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1、某化工厂氨制冷车间防火防爆安全设计摘要制冷车间以氨作为制冷剂，通过分析车间的工艺流程、氨的理化性质划分车间的火灾危险类别，根据车间内各设施的功能对车间分区，确定防火间距并进行总平面的布置。确定其耐火等级，然后进行爆炸危险区域的划分，分析爆炸危险环境，对防爆电气设备进行选择。最后通过对爆炸危险区域进行泄爆面积计算及泄爆方式的确定。关键词：氨制冷 火灾爆炸危险 防火间距 耐火等级 防爆电气 泄爆 目录摘要1 工程概况11.1 项目简介11.2 设计依据11.3 气候特点11.4 项目区域1 1.5 工程项目分析2 1.5.1 工艺流程简述2 1.5.2 氨的理化性质及危险特性2 1.6 小结32
2、平面布置4 2.1 火灾危险性分类42.1.1 氨的火灾危险性分类42.1.2 车间火灾危险分类42.2 功能分区42.2.1 生产区42.2.2 储存区52.2.3 其他设施区52.3 防火间距52.3.1 防火间距设计原则52.3.2 防火间距的确定62.4 总平面布置62.5 耐火等级的确定82.6 小结83 防爆电气的选择93.1 爆炸危险环境93.2 爆炸性混合物分级、分组93.3 防爆电气选择103.4 小结114 泄爆面积及泄爆方式124.1 泄爆面积的计算124.2 泄爆方式的确定124.3 小结125 总结13参考文献14致谢151 工程概况1.1 项目简介该化工企业的一些生
3、产工艺过程是在低温状态下进行的，需要维持低温状态才能正常生产。氨在常温下为气态，经过加压后变为液态会吸收热量，因此选择氨为制冷剂，以此为原理设置制冷车间。该车间的主要功能是用氨制冷设备等生产、输送15-25的冷冻盐水，为工艺反应提供低温环境。1.2 设计依据 （1）石油化工企业设计防火规范（GB 50160-2008） （2）建筑设计防火规范（GB 50016-2006） （3）爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范（GB 50058-92） （4）石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范（GB 50493-2009） （5）常用危险化学品的分类及标志（GB 13690-2009）1.3 气
4、候特点 （1）气压：年平均大气压:100.8 kPa （2）温度：年平均温度:14 （3）湿度：年平均相对湿度:69.6 （4）风：年平均风速:3.3 m/s；最大风速：26.8 m/s；年主导风向:东北风1.4 项目区域在进行区域规划时，应根据石油化工企业及其相邻的工厂或设施的特点和火灾危险性，结合地形，风向等条件，合理布置。石油化工企业的生产区，宜位于邻近城镇或居住区全年最小频率风向的上风侧，便于生产过程中的废气及时排除和扩散，以减少对本企业和邻近企业和居民的环境影响1。该车间占地面积为3100m，选址于厂区的西半部；南边相距44米处是变配电车间，东边相距27米处是其他工艺车间；北边和西边
5、与围墙外周边尚有5米的缓冲地带，围墙外72米处为某纺织有限公司厂房；项目周边500m范围内没有常住居民，不会对周边居民造成大的影响。1.5 工程项目分析1.5.1 工艺流程简述氨制冷工艺的主要设备有盐水罐、蒸发器、气液分离器、液氨压缩机、蒸发冷凝器、循环水储罐、氨冷凝器等。 首先，液氨储罐里的液氨由调节站经过节流后进入蒸发器，在蒸发器内汽化，吸收热量使盐水温度降低。汽化后的氨经氨液分离器气液分离，液体重新回到蒸发器，气体经过回气管道进入压缩机气端，压缩机将低温低压气体压缩为高温高压的气体，经过管道进入氨冷凝器，在冷凝器内冷凝为液体，液体回流到液氨储罐内，即完成了一个制冷循环。由于压缩机工作时会
6、产生热量，因此由循环水储罐向蒸发冷凝器供水后得到冷水不停地为压缩机降温。流程简图见图2-1。图2-1 工艺流程简图1.5.2 氨的理化性质及危险特性氨的理化性质及危险特性详见表2-1。表2-1 氨的理化性质及危险特性一览表标识中文名氨分子式NH3危险性类别2第2.3类有毒气体别名液氨、氨气分子量17.03危险货物编号23003理化性质外观与性状无色透明，有刺激性恶臭。溶解性易溶于水、乙醇、乙醚熔点77.7沸点33.5燃烧热-316.25kJ/mol相对密度（空气1）气态0.60相对密度（水1）0.7(-33) 0.617(20)饱和蒸气压506.62kPa(4.7)临界温度132.5临界压力1
