某沥青厂轻质油贮罐区消防安全设计——2×5000m3汽油储罐区毕业论文
2022-01-26 11:36:41
论文总字数：19026字
摘 要
此次设计主要研究确定沥青厂轻质油2×5000m3储罐区的储罐及储罐区消防安全。确定了内浮顶储罐的罐壁，罐顶，罐底等主要罐体部分，然后对内浮盘以及储罐的安全附件做出设计，确保整个储罐安全符合标准。然后对于罐区做好防火间距，包括罐区防火堤，隔堤，消防道路等。再对罐区进行消防安全设计，考虑到储存介质为汽油柴油，选择以泡沫灭火系统为主，灭火器为辅的消防设计。最后通过事故树分析，找到本罐区应注意事项以及预防对策，将其控制在可控范围内，保证罐区安全。
关键词：汽油储罐 储罐区安全设计 储罐区的消防设计 泡沫灭火
Fire safety design of light oil tank area in asphalt plant
——2 x 5000m3 gasoline storage tank area
Abstract
This design mainly focuses on the determination of the fire safety of the storage tank and storage tank area of the light oil 2 x 5000m3 storage tank area in the asphalt plant. The wall, roof and bottom of the inner floating roof tank are determined. Then the inner floating plate and the safety accessories of the tank are designed to ensure that the whole tank meets the safety standards. Secondly, fire prevention spacing should be done for tank area, including tank area fire dike, partition dike, fire road and so on. The fire safety design of tank farm is carried out. Considering the storage medium as gasoline and diesel oil, fire protection design with foam extinguishing system as the main and fire extinguisher as auxiliary is chosen. Finally, through the fault tree analysis, we find out the matters needing attention and preventive measures in the tank farm, and control them in a controllable range to ensure the safety of the tank farm.
Key Words: Gasoline storage tank ； Safety design of tank area ； Fire protection design of storage tank area；foam fire-fighting
目录
第1章 项目设计基本情况 5
1.1项目概述 5
1.2项目背景 5
1.3计任务 5
1.4意义 5
第2章 汽油储罐设计 6
2.1汽油储罐设计注意事项 6
2.1.1储罐的设计压力与设计温度 6
2.1.2储罐的设计温度 6
2.1.3金属储罐的分类： 6
2.2汽油储罐具体选型 7
2.2.1依据《石油库设计防火规范》选型 7
