甲醇厂防火防爆课程设计.doc

甲醇厂防火防爆课程设计

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2020年4月19日
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《防火防爆技术》课程设计

设计名称： 某甲醇厂防火防爆课程设计 学 院： 环境保护与安全工程学院
班 级：
学 号:
姓 名：
指导老师：

6月

设计任务书
一、防火与防爆技术课程设计的目的
本环节是在专业基础课和专业课的基础上，经过具体的工程案例的分析和设计，使学生更好地熟悉和理解防火防爆安全技术的基本理论。经过防火防爆课程设计，掌握生产过程中引起火灾爆炸的原因和基本规律，为分析和解决生产过程中的火灾爆炸隐患打下坚实的实践基础。
1、进一步理解和掌握防火防爆的基本理论；
2、熟悉危险性生产或储存装置或场所存在的主要危险、有害因素；
3、了解生产工艺流程、熟悉安全生产规程和安全管理制度；
4、运用防火防爆安全技术的基本理论和安全管理原理提出针对性的安全对策措施。
二、课程设计的主要内容
1、准备和熟悉有关参考资料（1天）；
2、选择一个(化工、粉尘、加气站)具有火灾爆炸危险的生产或储存企业，了解生产工艺过程，分析确定工艺过程中所存在的主要危险及各个生产环节和存储场所的火灾危险类别（2天）；
3、设定工厂内的生产场所、附属设施、存储区的建构筑物的功能，确定建构筑物的耐火等级，进行工厂区域规划和总平面布置（1天）；
4、选择某一厂房进行爆炸危险区域划分（1天）；
5、对主要防爆电气设备进行分析、选型（1天）；
6、对某一有爆炸危险的厂房计算其泄爆面积，并选择确定泄爆方式（1天）；
7、提出防火防爆对策措施（1天）；
8、绘制厂区总平面布置图（1天）；
9、报告的编制与修改（3天）。
三、课程设计要求
1、完成时间：2周；
2、要求每个学生完成课程设计书一份，约5000字。要求学生对所设计的内容必须概念准确，参数选择合理，符合设计手册与设计规范及相关参考书籍的要求，计算正确，计算书书写工整、清晰，文笔流畅。设计合理，图表清晰，符合规范。
3、独立完成。
四、主要设计依据
1、《石油库设计规范》GB50074-
2、《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-
3、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-
4、《建筑设计防火规范》GB50016-
5、《石油化工企业设计防火规范》GB50160-
6、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-
7、《工业企业总平面设计规范》GB50187-
8、《粉尘防爆安全规程》GB15577-
9、其它规范
10、防火防爆安全技术等有关图书资料
11、有关生产工艺图书资料

