论文总字数：32046字

摘 要

本文内容为10000m³甲醇罐区安全设计。将根据甲醇的理化性质、储存条件等，选择合适的储罐类型、储罐材料以及储罐强度的计算，并对罐顶、罐底和储罐附件选型设计。根据相关规范，对甲醇罐区进行总平面布置，确定其功能分区。利用事故树分析法，对罐区内可能存在的危险有害因素辨识，并提出相应安全措施。最后利用道化学法以及安全检查表法，对甲醇罐区设计的有效性与可靠性进行安全评价。

关键词：安全设计 甲醇 内浮顶罐 危险有害因素 安全评价

The safety design of 10000m³ methanol tank area

Abstract

The content of this paper is the safety design of 10000m³ methanol tank area.According to the physical and chemical properties of methanol, storage conditions, etc., select the appropriate tank type, tank material and tank strength calculation, and select the tank top, tank bottom and tank accessories.According to the relevant specifications, the general layout of the methanol tank area is carried out to determine its functional division.Using the accident tree analysis method, identify the dangerous and harmful factors that may exist in the tank area, and propose corresponding safety measures.Finally, using the chemical method and the safety checklist method, the safety and reliability of the design of the methanol tank area were evaluated.

Key words：Safety Design ; Methanol ; Internal floating roof tank ; Dangerous and harmful factors ; Safety assessment

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 概述 1

1.1甲醇的性质与特性 1

1.2设计项目概述 1

1.3设计内容 2

第二章 甲醇储罐设计 3

2.1甲醇储罐选型与选材 3

2.1.1 甲醇储罐的选型及储存工艺条件的确定 3

2.1.2 甲醇储罐的选材 4

2.2 甲醇储罐规格与强度计算 4

2.2.1甲醇储罐规格 4

2.2.2罐壁强度计算 4

2.3罐顶与罐底设计 6

2.3.1罐顶设计 6

2.3.2罐底设计 7

2.4 储罐附件选型设计 8

2.4.1温度计 8

2.4.2液位计 9

2.4.3通气孔 9

2.4.4人孔与透光孔 11

2.4.5支柱和支柱管套 11

2.4.6导向防转装置与静电引出线 12

2.4.7 梯子与平台 13

2.4.8水喷雾系统 14

第三章 甲醇罐区总平面布置及消防设计 18

3.1甲醇罐区总平面布置 18

3.1.1甲醇罐区选址及背景 18

3.1.2甲醇罐区防火间距 18

3.1.3防火堤设计 20

3.1.4场内道路布置 21

3.1.5人员设置区 22

3.1.6消防设置区 22

3.1.7罐区总平面说明 23

3.2甲醇罐区简单消防设计 24

3.2.1冷却方式选择 24

3.2.2灭火形式选择 24

第四章 甲醇罐区危险有害因素辨识及安全对策措施 25

4.1甲醇介质危险特性分析 25

4.1.1挥发性 25

4.1.2易燃易爆性 25

4.1.3静电荷聚积性 25

4.1.4受热膨胀性 25

4.3甲醇罐区危险有害因素辨识及安全对策措施 26

4.3.1火灾、爆炸事故 26

4.3.2中毒和窒息 29

4.3.3物体打击 32

4.3.4车辆伤害 33

4.3.5机械伤害事故 33

4.3.6触电事故 33

4.3.7高出坠落 34

4.4 其他事故及对应安全对策措施 34

4.4.1雷击事故 34

4.4.2静电聚积事故 35

4.4.3个体防护和急救措施 36

第五章 甲醇罐区安全评价 37

5.1道化学法 37

5.1.1甲醇罐区火灾、爆炸危险指数计算 37

5.1.2暴露半径与暴露区域的计算 39

5.1.3危害系数确定 39

5.1.4火灾、爆炸危险指数评价法分析结果 39

5.2安全检查表法 40

5.2.1安全检查表概述 40

5.2.2评价过程 40

5.2.2安全对策与建议 42

5.3结论 42

第一章 概述

1.1甲醇的性质与特性

甲醇，化学式为CH₃OH，作为一种基本的有机化工原料，目前被广泛应用于各类化工产业。甲醇又可称为木精、木酒精等，为无色液体，并具有易挥发性和易流动性。具有易燃性，甲醇蒸气若与空气接触会形成爆炸性混合物，其爆炸极限为6.0%～36.5%。具有毒性，吸入、食入、或者经皮肤入侵体内会引发失明等不适症状，严重可致死亡。甲醇的具体理化特性如下表1-1。

