终极版m湿式乙炔气柜的防火防爆设施设计

【2000m3湿式乙炔气柜厂区安全设施设计】
设计题目：2000m3湿式乙炔气柜厂区安全设施设计
学院：化学工程学院
专业：2013级安全工程专业
指导老师：李万舜
目录
第一章：厂区概况
第一节：乙炔气柜厂区的地理位置
第二节：厂址周边情况
第三节：工程区域布置
第四节：厂内出入口及围墙设计
第二章：建设项目过程危险源及危险和有害因素分析第一节：乙炔气体危险性分析
、乙炔气体的物化性质
、乙炔气体作为危化品的监管情况
第二节：建设项目工艺过程可能导致事故的危险源、分析乙炔气体气柜等工艺过程可能导致泄漏、爆炸、火灾、中毒的危险源
、HAZOP分析
第三节：装置或单元的火灾危险性分类和爆炸危险区的划分、对厂区和气柜的火灾和爆炸危险区划分
第四节：乙炔输送管道存在的危险源
、乙炔气体长输管道的路由
、长输管道穿、跨越过程存在的危险源和有害因素
第三章：厂区设计采用的安全措施
第一节：工艺系统
、气体气柜采用的防泄漏、防火、防爆、防尘、防毒、防腐蚀等主要措施
、正常工况和非正常工况下乙炔气体和气柜的安全控制措施
第二节：总平面布置
、厂区主要建筑物的间距和防危措施
、厂区和乙炔气柜平面和竖向的主要安全考虑
、厂区主要建筑物防火间距和标准规范符合情况
、厂区的消防和安全疏散通道和出口的设置
、其他的安全措施
第三节：设备及管道
、气柜和乙炔输送管道的设计与国家法规的符合情况
、气柜和管道的选择和防护措施
、其他的安全措施
第四节：电气
、厂区供电电源、电气负荷、应急或备用电源的设置
、为厂区电气设备划分防爆和防护等级
、厂区和气柜的防雷、防静电接地措施
、采取的其他电气安全措施
第五节：自控仪表及火灾报警
、厂区的应急或备用电源、气源的设置
、气柜正常工况下自动控制系统的设置
、乙炔气体泄漏检测和报警设施的设计
、关于乙炔气柜控制室的组成和控制中心的作用
、火灾报警、应急广播系统的设置
、采取的其他安全措施
第六节：建构筑物
、厂区主要建筑物一览表
、乙炔气柜和各控制室的通风、排烟、除尘、降温等措施
采取的其他安全措施
第七节：其他的防范措施
、关于厂区应对洪水、地质灾害、地震的自然灾害的措施
、厂区防燥、防灼烫、安全标志等的设置
、采取的其他安全措施
第八节：事故应急措施及安全管理机构
、厂区周边的主要事故应急救援措施
、厂区安全管理机构和人员的设置和配备
第九节：《安全评价报告》意见的采纳情况
、参看表格
参考文献：
《建筑设计防火规范》
《石油化工企业设计防火规范》
《石油库设计防火规范》
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》
《防火防爆技术》
《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218）
《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》（国家安全监管总局令第40号）
《乙炔站设计规范》
《危险化学品重大危险源分级方法》
《火灾的危险性分类》
《钢制气柜设计标准》
厂区相关布置图参照附件
第一章：厂区概况：
第一节：地理位置
1.选址
石油化工企业附近应有良好的水源，能够满足工厂的生活用水、工业用水和消防用水的需要；厂址应尽量靠近热电供应地，尽量满足工厂的供电供热要求；厂址应有良好的自然通风及交通运输条件，具有良好的铁路和公路运输路线；摘自《乙炔站设计规范》（GB 50031-91）本项目位于独山子区北部布置，在独山子石化总厂第二电厂西北面停建的烷基苯装置规划用地以南独克公路以西的区
域。

这里北距奎屯市约14km西北距乌苏市区约20km自炼油厂接312国道的公路与矿区铁路专线分别从拟建厂区东、西侧不远处穿过交通较为方便
2.厂址地形、地貌概括
建厂区周围地势开阔平缓南高北低自然坡度平均为27%，处于山前倾斜的戈壁平原，地貌形态单一。

