新江煤气站防火防爆课程设计修改.doc

北京理工大学珠海学院
课程设计任务书
2023～2023学年第一学期
学生姓名： 廖政辉 专业班级： 11安全工程2班
指导教师： 刘英炎 工作部门： 化工与材料学院
一、课程设计题目 新江煤气站防火防爆安全设计
二、课程设计内容
1．收集课题对象的现场资料（工艺、尺寸、环境参数、存在的问题和运营情况等资料），调查课题的国内外现状、呈现的特性、存在的问题以及指出研究的意义和目的。
2．分析拟定工艺过程中所存在的重要危险及各个生产环节和存储场合的火灾危险类别。
3．设定课题对象的生产场合、附属设施、存储区的建、构筑物的功能，拟定建、构筑的耐火等级，进行工厂区域规划和总平面布置。
4.分析选择某一建构筑物进行爆炸危险区域划分。
5.重要防爆电气设备进行分析、选型。
6、对某一有爆炸危险的建构筑物计算其泄爆面积，并选择拟定泄爆方式。
7、绘制厂区总平面布置图和厂房爆炸危险区域划分图。
三、进度安排
1．第3周至第5周，集中讲授防火防爆控制技术措施、课程设计的基本知识与规定，学生拟定选题，收集与设计有关的资料。
2．第5周周四至第9周周六，完毕课程设计。
3．第9周周日答辩。
四、基本规定
1．学生应按照规定独立分析、解决问题，按计划完毕课程设计任务。不得抄袭或找人代做，否则按考试作弊解决。
2．规定每个小组完毕课程设计说明书一份，约5000字。规定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规定，计算对的，文笔流畅。设计合理，图表清楚，符合规范。图纸用CAD绘制，绘图必须符合规范。设计说明书用A4纸打印，胶印装订。
3．说明书结构为：（1）封面，（2）任务书，（3）摘要，（4）关键词，（5）目录，（6）正文，（7）参考文献。排版格式要符合《北京理工大学珠海学院毕业设计（论文）撰写结构与格式规范》的规定。
教研室主任署名：
年月日

新江煤气站防火防爆安全设计
摘要
介绍新江煤气站的基本概况和工作任务，并根据液化石油气（LPG）的物理化学性质和防火防爆原理，拟定LPG气站的火灾危险类别和站内建、构筑物的耐火等级，并对LPG气站进行爆炸危险区域划分。对重要防爆电气设备进行分析、选型。对站内罐区布置进行安全设计，并绘制出厂区总平面布置图和厂房爆炸危险区域划分图。
关键词：液化石油气（LPG）、防火防爆、安全设计

目录
摘要 III
1 概述 1
1.1新江煤气站简介 1
1.2新江煤气站的工作任务 1
1.3新江煤气站平面图 1
2 LPG的性质 3
2.1 LPG的物理化学性质 3
2.2 LPG的火灾危险特性 4
2.2.1火灾危险性分类 4
2.2.2 LPG危险特性 5
3 新江煤气站的危险性分析 6
3.1危险区域等级划分依据 6
3.2新江煤气站的危险区域等级划分 6
3.3新江煤气站的泄爆 7
3.4新江煤气站的危险区域划分图 7
4 新江煤气站的建筑和设备分析 9
4.1新江煤气站的建筑耐火等级拟定 9
4.1.1建筑耐火等级划分依据 9
4.1.2 新江煤气站的建筑耐火等级拟定 10
4.2新江煤气站的电气设备选型 10
4.2.1电气设备选型依据 10
4.2.2 新江煤气站的电气设备选型 12
5 新江煤气站LPG储罐区的布置设计 13
5.1罐区位置 13
5.2储罐与道路的防火间距 13
6 总结 14
参考文献 15
致谢 16