表1-1甲醇理化性质表

1.2设计项目概述

本文内容为2×5000m³甲醇罐区安全设计。根据《建筑设计防火规范》（GB5016-2014）中按生产的火灾危险性和储存物品的火灾危险性分类，甲醇为甲类物质，可知本文中甲醇罐区是甲类液体储罐区，该罐区位于某城市边缘某大型炼油厂的西北角，地势十分平坦且视野开阔，其周围住户很少，基本无大型居住区，该地区常年风向为东南风，并且位于城市全年最小频率风的上风侧^[2]。

本次设计的具体内容包括罐体的材料、选型以及规格、强度的计算，完整的甲醇储罐设计并且对其相应的附件选型；对罐区的总平面布置与简单的消防设计；拟用道化学法以及安全检查表法法对整个储罐区进行安全评价。

1.3设计内容

1. 甲醇储罐的基本设计

根据物料甲醇的理化性质，以及本次设计条件，储罐的选择宜采用金属内浮顶罐。罐罐壁材料选用Q245R钢板，并用定点法进行测量，对罐壁厚度进行确定。储罐给定容基的条件下，利用直径和高度不同组合并且按照材料最省和费用最省原则计算储罐的最经济尺寸。为确保储罐在日常作业中使用正常，需设置安全附件。包括人孔、通气孔、液位计、温度计、喷淋装置等。

2.甲醇罐区总平面布置及消防设计

根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）、《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）对甲醇罐区进行总平面布置，再根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2014）对防火堤进行选型设计。

选择合适的灭火装置以及冷却装置，包括固定式消防系统、移动式消防系统、消防水泵等设施，以防止发生事故后火灾蔓延，减少造成的财产损失与人员伤亡。

3.甲醇罐区安全评价

为保证本次设计能够符合规范要求，罐区运行平稳安全。本文将利用道化学法、安全检查表法对整个罐区进行安全评价。以尽可能预防有害事故的发生，或减少事故造成的财产损失和人员伤亡。查找、分析并预测系统中可能存在的危险因素并预计可能造成的伤害后果，并提出对应的安全措施，做到事先预防，以降低事故率，从而能有效地减少人员伤亡并减小财产损失。

4.结论

本次设计将根据物料甲醇的理化性质，储存条件等选择合适的容器种类，确定罐体材料，并对结构强度进行计算，以及罐体安全附件的选型。根相关规范对甲醇罐区进行合理平面布置。结合已有专业知识，对罐区危险有害因素进行辨识及安全对策措施。运用事故树法、道化学法以及安全检查表法，从多方面对罐区进行安全评价。

第二章 甲醇储罐设计

2.1甲醇储罐选型与选材

2.1.1 甲醇储罐的选型及储存工艺条件的确定

1.储罐选型

储罐的形式多样，其各有优缺点。球形储罐较多用于大容量且有压力要求的液体储存，卧式圆筒形储罐则常用于小容量的高压液体储存，而悬链式储罐与滴形储罐皆因其自身设计的缺陷或高昂的造价被市场淘汰^[13]。而本次设计采用的储罐是立式圆筒形储罐中的内浮顶罐。

根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2014），甲醇按照生产的火灾危险性以及储存物品的火灾危险性进行分类，为甲类物质。又根据《石油化工企业设计防火规范》对甲醇进行可燃物质的火灾危险性分类，为甲B类物质。所以甲醇储存时因考虑挥发性较强，会产生毒害气体，且甲醇蒸气若遇明火会有有燃烧爆炸的危险。