前言
甲醇（CH3OH）是重要的基本有机化工材料，具有剧毒、易燃烧特性，其蒸汽与空气在一定范围内可形成爆炸性混合物。同时，甲醇也是一种清洁、高效的液体燃料，在国民经济中占有十分重要的地位，由于甲醇的易燃性及其蒸汽与空气在一定浓度区间内混合物的爆炸性，因此，如何安全、有效地储存和使用是非常重要的。
中国甲醇主要用于化学合成，其次是燃料和溶剂，近年来增长最迅速的是化学品生产，甲醇衍生物生产发展迅速。随着中国有机化工和制药的发展，甲醇在这些领域的需求量也在不断增加。国内现有甲醇生产企业近150 家。 国内生产甲醇206 万t， 年生产207 万t，需求和供应不成正比，大型甲醇项目的建设迫在眉睫。合成法生产甲醇，以天然气、石油和煤作为主要原料，中国是资源和能源相对匾乏的国家，少气、缺油，但煤炭资源相对丰富，大力发展煤化工，合理开发利用煤炭资源已成共识。发展煤制甲醇，以煤代替石油，是国家能源安全的需要，也是化学工业高速发展的需求。可是由于煤制甲醇工艺复杂，且原料，中间产物和最终产物具有易燃、易爆、易中毒等特点，因此煤制甲醇生产过程具有一定的危险性。例如： 11月7日下午3时20分左右，福建三明永安智胜化肥有限公司的甲醇车间发生爆炸，造成两名工人死亡，一名工人受重伤。甲醇工厂发生的事故后果一般都十分严重，除了事故本身所造成的损失外，甲醇物质的泄漏所造成的影响往往也是十分严重的。因此，为了防止生产甲醇的工厂火灾爆炸等事故对人员和财产造成严重的损失以及对未来的影响，必须要对化工厂进行防火防爆设计。
为了预防事故，必须在对厂区进行设计之前了解生产中涉及的化学品的理化特征及所需设备的特征，并在设计时针对这些特征采取相对应的安全措施，合理的设计防火间距、泄爆面积、厂区布置等，避免或减少事故的发生。
目录
第一章 工程概况 1
第二章 工程项目分析 2
2.1 生产流程介绍 2
2.1.1 生产工艺简述 2
2.1.2 安全防火防爆重点部位 3
2.1.3火灾爆炸危险性分析 4
2.2 工艺环节的划分 5
2.2.1 生产区 5
3.2.2仓库设施 5
2.2.3 其它设施 6
第三章 总平面布置 6
3.1 布置原则 6
3.2分区布置 6
3.2 火灾危险类别及结构的确定 7
3.2.1甲醇及其生产原料的理化性质简介 7
3.2.2生产工艺火灾危险分类 9
3.2.3存储区火灾危险分类 10
3.3 耐火等级的确定 11
3.3.1生产区 11
3.3.2储存区 11
3.3.3生活区 11
3.3.4附属设施区 12
3.4防火间距 13
3.4.1防火间距设计原则 13
3.4.2防火间距的确定 14
第四章 防爆电气的设计 15
4.1 划分爆炸危险区域 15
4.2 防爆电气选择 16
4.2.1爆炸性混合物分级、分组 16
4.2.2防爆电气选择 16
第五章 泄爆方式确定及泄爆面积计算 18
5.1 泄爆方式 18
5.2 泄爆面积计算 18
第六章 灭火器配置 20
6.1 灭火器配置场所的火灾种类和危险等级 20
6.2 灭火器的选择 20
6.3 灭火器的配置 20
6.3.1配置单元计算 20
6.3.2配置灭火器计算 21
第七章 防火防爆对策 23
7.1爆炸灾害控制原理 23
7.2控制甲醇蒸气与空气混合物的浓度 24
7.3设置阻火器 24
7.4管道与阀门 24
7.5喷淋冷却 25
7. 6防止静电与雷击 25
7.6.1防止静电 25
7.6.2防止雷击 26
7.7消防设施 26
7.7.1可燃气体报警及联动系统 26
7.7.2灭火系统 26
总结 28
主要参考文献 29
致谢 30