1概述
1.1新江煤气站简介
新江煤气站将建于广东省江门市新会区古井镇牛牯岭，它将是五邑地区最大的液化石油气充装站。该煤气站靠近江边，其供应的液化石油气大部分通过槽船运送，由码头的管道输入站内储罐储存。站内将设有30个液化石油气储罐和1个残液罐，并设钢瓶充装台和槽车充装台。
1.2新江煤气站的工作任务
新江煤气站的工作任务是经营液化石油气，即接受和储存由槽船运送送来的液化石油气，并将其灌装到罐车或钢瓶内，分送到供应点或用户的手中。具体内容如下：
（1）接纳槽船运送送来的液化石油气，并通过机泵将液化石油气输入站内的储罐储存。
（2）将储罐内的液化石油气通过机泵灌装到罐车或钢瓶中，并向外发送。
（3）从有缺陷的钢瓶中回收液化石油气，从待灌装瓶中通过压缩机回收残液，并进行解决。
（4）对自有产权钢瓶进行建档管理，对所充装调换钢瓶的安全负责。
（5）按照有关规定对灌装前的钢瓶进行检查，对不符合灌装条件的钢瓶送检查单位解决。
（6）认真贯彻贯彻国家有关规定，保证液化石油气站的安全运营。
1.3新江煤气站平面图
新江煤气站的平面图如下：

2LPG的性质
2.1LPG的物理化学性质
液化石油气（Liquefiedpetroleumgas简称LPG）为丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等轻烃组成的混合物，其各组分的物理化学性质如下表2-1，一般LPG的重要组分为前两者。常温常压下为无色低毒气体。当临界温度高达90℃以上，5~10个大气压下即能使之液化。
表2.1LPG各组分的物理化学性质[1]
项目
甲烷
乙烷
丙烷
正丁烷
异丁烷
分子式
CH4
C2H6
C3H8
n-C4H10
i-C4H10
相对分子量
16.04
30.07
44.004
58.124
58.12
蒸气压/Mpa
0℃
-----
2.43
0.476
0.104
0.107
20℃
-----
3.75
0.8104
0.203
0.299
气体密度/(kg/m3)
0℃
0.7168
1.3562
2.020
2.5985
2.6726
15.5℃
0.677
1.269
1.860
2.452
2.452
沸点(0.1013Mpa)/℃
-161.5
-88.63
-42.07
-0.5
-11.73
汽化潜热(沸点及0.1013Mpa下)/(kJ/kg)
569.4
489.9
427.1
386.0
367.6
临界压力/Mpa
4.64
4.88
4.25
3.8O
3.66
临界密度/(kg/L)
0.162
0.203
0.236
0.227
0.233
临界温度
-82.5
32.3
96.8
152.0
134.9
低热值
（0，1013MPa,15.6℃）(kJ/kg)
液态
-----
-----
46099
45358
45375
气态
34207
60753
88388
115561
115268
气态比热容
（0，1013Mpa,15.6℃）[(kJ/kg·k)]
定压比热容
2.21
1.72
1.63
1.66
1.62
定容比热容
1.68
1.44
1.44
1.52
1.47
爆炸极限（体积分数）/%
下限
5.3
3.2
2.37
1.86
1.80
上限
14.0
12.5
9.50
8.41
8.44
2.2LPG的火灾危险特性
2.2.1火灾危险性分类
火灾危险性分类原则是在综合考虑的基础上拟定生产过程和储存的火灾危险性类别，重要根据生产和储存中物料的燃爆性质及其火灾爆炸危险限度，反映中所用物质的数量，采用的反映温度、压力以及使用密闭的还是敞开的设备进行生产操作等条件进行分类。
表2.2储存物品的火灾危险性分类[2]
储存物类别
火灾与爆炸危险性特性
甲
（1）闪点小于28℃的液体；
（2）爆炸下限小于10%的可燃气体，以及受到水或空气中的水蒸气作用，能产生爆炸下限小于10%的固体物质；
（3）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物质；
（4）常温下受到水或空气中的水蒸气作用，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、摩擦以及遇有机物质或硫磺等易燃无机物，极易引起燃烧或者爆炸的强氧化剂；
（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
乙
（1）闪点为28~60℃（不含）的液体；
（2）爆炸下限不小于10%的可燃气体；
（3）不属于甲类氧化剂；
（4）不属于甲类化学危险易燃固体；
（5）助燃气体；
（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）闪点大于60℃的液体；
（2）可燃固体
丁
难燃烧物品
戊
不燃烧物品

