8000m3化工品贮罐区安全设计.docx

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1、8000m3化工品贮罐区安全设计摘 要本文首先详细查阅了相关标准规范等确定了设计压力，设计温度，设计寿命等基本设计参数。然后对贮罐的选材、型号、安装方式及安全附件进行了设计；紧接着进行了主要结构件的结构设计及其强度校验。通过对贮罐区整体的化工安全考虑，确定了贮罐的设计方案和贮区总体的布局。最后本文对苯乙烯、冰醋酸事故案例进行了分析并制定了事故应急预案等。关键词：冰醋酸 苯乙烯 贮罐区展开总平面布置 消防水池 应急预案 目 录摘要I 第一章、确定设计参数 81.1 苯乙烯8 1.1.1 设计压力8 1.1.2 设计温度81.1.3设计寿命91.1.4 腐蚀速率91.1.5 风载荷.101.1.6

2、 雪载荷.101.2 冰醋酸10 1.2.1 设计压力10 1.2.2 设计温度101.2.3设计寿命111.2.4 腐蚀速率111.2.5 风载荷121.2.6 雪载荷12 第二章、化学品的物化及危险性分析 132.1 苯乙烯13 2.1.1 物化性质13 2.1.2 危险特性分析13 2.1.2.1火灾危险特性14 2.1.2.2 毒害性142.2 冰醋酸14 2.1.1 物化性质14 2.1.2 危险特性分析15 2.1.2.1火灾危险特性16 2.1.2.2 毒害性16 2.1.2.3 酸性腐蚀性17 第三章、储罐的选材、型号、安装方式及安全附件 183.1 苯乙烯18 3.1.1 贮

3、罐的选材18 3.1.2 型号及安装方式193.1.3安全附件203.2 冰醋酸22 3.2.1 储罐选材22 3.2.2 型号243.2.3安装方式253.2.4 安全附件26.第四章 主要结构件的结构设计及其强度校验.31 4.1冰醋酸篇.314.1.1 罐壁设计.324.1.2 罐顶设计.344.1.3 罐底设计.354.1.4 常用配件设计.364.2苯乙烯篇.394.2.1 罐壁设计.394.2.2 罐顶设计.394.2.3 罐底设计.444.2.4 常用配件设计.45第五章 安全装置的选择和设计 5.1 压力表.48 5.2 防雷设施.495.3火灾报警系统.505.4 温度计.5

4、15.5 液位计.52第六章 对化工品贮罐区展开总平面布置 6.1 罐组布置.536.2 管组间的防火间距536.3 防火堤设计546.3.1 防火堤有效容积546.3.2 防火堤长和宽546.3.3 防火堤高度5563.4 防火堤台阶设计566.4 储罐与道路的防火间距566.5 储罐泡沫消防站566.6 变电配所576.7 罐区泵房576.8 汽车装卸站57 第七章 消防设施7.1水消防系统.587.2泡沫消防系统.587.3消防设施的确定过程.597.3.1冷却系统形式的确定.597.3.2系统组成.597.3.3适用范围.597.3.8 泡沫灭火设备简介617.3.11消防用水量计算.

5、627.4消防管网及器材设置.66第八章 贮罐区物质危险性分析及火灾危险等级的划分 8.1 苯乙烯物质危险性分析.69 8.1.1 物质危险性分析.70 8.1.2 火灾危险等级划分.71 8.2 冰醋酸物质危险性分析.72 8.2.1冰醋酸储罐物质危险性分析.72 8.2.2冰醋酸储罐火灾危险等级划分.75第九章 典型事故案例分析 9.1 苯乙烯事故案例分析.76 9.1.1 2001年“大勇”轮与 “大望”轮碰撞泄露事故.76 9.1.2 1983年兰州化学工业公司苯乙烯车间爆炸事故.77 9.1.3 2007年北京大兴区某化工厂因苯乙烯泄漏伤害事故.77 9.2 冰醋酸事故案例分析.77

