高压聚乙烯生产厂防火防爆设计
学院名称： 环境保护与安全工程学院
2012年12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，通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。通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、选择一个具有火灾爆炸危险生产或储存企业，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和厂房爆炸危险区域划分图（1天）； 9、报告的编制与修改（3天）。
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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》GB50074-2002
2、《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002 3、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005 4、《建筑设计防火规范》GB50016-2006 5、《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 6、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92 7、化工生产防火防爆安全技术等有关图书资料 8、有关化工生产工艺图书资料
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目 录
设计任务书.................................................................................................................... 1 前言................................................................................................................................ 5 第一章 工程概况........................................................................................................ 6 第二章 工程项目分析................................................................................................ 7
2.1 工艺流程介绍 .................................................................................................................... 7
2.1.1 生产工艺简述 ......................................................................................................... 7 2.1.2 危险分析及分类 ..................................................................................................... 8 2.2 工艺环节的划分 .............................................................................................................. 10 2.2.1 生产区 ........................................................................................................................... 10
2.2.2 仓储设施 ............................................................................................................... 10 2.2.3 其他设施 ............................................................................................................... 11
第三章 总平面布置.................................................................................................. 12
3.1 分区布置 .......................................................................................................................... 12 3.2 火灾危险类别的确定 ...................................................................................................... 12
3.2.1 生产工艺火灾危险分类 ....................................................................................... 12 3.2.2 存储区火灾危险分类 ........................................................................................... 14 3.3 耐火等级的确定 .............................................................................................................. 14
3.3.1 生产区 ................................................................................................................... 14 3.3.2 储存区 ................................................................................................................... 16 3.3.3 生活区 ................................................................................................................... 19 3.3.4 附属设施区 ........................................................................................................... 19 3.4 防火间距 .......................................................................................................................... 20 3.4.1 防火间距设计原则 ....................................................................................................... 20