以西约2km 为南北流向的河谷，南面4km 为低山丘，山丘东侧3km 为洼地水源。

由于拟建项目所处位置地势较高对防洪无特殊要求，所以选择在新疆独山子工业园区。

3.地质、水文情况
地质构造上属于新第三纪，山前坳陷的西段上覆300-500m 厚的第四纪冲积洪积松散砂砾石层。

地下水埋深一般大于50m，工程地质条件良好。

该区主要地表水系河谷，河全长70km，集水面积1564km3，年迳流量×108m3，洪水期最大流量173m3/s，最小流量s，属山区降雨及隔雪水补给型，迳流年内分布不均。

该河谷是该地区生产、生活用水的主要来源之一。

4.气候、气象条件
厂址地处欧亚大陆中心，远离海洋，属大陆北温带温带气候，其特点是冬冷夏热，降雨较少，雨季集中，气候适宜，温度的年、日变化小，光照充足，无霜期长。

该区域平均风速为s，年主导风向为西风其次为东南风。

5.温度
年平均温度℃，极端最高温度℃，最热月份平均温度七月℃，最热天平均温度℃，连续三天最热天平均温度℃，极端最低温度℃，最热月份平均最高温度七月30℃，最冷月份平均温度一月℃，最冷月份平均温度一月℃，最冷月份平均温度℃，连续五天最冷天平均温度℃。

6.湿度
最大相对湿度100，最小相对湿度0，年平均相对湿度70。

7.气压
年平均气压，历年最高气压，历年最低气压。

8.降雨
年平均，年最大，年最小，日最大，月最大，连续天数/量10d/，降雪和雪载年最大，最大累积深度41cm，年平均，年最小，基本雪载5MPa/m2。

9.风向和风载
正常风载距地面10m处6MPa/m2，主导风向W17次多风SE9。

10.风速
年平均风速s，最大风速26m/s。

11.蒸发量
一年内平均蒸发量，年最大蒸发量，年最小蒸发量。

第二节：厂址周边情况
1.距居住区、商业中心、学校、体育馆等人员密集区域约300米；
2.距医院约100米；
3.距道路交通干线约80米；
4.周边无地铁站、码头；无军事禁区，法律、行政法规规定的其他场所及设施。

第三节：工程区域布置
该项目总平面布置图布置主要按乙炔气柜的防爆防泄漏，结合厂区地形及新建设施进行总平面图布置的功能划分。

装置的部分公用设施及辅助设施就近布置，储存区域及辅助区域分开布置。

乙炔站应布置在氧气站空分设备吸风口处全年最小频率风向的上风侧。

摘自《乙炔站设计规范》（GB 50031-91）；全厂性的高架火炬宜位于生产区全年最小频率风向的上风侧。

摘自《石油化工企业设计防火规范》（GB50160—2008）；消防区宜位于生产区全年最小频率风向的下风侧；应便于消防车迅速通往工艺装置区和罐区；宜避开工厂主要人流道路。

摘自《石油化工企业设计防火规范》（GB50160—2008）；
该项目分为生产区、辅助区，生产区主要为气柜和火炬，位于全年最小频率风向的上风侧，主要用地在东部，便于集中控制管理；辅助区主要为控制室、配电室和消防水池，主要用地在西部，位于全年最小频率风向的下风侧。

该项目总体布置原则上在符合园区总体规划的基础上做到节约用地，合理有效的利用现有场地，满足工艺流程、环保、安全与卫
生及道路运输的要求。

第四节：厂内出入口及围墙设计
1.出入口设计
工厂主要出入口不应该少于两个，并宜位于不同方向。

摘自《石油化工企业设计防火规范》（GB50160）该项目厂的区内在东、南、西、北各设一个出口，共四个出口。

2.围墙设计
乙炔站应设置围墙或栅栏。

围墙或栅栏至乙炔站有爆炸危险的建筑物、电石渣坑的边缘和室外乙炔设备的净距，不应小于下列规定：
（1）、实体围墙(高度不应低于为；
（2）、空花围墙或栅栏为 5m；摘自《乙炔站设计规范》（GB 50031-91）该项目在距乙炔气柜5米处设有高3米，边长为21米的正方形实体围墙，并在西、南各设有一个出口，共两个出口。