第一章 工程概况
某甲醇厂厂址设在西安经济技术开发区。占地面积91200平方米，长约320米，宽约240米。
西安经济技术开发区成立于1993年9月，位于西安市北门外、城市南北中轴线-未央路两侧，北二环和绕城高速公路之间，地理位置优越，交通便利。城市供水充沛，水质优良；已建成110KV变电站6座，电力充分；采取集中供热方式，已建成80蒸吨和300蒸吨的供热站各一座；污水排放通畅；光纤、数字微波、卫星、程控交换、数据与多媒体等多种通信网络覆盖全区，总之该开发区实现道路、供水、供电、供气、供热、排水、通讯“七通一平”。
西安气候属暖温带半湿润大陆性季风气候。四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋时有连阴雨天气出现。西安市及各郊县年平均气温13.1～13.4℃。年极端最高气温35～41.8℃；极端最低-16～-20℃。全年以7月最热， 1月最冷，年较差达26～27℃。降水年际变化很大，多雨年和少雨年雨量差别很大，两者最大差值可达590 mm。降水的季节分配也极不均匀，有78%的雨量集中在5～10月且时有暴雨出现。年平均相对湿度70%左右。年平均风速1.8 m/s，全年盛行风向为东北风。
图1.1 西安市某甲醇厂卫星地图位置
第二章 工程项目分析
2.1 生产流程介绍
2.1.1 生产工艺简述
煤是制造甲醇粗原料气的主要固体燃料.用煤制甲醇的工艺路线包括燃料的气化、气体的脱硫、变换、脱碳及甲醇合成与精制。用蒸汽与氧气对煤进行热加工称为固体燃料气化，气化所得可燃性气体通称煤气是制造甲醇的初始原料气。气化的主要设备是煤气发生炉。用煤制得的粗原料气组分中氢碳比太低，故在气体脱硫后要经过变换工序.使过量的一氧化碳变换为氢气和二氧化碳，再经脱碳工序将过量的二氧化碳除去。原料气经过压缩、甲醇合成与精馏精制后制得甲醇。在铜触媒的存在下在甲醇合成塔中进行如下反应：
CO + 2H2 → CH3OH + Q
CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O + Q
反应过程中尚有下列副反应：
2CO + 4H2 →(CH3)2O + H2O
4CO + 8H2 →C4H9OH + 3H2O
图2.1为甲醇合成工艺的流程框图。
图2.1 煤低压合成甲醇工艺的流程框图
1、造气及净化：烟煤在造气转化炉中用水蒸汽、富氧进行加压连续气化制得水煤气，经除尘、耐硫变换、脱硫脱碳等净化，并调整好氢碳比后进入甲醇合成塔。
2、甲醇合成：合成气经压缩和换热及预热至反应温度，在6MPa等压下、均温式合成塔内进行催化反应，反应生成甲醇。合成塔出口气经废锅回收热量后，再换热和冷却，然后在闪蒸槽闪蒸除去弛放气及甲醇中溶解气体，甲醇合成弛放气设变压吸附回收CO+H2循环作甲醇原料气，这样可降低每吨甲醇原料气消耗。
3、精馏：采用甲醇三塔精馏流程得到精甲醇，并进行杂醇回收和热量回收。
该生产工艺中涉及的原料，中间产品和最终产品都是易燃、易爆、有毒的危险化学品。要用的原材料是烟煤、水、氧气、木质磺酸素水剂、各种催化剂、烧碱和石灰石等，中间物料为一氧化碳、氢气和硫化氢，主要产品是甲醇。工艺中涉及的主要危险品有：水煤气（氢气、一氧化碳）、硫化氢、甲醇。
它们的危险性质如下：甲醇是无色澄清液体，有刺激性气味。具有易燃性，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。在火场中，受热的容器有爆炸危险。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。一氧化碳是无色无臭气体。具有易燃易爆气性，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。硫化氢是无色、有恶臭的气体，是强烈的神经毒物，对粘膜有强烈刺激作用。具有易燃性，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与浓硝酸、发烟硝酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。气体比空气重，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 安全防火防爆重点部位
1、造气工艺及设备。本企业的造气设备采用固定床气化。气化剂与煤逆流接触，气化过程比较完全，灰渣残碳少，出口煤气同时对上部原料煤进行干燥和干馏，煤气出口温度低，现有加压固定床气化最成熟的炉型是Lurgi。气化单元事故类型为气化单元生产设备破裂，管路系统或阀门损坏，发生泄漏事故。
2、甲醇合成工艺及设备。该部分主要作用是将转化气中的H2、CO、CO2在合成塔中，在催化剂的促进下，反应生成粗甲醇。采用Lurgi管壳等温合成塔。在塔中，列管内装填催化剂，管间为沸腾水。原料气与反应后的气体换热到230 ℃左右进入合成塔，反应放出的热量经管壁传给管间的沸腾水，产生4 MPa 的蒸汽，蒸汽用于甲醇装置。合成塔全系统的温度条件用蒸汽压来控制，从而保证催化剂层呈大致等温的曲线。主要存在的危险性为，反应工艺控制要求严格，一旦泄露，发生火灾爆炸的危险性大。