6、 9.2.1 1983年某工厂生产对硝基苯甲酸过程中冰醋酸泄露爆炸事故.77第十章 安全对策措施及职业危害控制措施的设计 10.1 苯乙烯安全对策措施及职业危害控制措施的设计.79 10.1.1 苯乙烯安全对策措施.79 10.1.2 苯乙烯职业危害控制措施.88 10.2 冰醋酸安全对策措施及职业危害控制措施的设计.92 10.2.1 冰醋酸安全对策措施.92 10.2.2 冰醋酸职业危害控制措施.97第十一章 安全管理制度及应急救援预案的制定 11.1 安全管理制度.100 11.1.1 安全管理的目的.100 11.1.2 安全管理的依据.100 11.1.3 安全管理制度的内容.100

7、 11.2 应急预案.101 11.2.1 编制目的.101 11.2.2 编制依据.101 11.2.3 适用范围.101 11.2.4 应急预案体系.101 11.3本单位的危险性分析.101 11.3.1 本单位概况.101 11.3.2 危险源与风险分析.101 11.4 组织机构及职责.102 11.5 预警与防护.103 11.6 应急响应.104 11.7 保障措施.107 11.8 培训演练.107参考文献.108第1章 确定设计参数1.1苯乙烯1.1.1、设计压力根据GB 1502011 压力容器中设计压力的定义：设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件

8、，其值不低于工作压力。而计算压力的定义是：在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力；当元件所受的液柱静压力小于5%的设计压力时，可以忽略不计。如此看来。设计压力是整个储罐的载荷条件，而计算压力是具体受压元件的计算参数设计压力是反映储罐受压状况的重要指标，但不能全部、准确的反映容器各部位的实际受力情况，因此，设计压力和计算压力可能不一致。根据HG 21502.1-92钢制立式圆筒固定顶储罐系列中的规定，苯乙烯储罐的设计正压为2kPa，负压为 0.5kPa。1.1.2 设计温度根据GB1502011压力容器及HG-205801998钢制化工容器设计基础规定 等 关于设计温度的规

9、定如下。设计温度指容器在正常工作情况下，设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值。它与设计压力一起作为设计载荷条件。不过，有别于设计压力是整台容器的载荷条件；设计温度是指具体受压元件的载荷条件。同时，设计温度也是具体受压元件的温度计算参数，就像计算压力是具体受压元件的压力计算参数。对于苯乙烯储罐，可以根据各个工作元件的工作温度的不同，分别设定每个元件的设计温度。比如说罐体和安全附件可以设置不同的设计温度。但是从经济效益，选材的方便程度等方面考虑，我们可以考虑设计温度为一个最值。对于储罐的设计温度，由于储罐壁与外界环境间的直接接触，此时应该记及环境温度对容器壁温的影响，并且考虑储罐的

10、正常储存状态。其中，苯乙烯低闪点易聚合，根据SHT 3007-2007 石油化工储运系统罐区设计规范中第3.2条，苯乙烯储罐内部，需要保证介质温度 在520范围内，因此储罐中介质的储存温度设计在520，假设上下偏差5，则工作温度在030。再考虑环境温度对容器外壁的影响，在南京地区气温在-1040，考虑一下剩余，我们设计储罐的设计温度可以选为50。1.1.3 设计寿命压力容器安全技术监察规程（简称容规）第32条规定：“为防止压力容器超寿命运行引发安全问题，设计单位一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命”。同样，GB 1501998钢制压力容器第 3.3.5.2条规定：“应根据预期的容器寿命和