2.2.2依据《石油化工企业设计防火规范》选型 7
2.2.3确定储罐型号 7
2.3储罐设计参数 8
2.3.1设计温度 8
2.3.2设计压力 8
2.3.3设计寿命 8
2.3.4腐蚀速率 9
2.3.5雪载荷 9
2.3.6风载荷 9
2.4结构设计 9
2.4.1内浮盘 9
2.4.2密封装置 10
2.4.3内浮顶与罐壁之间的密封 10
2.4.4罐顶设计 10
2.4.5罐壁设计 10
2.4.6罐底设计 10
2.4.7人梯 11
2.5安全附件 11
2.5.1通气孔 11
2.5.2呼吸阀 11
2.5.3液位计 12
2.5.4温度计 12
2.5.5检查孔、人孔 12
第3章 储罐区设计布置 13
3.1防火堤设计 13
3.1.1定义 13
地上储罐储存介质发生意外泄露时，如果没有防火堤，液体会四处流淌，如果发生火灾还会形成大面积流淌火。为避免此类事故，特规定地上储罐应设防火堤。 13
3.1.2防火间距的设置目的 13
3.1.3储罐间防火间距 13
3.1.2防火堤平面布置 13
3.1.3防火堤有效容积 14
3.1.4防火堤高度 14
3.4罐区的道路设计 15
第4章 泡沫灭火系统设计 16
4.1泡沫灭火剂的灭火原理 16
4.2泡沫灭火剂的分类 16
4.4泡沫灭火系统的分类及原理 17
4.4.1按泡沫喷射方式分类 17
4.4.2按设备安装情况分 17
4.5低泡沫灭火系统的设计计算 18
4.5.1罐区泡沫灭火计算面积 18
4.5.2泡沫混合液流量的计算 18
4.5.3泡沫液管选型 21
4.5.4泡沫液总储量计算 21
4.6压力损失计算 23
4.6.1沿程压力损失计算 23
4.6.2局部压力损失计算 24
4.7泡沫消防泵选型 25
4.7.1泡沫消防泵的流量 25
4.7.2泡沫消防泵扬程 25
4.7.3泡沫消防泵的选型 26
第5章 储罐区灭火器配置设计 27
5.1确定灭火器配置场所的火灾种类和危险等级 27
5.2划分计算单元 28
5.3计算各计算单元的保护面积 28
5.4各计算单元的最小需配灭火级别 28
5.5确定灭火器设置点的位置及数量 29
5.6确定设置点灭火器类型、规格与数量 29
第六章 汽油储罐区的火灾爆炸性危险分析 31
6.1设计项目储存介质危险性 31
6.2故障树分析 31
6.3防范措施 32
6.3.1防范泄露措施 32
6.3.2点火源的控制 32
第1章 项目设计基本情况
1.1项目概述
此次项目设计为2×5000 m3汽油储罐区的储罐基本安全设计，储罐区的平面安全布置，以及储罐区的消防安全设计（灭火器系统和泡沫灭火系统），同时对储罐区进行危险源风险辨识。
1.2项目背景
现在，因为石油作为战略物资，世界各国对其储存量都在逐渐增加，对应的对其及其加工产品如汽柴油的储存要求有所变化，储罐大型化是必不可免的。然而储罐大型化同样会使储存风险变大，即第一类危险源的增大，其所释放的能量将会更大，更强，造成事故会更严重，在这种情况下就要求我们对大型储罐的本质安全提升上去，对储罐，储罐区的安全设计，消防设计有更高要求。
1.3计任务
- 汽油储罐的安全设计
- 储罐区的设计布置
- 储罐区的消防设计
1.4意义
通过设计该储罐及储罐区让我真正了解我国现在对于大型储罐的要求及规范，同时查阅相关文献也使得我明了储罐及储罐区设计的一些比较常见的隐患及需要以后去克服的问题，包括类似沉降，腐蚀一类问题。
第2章 汽油储罐设计
2.1汽油储罐设计注意事项
2.1.1储罐的设计压力与设计温度
储罐压力是指罐体自身能承受的压力。其可以细分为：
①储存压力，根据储液性质如蒸汽压等，为了减少蒸发损失和污染而制定的压力；
②操作压力，应大于储存压力，因为要克服管道、阀门等装置系统的压力降；
③设计压力，考虑操作压力的波动和温度的变化等安全因素，应略大于操作压力。
因为我国石油企业通常按照BS2654(1973) 规范要求的设计储罐，具体内容为 : 低压正压 200mm，负压 60mm；常压正压 75mm，负压 25mm。