对于易挥发的液体物料，固定顶储罐易发生“大呼吸”与“小呼吸”两种蒸发损失，不仅造成了物料的损耗，更对环境产生了污染。为了减少物料损耗，可以在固定顶罐内部增设一个可随液面上下移动的内浮顶盖，使其成为内浮顶罐，有效解决了这一问题。

此外，内浮顶罐还有诸多优点^[13]：

（1）能减少大约百分之九十的蒸发损失。

（2）避免了甲醇与固定顶的直接接触，减小了对固定顶的腐蚀。

（3）内浮顶盖能将甲醇与空气隔开，使其上方的混合气体浓度远小于爆炸极限，减小的火灾爆炸的风险。

（4）在储罐内部设置内浮顶，可以将其与外部基本隔绝，大大减少了雨雪、风沙等恶劣天气对储罐的影响。

（5）内浮顶罐结构简单，省去了呼吸阀，喷淋设备等，从而降低了生产成本。

2.工艺条件确定

甲醇储罐工艺条件确定应根据甲醇的理化性质来确定，储存温度需保持在适宜温度范围内；由于储存甲醇的储罐为内浮顶罐，因此对设计压力不需要做特殊要求，常压储存即可，具体设计条件见表2-1。

表2-1 甲醇储存工艺条件表

2.1.2 甲醇储罐的选材

储罐的材料有多种：金属储罐、非金属储罐、塑料储罐等。而金属储罐因其施工周期较短、造价低、密封性较好并易于检修被广泛使用。所以本次设计选用金属储罐。

储罐的选材应综合各方面考虑，从物料的性质、危险性，设计温度、压力，腐蚀性等，并结材料本身进行选择。根据《钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列》（HG21502.2-1992）中表3.0.2可得知,5000m³内浮顶罐应采用20R钢板，但根据《锅炉和压力容器用钢板》(GB713-2008)中的新标准，20R与20G钢板被Q245R代替。Q245R钢为低合金高强度的结构钢，其硬度高，韧性好，并且有较好的耐腐蚀性能与焊接性能。在制造大型压力容器、船舶车辆、铁路桥梁等方面被广泛使用。

2.2 甲醇储罐规格与强度计算

2.2.1甲醇储罐规格

本设计中物料甲醇的总体积已经给定，根据《钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列》（HG21502.2-1992）中表3.0.2可得知，对于容积为100m³～30000m³的内浮顶罐已规定有基本参数和尺寸表。已知设计总量为10000m³，可将其分为两个储罐或者四个储罐，由于给定内浮顶罐合适的尺寸只有2000m³,3000m³与5000m³，若将其分为四个储罐只能选择四个3000m³规格储罐，造成了材料的浪费，不符合在安全可靠基础上节省投资的原则。因此将其分为两个储罐，单个储罐公称容积为5000m³。

2.2.2罐壁强度计算

通过计算最小罐壁厚度对储罐进行强度计算，常见方法有定点法，变点法和应力分析法。本次设计储罐公称容积为5000m³，因其容量较小，直径D小于60m，所以采用定点法进行计算。

储罐罐壁高度为16.5m，将其分为10个圈层，且罐壁厚度自下而上逐渐减小。在接近常压条件下储罐储存物料时，罐壁所受的压力主要来自两方面，一是液体静压力，占主要部分，另外则是气相压力，占小部分。而在实际测定中，通常每圈罐壁板所受环向应力最大处位于距每圈罐壁板底部0.3m处。定点法计算就是按照每一圈罐壁钢板距罐壁底面0.3m处的液面静压力，来确定该圈钢板的最小厚度。^[13]

具体设计条件见表2-2。

表2-2 甲醇储罐设计条件

根据简化过后的罐壁厚度计算公式对最小罐壁厚度进行计算^[13]：

（2-1）

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