3、精制工艺设备。精制设备共有两个精馏塔，塔内相关参数如下表，由于操作不稳定等因素，2个精馏塔的操作参数也会发生变化，为了保证生产稳定，需要对温度进行控制。
4、甲醇储存设备。该储罐是储存最终产物甲醇的储罐。甲醇具有挥发性、流动扩散性、高易燃性、蒸汽易爆性、热膨胀性、积聚静电荷性，这些性质使甲醇储罐具有储存易燃易爆的压力容器的危险因素，而且在给排水作业时有发生跑料的危险。
2.1.3火灾爆炸危险性分析
由于甲醇的物理化学性质及储存的条件和周围环境等因素所致，甲醇储存的火灾、爆炸危险性主要体现在以下几个方面。
1、高易燃性：甲醇的闪点11.1℃（闭杯），根据百度百科、《石油化工企业设计防火规范》（GB50160- ）、《危险货物品名表》（GB12268- ），甲醇属中闪点（-18～23℃）、甲类火灾危险性可燃液体。可燃液体的闪点越低，越易燃烧，火灾危险性就越大。由于可燃液体的燃烧是经过其挥发的蒸气与空气形成可燃性混合物，在一定的浓度范围内遇火源而发生的，因而液体的燃烧是其蒸气与空气中的氧进行的剧烈和快速的反应。所谓液体易燃，实质上就是指其蒸气极易被引燃。应当指出，罐区中常见的潜在点火源，如机械火星、烟囱飞火、电器火花和汽车排气管火星等的温度及能量都大大超过甲醇的最小引燃能量。
2、蒸气的易爆性：由于甲醇具有较强的挥发性，在甲醇罐区一般都存在一定量的甲醇蒸气。当罐区内甲醇蒸气与空气混合达到甲醇的爆炸浓度范围6%～36.5%时，遇火源就会发生爆炸。另外，由于甲醇的引爆能量小，罐区内绝大多数的潜在引爆源，如明火、电器设备点火源、静电火花放电、雷电和金属撞击火花等，具有的能量一般都大于该值，因此决定了甲醇蒸气的易爆性。
3、聚积静电荷性：静电产生和聚积与物质的导电性能相关。一般而言，介电常数小于10（特别是小于3）、电阻率大于106Ω/cm的液体具有较大的带电能力。而甲醇的介电常数为3.2~62.，电阻率为5.8×106Ω/cm，说明有一定的带电能力。因此，甲醇在管输和灌装过程中能产生静电，当静电荷聚积到一定程度则会放电，故有着火或爆炸的危险。
2.2 工艺环节的划分
2.2.1 生产区
甲醇的工艺流程共分为四个步骤：煤炭加压气化、合成气净化、合成反应、甲醇精制。四个步骤设有6间生产车间。包括煤转化为水煤气的造气车间、水煤气的除尘净化车间、水煤气脱硫车间、甲醇的合成车间、低压精馏车间、加压精馏车间。因此将甲醇的生产工艺过程分为6个部分。
3.2.2仓库设施
为了方便工厂的生产与成品的管理，因此在厂内设计有储存设施。储存区域划为三部分，储罐1、储罐2、储罐3是为了储存产品甲醇，储库1、储库2是原料煤储存仓库；库房主要为原料库，存储的物质为木质磺酸素水剂、各种催化剂、石灰石等物质，下面对各物质的化学性质及存储注意事项进行简单介绍。
甲醇：甲醇别名叫木醇，又称木酒精。分子量32.04。相对密度0.792(20/4℃)。熔点一97.8℃。沸点64.5℃。闪点12.2℃（开杯）。自燃点463.89℃。蒸气密度1.11。蒸气压13.33 kPa。爆炸极限6％一36.5％(空气中)。列入《危险化学品名录》( )，属易燃液体第二项中闪点液体。危险货物序号：1022，CAS号：67-56-1。是无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其它有机溶剂相混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。采用浮顶罐储存储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。保持容器密封。应与氧化剂、酸类、碱金属等分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。
烧碱：化学名称氢氧化钠，不燃，具强腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤与酸发生中和反应并放热。遇潮时对铝、锌和锡有腐蚀性，并放出易燃易爆的氢气。本品不会燃烧，遇水和水蒸气大量放热，形成腐蚀性溶液。具有强腐蚀性。储存于阴凉、干燥、通风良好的库房。远离火种、热源。库内湿度最好不大于85％。包装必须密封，切勿受潮。应与易（可）燃物、酸类等分开存放，切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。
2.2.3 其它设施
作为一个化工厂，除了基本生产储存需要之外还要有相关的生活区、办公区及其它设施建（构）筑。为此设置办公楼、食堂1、食堂2、浴池、活动中心、宿舍1、宿舍2、污水处理站、锅炉房、水泵站、配电站、消防水池等公共公用建筑。
第三章 总平面布置
3.1 布置原则