第二章：建设项目过程危险源及危险和有害因素分析第一节：物料的危险性分析
、乙炔属于危险化学CAS号74-86-2，沸点为℃，凝固点-85℃，在常温常压下比空气略轻、溶于水和有机溶剂的无色可燃气体；工业生产的乙炔含有磷、硫等杂质时带有刺激性臭味，性质活泼；乙炔纯度、操作压力和温度越高，越容易爆炸，在高温、高压下具有强烈的爆炸能力；乙炔爆炸极限范围很宽，在空气中为%~82%（其中
7%~13%最易爆炸，最适宜的混合比为13%），在纯氧中为%~93%（其中30%最易爆炸），属于快速爆炸混合物，其爆炸延滞时间只有，一旦遇到火源，即可发生火灾爆炸事故。

因此在厂房中要严禁吸烟违规用火，预防静电火灾。

第二节：分析并说明建设项目工艺过程可能导致泄漏、爆炸、火灾、中毒事故的危险源。

1.安全罩帽故障导致空气进入。

2.气体泵故障导致气体压力过大。

3.气柜迎风面没有足够的抗风强度导致气柜变形气体泄露。

4.水槽在过高压力下长时间使用可能导致水槽形变使得乙炔泄露。

5.没有足够的防腐措施导致钢制气柜关键部位腐蚀。

6.没有定期补充因蒸发或压力波动损失的水导致气体泄露
7.地基的局部变形导致水槽破裂气体泄漏
8.没有轴衬结构的外导轨因进入异物导致罩帽上升故障。

9.与其他物质及催化剂发生反应导致爆炸火灾
10.因设计缺陷或设备老化造成乙炔泄露导致人员窒息甚至气爆或者喷射火。

11.因设计缺陷或设备老化造成活动塔节故障使得空气进
入气柜达到乙炔的爆炸下限。

12.人员误操作导致出气管封气阀没有关紧导致气体泄漏。

13.乙炔气体在管道中流速过快导致摩擦起火。

14.寒冷时水槽中水可能结冰导致乙炔泄露。

指出建设项目可能造成作业人员伤亡的其他危险和有害因素，如粉尘、窒息、腐蚀、噪声、高温、低温、振动、坠落、机械伤害、放射性辐射等。

1.电气伤害
雷电伤害：气柜、设备及配电装置有遭受雷电袭击的危险，可能导致火灾、设备破坏、人员触电伤害事故。

漏电伤害：设备故障、人员误操作可能造成人身触电事故。

2.机械伤害
转动设备、设备检测和维修等易产生机械伤害。

3.坠落伤害
检修时检修人员可能在气柜上坠落造成坠落伤害。

4.窒息伤害
乙炔气体泄漏可能造成附近空气含氧量降低导致窒息伤害。

5．噪声危害
设备运行产生大量噪音。

说明上述及条中危险源及危险和有害因素存在的主要作业场所。

乙炔气柜配电室管道
说明装置或单元的火灾危险性分类和爆炸危险区域划分。

根据《危险化学品重大危险源分级方法》二、R的计算方法（中有详细公式）和《火灾的危险性分类》中的三、火灾危险性分类中可燃气体爆炸下限的确定基准。

由于绝大多数可燃气体的爆炸下限均小于10% , 一旦设备泄漏，在空气中很容易达到爆炸浓度而造成危险，所以将爆炸下限小于10％的气体划为甲类；少数气体的爆炸下限大于10% ，在空气中较难达到爆炸浓度，所以将爆炸下限大于等于10％的气体划为乙类。

多年来的实践证明，这种划分可行。

因此，本规范仍采用此数值。

但任何一种可燃气体的火灾危险性不仅与其爆炸下限有关，而且还与其爆炸极限范围值、点火能量、混合气体的相对湿度等有关，使用时应加注意。

因乙炔的爆炸下限为%的可燃气体所以确定乙炔气柜的火灾危险性类别为甲级。

按照《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218）辨识重大危险源，并按照《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》（国家安全监管总局令第40号）划分重大危险源等级。