3.4.2 防火间距的确定 ................................................................................................... 22
第四章 防爆电气的设计.......................................................................................... 23
4.1 划分爆炸危险区域 .......................................................................................................... 23 4.2 防爆电气选择 .................................................................................................................. 23
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第五章 泄爆方式确定及泄爆面积计算.................................................................. 27
5.1 泄爆方式 .......................................................................................................................... 27 5.2 泄爆面积的计算 .............................................................................................................. 28
第六章 消防灭火器的配备...................................................................................... 30
6.1 灭火器的选择 .................................................................................................................. 30 6.2 灭火器设置与配置 .......................................................................................................... 31
总结.............................................................................................................................. 36 参考文献...................................................................................................................... 37
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前 言
高压聚乙烯是目前世界上产量最大、价值较低、用途广泛的通用塑料之一, 其薄膜制品、电器绝缘材料、注塑、吹塑制品、涂层、板材、管材在工农业和日常生活中得到普遍应用。高压低密度聚乙烯是用高压工艺生产的，压力为110～350MPa，温度为130～350℃，聚合时间非常短，一般为15秒到2分钟。乙烯聚合反应放出大量的热，热量主要通过循环过量的冷单体实现撤热，系统基本上在绝热条件下操作。高压反应主要采用两种聚合反应器：一种是带搅拌器的高压釜式反应器，该工艺最早是20世纪30年代由ICI公司开发的；另一种是管式反应器，最早是由巴斯夫公司开发的。后来，杜邦、陶氏化学、USI、住友和CdF化学(现在的埃尼化学)都对工艺作了若干改进。两种工艺生产的聚合物略有差别，主要因为反应器的温度分布不同。 釜式法和管式法两种工艺的生产流程大体相同，一个工业化的LDPE装置通常由以下几部分组成：乙烯压缩、引发剂制备和注入系统、聚合反应器、分离系统、挤出造粒。除聚合反应器外，釜式法和管式法的工艺步骤相似。现已建成的管式法最大单线反应器能力为32万吨/年，是巴塞尔公司建在法国的装置；釜式法最大单线反应器能力为18万吨/年。 本次课设以釜式法为例：釜式法高压聚乙烯是以乙烯为单体在100～300 MPa 的高压条件下, 用氧或有机过氧化物为催化剂经聚合而制得的。因所得的产品密度一般0.910～0. 935, 故又称低密度聚乙烯。从消防安全角度看, 高压聚乙烯生产庞大、复杂, 物料涉及易燃易爆物质, 生产在高温高压下进行, 具有较大的火危险性, 若稍有疏忽就可能引起燃烧、爆炸, 并且事故发生后常因扑救困难, 导致重大损失。因此, 如何保证其安全高效地运行, 是值得深入探讨的问题。
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第一章 工程概况
本次课程设计的任务是对高压聚乙烯生产厂的设计，设计该工厂位于大连松木岛化工园区，地理位置得天独厚，水陆交通十分便利。
园区坐落在大连瓦房店市西南沿海，属暖温带大陆季风气候区，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，平均气温8.3-10.3℃，无霜期165-185天，平均降水量580-750毫米。南距大连50公里，北距沈阳290公里，东距瓦房店城区40公里；海上西距秦皇岛港84海里、天津港170海里，南距大连港85海里，北距长兴岛港40海里，具备发展临港工业区的天然条件。同时，化工园区周边有大面积废弃盐田，可保证园区继续拓展。园区东距沈大高速公路8公里;省级滨海路、长兴岛疏港高速公路均经过园区；园区自备9.5公里专用铁路线；现规划的港口泊位（万吨以下）12个，航道工程已开始启动。厂址宜位于邻近城镇或居住区全年最小频率风向的上风侧，以便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。区内有近百家大中型各类化工厂，包括化肥厂、农药厂等。拥有压缩机、聚合反应釜、冷却器、低压乙烯接受器、低压分离器等生产设施，配置密度计、温度计、恒温水浴、分光光度计、烘箱、分析天平等检测设施，确保可连续提供合格的产品。
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第二章 工程项目分析