总平面布置往往要考虑国家规范及地方性法规，结合自然条件和周边环境等因素,最终根据综合需要进行设计。只有对总平面布置中涉及的诸多因素进行细致周密的研究和论证,才能为企业创造安全、高效、和谐、合理的平面布置。
根据工厂生产和生活要求，充分考虑人身财产安全和火灾爆炸危险等多方面因素，把整个工厂的消防水池、水泵站合理布置。由于甲醇工业的生产区有一定的废气、废水，为了减轻这些物质对职工生活区的污染，根据西安市的风向统计，常年为东北风，故厂区应往西南面建设，以减少废气以及发生火灾火焰向生活区飘散所带来的影响。因此生产厂房在西南面，自西南向东北依次是生产区、储存区、水泵，办公室，浴池，食堂等生活区。
3.2 分区布置
本文根据《石油化工企业设计防火规范》和甲醇生产的过程危险性及西安经济开发区的地形与气候特征进行区域划分。最终将厂区划分为如下4部分：工艺装置区、贮运设施区、公用设施区、工厂管理和生活区。
1、工艺装置区位于厂区西南方向，包括6车间，分别是煤转化为水煤气的造气车间，水煤气的除尘净化车间，水煤气脱硫车间，甲醇的合成车间，低压精馏车间，加压精馏车间。其中，造气车间所需的原料煤需要设置一个原料中间储库（储库1）以及一个原料仓库存储各车间所需的原料。
2、工厂管理和生活区设置在东北方向，包括办公楼，活动中心，食堂1，食堂2，浴池，宿舍1，宿舍2。生活区是工厂的管理人员办公和员工休息娱乐的场所。从保障人员生命安全角度看，厂前区要远离工艺装置和油罐区布置。以便于管理、保持环境洁净，且最好是在厂区边缘地带。
3、贮运设施区设在东南方向，包括储罐1、储罐2、储罐3、储库1、储库2和仓库。罐组不应毗邻布置在高于工艺装置、全厂性重要设施或人员集中场所的阶梯上。以防止可能泄漏的可燃气体漫流到下一个台阶，而造成更大的事故。罐区储量大，罐数多，占地比率高，又散发易燃易爆气体，在布置上要力求远离火源，且在火源全年最小频率风向的下风侧。要设置在道路运输频繁地段之外和外来人员经常往来地区之外。罐组不能紧靠排洪沟布置，因储罐一旦泄露，很难防止可燃液体入排洪沟，而排洪沟一般顺厂区延伸，难免有明火落入，引发火灾，后果不堪设想，会形成连环火灾。
4、公用设施区设在西北方向，包括配电站、锅炉房、污水处理站、水泵站和消防水池。其中消防站应布置在责任区的适中位置。即保证发生爆炸事故时，消防设备和消防人员的安全，也使消防车能迅速、安全、不受任何干扰的及时到达火灾现场。而污水处理场宜位于厂区边缘，且地势及地下水位较低处并应布置在厂区全年最小频率风向的上风侧。使各类污水管线尽可能多地采用自流方式流入处理场，也防止污水处理场经常散发的油气和有味气体对厂区环境造成污染。总变电所布置在厂区边缘，但也应尽量靠近用电负荷中心，避免引线过长造成的电能损耗。还应防止电器设备受到烟尘污染或受到有害气体的腐蚀，而造成短路事故。
3.2 火灾危险类别及结构的确定
3.2.1甲醇及其生产原料的理化性质简介
1、一氧化碳
一氧化碳在常温常压下为无色、无臭、无味、无刺激性的窒息性有毒气体。其熔点-205.1℃，沸点-191.5℃，相对密度0.967，空气中可燃范围12.5%～74%，空气中最低燃点630℃，最易引燃浓度30%，产生最大爆炸压力的浓度35.2%，最大爆炸压力6.3kg/cm3，毒性级别2，易燃性级别4，易爆性级别0。火灾危险性为乙类（分类原理见表3.1，下同）。
2、氢气
氢无色﹑无嗅﹑无味﹑无毒，是一种易燃易爆气体.熔点-259.2℃;相对密度(水=1)0.0899，沸点-252.8，饱和蒸汽压13.33KPa；闪点<-50 ℃，爆炸下限4.1%，爆炸上限74.1%，自燃温度500℃。与空气混合能形成爆炸混合物，遇明火、高热极易引起燃烧爆炸。气体比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，遇火星会引起爆炸。与氟、氯等能发生强烈的化学反应。建筑火险分级为甲类。
3、硫化氢
硫化氢是无色、有恶臭的气体易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与浓硝酸、发烟硝酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。熔点-85.5℃，沸点-60.4℃，相对密度（空气=1）1.19，燃爆下限4.0%，爆炸上限46.0%，引燃温度260℃。《危险货物品名表》（GB12268- ）将该物质划为第2.1 类易燃气体。火灾危险性为甲类。
4、甲醇
甲醇在常态下为液体，沸点64.5℃，2.0℃时的饱和蒸气压为12.3 kPa，温度愈高，蒸气压愈高，挥发性越强。甲醇的粘度0.5945 kPa *s(2.0℃)，并随温度升高而降低，有较强的流动性。同时由于甲醇蒸气的密度比空气密度略大(0～10%)，有风时会随风飘散，即使无风时，也能沿着地面向外扩散，并易积聚在地势低洼地带。甲醇的闪点11℃(闭杯)，甲醇的沸点为64.7℃，自燃点为473.℃(空气中)、461℃(氧气中)，开杯试验闪点为12.2℃。甲醇蒸气与空气混合达到甲醇的爆炸浓度范围6.7%～36.5%时，遇火源就会发生爆炸。甲醇的介电常数为3.2~62.，电阻率为5.8×106Ω•CM，说明有一定的带电能力。因此，甲醇在管输和灌装过程中能产生静电，当静电荷聚积到一定程度则会放电，故有着火或爆炸的危险。《危险货物品名表》（GB12268- ）将该物质划为第3.2类中闪点易燃液体，火灾危险性为甲类火灾危险性可燃液体。