2.1.2储罐的设计温度
储罐的设计温度是指整个储罐罐体温度，通常比操作温度低一些。正常一般常温常压储罐的设计温度是要看储罐放置位置区域的最低温度，原因是储罐的钢板材质要求是要根据最低温度去确定的。
2.1.3金属储罐的分类：
表2-1 金属储罐分类
种类 | 定义 | 特征 | 一般用途 |
固定顶储罐 | 是罐顶周边与罐壁顶端固定连接的储罐 | 油品的挥发性大，但能抵御风雪沙等恶劣天气 | 储存原油 |
拱顶罐 | 罐顶为球冠形结构，罐体为圆筒形，拱顶中间无支撑，荷载靠其周边支承于罐壁上。有带肋壳拱顶、网壳顶等结构。 | 小型储存原油 | |
浮顶储罐 | 内浮顶的设计是在固定罐的基础罐内再加一个密封性的平顶结构，在平时平顶与罐内液体是始终相接触的 | 油品挥发小，但是不能抵御风雪等，容易造成油品质量的损坏 | 储存成品油 |
外浮顶是指罐顶随液体的高低而上下移动的，没有与罐壁相焊 | 兼具两者的优点，但造价成本较高，维修保养不方面 | 大型储存原油 |
2.2汽油储罐具体选型
2.2.1依据《石油库设计防火规范》选型
根据《石油库设计防火规范》对汽油储罐选型应有以下要求及规定：
1.地上储罐应采用钢制储罐,储存沸点低于45℃或37.8℃的饱和蒸气压大于88kPa的甲B类液体，应采用压力储罐、低压储罐或低温常压储罐，并应符合下列规定,选用内浮顶储罐，应设置氮气密封保护系统，并应控制储存温度使液体蒸气压不大于88kPa[1]。
2. 内浮顶储罐的内浮顶选用，应符合下列规定： 内浮顶应采用金属内浮顶，且不得采用浅盘式或敝口隔舱式内浮顶[1]。
2.2.2依据《石油化工企业设计防火规范》选型
表2-2 常见甲类可燃液体
类别 | 名称 | |
甲 | B | 异戊二烯，异戊烷，汽油，戊烷，二硫化碳，异己烷，己烷，石油醚，异庚烷，环己烷，辛烷，异辛烷，苯，庚烷，石脑油，原油，甲苯，乙苯，邻二甲苯，间、对二甲苯，异丁醇，乙醚，乙醛，环氧丙烷，甲酸甲酯，乙胺，二乙胺，丙酮，丁醛，三乙胺，醋酸乙烯，甲乙酮，丙烯腈，醋酸乙酯，醋酸异丙酯、液态有机过氧化物 |
所以此次所设计储罐储存物质汽油属于甲B类可燃液体。
2.2.3确定储罐型号
根据规范结合应采用浮盘为金属内浮顶的内浮顶罐，罐体材料为碳素钢材。
本次设计针对2×5000m³汽油罐区，根据《石油化工企业设计防火规范》选取罐体的充装系数为0.85～0.9。油罐尺寸可按下式设计：
[公式(2-1)]
式中，——罐体的充装系数[取0.85～0.9]；
——油罐的直径[m]；
——油罐的高[m]；
——油罐的实际充装体积[m³]。
根据上述公式(2-1)设计油罐尺寸时，(从经济角度取0.9)算得本次设计罐体高为15.87m，直径为21m。
2.3储罐设计参数
本文选用的储存方式为常温常压储存，但是在确定汽油储罐罐体材质时，需要严格考虑各设计参数，如：温度，压力，寿命，腐蚀速率等各个方面，所以选用的罐体材质不仅要满足储存汽油的基本条件，也需要更高的强度去在实际生活中能更好的使用。
2.3.1设计温度
安装在室外无保温设施的容器，最低设计温度（0℃以下）受地方历年月平均最低气温的控制时，对于盛装压缩气体的储罐，最低设计温度取月平均最低气温减3℃，对于盛装液体体积占容器容积的1/4以上的储罐，最低设计温度取月平均最低温度[2]。本设计中储罐设计温度取月平均最低温度，南京地区最低温度为-16℃，最高温度为40℃，所以此次设计温度为-16℃-40℃[2]。
2.3.2设计压力
因为汽油储罐属于常压容器，罐体顶部装有呼吸阀，运行时压力为常压，在打压试漏是也不能超过0.1MPa。且其设计温度在40℃，在40℃时汽油饱和蒸气压为69kPa。本设计中设计压力为69kPa。
2.3.3设计寿命
根据《钢制化工容器设计基础规定》确定一般容器使用寿命是10年，所以该设计中汽油储罐使用寿命为10年[3]。
2.3.4腐蚀速率
