苯乙烯贮罐安全设计化工安全工程毕业设计

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1、摘要：苯乙烯蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃，并有强烈的毒性。一旦发生事故将会造成巨大的财产损失和人员伤亡。本设计针对苯乙烯贮罐的选材、型号、安装方式及安全附件进行安全设计；对主要结构件的结构进行设计及强度校检；对贮罐区展开总平面布置，并根据总平面布置和贮罐区情况确定消防水池的位置、容积、以及安全消防设备及设施的安全设计。通过对贮罐区危险源的辨识，用预先危险性分析法、危险度评价法、事故树分析法对贮罐区进行风险分析。分析近来年，国内外所发生的一些典型事故，针对贮罐区易发生的事故，制定了安

2、全对策措施、安全管理制度和应急预案。关键词：工艺设计；平面布置；安全设计；Abstract：Styrene vapor and air can form explosive mixtures. In case of fire, heat or contact with oxidants, combustion caused a risk of explosion. Its vapor is heavier than air, will spread to the lower Department of considerable local and met the fire will gener

3、ate a return to burning, and there is a strong toxicity. Once the accident will cause huge casualties and property losses.The design for the selection, model, installation and safety accessories styrene storage tank safety design; main structural parts of the structure and strength of the design sch

4、ool inspection; tank area to expand the general layout, and in accordance with the general layout and storage tank fire water is determined by the position of the volume, as well as safety design fire safety equipment and facilities. Through the identification of hazards tank area, with the pre-risk

5、 analysis, risk evaluation, fault tree analysis of risk analysis tank area. Analysis of some recent incidents that occurred in the typical home and abroad, for the accident-prone tank area, developed a safety countermeasures, safety management systems and emergency plansKeywords：process design floor

6、 plan layout equipment Security Design目录第1章 贮罐设计11.1确定参数11.2贮罐的选材、型号、安装方式11.3安全附件、装置的选择2第2章 主要结构安全设计42.1 结构设计4第3章 灌区消防设计63.1 相关材料的选定63.2 贮罐与防火堤之间的防火间距的设计63.3 防火堤尺寸的确定63.4 消防车道设计73.5消防设施的布置7第4章 安全对策措施和职业危害控制措施84.1在贮罐区设安全标志84.2 防火防爆基本措施84.3 安全装置94.4 防止静电基本措施94.5 防止雷电的措施104.6 职业危害控制措施10参考文献12第1章 贮罐设计1.

7、1确定参数1.1.1设计压力设计压力是指设定的容器顶部的最高压力。苯乙烯的饱和蒸汽压小于常压，设计压力为0.1MPa。1.1.2设计温度设计温度是指容器正常操作时，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度，苯乙烯贮罐工作温度为常温。南京地区气温一般在10到40之间，设计温度要大于其最高温度，取90。1.1.3设计寿命压力容器一般寿命为10到20年，设计为15年。1.1.4腐蚀速率苯乙烯对碳钢腐蚀性不大，所以腐蚀速率不快。1.1.5风载荷P=2.25W=2.250.740.25=0.420kPa=420Pa为风压高度变化系数, 对于有密集建筑群的大城市，取0.74W 为建罐地区基本风压，根据建

8、筑结构荷载规范，基本风压取值，舟山50年一遇风压值为0.25KN/1.2贮罐的选材、型号、安装方式1.2.1选材压力容器使用的主要材料是碳素钢和低合金钢,苯乙烯属于乙A类液体，根据苯乙烯腐蚀能力、工作压力、工作温度，碳钢材料的强度等，选用Q235-A普通碳素结构钢。1.2.2型号内浮顶贮罐钢板耗量比较多，施工要求高，维修不便（密封结构），贮罐不易大型化，目前一般不超过10000 m3，所以采用固定顶贮罐拱顶贮罐1.2.3安装方式正装法适用于任何型式的贮罐施工，但由于其脚手架工作量大，消耗材料多，高空作业多，施工效率低，除非是很特殊的情况，已很少采用。所以安装方法使用倒装法。既以罐底为基准平面，