3.2.2生产工艺火灾危险分类
生产的火灾危险性应根据生产中使用或产生的物质性质及其数量等因素进行确定。根据《建筑防火设计规范》表3.1.1（表3.1）生产的火灾危险性分类确定生产工艺火灾危险。其中造气、除尘、脱硫工艺中含有硫化氢等火灾危险性为甲类的物质，因此确定其生产工艺火灾危险性为甲级，而合成、常压精馏、加压精馏工艺中又含有大量的火灾危险性为甲的甲醇，因而确定这三个厂房的火灾危险性为甲级。
表3.1 生产的火灾危险性分类
生产的火灾危险性类别
使用或产生下列物质生产的火灾危险性特征
甲
1.闪点小于28℃的液体
2.爆炸下限小于10%的气体
3.常温下能自行分解或在空气中氧化能导致迅速自燃或爆炸的物质
4.常温下受到水或空气中水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质
5.遇酸、受热、撞击、摩擦、催化以及遇有机物或硫爾等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂
6.受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质
7.在密闭设备内操作温度不小于物质本身自燃点的生产
乙
1.闪点不小于28℃但小于60℃的液体
2.爆炸下限不小于10%的气体
3.不属于甲类的氧化剂 4.不属于甲类的易燃固体
5.助燃气体
6.能与空气形成爆炸性混合物的浮游状态的粉尘、纤维、闪点不小于60℃的液体雾滴
丙
1.闪点不小于60℃的液体 2.可燃固体
丁
1.对不燃烧物质进行加工，并在高温或熔化状态下经常产生强辐射热、火花或火焰的生产
2.利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行燃烧作其它用的各种生产
3.常温下使用或加工难燃烧物质的生产
戊
常温下使用或加工不燃烧物质的生产
3.2.3存储区火灾危险分类
储存物品的火灾危险性应根据储存物品的性质和储存物品中的可燃物数量等因素确定。根据《建筑防火设计规范》表3.1.3 （表3.2）储存物品的火灾危险性分类，将各原料、成品储罐、储库的火灾危险性为：
甲醇，闪点-11℃，属于火灾危险性甲类，则甲醇储罐的火灾危险性甲类；，烧碱火灾危险性为戊类，煤火灾危险性为乙类。
表3.2储存物品的火灾危险性分类
储存物品的火灾危险性类别
火灾与爆炸危险性的特征
甲
（1）常温下能自行分解或在空气中氧化即能导致迅速自燃或爆炸的物质
（2）常温下受到水或空气中水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质
（3）受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质
（4）闪点＜28℃的易燃液体
（5）爆炸下限＜10%的可燃气体，以及受到水或空气中水蒸气的作用，能产生爆炸下限＜10%的可燃气体的固体物质
（6）遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，以及极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂
乙
（1）不属于甲类的化学易燃危险固体
（2）闪点≥28~＜60℃的易燃、可燃液体
（3）不属于甲类的氧化剂
（4）助燃气体
（5）爆炸下限≥10%的可燃气体
（6）常温下与空气接触能缓慢氧化、积热不散引起自燃的危险物品
丙
（1）闪点≥60℃的可燃液体
（2）可燃固体
丁
难燃烧物品
戊
非燃烧物品
3.3 耐火等级的确定
建筑物的耐火能力对限制火灾蔓延扩大和及对进行扑救、减少火灾损失具有重要意义。耐火等级是衡量建筑物耐火程度的标准，建筑物的耐火等级是由建筑物构件的燃烧性能（非燃烧、难燃和燃烧材料）与耐火极限决定的。按照中国建筑设计、施工以及建筑结构的实际情况，并考虑到今后的发展趋势，将建筑物的耐火等级分为四级。
3.3.1生产区
根据生产区厂房的火灾危险类别，并依据《建筑设计防火规范》第3.3条表3.3.1厂房的耐火等级、层数和防火分区的最大允许建筑面积（见表3.3）确定各厂房的耐火等级及厂房层数和面积。最后决定所有厂房都为单层，耐火等级都为甲类二级。
表3.3 厂房的耐火等级、层数和防火分区的最大允许建筑面积
生产类别
厂房的耐
火等级
最多允许层数
每个防火分区的最大允许建筑面积（m2）
单层
厂房
多层
厂房
高层
厂房
地下、半地下厂房，厂房的地下室、半地下室
甲
一级
二级
除生产必须采用多层外，宜采用单层
4000
3000
3000

