1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75%以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。然而，乙烯属于易燃、易爆危险品，一旦发生火灾爆炸事故，不但对人民安全和国家财产造成重大损失，还会对环境造成恶劣的影响。

储罐区一直是石油化工企业防火防爆的重点，液化烃储罐区更是防火工作的重中之重。液化烃本身的物理化学性质、储存方式及储罐结构决定了其特有的泄漏及火灾爆炸危险。^[1]如果管理不到位，存在的事故隐患不及时消除，就可能发生火灾爆炸事故，危及生产和人的生命安全,使企业蒙受巨大损失。储罐区的消防安全设计成为化工安全设计的重中之重。引起液化烃储罐火灾爆炸的因素有静电、雷击、误操作、设备故障、违章动火、泄漏、外界因素（停电、停水、停气、停汽）等几条。^[2]

乙烯相对分子质量是28.053，在常压下为无色可燃性气体，具有烃类特有的臭味。标准状况下气体的密度：1.2604kg/m3，液体的比重：0.5699（-103.9℃），熔点：-169.4℃,沸点：-103.9℃，临界温度：9.9℃，临界压力：5.137MPa，爆炸极限：2.7%～36%(体积)。根据乙烯的特性，其贮存除需要有良好的绝热保温性能以外，更需要考虑储存中的其它安全问题。^[3]

不同种类的液化烃具有不同的物理化学性质，而且储存方式的选用也有较大差别。根据储存压力和储存温度的不同，液化烃的储存方式可分为全压力式、全冷冻式和半冷冻式（表1）。^[1]

表 1 液化烃的常见储存方式及储存条件

根据表1本设计乙烯储罐选用半冷冻式球罐,设计压力为1.9~2.2MPa，设计温度为-30~-40℃。低温球罐最重要的设计参数是设计温度和设计压力,在储存过程中, 尽管球罐有保冷设施, 但总会吸收环境中的热量使介质气化,导致球罐内的压力升高, 因此, 低温球罐的设计温度和压力需要根据球罐的材质、介质的性质及工艺要求综合确定。^[4] 由于球罐具有受力好,重量轻,造价低,占地面积小等优点,被广泛应用于石油、化工等行业。同时由于其储存的介质一般为易燃、易爆甚至有毒的物质,一旦发生破坏,后果极其严重。由于具有潜在的危险性,所以必须加强对其制造过程的质量控制。^[5]大型乙烯球罐的特点有：

(1)设计压力高,储存容积大,为减少设备投资,要考虑使用满足要求的高强度钢材。

(2)设计温度为-40℃,因此在材料选用上,要考虑采用具有足够低温冲击韧性的材料。

(3)由于球罐要在现场组对、焊接,因此选用的钢材要具有良好的焊接性能,且抗裂纹敏感性指数要低。

(4)目前国内建造3000m³球罐的业绩尚不多,在设计、制造中更应加以重视。

(5)球罐材料,选用国外钢板时,要严格遵循我国有关标准、规范、规程的要求。^[6]

由于 3000 m³乙烯球罐的设计压力高、直径大 , 属于大型球罐 ,我国开发研制的 07MnNiCrMoVDR钢材 ,可以满足建造的要求。^[6]

乙烯一旦发生泄漏，很容易在空气中形成蒸气云团并运移扩散，当其浓度处于爆炸极限范围内，且在引燃源的作用下就会引起严重的火灾爆炸事故。火灾对人员的伤害主要来自燃烧爆炸的高温辐射和燃烧产物的烟气毒性；爆炸主要以冲击波的形式对人员、设备及环境造成伤害与破坏。^[3]

低温液化乙烯属于易燃易爆的化工物料，火灾危险性为甲A类。由于火灾危险性大，配备的消防设施尤为重要，主要是以消防冷却水系统为主，辅以干粉灭火系统加以保护。^[7]乙烯储罐罐内压力较高,一旦发生火灾则很难扑救,甚至发生爆炸,引发火灾蔓延,造成连锁性事故。根据有关资料介绍,地上式钢制储罐发生火灾,5min内可使罐壁温度升至500℃,使钢板强度降低一半。储罐发生火灾,为控制火势,降低火焰辐射强度,必须对储罐及时进行水喷淋冷却,使罐壁温升不超过100℃。附着罐壁的水膜,没有充分受热完全气化,则罐壁不会形成过热,罐的耐压强度可以得到保证。乙烯罐区设计采用水喷雾型式,是因为水喷雾能够较好地抑制火势。当液化烃储罐发生火灾时,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。^[8] 液化烃储罐宜设置不高于0.6m的防火堤,防火堤较低,便于少量泄漏的液化烃气体扩散；一旦泄漏量较多时,可由堤内设置的可燃气体报警仪报警,及时处理。^[9]