11、介质对材料的腐蚀速率，确定腐蚀余量”可以看出，两者都要求设计单位对压力容器的设计使用寿命有一个明确的预期和表示，二者就目前大多数设计者来说，都不愿意在图样上注明压力容器的设计使用寿命，因为压力容器设计使用寿命的确定是一个较为复杂的问题，它涉及到材料的选用、腐蚀量的确 定、容器结构设计、使用环境等多种因素：而准确地预计设计使用寿命，一方面反映了设计者的设计经验和水平，另一方面亦是对容器使用单位的安全负责。当然，设计使用寿命是设计者根据容器的设计参数和使用条件给予的一个预期的数据，它并不是容器的真正使用寿命，其作用是提醒使用者，当使用时间超过设计使用寿命时，应缩短检验周期，加强必要的防范措施。一般

12、地说，确定苯乙烯储罐设计使用寿命，主要应考虑以下几点：材料的选择；腐蚀余量的确定；容器结构设计的合理性及防腐性；制造工艺的科学性；非正常因素(如超工况运行等)按国际压力容器设计的惯例，应在图纸上标明压力容器的设计使用寿命，这样做才能真正体现对用户和对设备安全高度负责的精神，也能大大地降低压力容器的爆炸事故(违规操作、长期超过设计使用寿命运行是引发压力容器爆炸的主要因素)。除了一些特殊或重要的设备，一般我们可将设计使用寿命定为1015年。作为易燃易爆易挥发的苯乙烯，储罐设计寿命一般有一定年限。对于我们设计苯乙烯储罐的规格：1000m3 ，属于大型储罐，设备是被动的，工艺是主动的，一般10年工艺技

13、术会发展一次较大规模的改善，设计寿命通常可以定为为十到十五年，我们这里选用设计寿命为15年。1.1.4、腐蚀速率对于苯乙烯，本身基本无腐蚀性，根据腐蚀裕量计算公式（腐蚀裕量设计寿命腐蚀速率），从经济效益等因素来看，储存的苯乙烯本身基本无腐蚀性，为了安全起见，我们可以按轻微腐蚀程度计算（0.050.13mm/a），根据腐蚀数据与选材手册，耐蚀速率可以选择0.09mm/a,属于优良状态。则腐蚀裕量计算为1.35mm。但考虑到顶盖与壳体的差异，可以设计顶盖为1.54mm，壳体为1.58mm。1.1.5、风载荷风载荷是指垂直于气流方向的平面所受到的风的压力，Wpv2/1600 kN/m2,v为所处环境

14、的最大风速，Wp指的是标态下垂直于风向每平方米面积所受到风的压力。查气象资料可知，近年南京近10年最大风力为12级，风力大于32.6m/s，提供风载裕度后，取风速为33m/s，有Wp1089/16000.681kN/m21.1.6雪载荷雪载荷是根据该地区最大降雪量来确定的，查气象资料表明，南京近50年来积雪最大厚度达到37cm，秦岭淮河以南地区雪的密度区取150kg/m3,根据Sogh ，可求出基本雪压为So0.54kpa，雪载荷根据公式ShUSo。计算，Sh为雪载荷计算的标准值，U为屋面积雪分布系数，So为基本雪压，其中，U取值在雪分布均匀时取1.0，但现实中不存在理想状态，参考相关数据U取

15、1.4，计算后有Sh1.40.540.756kN/m2。1.2 冰醋酸1.2.1、设计压力根据GB 1502011 压力容器中设计压力的定义：设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。而计算压力的定义是：在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力；当元件所受的液柱静压力小于5%的设计压力时，可以忽略不计。根据HG 21502.1-92钢制立式圆筒固定顶储罐系列第2.4.1条及HG 20580-1998 钢制化工容器设计基础规定第4章中相关规定，冰醋酸储罐的设计压力选用：正压为2kPa，负压为 0.5kPa。1.2.2 设计温度根据SH

16、T 3007-2007 石油化工储运系统罐区设计规范中第3.2条及HG 20580-1998 钢制化工容器设计基础规定第5章中相关规定：最低设计温度盛装液体体积占容器容积1/4以上的储罐，最低设计温度取环境温度南京平均月最低温度-3.5，则最低设计温度为-3.5。冰醋酸温度低于16.7时，就会凝固成冰状，凝固时体积膨胀, 能使容器破裂。在冰醋酸的储存过程中要保持冰醋酸是液体，温度必须超过16.7。当T15时，设计温度为介质工作温度加15-30，同时考虑南京近50年最高气温为40.7和一定的余量，因此设计温度设为50。1.2.3 设计寿命固定式压力容器安全技术监察规程TSG R0004第32条规