9、先安装顶圈壁板和罐顶，然后自上而下，逐圈壁板组装焊接与顶起，交替进行，依次直到底圈壁板安装完毕。设计贮罐内径D=15780mm，总高H=13021mm,罐壁高度11370mm，拱顶高度1721mm。1.3安全附件、装置的选择1.3.1火灾报警器苯乙烯一旦着火，火灾发生迅速，并会产生大量的烟气，所以选用感烟探测器。而苯乙烯周围设置有喷淋水系统，导致环境湿度较高，水汽较多，所以不选用离子感烟探测器，从而使用光电感烟探测器。光电感烟探测器的工作原理是一感光电极处于激光照射下发生电信号，当火灾烟雾遮蔽激光时电极失电，发出报警信号。1.3.2 液位报警器用以显示容器内液面（气液交界面）的一种测量仪表。它

10、不但是工艺生产中观察和测量液位仪保证生产正常进行的重要仪表，也是压力容器的一种安全装置。水位警报器分两种，一是通过电子式水位开关（BZ1201或BZ2401）和搭配的水位控制器(BZ101、BZ102)来控制，二是通过浮球开关进行水位报警。苯乙烯贮罐两者都可使用。1.3.3 静电接地静电会带来很多危害，妨碍生产，产生静电电击，静电最为严重的危险是引起爆炸和火灾。静电能量虽然不大，但电压高则易放电放出电火花。点火花会使苯乙烯着火燃烧爆炸等。单体接地是是消除静电的最常见的方法，接地电阻不应大于10欧姆同时做好导线连接。1.3.4 避雷针由于雷电具有电流很大、电压很高、冲击性很强等特点，有多方面的破

11、坏作用，且破坏力很大。雷电具有电性质、热性质和机械性质等三方面的破坏作用。避雷针必不可少，以防止雷击导致一系列事故。在罐顶先焊一块40mm、厚度4mm的钢板，然后装针。1.3.5 压力表压力表是测量压力容器内介质压力的仪表，可以直接显示出容器内的压力值，使操作人员正确了解容器内压力。1.3.6温度计温度计是用来测量物质冷热程度的仪表，可以用来测量压力容器介质的温度。苯乙烯在温度高时容易发生聚合反应而影响苯乙烯品质，所以要对其温度加以控制，有了温度计便利于观察。量程选用-2060的煤油温度计。1.3.7 液位计是用来观察和测量容器内液位位置变化情况的仪表。对于剩装液体的压力容器是必不可少的。1.

12、3.8 冷却器换热设备的一类，用以冷却流体，通常用水或空气为冷却剂一除去热量，苯乙烯贮罐冷却器选用浮头式，冷却介质为5冷水，为加强贮罐内苯乙烯物料循环冷却的效果，在罐内循环冷却进出口管线上分别设置随位调合旋转喷头及浮动出液装置。苯乙烯在温度高时容易发生聚合反应而影响苯乙烯品质，所以冷却装置必不可少。1.3.9 喷淋装置油罐上装设的一种水冷却降温设施。在夏天气温高的时候，对地面油罐不断均匀地进行喷淋水冷却，水由罐顶经罐壁流下，使冷却水带走油罐所吸收的太阳辐射热，降低油罐气体空间温度，使昼夜油面温度变化幅度减小，大大减少油罐小呼吸损耗。苯乙烯在温度高时容易发生聚合反应而影响苯乙烯品质，一般在夏天使

13、用。第2章 主要结构安全设计2.1 结构设计2.1.1 壁厚贮罐罐壁是由一圈一圈的壁板焊接组成的，根据HG21502.1-1992固定贮罐系列基本参数和尺寸表，可确定罐壁由7圈壁板组成，从上至下的第一圈，壁板高度是1770mm，下面六圈壁板高度是1600mm。根据化工设备设计全书中关于变壁厚的相关内容，得到目前应用非常广的计算壁厚的方程。 式中：- 储液重度，kg/m3。D-贮罐直径，m；H-取罐壁顶端到计算圆板下端的距离，m；-许用应力，根据HG21502.1-1992取113Mpa,即11.53 kgf/mm2；-焊缝系数；C1-腐蚀余量，mm。C2-钢板负偏差，可查阅HG20580-19