根据《危险化学品重大危险源辨识》
二、R 的计算方法
⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛+⋅⋅⋅++=n n n Q q Q q Q q R βββα22
2111 式中：
q 1,q 2,…,q n —每种危险化学品实际存在（在线）量（单位：
吨）；
Q 1,Q 2,…,Q n —与各危险化学品相对应的临界量（单位：
吨）；
β1，β2…,βn — 与各危险化学品相对应的校正系数； α— 该危险化学品重大危险源厂区外暴露人员的校正系
数。

本项目中乙炔为易燃气体厂区附近无常住人口q =、Q =1β=、
α=1
所以R=＜10
根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218）该项目为四级危险化学品重大危险源。

说明危险化学品长输管道的路由及穿跨越过程存在的危险源及危险和有害因素。

1.设备老化导致管道泄漏。

2.设备故障导致管道内压力过高。

3.车辆或设备的撞击可能使管道破裂导致气体泄漏。

4.人员误操作导致进气管道压力过大，或者出气管道流量过高
使得气柜内部真空导致气柜变形。

5.管道内流速过快气体与管道摩擦导致起火爆炸。

6.管道埋地时间过长导致管道壁腐蚀导致泄露。

根据建设项目前期开展的安全评价等报告，说明主要分析结果。

乙炔作为危险化学品有极易爆炸燃烧的特性，尤其是在高压或者和铜、银接触时发生剧烈的化学反应，所以在设计管道和乙炔气柜时要严禁使用有铜、银的设备，并且要严格控制管道和气柜的压力，要在必要的地方设置能紧急减压火炬。

由于乙炔的爆炸极限十分广因此要在厂房严格执行禁火禁火区严禁吸烟、严禁违章动火，严禁穿易起静电的服装和钉鞋，严格控制乙炔流速过快防止静电起火，操作室、配电室根据《建筑设计防火规范》GBJ16-87合理设计位置。

因为乙炔会和氧化物如卤素发生剧烈的反应，设计管道和厂区布置时应规避乙炔气体与卤素接触。

在乙炔气柜和输气管道周围加装可燃气体报警设备并与应急通风联锁，使用防爆型的通风系统和设备。

规划气体可能影响的警戒区和处在上风向或侧风向的安全区。

做好在乙炔泄露时的应急预案，准备自给式正压呼吸装置和防静电服。

HAZOP分析
为确保新建项目的安全设施与主体工程实现同时设计、同时施工同时投入使用, 根据中华人民共和国安全生产法(中华人民共和国主席令第70号)第24条、危险化学品建设项目安全监督管理办法(国家安全生产监督管理.总局令第45号)、关于加强建设项目安全设施“三同时”工作的通知(国家发展改単委员会、国家安全生产监督管理局发改投资[2003] 1346号),新建项目应当选择有资质的设计单位进行安全设施设计。

依据国家安监总局危险与可操作性分析编制手则的要求进行HAZOP分析。

(1)总体概况
2.污水处理工艺
室内生活污水排水管道采用 HDPE管道,地下直理,室外排水管道采用承插式混凝土管,敷设方式为地下直埋,生活污水管道经厂区内污水排水管网排入化粪池,排至厂区外市政排水管网。

厂区内前期雨水采用集中收集的方式,通过截流排入前期雨水收集池,后期雨水经过厂区雨水管道排入市政雨水管网。

3.主要设备
4.危险源辨识
该项日乙炔生产部分产品为乙炔,跟据<建筑设计防火规
范>(516-2006)规定乙炔生产、储存区火灾危险性分类为甲类。

主要危脸物质
本项目涉及危险物质的特性及火灾、爆炸危险类别见表5-1,
表5-1 危险化学品数据表
危险源辨识
所谓危险源,是指可能导致人身伤害或疾病、财产损失、环境破坏或这些情况组合的根源或状态.传统上,危险源是指一个系统中具有潜在能量和危险物质释放危险的、可造成人身伤伤害或疾病、财产损失或环境破坏的、在一定的触发因素作用下可转化为事故的部位、区域、场所、空间、设施和设备,这一定义是围绕着危险物质和能量进行阐述的。