17、定：“为防止压力容器超寿命运行引发安全问题，设计单位一般应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命”。HG/T20580-2011钢制化工容器设计基础规定 第八章相关规定：确定储罐设计使用寿命，主要应考虑以下因素：选择合适的材料及结构设计；合理的腐蚀裕量；限制蠕变（高温工况）或疲劳的可能性；容器建造的费用；装量的更换周期等。推荐的容器设计使用寿命如下：一般容器、换热器：10年；分馏塔、反应器、高压换热器：20年；球形容器:25年；重要的反应容器（如厚壁加氢反应器、氨合成塔等）：30年。 考虑本冰醋酸储罐的具体条件，我们设计该储罐的使用寿命为20年。1.2.4 腐蚀速率根据腐蚀数据与选材手册第十章

18、醋酸和醋酸工业 中可以查的：，耐醋酸腐蚀最有良的有下列一些金属材料，铬镍不锈钢、高合金不锈钢、高硅钢、含钼高硅铁，镍钼铁合金、镍钼铬铁合金等，上述材料在沸点一下各种浓度的酸中腐蚀速率低于0.1mm/a。故在选用上述钢材时，将冰醋酸的腐蚀速率确定为0.1mm/a是合理的。1.2.5 风载荷根据GB 50009-2001（2006版）建筑结构荷载规范第7章、条文说明7.1.2中相关规定，风载荷是指垂直于气流方向的平面所受到的风的压力，Wpv2/1600 kN/m2,v为所处环境的最大风速，Wp指的是标态下垂直于风向每平方米面积所受到风的压力。查气象资料可知，今年南京最大风力为12级，也就是32.6

19、m/s，提供风载裕度后，取风速为33m/s，有Wp1089/16000.681 kN/m21.2.6 雪载荷根据GB 50009-2001（2006版）建筑结构荷载规范6.1、条文说明6.1.2、附录D.1.1、及查气象资料表明，南京近50年来积雪最大厚度达到37cm，秦岭淮河以南地区雪的密度区取150kg/m3,根据Sogh ，可求出基本雪压为So0.54kpa，雪载荷根据公式ShrSo。计算，Sh为雪载荷计算的标准值，r为屋面积雪分布系数，So为基本雪压，其中，r取值在雪分布均匀时取1.0，但现实中不存在理想状态，参考相关数据r取1.4，计算后有Sh1.40.540.756kN/m2第2章

20、 化学品的物化及危险性分析2.1、苯乙烯 2.1.1、物化性质中文名称：苯乙烯。英文名称：Phenylethylene；Styrene。别名：乙烯苯。CAS No.：100-42-5。分子式：C8H8；C6H5CHCH2。分子量：104.14。危险标记：7(易燃液体)。 主要成分：含量: 一级99.5;二级99.0。外观与性状：无色透明油状液体。熔点()：-30.6。沸点()：146。相对密度(水=1)：0.91。相对蒸气密度(空气=1)：3.6。蒸气压(kPa)：1.33(30.8)。闪点：34.4。燃烧热(kJ/mol)：4376.9。辛醇-水分配系数(KOW)： 3.2。 稳定性和反应活

21、性：稳定。禁配物：氧化剂、酸类。避免接触的条件：光照、空气。2.1.2、危险特性分析根据危险化学品重大危险源辨识（GB182182009）、危险货物品名表（GB 12268-2005）、危险化学品名录 （2002版）、剧毒化学品名录（2002版）、建筑设计防火规范（GB50016-2006）、石油化工企业设计防火规范（GB50160-2008）物质常用危险化学品的分类及标志 (GB 13690-92)UN编号石化规建规剧毒品爆炸极限苯乙烯33541高闪点易燃液体2055乙A乙爆炸上限%(V/V)： 6.1爆炸下限%(V/V)： 1.1 2.1.2.1 火灾危险特性根据石油化工企业设计防火规范，