本次设计选用钢材为Q235-B，它的腐蚀速率是0.1-0.3mm/年，本次取0.25 mm/年。
2.3.5雪载荷
Sk——雪荷载标准值（kN/m2） |
μr——屋面积雪分布系数 |
S0——基本雪压（kN/m2） |
本次设计中重现期R取50，基本雪压为S0=0.65 kN/m2，μr =0.7
所以设计雪载荷为0.455 kN/m2
2.3.6风载荷
wk ＝ βzμsμzw0 |
βz——高度 z 处的风振系数 |
μs——风荷载体型系数 |
μz——风压高度变化系数 |
w0——基本风压（kN/m2） |
wk——风荷载标准值（kN/m2） |
南京地区w0为0.25，本次设计中重现期R取50，但不得小于 0.3kN/ m2所以这儿取w0为0.3，因为属于C类地区，所以μz为0.65，μs为0.1，βz为1.0。所以风载荷wk为0. 0195 kN/m2
2.4结构设计
内浮顶油罐主要由储罐主体部分，内浮顶，以及安全附件构成，其主要结构还由内浮盘及其密封装置构成。本次设计中钢制单盘。
2.4.1内浮盘
内浮盘是一层薄单盘板外侧围以一圈边缘板焊制构成的。盘上带有若干立柱，使浮盘下沉时最终支撑在罐底上，以免浮顶与罐内附件相碰，为了检修需要，内浮盘上还设有人孔，目前国内的内浮顶有两种结构，一种是与浮顶储罐相同的钢制浮顶，另-种是拼装成型的铝合金浮顶，钢制浮顶的材质为非易熔材料，而铝合金浮顶的材质属于易熔材料[4]。本设计选用钢制内浮盘。
2.4.2密封装置
内浮顶油罐要求密封间隙为150mm,密封为196N/m时，储罐的密封可以达到设计要求，本设计采用的弹性材料密封结构，由密封袋、软泡沫塑料块、固定钩板等组成，考虑到储存介质为油品，密封袋采用丁腈耐油橡胶带制作，厚度取1.5m[4]。
2.4.3罐顶设计
罐顶按自支承式拱顶的弱顶结构设计,锥顶厚度应在计算厚度的基础上加上腐蚀裕量，其值不应低于罐体厚度，自支承式的罐顶形状近似球面，靠拱顶周边支撑于焊在罐壁的包边角钢上，采用弱顶焊接结构[4]。这样发生事故罐顶首先被掀开，从而避免罐壁破坏，物料漏出。
2.4.4罐壁设计
罐壁厚度根据GB-50341规范计算其中ρ取汽油较大相对密度为0.78，D为21m，H为15.87m，φ取0.9。计算得td为8.84mm取整为9mm，tt为7.9mm取整为8mm，。所以本次设计壁厚为9mm。
2.4.5罐底设计
根据GB-50341,本设计储罐罐底采用环形边缘板，据表2-3中幅板选择厚度为6mm，根据规范当中幅板厚度小于10mm，两者厚度差要至少3mm，所以边缘板厚度为9mm、 伸出外表面宽度为70mm，
表2-3 中幅板最小公称厚度
油罐内径(m) | 中幅板最小公称厚度(mm) |
D≤10 | 5 |
Dgt; 10 | 6 |
2.4.6人梯
1.盘梯的净宽度不得小于600 mm。通行平台宽度不得小于700mm。本次设计盘梯净宽度取600mm，通行平台宽度取70mm
2.盘梯的升角不宜大于45°,同一罐区内的盘梯宜取相同的升角。所以本次设计升角取45°。
3.本次设计盘梯踏步板的宽度为200 mm,踏步高度为250mm。
4.本次设计梯子的踏步板和平台板均采用花纹钢板或类似的防滑板材制造。
2.5安全附件
安全附件有:通气孔、透光孔、人孔、液位计、高液位报警器、温度计、自动联锁装
置、静电导出线等
2.5.1通气孔
通气孔属于浮顶油罐专用附件，孔口之间的环向间距应不大于10m,每个油罐至少应开设4个，通气孔出入口安装有金属丝网罩，通气孔在储油液位超高和自动报警装置失灵时，还兼起溢流作用[5]。
2.5.2呼吸阀
呼吸阀保证储罐在一定压力范围内与大气隔绝、又能在超过或低于此压力范围时与大气相通的一种阀门[5]。本次设计中采用阻火式呼吸阀。
2.5.3液位计
这里采用光导式液位计，是近几年才投入使用的一-种新型液位计。光导电子液位计的安装没有特别的地方。在此按情况设在13-15m处。
2.5.4温度计
在化工生产中使用的种类较多，有膨胀式，电阻式，热电式，辐射式等，本次设计采用膨胀式。
