1、 1 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 设计项目概述 . 1 1.1.1 课程设计的目的和要求 . 1 1.1.2 课程设计内容 . 2 1.2 液化石油气的理化性质、危险特性及危害 . 2 1.2.1 液化石油气的主要成份 . 2 1.2.2 液化石油气的 物理性质 . 3 1.2.3 液化石油气的储存设备的危险特性 . 6 1.2.4 液化石油气的火灾危险特性 . 6 1.2.5 液化石油气的危害 . 7 第 2 章 液化石油气储罐选型及设计 . 8 2.1 储罐的选型和选材 . 8 2.2 储罐结构 设计 . 8 2.2.1 球壳的设计 . 9 2.2.2 支座设计 . 10 2.
2、2.3 人孔和接管 . 13 2.2.4 附件设计 . 14 2.2.5 基础设计 . 22 2.3 储罐基本参数设定 . 23 2.3.1 设计压力、腐蚀余量、充装量 . 23 2.3.2 设计温度 . 25 2.3.3 壁厚设计 . 25 第 3 章 罐区平面布置 . 28 3.1 防火堤与防护墙的布置 . 28 3.1.1 防火堤的选型与构造 . 28 3.1.2 防火堤参数设计 . 30 3.2 防火间距 . 31 3.3 消防车道 . 33 3.4 消防水池 . 34 第 4 章 罐区的其他设计 . 36 4.1 消防设计 . 36 4.1.1 消防给水设计概况 . 36 4.1.2
3、 消防给水系统的选择与划分 . 36 4.1.3 球罐固定消防冷却水系统 . 37 4.1.4 消防水用量计算 . 41 4.1.5 消防冷却水管道设置规定 . 43 4.1.6 灭火器材的选择 . 43 4.2 防雷设计 . 44 4.3 静电防护措施 . 45 4.4 爆炸区域等级划分与防爆电气的选型 . 48 第 5 章 罐区常见事故及安全对策措施 . 53 5.1 BLEVE 事故及计算 . 53 5.1.1 液化石油气（ LPG）沸腾液体扩展蒸气爆炸（ BLEVE） . 53 2 5.1.2 液化石油气（ LPG）罐区的 BLEVE 定量评价 . 53 5.1.3 事故后果结论及防范
4、措施 . 55 5.2 其他常见事故 . 55 5.2.1 泄漏事故 . 55 5.2.2 火灾事故 . 56 参考文献 . 59 防火防爆课程设计 1 第 1 章 绪论 1.1 设计项目概述 1.1.1 课程设计的目的和要求 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本知识，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
5、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、通过计算选择工艺，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
6、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。 第 1 章 绪论 2 1.1.2 课程设计内 容 1.项目名称 1000m3 6 液化石油气
7、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）查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
8、油气（英文缩写 LPG）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，故称液化石油气。 1.2.1 液化石油气的 主要成份 液化石油气是由碳和氢两 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。 ），异防火防爆课程设计 3 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
9、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 液化石油气的沸点，是指在 0.1013MPa（一个绝对大气压）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。 对于液化石油气：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
10、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 名
11、称 沸点 / 熔点 / 临界温度 / 临界压力 / 临界密度 /（ 错误 !未找到引用源。 ） 甲烷 -161.495 -182.48 -82.57 4.60 162 乙烷 -83.60 -183.27 32.27 4.80 203 丙烷 -42.045 -187.69 96.67 4.25 217 正丁烷 -9.50 -138.362 152.03 3.80 228 异丁烷 -11.72 -159.605 134.99 3.65 228 正戊烷 36.064 -129.730 196.5 3.67 237 异戊烷 27.853 -159.905 187.28 3.38 235 第 1 章 绪
12、论 4 乙烯 -103.68 -169.41 9.21 5.03 217 丙烯 -47.72 -185.25 91.6 4.61 232 1-丁烯 -6.25 -185.35 146.4 4.02 234 顺 2-丁烯 3.718 -138.922 162.43 4.20 240 2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 气体密度， kg/m3； M 相对分子质量； V0 1mol 气体所占体积。 但采用理想气体关系式时，在高压或低温