22、苯乙烯火灾危险类别属于乙A类，其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，有燃烧爆炸的危险。引起遇酸性催化剂如路易斯催化剂、齐格勒催化剂、硫酸、氯化铁、氯化铝等都能产生猛烈聚合，放出大量热量。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。2.1.2.2毒害性苯乙烯有毒，对眼和上呼吸道粘膜有刺激和麻醉作用。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、头晕、恶心、呕吐、全身乏力等；严重者可有眩晕、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

23、、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。2.2冰醋酸2.2.1 物化性质乙酸在常温下是一种有强烈刺激性酸味的无色液体。乙酸的熔点为16.6（289.6 K）。沸点117.9 (391.2 K）。相对密度1.05，闪点39，爆炸极限4%17%（体积）。纯的乙酸在低于熔点时会冻结成冰状晶体，所以无水乙酸又称为冰醋酸。乙酸易溶于水和乙醇，其水溶液呈弱酸性。乙酸盐也易溶于水。中文名称：醋酸别名：醋酸、冰醋酸英文名称：ACETIC ACID，Ethanoic acid，Vinegar acid，mathane-carboxylic acid英文缩写：A C 联

24、合国编号（UNNO）：2789CAS号：64-19-7 化学式：CH3COOH 分子量：60.05相对密度（水为1）：1.050凝固点（）：16.7沸点（）：1183粘度(mPa.s）：122(20）20时蒸气压（kPa）：1.5外观及气味：无色液体，有刺鼻的醋味。溶解性：能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。相容性：材料：稀释后对金属有强烈腐蚀性，316#和318#不锈钢及铝可作良好的结构材料。国家产品标准号：GB/T 676-20072.2.2冰醋酸危险性分析本次的设计中涉及的化学物质有冰醋酸。根据危险化学品重大危险源辨识（GB182182009）、危险货物品名表（GB 1226

25、8-2005）、危险化学品名录 （2002版）、剧毒化学品名录（2002版）、建筑设计防火规范（GB50016-2006）、石油化工企业设计防火规范（GB50160-2008）物质常用危险化学品的分类及标志 (GB 13690-92)UN编号石化规建规剧毒品爆炸极限冰醋酸81601高闪点易燃液体2789乙A乙爆炸下限为4.7%, 爆炸上限为17.0%2.2.2.1火灾爆炸危险性根据建筑设计防火规范中储存物品的火灾危险性，冰醋酸的火灾危险类别属于乙类 可燃性液体会与空气形成爆炸性混合物。由于冰醋酸具有一定的挥发性，当温度较高时，由于温度升高，蒸发加速，一旦泄露，就会与外界周围的空气形成爆炸性的混

26、合气体，如遇到明火就会发生混合气体的爆炸事故。与强氧化剂可发生反应； 冰醋酸的相对分子量约为60，而空气只有29，比空气重。一旦泄露容易在低处和沟渠等地方积聚； 受热分解时会产生一氧化碳和二氧化碳。当一氧化碳的浓度较大时，由于它具有一定的毒性，会导致人和动物中毒。而当二氧化碳的浓度较大时，由于它具有窒息作用，也会对人体的健康造成危害。2.2.2.2毒性毒性：属低毒类。急性毒性：LD503530mg/kg(大鼠经口）；1060mg/kg（兔经皮）；LC505620ppm，1小时（小鼠吸入）；人经口1.47mg/kg，最低中毒量，出现消化道症状；人经口2050g，致死剂量。亚急性和慢性毒性：人吸入