7、1.40MPa禁忌物卤素、酰基物、酸类、氯仿、强氧化剂燃爆危险与消防燃烧性易燃引燃温度651火灾危险性类别乙类爆炸极限1528闪点-54燃烧(分解)产物氧化氮、氨。危险特性与空气能形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧、爆炸。容器受热内部压力增大，有发生开裂、爆炸的危险。灭火方法必须穿戴全身防火、防毒服，切断气源。若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体。喷水冷却容器，可能时将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、抗溶性泡沫、二氧化碳、砂土。1.6 小结 本章分析了项目的概况，包括简介，所在地的气压、温度、湿度、风向等，根据这些条件对车间进行了区域选择；了解了车间的工艺流程及氨的理化性
8、质，为进行火灾危险类别和防火间距的确定提供了依据，为总平面的布置奠定了基础。2 平面布置2.1 火灾危险性分类2.1.1 氨的火灾危险性分类 整个工艺流程中的主要危险化学品为氨，存在中毒、窒息、爆炸、冷冻伤等危险因素。依据建筑设计防火规范（GB50016-2006）3中表3.1.1（生产的火灾危险性分类），由于氨的闪点为-54，爆炸极限为15284，所以氨的火灾危险性分类为乙类。2.1.2 车间火灾危险分类依据建筑设计防火规范（GB50016-2006）3中表3.1.1（生产的火灾危险性分类）可知，由于压缩机、辅机模块涉及氨使用，所以火灾危险类别为乙类；蒸发冷凝器、循环水储罐和盐水储罐的原料为
9、水和盐水，所以火灾危险类别为戊类；配电间有电气存在，属于丙类；操作间为戊类。根据该规范第3.1.2条“同一座厂房或厂房的任一防火分区内有不同火灾危险性生产时，该厂房或防火分区内的生产火灾危险性分类应按火灾危险性较大的部分确定”，所以该车间的火灾危险类别为乙类。2.2 功能分区2.2.1 生产区生产流程区设施有压缩机三台、蒸发冷凝器两台和辅机模块（包括液氨储罐、氨泵、辅助贮液器、气液分离器及液氨阀门、相关仪表等）三台。各个设施的详细尺寸及功能见表2-1。表2-1 生产区设施尺寸及功能一览表序号名称功能长/直径（m）宽/直径(m)面积(m)1液氨压缩机将低温低压的氨气压缩为高温高压的氨气。10.0
10、3.232.02蒸发冷凝器提供冷凝水为压缩机降温。10.03.838.03辅机模块气液分离器分离气态和液态氨；液氨储罐和辅助贮液器储存、循环液氨，为热盐水降温等。11.04.549.52.2.2 储存区 储存区有盐水储罐和自来水储罐各三个。各个储罐的详细尺寸见表2-2。表2-2 储存区设施尺寸及功能一览表序号名称功能长/直径（m）宽/直径(m)面积(m)1盐水储罐储存、循环冷热盐水，与工艺反应釜进行热交换。13.013.0132.72循环水储罐为蒸发冷凝器提供循环水。3.03.07.02.2.3 其他设施区该车间除了制冷循环的设备外，还有一个操作间和一个配电间。详细尺寸及功能见表2-3。表2-
11、3 车间其他设施尺寸及功能一览表序号名称功能长（m）宽（m）面积(m)1操作间进行自动化处理控制。4.04.016.02配电间放置相应的电器设备,对电源的进入、输出进行分配、管理及控制。28.04.0176.02.3 防火间距2.3.1 防火间距设计原则对于各部分之间防火间距的设计主要依据建筑设计防火规范（GB50016-2006）3表3.4.1（厂房之间及其与乙、丙、丁、戊类仓库、民用建筑等之间的防火间距）的要求作为最低标准进行确定，内容详见表2-4。 表2-4 厂房之间及其与乙、丙、丁、戊类仓库、民用建筑等之间的防火间距（m）名称甲类厂房单层、多层乙类厂房（仓库）单层、多层丙、丁、戊类厂房
12、高层厂房（仓库）民用建筑耐火等级耐火等级一、二级三级四级一、二级三级四级甲类厂房12.012.012.014.016.013.025.0单层、多层乙类厂房12.010.010.012.014.013.025.0单层、多层丙、丁类厂房耐火等级一、二级12.010.010.012.014.013.010.012.014.0三级14.012.012.014.016.015.012.014.016.0四级16.014.014.016.018.017.014.016.018.0单层、多层戊类厂房一、二级12.010.010.012.014.013.06.07.09.0三级14.012.012.014.0