13、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 温度/ 丙烷 正丁烷 异丁烷 丙烯液态/（ kg/L） 丁烯液态/（ kg/L） 液态 /（ kg/L） 气态 /（ kg/L） 液态 /（ kg/L） 气态 /（ kg/L） 液态 /（ kg/L） 气态 /（ kg/L） -10 0 542 7 57 0 611 1 847 0 594 3 04 0 561 0 629 -5 0 535 9 05 0 605 2 100 0 588 3 59 0 552 0 624 0
14、 0 523 10 34 0 600 2 820 0 582 4 31 0 545 0 619 5 0 521 11 90 0 596 3 350 0 576 5 07 0 538 0 612 10 0 514 13 60 0 591 3 940 0 570 5 92 0 531 0 606 15 0 507 15 51 0 583 4 650 0 565 6 95 0 24 0 600 防火防爆课程设计 5 20 0 499 17 74 0 578 5 390 0 560 7 94 - - 25 0 490 20 15 0 573 6 180 0 553 9 21 - - 30 0 483
15、22 80 0 588 7 190 0 546 11 50 - - 35 0 474 25 30 0 562 8 170 0 540 13 00 - - 40 0 464 28 60 0 556 9 334 0 534 14 70 - - 相对密度：气体的相对密度是指标准状态下，同体积的气体与空气 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的液态液化气和 4水的密度比。
16、 表 1-3 液化石油气液态各组分相对密度 温度 / 丙烯 丙烷 正丁烯 异丁烷 1-丁烯 -20 0.573 0.544 0.621 0.603 0.641 -10 0.559 0.541 0.611 0.592 0.630 0 0.545 0.528 0.601 0.581 0.619 10 0.530 0.514 0.590 0.569 0.607 20 0.513 0.500 0.578 0.557 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 丙烷 正丁烷 异丁烷 丙烯 1-丁烯 顺 2-丁烯 反 2-丁
17、烯 异丁烯 比体积 0.538 0.408 0.408 0.505 0.421 0.339 0.329 0.353 3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。 第 1 章 绪论 6 温度/ 丙烷 丙烯 异丁烷 正丁烷 1-丁烯 2-丁烯 异丁烯 -10 3.49 4.5 1.12 0.812 0.95 0.70 0.95 -5 4.14 5.2 1.36 0.976 1.13 0.85 1.13 0 4.82 6.1 1.629 1.170 1.39 1.05 1.38 5 5.56
18、7.0 1.962 1.410 1.65 1.27 1.64 10 6.46 7.9 2.29 1.675 1.90 1.48 1.90 15 7.14 8.8 2.582 2.006 2.15 1.72 2.09 20 8.48 9.7 3.115 2.348 2.62 1.95 2.54 30 10.93 13.2 4.181 3.202 3.68 2.85 3.52 40 13.96 16.8 5.510 4.16 4.97 3.76 4.71 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，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
19、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大气中，其体积扩大 250 300 倍。此时遇到明火后，则会造成大面积的危害。 （四）燃烧速度快。液化石油气的燃烧速度约为 0.38 0.5m s，一旦在空气中遇到明火，瞬间就会燃烧起来。 （五）热值高。液化石油气的热值高，约为 92080 1213
20、79kJ 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 7 1.2.4 液化石油气的火灾危险特性 （ 1）燃烧速度快。液化石油气燃烧属于气、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，辐射热高。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，液化石油气
21、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 310 -4焦耳。 （ 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
22、。 1.2.5 液化石油气的危害 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。 第 2 章 液化石油气储罐选型及设计 8 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
23、，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，最大的可到 1000m3；占地面积小，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 ：0.13 0.19、 Si ： 0.20 0.60、 Mn ： 1.20 1.60、 Mo: Cr0.30 、 V: Nb: P0.030
24、 、 S0.020 、 Ni0.30 、 Cu0.25 。热处理：控轧 ，正火等等。 16MnR 具有良好的综合力学性能和工艺性能。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，还有经济性能各方面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