2.2.2LPG危险特性
根据表2.1可知LPG的爆炸下限在1.80～5.3%之间，并由表2.2可知LPG属于甲类危险性物质。
LPG燃烧随着爆炸、破坏性大、火焰温度高，辐射热强、易形成二次爆炸、火灾初发面积大。LPG有以下危险特性[3]：
（1）易燃性
LPG只需极小的能量(0.2-0.3mJ)即可引燃，每万立方米的爆炸性混合物，遇火花即可发生化学性爆炸。
（2）易聚积性
LPG在充足气化后，气体的密度比空气要大1.5~2倍，极易在厂房和房屋等不通风或地面的坑、沟、下水道等低洼处聚积，不易挥发飘散而形成爆炸性混合物。
（3）易扩散性
LPG是由多种低碳数的烃类组分组成的，其中有些轻组分物质的密度小于或接近空气。在空气中扩散的范围和空间极大，引燃一点即可导致大面积的化学性爆炸。
（4）易产生静电
LPG在机泵管线中输送、充装和移动的过程中，极易与输送管道、充装设备、LPG钢瓶因摩擦产生高位静电。
（5）易冻伤
LPG的沸点在－6.3℃～－47.70℃之间，在气化过程中，需要大量吸取热量导致局部温度骤降，特别是在事故状态下，容易导致人员冻伤。
（6）易膨胀性
LPG的饱和蒸汽压随温度升高而急剧增长，其膨胀系数也比较大。一般为水的10倍以上，气化后体积可急剧膨胀250~300倍左右。
（7）破坏性大
LPG爆燃的速度可达2023～3000m/s以上，其火焰的燃烧温度达2023℃以上。在标准情况下，1m3LPG完全燃烧其发热量高达25000Kal。

3新江煤气站的危险性分析
3.1危险区域等级划分依据
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92[4]，根据工作场合是否正常运营、爆炸性气体混合物出现的频繁限度和连续时间，将爆炸性气体危险场合分为0区、1区和2区三个区域：
①0区是指爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场合，即在正常情况下，爆炸性气体混合物，连续地、短时间频繁地出现或长时间存在的场合。一般情况下，除了封闭的空间。如密闭的容器、储油罐等内部气体空间外，很少存在0区场合。这里，虽然高于爆炸上限的混合物不能作为爆炸性混合物，但是对于有也许进入空气而使其达成爆炸极限范围以内的情况仍应划为0区。如固定顶盖的易燃液体储罐，当液面以上空间未充惰性气体时，应划为0区。
②1区是指在正常运营时，也许出现爆炸性气体环境的场合。
③2区是指在正常运营时，不也许出现爆炸性气体环境，假如出现也是偶尔发生且仅是短时间存在的场合。
注：正常运营指设备的正常启动、停止、正常运营和维修，且所有设备都在其设计参数范围内工作；不正常情况是指有也许发生的设备故障或误操作。
3.2新江煤气站的危险区域等级划分
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92[4]和液化石油气（LPG）的危险特性，新江煤气站可划分为以下三个等级的危险区域：
表3.1LPG气站的危险区域等级划分
区域名称
危险等级
备注
LPG气库
1
敞开式
钢瓶充装台
1
敞开式
槽车充装台
1
敞开式
地磅
2
敞开式

3.3新江煤气站的泄爆
由于新江煤气站内气库、钢瓶充装台、槽车充装台等为敞开式建筑，故不存在泄爆面积的计算。
3.4新江煤气站的危险区域划分图
新江煤气站的危险区域划分图如下：