13、16.015.07.08.010.0四级16.014.014.016.018.017.09.010.012.0高层厂房13.013.013.015.017.013.013.015.017.0室外变、配电站变压器总油量（t）5，1025.025.012.015.020.012.015.020.025.010，5015.020.025.015.020.025.030.05020.025.030.020.025.030.035.02.3.2 防火间距的确定 对于防火间距该车间的工艺区内存在的火灾危险类别有乙类和戊类，存储区为戊类，其他设施区为丙类和戊类。由表3-1，可知厂房和库房乙类（一级耐火等级）
14、戊类（三级耐火等级）：14m；库房和库房戊类（三级耐火等级）戊类（三级耐火等级）：14m；配电间和库房丙类（二级耐火等级）戊类（三级耐火等级）：12m。车间与周边建筑物间距如表2-5所示。表2-5 车间周边间距 间项 距目要求间距（m）实际间距（m）装置名称火灾危险等级方位装置名称火灾危险等级车间厂房乙东其他工艺车间甲1227南变配电车间丙1044西南项目外部建筑(三类建筑)丙1272北围墙552.4 总平面布置 综上所述，首先确定各分区的火灾危险类别，生产区、附属设施区的耐火等级以及车间内所有建构筑物的面积和它们之间的防火间距，再综合考虑车间总体布置，总平面布置如图2-1所示。图2-1 车间
15、总平面布置图2.5 耐火等级的确定根据工艺区厂房的火灾危险类别，依据建筑设计防火规范（GB50016-2006）3第3.2.1条表3.2.1确定各厂房的耐火等级及厂房面积。本次设计厂房为双层厂房，一层占地面积为3100m，其中工艺区面积244.5m，储存区面积273m，其他设施区面积128m；二层占地面积1500m，其中储存区面积76m。综上所述，车间内各部分的火灾危险类别、耐火等级、层数、面积如表2-6所示。表2-6 车间内各设施的火灾危险类别、耐火等级、层数、面积一览表类别项目编号建筑物名称火灾危险类别耐火等级层数占地面积(m2)生产区1液氨压缩机乙类一级196.02蒸发冷凝器戊类三级27
16、6.03辅机模块乙类一级1148.5储存区4盐水储罐戊类三级1265.35循环水储罐戊类三级17.0其他设施区6配电间丙类二级1112.07操作间戊类三级116.02.6 小结 本章首先确定了危险介质和车间的火灾危险类别，进行功能分区，然后根据规范确定了防火间距并进行总平面的布置及各个分区的耐火等级，为划分爆炸危险区域提供了依据。3 防爆电气的选择3.1 爆炸危险环境该车间主要危险化学物品为氨，在生产过程中如发生泄漏在空气中可形成爆炸性混合物，故将液氨压缩机和辅机模块划为爆炸危险区域，爆炸危险区域划分图详见图3-1。图3-1 爆炸危险区域划分图依据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范（GB500
17、5892）5第2.2.3条，该区域存在的释放源为第二级释放源；依据第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，存在第二级释放源的区域可划为2区。3.2 爆炸性混合物分级、分组依据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范（GB5005892）5第2.4.2条表2.4.2（详见表4-1）确定氨气与空气形成的爆炸性混合物的级别。表3-1 引燃温度分组组别引燃温度t（）T1450tT2300t450T3200t300T4135t200T5100t135T685t100由于氨气的引燃温度为651，所以氨气与空气形成的爆炸性混合物的组别属于T1组。依据该规范附表3.1，确定氨气与空气形成的爆
18、炸性混合物的级别为A级。3.3 防爆电气选择 依据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范（GB5005892）5可知，爆炸危险区域内电气设备防爆结构的选型应符合该规范第2.5.3条表2.5.3-1（旋转电机防爆结构的选型）、2.5.3-2（低压变压器类防爆结构的选型）、2.5.3-3（低压开关和控制器类防爆结构的选型）和2.5.3-4（灯具类防爆结构的选型）的规定。详细内容见表3-1、表3-2、表3-3和表3-4，表中符号：为适用；为慎用；X为不适用。 表3-1 旋转电气防爆结构的选型爆炸危险区域防爆结构电气设备1 区2 区隔爆型d正压型p增安型e隔爆型d正压型p增安型e无火花型n鼠笼型感应电动机