该项目生产中存在火灾、爆炸、触电、物体打击、车辆伤害、高处坠落、中毒和室息、灼烫、冷移J书、机械伤害、噪声
和振动等危险有害因素。

该项目在生产过程中的主要危险源及其可能导致的主要危害事件见表5-2,
5-2主要危险源及可能导致危险事件
工艺节点的划分
乙炔气柜节点划分
建立引导词/偏差表
常用的hazop分析工艺参数有流量、温度时间、PH值、频率、电压、混合、分离、压力、组成、速度、黏度、信号、添加剂、反应等, 对于乙炔装置而言,采用的引导词/偏差表见表5-1
风险量化评估
一般采用风险矩阵表来确定风险等级,矩阵表分解为2个参
数:事故发生的频率和后果的严重性。

频率按大小分为 A~ E5个级别,后果的严重性按事故对人身、财产、环境和名声造成的影响分为1 ~5 5个级别,这2项的交又点就是对应的风险等级,分为低、中、高3个等级,风险矩阵如表6-1所示。

HAZOP风险分析
节点一：乙炔气柜
节点二：输气管道
7HAZOP分析方法的简介
HAZOP（Hazard and Operability Analysis，危险与可操作性分析）方法是由ICI公司于20世纪70年代早期提出的。

HAZOP分析是一种用于辨识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题的结构化分析方法，方法的本质就是通过系列的会议对工艺图纸和操作规程进行分析。

在这个过程中，由各专业人员组成的分析组按规定的方式系统地研究每一个单元（即分析节点），分析偏离设计工艺条件的偏差所导致的危险和可操作性问题。

HAZOP分析组分析每个工艺单元或操作步骤，识别出那些具有潜在危险的偏差，这些偏差通过引导词引出，使用引导词的一个目的就是为了保证对所有工艺参数的偏差都进行分析，并分析它们的可能原因、后果和已有安全保护措施等，同时提出应该采取的安全保护措施。

HAZOP研究的侧重点是工艺部分或操作步骤的各种具体值，其基本过程就是以引导词为引导，对过程中工艺状态（参数）可能出现的变化（偏差）加以分析，找出其可能导致的危害。

HAZOP分析方法明显不同于其它分析方法，它是一个系统工程。

HAZOP分析必须由不同专业组成的分析组来完成。

HAZOP 分析的这种群体方式的主要优点在于能相互促进、开拓思路，这也是HAZOP分析的核心内容。

HAZOP分析方法的使用范围
HAZOP分析既适用于设计阶段，也适用于现有的工艺装置。

对现有的生产装置分析时，如能吸收有操作经验和管理经验的人员共同参加，会收到很好的效果。

通过HAZOP分析，能够发现装置中存在的危险，根据危险带来的后果明确系统中的主要危害。

如果需要，可利用故障树（FTA）对主要危害进行继续分析。

因此，这又是确定故障树“顶上事件”的一种方法，可以与故障树配合使用。

同时，针对装置存在的主要危险，可以对其进行进一步的定量风险评估，量化装置中主要危险带来的风险，所以，HAZOP又是定量风险评估中危险辨识的方法之一。

HAZOP分析的作用
HAZOP分析的目的是识别工艺生产或操作过程中存在的危害，识别不可接受的风险状况。

其作用主要表现在以下两个
方面：
11）尽可能将危险消灭在项目实施早期
识别设计、操作程序和设备中的潜在危险，将项目中的危险尽可能消灭在项目实施的早期阶段，节省投资。