4新江煤气站的建筑和设备分析
4.1新江煤气站的建筑耐火等级拟定
4.1.1建筑耐火等级划分依据
根据《建筑设计防火规范》GB50016-2023[2]得出库房的耐火等级、层数和面积如下表：
表4.1库房的耐火等级、层数和面积[2]
储存物品类别
耐火等级
最多允许层数
最大允许占地面积/m2
单层库房
多层库房
高层库房
库房的地下室和半地下室
每座库房
防火墙间
每座库房
防火墙间
每座库房
防火墙间
防火墙间
甲
(3)、(4)项
(1)、(2)、(3)、(4)项
一级
一、二级
1
1
180
750
60
250
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
乙
(1)、(3)、(4)项
一、二级
三级
3
1
2023
500
800
500
900
-
300
-
-
-
-
-
-
-
(2)、(5)、(6)项
一、二级
三级
5
1
2800
900
700
300
1500
-
500
-
-
-
-
-
-
-
丙
(1)项
一、二级
三级
5
1
4000
1200
1000
400
2100
-
700
-
-
-
-
-
150
-
(2)项
一、二级
三级
不限
3
6000
2100
1500
700
3000
1200
1000
400
2800
-
700
-
300
-
丁
一、二级
三级
四级
不限
3
1
不限
3000
2100
3000
1000
700
不限
1500
-
1500
500
-
4000
-
-
1000
-
-
500
-
-
戊
一、二级
三级
四级
不限
3
1
不限
3000
2100
不限
1000
700
不限
2100
-
2023
700
-
6000
-
-
1500
-
-
1000
-
-
4.1.2新江煤气站的建筑耐火等级拟定
根据表4.1划分LPG气站的建筑耐火等级如下：
表4.2LPG气站的建筑耐火等级划分
区域名称
层数
火灾危险性等级
耐火等级
钢瓶、槽车充装台
1
甲类
一级
办公室
3
戊类
三级
门卫室
1
戊类
三级
4.2新江煤气站的电气设备选型
4.2.1电气设备选型依据
在爆炸危险场合内选用电气设备时，不仅要按爆炸危险场合的危险限度选型，并且所选用的防爆电气设备的防爆性能还要与爆炸性混合物的分级分组情况相适应。如下：
表4.3爆炸危险场合电气设备的极限温度和极限温升[5]
爆炸性混合物的组别
防爆电气设备的外壳表面及也许与爆炸性混合物直接接触的零部件
充油型的油面
极限温度
极限温升
极限温度
极限温升
a
b
c
d
e
360
240
160
110
80
320
200
120
70
40
100
100
100
100
80
60
60
60
60
40
注：极限温度指环境温度为40℃的允许温升。

表4.4爆炸危险场合电气设备选型[6]
场合等级
Q-1
Q-2
Q-3
Q-4
Q-5
电机
隔爆型、防爆通风充气型
任意防爆类型
H43型①
任意一级隔爆型、防爆通风充气型
H44型②
电器和仪表
固定安装
隔爆型、防爆充油型、防爆通风充气型、安全火花型
H45型③
H45型④
任意一级隔爆型、防爆通风充气型、防爆充油型
H45型
移动式
隔爆型、
防爆充气型、
安全火花型
隔爆型、
防爆充气型、
安全火花型
防爆充油型外任意一种防爆类型乃至H57型
任意一级隔爆型、防爆通风充气型