14、98，根据不同壁厚来确定，mm从罐底往上数：第一圈：第二圈：第三圈：2.1.2 罐顶结构设计苯乙烯选用的是固定顶贮罐，是圆筒形贮罐球面拱顶。球面拱顶是球的一部分，它由中心顶板、扇形顶板组成。当罐径较大时、顶板较薄时，顶板内侧还焊有加强肋或采用球面网架。贮罐的球面拱体和圆柱形壳体的连接部分有两种形式。一种是球面拱体与罐壁之间采用圆弧过渡的结构，它的边缘应力比较小，承压能力较高，通常用于压力贮罐，但需要冲压加工成型，施工比较困难。另一种是采用边缘结构件，（如包边角钢等）将球面部分与罐壁两部分组焊的结构，制造较方便，广泛用于贮罐内径不大于2000Pa的工况。根据钢制立式圆筒形内浮顶贮罐系列2000m

15、3贮罐拱顶板厚5.5 mm。球面拱顶曲率半径拱顶的球面半径一般取 Rn=0.81.2D式中D-贮罐直径，15.78m；取Rn=1.2D=18936mm几何尺寸可按下式选取 式中 1-圆弧过渡部分的第一曲率半径，为回转壳体经线上各点的曲率半径；2-圆弧过渡部分的第二曲率半径，为经线上任一点的第一曲率半径与旋转轴的交点到该点的距离。任何一个回转壳体的几何特征都可用第一曲率半径1和第二曲率半径2这两个参数来表示。对于球体， 根据包边角钢最小尺寸，2000m3苯乙烯贮罐内径为15.78m, 包边角钢最小尺寸为75758（mm）。2.1.3 罐底设计贮罐罐底主要有五种结构形式，正圆锥形结构罐底、倒圆锥形

16、罐底、倒偏锥形罐底、单面倾斜形罐底和阶梯式漏斗形罐底。苯乙烯贮罐罐底板厚为中幅板6 mm，边缘板7 mm。所以采用倒圆锥形罐底，这种罐底中间低，四周高。罐底坡度2%5%,随排除污泥杂质、水分的要求高低而定。在罐底中央焊有集液槽，沉降的污泥和存液集中于此，由弯管自上或自下引排放。第3章 灌区消防设计3.1 相关材料的选定根据储罐区防火堤设计规范GB50351-2005要求，本贮罐区防火堤采用砖砌防火堤，为计算及购买材料的方便，这里贮罐及防火堤的基础全为由砖砌成的无筋扩展基础。根据储罐区防火堤设计规范GB50351-2005规定，确定砖选取强度等级为MU20的烧结普通砖，砂浆选取等级强度为M10的

17、砂浆。对于防火堤压顶采用的混凝土为混凝土强度为C20的混凝土，并根据构造要求配置3个直径为10的纵向钢筋。3.2 贮罐与防火堤之间的防火间距的设计由于贮罐为立式固定顶罐，贮罐基本尺寸内径：15780mm，管壁高度：11370mm，拱顶高度：1721mm，根据石油化工企业设计防火规范（GB50160-2008），可以确定贮罐间防火间距为0.75D=12m；立式贮罐至防火堤内堤脚线的距离不应小于罐壁高度的一半，所以取立式贮罐至防火堤内堤脚线的距离为6m。由于考虑到设计总容量及节约场地的原因，本贮罐区不设堤内隔堤。另外为了增大防火堤内的有效体积，根据构造要求可不设内培土而以隔热防火涂料喷涂于防火堤内

18、侧代替。贮罐区总平面图如附图所示。3.3 防火堤尺寸的确定防火堤的长（L） 、宽（W） ：可以根据防火堤的有效容积经计算确定防火堤的长与宽尺寸。同时， 在确定防火堤的长与宽以及防火堤本身的截面尺寸时， 还应综合考虑以下两个因素：防火堤内坡基脚线至立式罐的距离不应小于罐高的一半，至卧式罐的距离不应小于3m；防火堤外坡基脚线至消防车道的间距宜为5m,至其他建构筑物不应小于 10m，或执行其他规范另有规定的较大值。综合考虑，为保证防火堤内坡基脚线至立式罐的距离为6m，贮罐间防火间距为0.75D=12m，贮罐布置不超过两排，确定防火堤的最小尺寸为长L=85m，宽W=60m。为了增加防火堤的强度、刚度及