HAZOP的记录，可为企业提供危险分析证明，并应用于项目实施过程。

必须记住，HAZOP只是识别技术，不是解决问题的直接方法。

HAZOP实质上是定性的技术，但是通过采用简单的风险排序，它也可以用于复杂定量分析的领域，当作定量技术的一部分。

在项目的基础设计阶段采用HAZOP，意味着能够识别基础设计中存在的问题，并能够在详细设计阶段得到纠正。

这样做可以节省投资，因为装置建成后的修改比设计阶段的修改昂贵得多。

为操作指导提供有用的参考资料
HAZOP分析为企业提供系统危险程度证明，并应用于项目实施过程。

对许多操作，HAZOP分析可提供满足法规要求的安全保障。

HAZOP分析可确定需采取的措施，以消除或降低风险。

HAZOP能够为包括操作指导在内的文件提供大量有用的参考资料，因此应将HAZOP的分析结果全部告知操作人员和安全管理人员。

根据以往的统计数据，HAZOP可以减少29%设计原因的事故和6%操作原因的事故。

4HAZOP术语
分析节点
又称工艺单元，指具体确定边界的设备（如两容器之间的管线）单元，对单元内工艺参数的偏差进行分析。

操作步骤
间隙过程的不连续动作，或者是由HAZOP分析组分析的操作步骤。

可能是手动、自动或计算机自动控制的操作，间隙过程每一步使用的偏差可能与连续过程不同。

引导词
用于定性或定量设计工艺指标的简单词语，引导识别工艺过程的危险。

工艺参数
与过程有关的物理和化学特性，包括概念性的项目如反应、混合、浓度、pH值及具体项目如温度、压力、相数及流量等。

工艺指标
确定装置如何按照希望进行操作而不发生偏差，即工艺过程的正常操作条件。

偏差
分析组使用引导词系统地对每个分析节点的工艺参数（如流量、压力等）进行分析后发现的系列偏离工艺指标的情况；偏差的形式通常是“引导词+工艺参数”。

原因
发生偏差的原因。

一旦找到发生偏差的原因，就意味着找到了对付偏差的方法和手段，这些原因可能是设备故障、人为失误、不可预料的工艺状态（如组成改变）、外界干扰（如电源故障）等。

后果
偏差所造成的结果。

后果分析是假定发生偏差时已有安全保护系统失效；不考虑那些细小的与安全无关的后果。

安全措施
指设计的工程系统或调节控制系统，用以避免或减轻偏差发生时所造成的后果（如报警、联锁、操作规程等）。

补充措施
修改设计、操作规程，或者进一步进行分析研究（如增加压力报警、改变操作步骤的顺序等）的建议。

HAZOP实施流程
HAZOP分析需要将工艺图或操作程序划分为分析节点或操作步骤，然后用引导词找出过程中存在的危险，识别出那些具有潜在危险的偏差，并对偏差原因、后果及控制措施等进行分析。

下图为HAZOP分析的流程图。

第三章：厂区设计采用的安全措施
第一节：工艺系统
、工艺过程采取的防泄漏、防火、防爆、防尘、防毒、防腐蚀等主要措施
1)防火防爆防漏
从理论上讲，对于使可燃物质脱离危险状态或者消除一切着火源这两项措施，只要控制其一，就可以防止火灾和化学爆炸事故的发生。

但在实践中，由于生产条件的限制或某些不可控因素的影响，仅采用一种措施是不够的，往往需要采取多方面的措施，以提高生产过程的安全程度。

另外，还应考虑其他辅助措施，以便在万一发生火灾或爆炸事故时，减少危害的程度，将损失降到最低，这些都是在防火防爆工作中必须全面考虑的问题，具体应做到一下几点：1）防止可燃物质、助燃物质（空气、强氧化剂）、引燃能源（明火、撞击、炽热物体、化学反应热等）同时存在；防止可燃物质、助燃物质混合形成的爆炸性混合物(在爆炸极限范围内)与引燃能源同时存在。

①为防止可燃物形成危险状态
为防止可燃物与空气或其他氧化剂作用形成危险状态，再生产过程中，首先应加强对可燃物的管理和控制，利用不燃或难燃物料取代可燃物料，但乙炔气柜中储存的乙炔是不可避免的，所以只能从其他方面下手；其次是防止空气和其他氧化性物质进入设备内，或防止泄漏的乙炔与空气混合。

具体可通过以下几项措施实现：
a.避免乙炔的化学反应。