-
-
-
-
乙
一级
二级
不限
6
5000
4000
4000
3000

1500
-
-
丙
一级
二级
三级
不限
不限
不限
不限
8000
3000
6000
4000

3000

-
500
500
-
丁
一、二级
三级
四级
不限
3
1
不限
4000
1000
不限

-
4000
-
-
1000
-
-
戊
一、二级
三级
四级
不限
3
1
不限
5000
1500
不限
3000
-
6000
-
-
1000
-
-

3.3.2储存区
根据储罐和仓库的火灾危险类别，依据《建筑设计防火规范》表3.3.2（见表3.3）库房的耐火等级、层数和面积，能够确定储存区仓库、产品车间的耐火等级。原料储库为单层，储库1、储库2的耐火等级为乙类一级，仓库的耐火等级为戊类二级，储罐1、储罐2、储罐3、火灾危险性为甲类。
3.3.3生活区
根据生产车间内所存在的物质的火灾危险性的特征确定该厂房的火灾危险类别，再根据《建筑设计防火规范》，对办公管理生活区建筑的耐火等级和面积进行设计：办公楼、活动中心、宿舍耐火等级均为二级，食堂、浴池耐火等级均为三级。
3.3.4附属设施区
附属设施区的设计根据《石油化工企业设计防火规范》和《建筑设计防火规范》进行设计。《石油化工企业设计防火规范》和《建筑设计防火规范》对其它设施的耐火等级及面积都有相关要求。其中消防水池是露天的，因此不考虑耐火等级；锅炉房应为一、二级耐火等级建筑，但每小时锅炉的总蒸发量不超过4t的燃煤锅炉房可采用三级耐火等级的建筑。因此，设计本化工厂锅炉房为二级耐火等级的建筑；水泵站、配电站、污水处理站为耐火等级均为二级。
现将工厂内各建筑物的火灾危险类别、耐火等级、层数列为下表3.4。
表3.4 硫酸厂内各个建筑物的火灾危险类别、耐火等级
项目
类别
建筑物名称
火灾危险类别
耐火等级
生产区
生产车间
甲类
一级