19、绕线型感应电动机 X同步电动机X 直流电动机 电磁滑差离合器(无电刷)X表3-2 低压变压器类防爆结构的选型爆炸危险区域防爆结构电气设备1 区2 区隔爆型d正压型p增安型e隔爆型d正压型p增安型e充油型o变压器(包括起动用)X电抗线圈(包估起动用)X仪表用互感器 X 表3-3 低压开关和控制器类防爆结构的选型爆炸危险区域防爆结构电气设备0区1 区2 区本质安全型ia本质安全型ia，ib隔爆型d正压型p充油型o增安型e本质安全型ia，ib隔爆型d正压型p充油型o增安型e刀开关、断路器 熔断器 控制开关及按钮 电抗起动器和起动补偿器 起动用金属电阻器 X 电磁阀用电磁铁 X 电磁摩擦制动器 X 操
20、作箱、柱 控制盘 配电盘 表3-4 灯具类防爆结构的选型爆炸危险区域防爆结构电气设备1 区2 区隔爆型d增安型e隔爆型d增安型e固定式灯X移动式灯 携带式电池灯X 指示灯类 镇流器 根据以上表格的要求，对于2区的液氨泵、氨压缩机及其他电气等选为隔爆型。3.4 小结 本章确定了爆炸危险环境类别，对爆炸性混合物进行分级、分组，对防爆电器进行了选择。根据前一章的功能分区划分了爆炸危险区域，为进行安全措施，计算泄爆面积显得尤为重要。4 泄爆面积及泄爆方式4.1 泄爆面积的计算由于液氨压缩机和辅机模块为爆炸危险区域，故选择工艺区进行泄爆面积的计算。依据建筑设计防火规范（GB5005892）3第3.4.1
21、条，有爆炸危险的甲、乙类厂房宜独立设置，并宜采用敞开或半敞开护层。依据建筑设计防火规范（GB5005892）3表3.6.3厂房内爆炸危险物质类别与泄压比值，氨气应选择0.03。由于长径比小于3，所以不需要划分多个计算段。根据泄爆面积计算公式 A=10cV2/3 （4.1）式中，A为泄爆面积（m2）；C为泄压比值（m2/m3）；V为厂房体积（m3）。根据公式 V=50304.5=6750m3，C=0.05 得泄爆面积 A=178.6m24.2 泄爆方式的确定依据建筑设计防火规范（GB5005892）3第3.6.4条，泄压设施的设置应避开人员密集场所和主要交通道路，并宜靠近有爆炸危险的部位，作为泄
22、压设施的轻质屋面板和轻质墙体的单位质量不宜超过60kg/，且与相邻厂房连通处应采用防火材料密封。有爆炸危险的设备宜避开厂房的梁、柱等主要承重构件布置，所以选择采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗进行泄爆。4.3 小结 本章进行了泄爆面积的计算并选择了泄爆方式，泄爆面积的正确计算对危险区域与周边环境的距离提供了安全保证，而选择合理的泄爆方式对于减轻事故的严重程度也非常重要。5 总结本次课程设计通过分析车间的工艺流程、氨的理化性质，确定车间的火灾危险特性，根据防火间距的要求进行了总平面布置。根据车间内各设施的功能，将车间分为生产区、储存区和附属设施区三个部分，查询规范建筑设计防火规范GB50
23、016-2006、石油化工企业设计防火规范GB50160-2008等确定了各个分区的耐火等级。根据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-1992进行爆炸危险区域的划分，确定了车间爆炸性气体环境为2区，并将车间的主要防爆电气设备选为隔爆型。最后选择工艺区进行泄爆面积的计算，并且选择以泄爆窗或泄爆墙的方式泄爆。 由于我的学术水平有限，可能与实际情况有所误差，所写论文难免有不足之处，在今后定会做的更完善，有不足之处尽请谅解。参考文献1GB 50160-2008，石油化工企业设计防火规范S.北京：中国计划出版社，2008.2GB 13690-2009，常用危险化学品的分类及标志S.北京：中国计划出版社，2009.3GB 50016-2006，建筑设计防火规范S.北京：中国计划出版社，2006.4解立峰，余永刚，韦爱勇，李斌.防火与防爆工程M.北京：冶金工业出版社，2010.5GB 500581992，爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范S.北京：化学工业出版社，1992.6梁慧敏，张奇，白春华.电气安全工程M.北京：北京理工大学出版社，2013.致谢 此次课程设计过程中遇到了许多的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。在此要感谢刘英炎老师和谭小群老师，给予我们无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我们进行设计的修改。在今后的学习中，我定会更加努力做到更好。