对液氨罐区的管理和控制，其次是防止泄漏的氨气与空气混合。（1）取代或控制用量在工艺上可行的条件下，在生产过程中不用或少用可燃可爆物质等。（2）加强密闭，应设法使储罐尽可能密闭操作。为保证设备的密闭性，对处理液氨的设备及管路系统应尽量少用法兰连接，但要保证安装检修方便；输送液氨的管道应采用无缝钢管；在投产前和定期检修后应检查密闭性和耐压程度；所有压缩机、液泵、导管、阀门、法兰接头等容易漏气部位应经常检查；填料如有损坏应立即调换以防泄漏；储存温度和压力必须严格控制，不允许超温、超压运行。应定期清洗传动装置，及时更换润滑剂，以免传动部分因摩擦发热而导致燃烧爆炸。[22]6.2消除、控制引燃能源为预防火灾及爆炸，对点火源进行控制是一个重要措施。引起火灾爆炸事故的点火源主要有明火、高温热表面、摩擦和撞击、绝热压缩、化学反应热、电气火花、静电火花、雷击和光热射线等。在液氨罐区，对这些点火源都应引起充分的注意，并采取严格的控制措施：（1）在储罐区必须进行明火作业时应按动火制度进行。汽车、拖拉机、柴油机等在未采取防火措施时不得进入罐区。设立固定动火区应符合有关防火规范的防火间距要求；在生产装置正常充装、放空时氨气应不致扩散到到动火区；区内备有足够的灭火器具，有关动火审批、动火分析等要求，必须按有关规范规定严格执行，采取预防措施，并加强监督检查，以确保安全作业。（2）摩擦与撞击摩擦与撞击往往成为引起火灾爆炸事故的原因。在储罐区应采取防止火花生成的措施：①机器上的轴承等转动部件，应保证有良好的润滑，要及时加油并经常清除附着的可燃污垢。②锤子、扳手等工具应防爆③输送液氨的管道应定期进行耐压试验，防止破裂或接口松脱泄漏引起火灾爆炸事故。④凡是撞击或摩擦的两部分都应采用不同的金属(如铜与钢)制成。⑤罐区内作业时，禁止穿带铁钉的鞋。根据整体防爆的要求，按危险区域等级和爆炸性混合物的类别、级别、组别配备相应符合国家标准规定的防爆等级的电气设备，并按国家规定的要求施工、安装、维护和检修。6.3有效监控在氨气可能泄漏的区域设置探测报警仪，这是预防火灾爆炸事故的重要措施。当氨气一旦发生泄漏而操作人员尚未发现时，探测报警仪可在设定的安全浓度范围内发生警报，便于及时处理泄漏点，从而避免发生重大事故的发生。6.4消防设施在进行工厂设计时，必须同时进行消防设计。根据工厂罐区的规模、火灾危险性，设置相应的灭火设施。[20]（1）在考虑消防用水时，首先应确定工厂在同一时间内的火灾次数一次灭火用水量应根据生产装置区、辅助设施区的火灾危险性、规模、占地面积、生产工艺的成熟性以及所采用的防火设施等情况，综合考虑确定（2）消防给水设施①消防水池或天然水源，可作为消防供水源。当利用此类水源时，应有可靠的吸水设施，并保证枯水时最低消防用水量，消防水池不得被易燃可燃液体污染。②消防给水管道，是保证消防用水的给水管道，可与生活、生产用水的水道合并，低压消防给水系统不宜与循环冷却水系统合并，但可作备用水源。③消防给水管网应采用环状布置，其输水干管不应少于两条，目的在于当其中一条发生事故时仍能保证供水。④室外消火栓应沿道路设置，便于消防车吸水，设置数量由消火栓的保护半径和室外消防用水量确定。灭火器应根据罐区的火灾危险性、占地面积及有无其他消防设施等情况综合全面考虑灭火器类型的选择。6.5应急处治方案：（1）发现事件第一人：①迅速向班组长报告。②在确保自身和他人安全的情况下，采取措施控制事态。（2）当班班长：①立即成为现场指挥员，启动应急响应程序。②立即组织向调度室报警③向部门负责人、应急指挥部报告。④组织本班应急响应人员进行应急处理。（3）当班岗位人员：①发生物料大量泄漏事故时，立即启动本岗位应急操作程序，对泄漏设备、管道内物料进行停泵等处置。②对火灾、爆炸事故，选用相应的灭火器材，迅速控制火势和扑灭火灾。③对具有火灾性质的危险点进行监控和保护，防止事故扩大及二次事故。④负责抢修设备，切断电源，防止事故扩大，降低事故损失。（4）事故救援小组：负责报警、初起警戒、通信联络、应急物资的准备、人员抢救工作。[21]第七章结论本次设计全面系统地运用本专业所学知识,通过查阅设计规范、安全法规和其他文献资料,完成了对4×2000m3液氨罐区的安全设计及风险评估,具体完成的内容如下:1、根据液氨的性质,确定相关设计参数,对其储罐的选材、安全附件进行设计；2、根据相关规范,确定防火间距,对储罐区和公共设施展开总平面布置,绘制总平面布置图；3、确定储罐的灭火系统,完成其消防用水量计算；4、通过对储罐区危险源的辨识,确定是否为重大危险源，并用道化学方法对储罐区进行风险评估；5、根据罐区可能发生的事故,完成防火防爆安全对策措施、安全管理制度和应急预案。本次毕业设计应用了罐区安全设计的基本内容、步骤和方法,但由于时间和资料的不足,部分内容还可以有待深分析。参考文献[1]丁晓晔，蒋军成，黄琴.液氨储罐事故性泄漏扩散过程模拟分析[J].中国安全生产科学技术,2007,3(3).7-11.[2]张洪江.大型氨站液氨储存工艺的选择和优化[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2017(5).143-144.[3]杨金富，吴如庆，汤晓英.CF2-62钢制无水液氨球罐的应力腐蚀[J].压力容器，1999(6).5-8.[4]GB17261-2011-T.钢制球形储罐形式与基本参数[S].[5]HG/T20581-2011.钢制化工容器材料选用规定[S].[6]徐英，杨一凡等．球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2005.[7]GB50016-2014.建筑设计防火规范[S].[8]GB50160-2008.石油化工企业设计防火规范[S].[9]GB50351-2014.储罐区防火堤设计规范[S].[10]SH3125-2001.石油化工防火堤设计规范[S].[11]HYPERLINK"/kns/popup/knetsearchNew.aspx?sdb=CJFQ&sfield=%e4%bd%9c%e8%80%85&skey=%e9%ab%9