存储区
储库
乙类
二级
储罐
甲类
-
仓库
戊类
三级

生
活
区
食堂
-
三级
浴池
-
三级
办公楼
-
二级
活动中心
-
二级
宿舍
-
二级
附
属
设
备
区
污水处理站

二级
锅炉房

三级
变、配电站

二级
消防水池

-
水泵站

二级
3.4防火间距
3.4.1防火间距设计原则
该甲醇厂生产区、存储区和附属设施区的防火间距的设计主要根据《建筑设计防火规范》厂房的防火间距要求以及《石油化工企业设计防火规范》表4.2.12石油化工企业总平面布置的防火间距的要求作为最低标准进行确定。而且只考虑邻近建构筑物的防火间距。生产区和存储区主要考虑厂房和库房的火灾危险类别，根据石油化工设计防火规范确定各类别之间的防火间距。
生产区和存储区主要考虑厂房和库房的火灾危险类别，该工厂的生产区有甲类，储存区有甲、乙、戊类三种库房。
根据标准可知，甲类车间与甲类车间的防火间距为30m，厂区围墙或用地边界线与甲类厂房防火间距30m。厂内锅炉房仅为工厂生产所需，水泵站为生产区小型供水泵站，因此将锅炉房和水泵站当作丙类设施。则其与配电站之间的防火间距应符合丙类设施与全厂重要性设施之间的防火间距为25m。污水处理厂与配电站的防火间距符合污水处理与全厂重要设施之间的防火间距为25m。根据《石油化工企业设计防火规范》表6.2.8罐组内相邻可燃液体地上储罐的防火间距浮顶、内浮顶罐的防火间距为0.4D，而本厂采用的浮顶罐的体积为900 m³，罐直径D=11.5m，罐身高度H1=11.91m。因此防火间距为5m。生活区防火间距根据表3.5确定。
表3.5 民用建筑的防火间距（m）
耐火等级
一、二级
三级
四级
一、二级
6.0
7.0
9.0
三 级
7.0
8.0
10.0
四 级
9.0
10.0
12.0
3.4.2防火间距的确定
防火间距的确定应依据上面的防火间距确定原则，而且考虑产品生产、运输、储存过程，工厂整体布局的规范合理，以及便于消防灭火等因素。
附属设施各建构筑物之间各建构筑物之间的防火间距的确定根据《建筑设计防火规范》表4.4民用建筑的防火间距及各建构筑物的耐火等级确定：锅炉房、变电站、水泵房等全厂性重要设施和甲类厂房之间间距35 m，和乙类厂房建筑之间间距为30m。
存储区和附属设施区的防火间距应该根据《建筑设计防火规范》确定各生产厂房、储存库房，附属设施区各个建构筑物之间的防火间距。首先确定各生产、存储区厂房、库房的火灾危险类别，生活区、附属设施区个建构筑物的耐火等级以及厂内所有建构筑物的面积及它们之间的防火间距，再综合考虑总体布置及甲类厂房和库房与厂区围墙和厂内主要、次要道路之间的距离。最后考虑与相邻工厂或设施的防火间距，依据以上原则，再考虑工厂整体布局的整齐美观，
图3.1 厂区总平面布置图
第四章 防爆电气的设计
4.1 划分爆炸危险区域
本次课程设计选择的是甲醇储存区作为课程设计对象。
构成爆炸的三个基本条件为释放源、点燃源、爆炸浓度。可释放出能形成爆炸性混合物的物质所在的位置或地点称为释放源。释放源应按易燃物质的释放频繁程度和持续时间的长短进行分级。烟头、撞击火花、明火、化学反应热、热物体表面等都能够起到点燃作用,成为点燃源。而电器控制设备,如灯开关、磁力起动器等在分合过程中产生的电弧以及电器设备表面的热积累都是可能的点燃源。在电气设计中最重要的是要防止因电气设备导致点燃的问题。爆炸性气体、蒸气、粉尘等要与空气混合成一定比例,才能形成爆炸性混合物,这种比例称作爆炸浓度。释放源、点燃源和爆炸浓度构成了爆炸的三个基本条件,缺少其中任何一个条件时,均够不成爆炸。因此,电气设计中的防爆措施应当从这三个方面来考虑。
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058- 第2.2.1条，爆炸性气体环境应根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间，按下列规定进行分区:
1、0区: 连续出现或长期出爆炸性气体混合物的环境;
2、1区: 在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境;
3、2区: 在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境， 或即使出现也仅是短时间存在的爆炸性气体混合物的环境.
第2.2.3条，释放源应按易燃物质的释放频繁程度和持续时间长短分级，并应符合下列规定。
1、连续级释放源：预计长期释放或短时频繁释放的释放源。 类似下列情况的，可划为连续级释放源：
（1）没有用惰性气体覆盖的固定顶盖贮罐中的易燃液体的表面；
（2）油、水分离器等直接与空间接触的易燃液体的表面；
（3）经常或长期向空间释放易燃气体或易燃液体的蒸气的自由排气孔和其它孔口。
按照以上规定，将甲醇储存区划为连续级释放源。
根据第2.2.5条，爆炸危险区域的划分应按释放源级别和通风条件确定，对于易燃物质重于空气的贮罐，其爆炸危险区域的范围划分，确定浮顶式贮罐在浮顶移动范围内的空间划为１区；以放空口为中心，半径为1.5ｍ的空间和爆炸危险区域内地坪下的坑、沟划为１区；距离贮罐的外壁和顶部3ｍ的范围内划为2区；当贮罐周围设围堤时，贮罐外壁至围堤，其高度为堤顶高度的范围内划为2区。
4.2 防爆电气选择
4.2.1爆炸性混合物分级、分组
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》气体或蒸气爆炸性混合物分级分组可查出甲醇为IIA级T2组，因此甲醇储存区的防爆电气类型应选择IIA级T2组，具体规格根据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范第2.5.3条：厂区内主要防爆电器要求进行选则。
IIA：工厂用（地面，非矿井下）设备适应的爆炸性气体级别，最大实验安全距离≧0.9mm，最小点燃电流比>0.8。
T2：引燃温度。设备适应的爆炸性气体温度组别，分六类：T1(450°C）、T2(300°C）、T3(200°C）、T4(145°C）、T5(100°C）、T6(85°C）。
4.2.2防爆电气选择
甲醇罐区的电气设计应符合下列要求：
（1）宜将正常运行时易产生火花的电气设备，如变配电设备、开关柜、事故发电机等布置在远离甲醇储罐的爆炸危险性较小或没有爆炸危险的区域内。
（2）在满足罐区工艺及安全前提下，应减少防爆电气设备的数量。
（3.）设置的防爆电气设备必须是符合现行国家或国际标准的产品。
（4）不宜设置携带式电气设备。
（5）应根据罐区内爆炸危险区域的分区、爆炸性甲醇蒸气混合物的级别和组别，选择相应的电气设备。
（6）防爆电气设备的级别和组别不应低于甲醇蒸气混合物的级别和组别。
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》第2.5.2条爆炸性气体环境电气设备的选择应符合下列规定：根据爆炸危险区域的分区、电气设备的种类和防爆结构的要求，应选择相应的电气设备。而且所选用的防爆电气设备的级别和组别，不应低于该爆炸性气体环境内爆炸性气体混合物的级别和组别。当存在有两种以上易燃性物质形成的爆炸性气体混合物时，应按危险程度较高的级别和组别选用防爆电气设备。爆炸危险区域内的电气设备，应符合周围环境内化学的、机