携带式
隔爆型、
安全火花型
隔爆型、
安全火花型
隔爆型、防爆安全型、H57型
任意一级隔爆型

照明灯具
固定及移动
防爆型、
防爆充气型
防爆安全型
H45型
任意一级隔爆型
H45型
携带式⑤
隔爆型
隔爆型
隔爆型、防爆安全型乃至H57型
任意一级隔爆型
任意一级隔爆型
变压器
隔爆型、
防爆通风型
防爆安全型、
防爆充油型
H45型⑥
任意一级隔爆型、防爆充油型、防爆通风充气型
H45型
通信电器
隔爆型、防爆充油型、防爆通风充气型、安全火花型
防爆安全型
H57
任意一级隔爆型、防爆充油型、防爆通风充气型
H45型
配电装置
隔爆型、防爆通风充气型
任意一级防爆类型
H57
任意一级隔爆型、防爆通风充气型
H45型
①电动机正常发生火花的部件应在H44型的罩子内，事故排风机应选用任意一种防爆类型。
②电动机正常发生火花的部件（如滑环）应在下列类型之一的罩子内：任意一级隔爆型、防爆通风充气型乃至H57型。
③具有正常发生火花的部件或按工作条件发热超过80℃的电器和仪表，应选用任意一级防爆类型。
④事故排风机用电动机的控制设备（如按钮）应选用任意一种防爆类型。
⑤应有金属网保护。
⑥指干式或充以非燃性液体的变压器。
4.2.2新江煤气站的电气设备选型
LPG属于甲类危险性物质。根据表4.3和表4.4，在LPG气站中的电气设备须使用隔爆型防爆电气设备。如下：
表4.5LPG气站的隔爆型电气设备选型
名称
型号
隔爆型双螺杆压缩机
SM455A10M3/0.7Mpa
隔爆型干式变压器
KBSG2-T-315/6
隔爆高压真空配电装置
BGP-200/10Y

5新江煤气站LPG储罐区的布置设计
5.1罐区位置
根据《建筑设计防火规范》[2]GB50016-2023第4.1.1条规定：甲、乙、丙类液体储罐区，液化石油气储罐区，可燃、助燃气体储罐区，可燃材料堆场等，应设立在城市（区域）边沿或相对独立的安全地带，并宜设立在城市（区域）全年最小频率风向的上风侧。甲、乙、丙类液体储罐（区）宜布置在地势较低的地带。当布置在地势较高的地带时，应采用安全防护设施。液化石油气储罐（区）宜布置在地势平坦、开阔等不易积存液化石油气的地带。第4.1.3条规定：液化石油气储罐组或储罐区四周应设立高度不小于1.0m的不燃烧体实体防护墙。
新江煤气站所在地理位置的主导风向是东南风，在不考虑居住建筑物条件下，罐区布置在加气站西北侧，防止储罐区与生产区、辅助区的互相影响。并在储罐区设立高度为1m的非燃烧体实体防护墙作为防护。
5.2储罐与道路的防火间距
根据《建筑设计防火规范》[2]GB50016-2023第4.2.9条规定：甲、乙、丙类液体储罐与铁路、道路的防火间距不应小于表4.2.9的规定。
表4.2.9甲、乙、丙类液体储罐与铁路、道路的防火间距（m）
名称
厂外铁路中心线
厂内铁路中心线
厂外道路路边
厂内道路路边
重要
次要
甲、乙类液体储罐
35
25
20
15
10
丙类液体储罐
30
20
15
10
5

因此储罐与厂外道路路边防火间距为20m，与厂内重要道路路边防火间距为15m，厂内次要道路路边防火间距为10m。

6总结
本次防火防爆课程设计是针对新江煤气站进行的，根据液化石油气（LPG）的物理化学性质、防火防爆原理和实地调研结果，分析拟定LPG气库的火灾危险类别，拟定气站建构筑物的耐火等级，并进行爆炸危险区域划分。根据其危险性拟定气库防爆电气设备分析和选型。由此对其提出厂房的布置设计。

参考文献
[1]戴路，燃气供应与安全管理[M],北京：中国建筑工业出版社，2023
[2]GB50016-2023，建筑设计防火规范[S]
[3]阿里巴巴化工频道，液化气的性质[EB/OL].
,2023-08-24.
[4]GB50058-92,爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范[S]
[5]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，2023
[6]GB3836-2023,爆炸性环境用防爆电气设备、隔爆电气设备[S]

致谢
本设计是在导师刘英炎的细心指导下进行的。在设计每次碰到问题时是老师不辞辛劳的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直到最后设计的修改的整个过程中，花费了老师很多的宝贵时间和精力，在此向刘英炎老师表达衷心的感谢！老师严谨的治学态度、开拓进取的精神和高度的责任心都将使我受益终生！