27、200490mg/m3712年，有眼睑水肿，结膜充血，慢性咽炎，支气管炎。致突变性：微生物致突变：大肠杆菌300ppm(3小时）。姊妹染色单体交换：人淋巴细胞5mmlo/L。生殖毒性：大鼠经口最低中毒剂量（TDL0）：700mg/kg(18天，产后），对新生鼠行为有影响。大鼠睾丸内最低中毒剂量（TDL0）：400mg/kg(1天，雄性），对雄性生育指数有影响。健康危害侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。慢性影响：眼睑水肿、结膜充血、慢性咽炎和支气管炎。长期反复接触，可致皮肤干燥、脱脂和皮炎。健康危害性评价：2，3， 2 阈限值（TLV）：50大鼠经口LD50：3530（mg/kg）健康危害：吸入后

28、对鼻、喉和呼吸道有刺激性。对眼有强烈刺激作用。皮肤接触，轻者出现红斑，重者引起化学灼伤。误服浓乙酸，口腔和消化道可产生糜烂，重者可因休克而致死。 2.2.2.3 酸性腐蚀性酸性羧酸中，例如乙酸的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子（质子）而释放出来，导致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系数为4.8，pKa=4.75(25），浓度为1mol/L的醋酸溶液（类似于家用醋的浓度）的pH为2.4，也就是说仅有0.4%的醋酸分子是解离的。乙酸的酸性促使它还可以与碳酸钠、氢氧化铜、苯酚钠等物质反应。2CH3COOH + Na2CO3 =2CH3COONa + CO2 + H2O2CH3COOH +

29、Cu(OH)2=Cu（CH3COO）2 + 2H2OCH3COOH + C6H5ONa =C6H5OH (苯酚）+ CH3COONa 腐蚀性对于许多金属，乙酸是有腐蚀性的，例如铁、镁和锌，反应生成氢气和金属乙酸盐。因为铝在空气中表面会形成氧化铝保护层，所以铝制容器能用来运输乙酸。金属的乙酸盐也可以用乙酸和相应的碱性物质反应，比如最著名的例子：小苏打与醋的反应。除了醋酸铬（II），几乎所有的醋酸盐能溶于水。Mg（s）+ 2 CH3COOH（aq） (CH3COO)2Mg(aq) + H2（g）NaHCO3（s）+ CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O（l

30、）乙酸能发生普通羧酸的典型化学反应，特别注意的是，可以还原生成乙醇，通过亲核取代机理生成乙酰氯，也可以双分子脱水生成酸酐。同样，乙酸也可以成酯或氨基化合物。如乙酸可以与乙醇在浓硫酸存在并加热的条件下生成乙酸乙酯（本反应为可逆反应，反应类型属于取代反应中的酯化反应）。CH3COOH + CH3CH2OH CH3COOCH2CH3 + H2O 第3章 贮罐的选材、型号、安装方式及安全附件3.1、苯乙烯3.1.1、贮罐的选材压力容器使用的钢材品种很多，有钢板、钢管、铸锻件、各种型钢等。根据石油化工企业设计防火规范6.2.1 储罐应采用钢罐。其中钢板，是制造储罐的主要材料，按其轧制方式，有冷轧薄板和热

31、轧厚板；按材料种类，有碳素钢板、低合金钢板、高合金钢板、不锈钢与碳钢或低合金钢以及铜、铝、钛等有色金属。 钢材的品种繁多，钢结构中采用的钢材主要有二类。一类是碳素结构钢。根据现行的国家标准碳素结构钢(GB700)的规定，碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值（N/mm2）、质量等级符号和脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。碳素结构钢分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275等五种，屈服强度越大，其含碳量、强度和硬度越大，塑性越低。其中Q235在使用、加工和焊接方面的性能都比较好，是钢结构常用钢材之一。 低合金钢交货时供方应提供屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯试验等力学性能质保；还要提供碳、锰、硅、硫、磷、钒、铝和铁等化学成分含量的质保。低合金钢是指在炼钢过程中添加一种或几种少量合金元素，其总量低于5的钢材。低合金钢因含有合金元素而