19、稳定性等指标，对于墙的厚度采用300的墙体,所以取防火堤长85.3m，宽60.3m。（以防火堤中心线为基准）3.4 消防车道设计GB50160-2008中规定消防车道的路面宽度应不小于6m，路面上净空高不低于5m,且消防车道应设为环形；而消防车道距离防火堤应留有6m的间距。综合以上规定，设计确定消防车道的路面设计宽度为8m。弯道半径不小于12m。3.5消防设施的布置本贮罐区采用固定式泡沫消防系统，根据低倍数泡沫灭火系统设计规范GB 50151-2010，本贮罐区同一时间火灾次数为1次，贮罐配置应采用PC4，PC8，PC24型泡沫产生器和扑灭流散火灾PQ4，PQ8泡沫枪，根据规定贮罐直径10-2

20、0m，泡沫产生器应配置2支以上(按30 min计算)，泡沫枪应配置2支以上(按20 min计算)，因此本设计配置PC24型泡沫产生器共3支(按30 min计算)，PQ8泡沫枪2支(按20 min计算)。消防给水管道：消防给水系统的压力宜为0.71.2MPa，通过管道的压力表控制灭火时最不利点消防栓的水压不低于0.15MPa。消防水泵房：引水系统采用自灌式，装备两条吸水管，出水管直接350mm，出水管采用液动阀门，并设置消防水泵.稳压泵的备用泵。消防水泵房设有双动力源。消防泵房设置型号为XBD12/120-PI的消防水泵3台（2用1备，一级负荷），其性能为Q=120L/S,H=120m,N=25

21、0kW；设置ZL()-X-D型稳压装置1套，其稳压消防水管网的平时压力为0.8MPa，着火时水泵的出口压力控制在1.2MPa。消防冷却水管道：消防冷却水管道在灌区四周形成环状管道，根据最不利点罐的消防冷却水流量和压力设置合理的管径，在不确定管径后对多个路径进行复核，以达到安全性和经济性的完美结合。消防冷却水控制系统：由于2000m 液化烃球罐火灾危险性较大，当某一贮罐着火时，贮罐本身以及周围相邻贮罐若不及时冷却，后果严重，要求冷却水泵和喷淋管道的控制阀门具各自动启动功能。控制阀门应设置在防火堤外距管壁15m 以外的地点。第4章 安全对策措施和职业危害控制措施4.1在贮罐区设安全标志图6-2 当

22、心爆炸 图61 禁止吸烟 4.2 防火防爆基本措施可以把预防火灾爆炸事故的措施分为两大类：消除导致火灾爆炸灾害的物质条件（即可燃物与氧化物的结合）以及消除导致火灾爆炸灾害的能量条件（即点火或引爆能源）。下面分别阐述。（1）消除导致产生火灾爆炸的物质条件。采用高强度的材料设计贮罐，防止因腐蚀，磨损，材料老化，介质或者环境温度过高或过低，静负荷或者反应应力使材料发生疲劳破坏或变形等使材料强度不够而引起破坏发生泄漏。在可能发生火灾爆炸灾害危险的场所设置可燃气（蒸气）浓度检测报警仪器，一旦浓度超标即报警，以便采取紧急防范措施。加强安全管理，防止误操作，如开错阀门等造成可燃物的泄漏。（2）消除或控制点火

23、源防止撞击摩擦产生火花。防止高温表面引起着火。消除静电火花。预防雷电火花引发火灾爆炸事故。防止明火。贮罐区中主要是防止维修用火和其他火源。维修用火主要指焊接、切割以及喷灯作业等。在石油化工企业中，因维修用火引发的火灾爆炸事故较多。因此，对于维修用火一般需要制定严格的管理规定，维修人员必须严格遵守。维修时禁止使用易产生火花的机械设备和工具。其他火源。防止因人为吸烟，汽车、柴油机、拖拉机等的排气管喷出的火星，都可能引起可燃气的爆燃，需要采取相应的防范措施。4.3 安全装置安全装置可以分为阻火装置、防爆泄压装置和其他装置两大类，一旦发生火灾爆炸事故时，这些装置能够起到阻止事态蔓延、扩大，减少事故损失