2.5.5检查孔、人孔
内浮顶油罐的固定顶及内浮顶上应至少各设一个内径不小于600mm的人孔。罐壁上应至少设置一个低位人孔,并宜设置1个高位人孔，内径均不应小于600mm，固定顶上宜设置目视检查孔，目视检查孔最大间距不应大于20m,沿圆周均布,且不得少于4个[5]。当环向通气孔设置在罐顶上时，可兼作检查孔。所以本次设计在储罐有一个低位人孔，内浮顶浮盘上设置一人孔，内浮顶有关固定顶设置一人孔，内径都为600mm。
第3章 储罐区设计布置
3.1防火堤设计
3.1.1定义
地上储罐储存介质发生意外泄露时，如果没有防火堤，液体会四处流淌，如果发生火灾还会形成大面积流淌火。为避免此类事故，特规定地上储罐应设防火堤。
3.1.2防火间距的设置目的
1.为了避免或减少发生火灾的几率。
2.防止火势事态的进一步扩大，将其火灾影响降到最低
3.消防扑救的需要。
3.1.3储罐间防火间距
罐组内相邻可燃液体地上油罐的防火间距不应小于表3-1的规定。
表3-1 罐组内相邻可燃液体地上油罐的防火间距
类别 | 油罐型式 | |||
固定顶罐 | 浮顶、内浮顶罐 | 卧罐 | ||
≤1000 | gt;1000 | |||
甲B、乙类 | 0.75D | 0.6D | 0.4D | 0.8m |
丙A类 | 0.4D | |||
丙B类 | 2m | 5m | ||
注：1.储存不同类别液体的或不同型式的相邻油罐的防火间距应采用本表规定的较大值；
油罐本次设计防火间距取8.4m。
3.1.2防火堤平面布置
根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008第6.2.13条规定立式储罐至防火堤内堤脚线的距离不应小于罐壁高度的一半[7]。本设计油罐高度为15.87m,所以汽油储罐到防火堤内堤脚线为8.94m。为了方便，汽油罐组的防火堤长宽各为：
L=21 9.9 8.94=41m
D=21 21 12.3 12.3 8.4=75m
3.1.3防火堤有效容积
本设计中防火堤的有效容积S防 =75×41=3075m2
3.1.4防火堤高度
根据《油罐区防火堤设计规范》防火堤应符合：
1．每一油罐组的防火堤应设置不少于2处越堤人行踏步或坡道，并设置不同方位上,防火堤内侧高度大于等于1.5m时，应在两个人行踏步或坡道之间增设踏步或逃逸爬梯[8]。
2．罐壁至防火堤内堤脚线的距离，不应小于该罐罐壁高度的一半。
3．防火堤内的有效容积不应小于罐组内1个最大油罐的容积。
本设计中：
- 防火堤设置了4处越堤人行踏步，隔堤设置了一处人行踏步。汽油油罐取管壁到内堤脚线的最近距离为10.5m。
2. 由上述规定防火堤内的有效容积不宜小于最大罐的容积，所以可根据公式
[公式(3-1)]
式中:
——防火堤长度[m]； |
——防火堤宽度[m]； |
——未着火油罐直径[m]； |
——防火堤宽度[m]； |
——最大油罐容积[]。 |
由于根据上述设计可知防火堤长为75m，宽为40.84m，储罐有两个，都为5000㎡
所以根据公式(3-1)求得防火堤高度为1.76m，防火堤的实际高度为计算高度加0.2m，即1.96m，本次设计防火堤高度取整，为2.0m。
3.1.5防火堤选材
防火堤选材要考虑环境，技术，安全等各个方面。也就是要在安全达标的前提下再去考虑技术、经济、环境保护等其他要求。从各种材料去分析，相比较土堤、砖砌块防火堤和毛石防火堤。钢筋混凝土防火堤整体密封性好，强度高。
所以本设计防火堤选择钢筋混凝土。
3.4罐区的道路设计
根据《油罐区防火堤设计规范》防火堤应符合：
1.四、五级石油库、山区或丘陵地带的石油库油罐区亦可设有回车场的尽头式消防道路[9]。
2．油罐中心与最近的消防道路之间的距离，不应大于80[9]。
3．消防道路与防火堤外堤脚线之间的距离，不宜小于3m[9]。
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