储存可燃物质的储罐，其防雷设计应符合以下规定: ① 钢制储罐的罐壁厚度≥4 mm，在罐顶装有带阻火器的呼吸阀时，应利用罐体自身作为接闪器; ② 钢制储罐的罐壁厚度≥4 mm，在罐顶装有无阻火器的呼吸阀时，应在罐顶装设接闪器; ③ 钢制储罐的罐壁厚度＜ 4 mm 时，应在罐顶装设接闪器，使整个储罐在保护范围之内。^[10]

静电产生的原因是由于在油品的收发、运输、灌装等过程中，每个油品分子之间或者是其他的物质与油品分子之间会产生一定的摩擦，从而导致的静电。储罐内金属构件较多，若各金属构件接地不良，容易形成孤立导体，当孤立导体上集聚的静电到一定程度时对地形成相对电位，在一定的条件下，极易发生火花放电而导致火灾。^[11]消除静电的危害归纳起来可通过以下途径：a.控制流速法 通过降低流速降低摩擦，可减少静电产生；b.控制进料方式 可以通过控制进料方式来防止静电，采用底部注油，避免液体在容器内喷溅和冲击；c.防止罐底积水；d.球罐或管道内混有杂质时，能产生较多静电，因此，要注意清除杂质；e.接地；f.增湿。^[12]

本设计为乙烯储罐消防安全设计，通过查阅相关文献，乙烯储罐选用半冷冻式球罐，学习了目前国内外乙烯储罐的设计方法。对乙烯储罐区的储罐布置、防火堤和消防道路进行设计。采用自动喷淋系统保证乙烯罐区的安全存储，并对储罐的防雷防静电进行安全设计，避免恶性爆炸事故发生。

参考文献：

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[2] 赵刚. 液态烃罐区的火灾预防与泄漏火灾扑救技术[J]. 消防技术与产品信息, 2001, 10: 014.

[3] 张源雪. 低温乙烯罐泄漏扩散危险性分析[J]. 中国消防, 2005, 23: 025.

[4] 张园园. 乙烯球罐及罐区设计要点分析[J]. 化工设计, 2011, 21(1): 10-13.

[5] 胡华胜. 低温乙烯球罐的监督检验[J]. 化工装备技术, 2008, 29(3): 25-27.

[6] 邵德明, 兰放. 大型乙烯球罐材质的选用[J]. 辽宁化工, 2010 (3): 279-280.

[7] 赵帜. 常压低温乙烯储罐消防设计[J]. 广州化工, 2012, 40(12): 170-171.

[8] 池沙农. 炼油厂液化烃储罐消防系统的设置[J]. 长江大学学报自然科学版: 理工卷, 2008, 5(4): 165-166.

[9] 贾玉亭. 液化烃罐区的隐患治理[J]. 石油化工安全环保技术, 1999 (4): 16-17.

[10] 范宏飞, 喻潜, 张科杰. 球罐类构筑物雷击风险评估方法[J]. 现代建筑电气, 2014 (9): 28-31.

[11] 沈乐. 石化装置储罐防雷防静电安全设计探讨[J]. 商业文化, 2012 (3): 309-309.

[12] 郭小旻. 液态烃球罐区的危险分析及控制措施[J]. 中国新技术新产品, 2010 (15): 145-146.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题要解决的问题：

1.从经济角度和客观的条件考虑，根据相关文献和国家相关规范确定乙烯储罐的设计参数，对乙烯储罐进行合适的选材选型，对乙烯储罐主要结构件的结构进行设计并对其强度进行校验，选择和设计储罐安全装置，并对乙烯及乙烯储罐进行危险性分析。画出乙烯储罐总装图。

2.根据罐区储存物质的特点、性质、储存要求、储罐的型式、容量、数量确定罐区相应的平面布置，确定防火堤位置、高度、组砌材料，并对罐区的消防道路进行设计。完成储罐区的平面布置图。