24、的作用，属于限制性措施。（1）阻火装置常用的阻火装置有安全液封、阻火器、单向阀、阻火闸门、火星熄灭器。（2）防爆泄压装置常见的防爆泄压装置有安全阀、爆破片、防空管等。（3）其他装置苯乙烯为可燃液体，其贮罐应设自动脱水器，应设液位计和高液位报警器，必要时可设自动连锁切断进料设施。4.4 防止静电基本措施（1）从工艺上控制静电产生合理设计与选材，选用一些导电性差的材质松弛；控制流速控制杂质和水分控制温度贮罐罐的进料管应从罐体下部接入，若从上部上部接入，宜延伸至距罐底200mm处。（2）泄漏导走静电空气增湿；加抗静电剂；静电接地或连接浸渍管；静置存放（3）采用中和电荷的方法(静电中和器)（4）人体防

25、静电人体防静电措施（穿防静电服，防静电鞋等）；导电工作地面；安全操作4.5 防止雷电的措施雷电有直击雷、感应雷、球雷。雷电有以下危害：火灾和爆炸、触电、设备和设施毁坏、大规模停电等。（1）防直接雷避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器都是经常采用的防雷装置。 一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。 上述的针、线、网、带都只是接闪器，而避雷器是一种专门的防雷装置。贮罐区占地面积较大，在贮罐布置避雷网防雷效果要比较好。（2）二次放电防护为了防止二次放电，无论是在空气中还是在地下，都必须保证接闪器、引下线、接地装置与邻近导体之间有足够的安全距离。在任何情况下，第一类防雷建筑物防止二次放电的

26、最小距离不超过3m，第二类防雷建筑物防止二次放电的最小距离不得小于2m，不能满足间距要求时应予跨接。（3）感应雷防护为了防止静电感应雷的危险，应将贮罐区内平行管道用金属线跨接起来。4.6 职业危害控制措施苯乙烯有强烈的毒性。苯乙烯的职业危害主要就是易发生中毒，侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。健康危害：对眼和上呼吸道粘膜有刺激和麻醉作用。急性中毒：高浓度时，立即引起眼及上呼吸道粘膜的刺激，出现眼痛、流泪、流涕、喷嚏、咽痛、咳嗽等，继之头痛、恶心、呕吐、全身乏力等；严重可有眩晕、步态蹒跚。眼部受苯乙烯液体污染时，可致灼伤。慢性影响：常见神经衰弱综合征，有头痛、乏力、恶心、食欲减退、腹胀、忧郁、健忘

27、、指颤等。对呼吸道有刺激作用，长期接触有时引起阻塞性肺部病变。皮肤粗糙、皲裂和增厚。由于贮罐区在地势平坦，视野开阔的地方，且周围没有居民区，因此无需采取通风措施，自然通风即可。对接触贮罐区作业的工人，必须进行严格的个体防护。进入贮罐区的人员应穿防腐服装，检维修人员应戴防毒面具，防毒口罩等。若贮罐区一旦发生泄漏，迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，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，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源。防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散剂制成的乳液刷洗，洗液稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤

28、或挖坑收容。用泡沫覆盖，抑制蒸发。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。若有人员出现中毒，则应采取相应的措施：吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。立即就医。食入：饮足量温水，催吐。立即就医。皮肤接触：脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。立即就医。参考文献1徐至均，许朝全，沈珠江.大型储罐基础设计与地基处理M.北京：中国石化出版社，19992徐英，杨一凡.球罐与大型储罐M.北京：化学工业出版社，20043中国石油化工集团公司安全环保局.

29、石油化工安全技术M. 北京：中国石化出版社，20044崔克清，张敬礼，陶刚.化工安全设计M. 北京：化学工业出版社，20045冯肇瑞，杨有启.化工安全技术手册M. 北京：化学工业出版社，19936傅启明.化工设计M. 北京：中国科技技术大学出版社，19957陈声宗主编. 化工设计M. 北京：化学工业出版社，20018娄爱娟. 化工设计M. 上海：华东理工大学出版社，20019王松汉. 石油化工设计手册M. 北京：化学工业出版社，200210赵培录，吕亮功.安全技术与管理M. 北京：中国石化出版社，200611周忠元，陈桂琴.化工安全技术与管理M.北京：化学工业出版社，200212隋鹏程，陈宝智，随旭.安全原理M.北京：化学工业出版社.2005