2.1 工艺流程介绍
2.1.1 生产工艺简述
本工艺以3. 3MPa、30℃的高纯度乙烯为原料, 以有机过氧化物为催化剂, 经一次压缩机和二次压缩机两次压缩到反应所需压力130～ 250 MPa, 于260℃左右高温进入聚合反应釜中, 在引发剂作用下, 即聚合成低密度聚乙烯。生成的低密度聚乙烯与未反应的乙烯。经反应器底部减压阀, 进入产品冷却器, 冷却到一定温度以后, 进入高压分离器, 压力降至24.5～29.4 M Pa左右, 分离出大部分未反应的乙烯, 返回二次压缩机进口。从高压分离器底部出来的聚合物经低压分离器, 压力降至49 kPa, 分离出的乙烯返回低压乙烯接受器, 熔融的聚合物从低压分离器底部出料, 经水下切粒, 脱水干燥得聚乙烯颗粒, 再经空送混合, 加工, 可制得各种具有优良性能的低密度聚乙烯成品。 化学反应方程式：
生产工艺流程图：
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乙烯装置工艺流程图：
2.1.2 危险分析及分类
固有危险性：固有危险性是指聚合反应中的原料、产品、中间产品等本身具有的危险有害特性。
火灾危险性：参加聚合反应介质的自聚和燃爆危险性，单烯烃聚合单体包括液态的乙烯、丙烯等，都属于甲类火灾危险性易燃液体。 二烯聚合所指的单体主要包括丁二烯、双环戊二烯等都是易燃物质，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物。
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爆炸危险性：如烯烃聚合所需单体丁二烯、双环戊二烯、苯乙烯、等易燃物质的蒸气能与空气形成爆炸性混合物，二烯烃（丁二烯、双环戊二烯）还能生成过氧化物，这是一种有爆炸危险的不稳定物质。
中毒危险性：环氧乙烷、苯乙烯、氯乙烯等反应物具有一定的毒性。如环氧乙烷属于高度危害，氯乙烯属于极度危害，其余大多属于轻度危害，如乙烯、苯乙烯等。
工艺过程的危险性：
（1）本体聚合：这种聚合方法往往由于聚合热不易传导散出而导致危险。例如在高压聚乙烯生产中，每聚合1kg乙烯会放出3.8MJ的热量，倘若这些热量未能及时移去，则每聚合1％的乙烯，即可使釜内温度升高12～13℃，待升高到一定温度时，就会使乙烯分解，强烈放热，有发生暴聚的危险。一旦发生暴聚，则设备堵塞，压力骤增，极易发生爆炸。
（2）溶液聚合：这种聚合方法在聚合和分离过程中，易燃溶剂容易挥发和产生静电火花。溶液聚合是单体溶于溶剂中形成均相体系 ,在催化剂的作用下，反应生成聚合物。此聚合方式所采用带搅拌的设备能保证反应体系热量分布均匀，但是因大量使用易燃可燃液体作为溶剂，其燃烧爆炸危险性大。
（3）悬浮聚合：这种聚合方法在整个聚合过程中，如果没有严格控制工艺条件，致使设备运转不正常，则易出现溢料，如若溢料，则水分蒸发后未聚合的单体和引发剂遇火源极易引发着火或爆炸事故。
（4）乳液聚合：这种聚合方法常用无机过氧化物(如过氧化氢)作引发剂，如若过氧化物在介质(水)中配比不当，温度太高，反应速度过快，会发生冲料，同时在聚合过程中还会产生可燃气体。
（5）缩合聚合：缩合聚合是吸热反应，但由于温度过高，也会导致系统的压力增加，甚至引起爆裂，泄漏出易燃易爆的单体。
催化剂的性质增大过程的危险性：聚合过程所使用的催化剂，有的为强氧化剂，有的易分解爆炸，有的易自燃。聚合过程中催化剂加入过量 ,引发剂的比例过高 ,聚合反应速度加快 ,产生的反应热不易导出 ,还可能导致暴聚。
原料含杂质引发危险：高压聚乙烯生产中，原料乙烯不纯，尤其是含乙炔量过高，压缩时就易聚合放热而发生爆炸。
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2.2 工艺环节的划分
2.2.1 生产区
高压聚乙烯的工艺流程共分为五个步骤：压缩、换热、聚合反应、分离、造粒。压缩分一次压缩和二次压缩，两者可设置在同一车间。分离也分一次分离和二次分离，亦可设置一个生产车间，其余的单独设置车间，分别编号为1、2、3、4、5。各个生产车间的功能与规模见表2.1：
表2.1 各个生产车间的功能与规模
编号 1 2 3 4 5 生产车间名称 压缩车间 换热车间 聚合反应车间 分离车间 造粒车间 功能 压缩到反应所需压力 冷却到一定温度 聚合成低密度聚乙烯 分离出未反应的乙烯 聚乙烯颗粒 面积(m2)长（m） 宽（m） 高（m）50 40 40 50 40 20 20 20 30 20 8 8 8 8 8 （m2） 1000 800 800 1500 800
2.2.2 仓储设施
由于涉及到多种物品的储存，为了方便工厂对原料与成品的管理，所以在厂内设计储存车间和成品车间。储存车间分两个，其中一个用来储存原料（乙烯），另一个是用来储存成品（聚乙烯）。分别编号为6、7。各个车间的功能与规模见表2.2。
表2.2储存车间的功能与规格
编号 6 7 厂房名称 原料车间 成品车间 厂房功能 用于储存原料 用于储存成品 长（m） 30 30 宽（m） 20 20 高（m）8 8 面积600 600
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2.2.3 其他设施
工厂是一个大的系统，除主要的生产车间外，还应设置一些辅助设施，如职工公寓、食堂、消防水池、锅炉房、技术安全处等。只有这样整个工厂才能正常运作。各个建筑物的规格如表2.3所示
表2.3其他设施的名称和规格
编号 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 名称 职工公寓 食堂 办公楼 会议室 休闲中心 技术安全处 消防处 变、配电站 消防水池 水泵站 锅炉房 污水处理站 车库 长（m） 60 60 50 40 50 35 40 20 30 20 30 30 30 宽（m） 20 30 20 30 40 20 30 20 20 20 20 20 20 层数 5 2 4 2 3 2 1 1 1 1 1 1 1 面积（m2） 1200 1800 1000 1200 2000 700 1200 400 600 400 600 600 600
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第三章 总平面布置
3.1 分区布置
为了满足工厂生产、生活与发展的需要，充分考虑到工厂所处的地理位置和全年最小风频风向，周边的环境和生产过程中所涉及到的危险化学物质的危险性，工厂周边居住人群的人身财产安全，各个生产环节流程持续快速进行与火灾爆炸危险等多方面因素，把整个工厂大致划分成了四大区域：生产区、储存区、生活区、附属设施区。即从西到东依次为锅炉房、车库、办公楼、职工公寓、休闲中心；从北到南为办公楼技术安全处、消防水池、生产车间。
3.2 火灾危险类别的确定
3.2.1 生产工艺火灾危险分类
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，且当同一房间内，布置有不同火灾危险性类别的设备时，应按火灾危险性类别最高的设备确定。根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）（见附录Ⅰ中表A1生产的火灾危险性分类）可知压缩、换热、聚合反应、分离都是属于甲类生产。有如下理由：乙烯下限低于2.7％，生产类别为甲类，整个反应过程都基本贯穿着乙烯，所以属于甲类生产类别。聚乙烯属于易燃固体,造粒属于丙类。
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表3.1生产的火灾危险性划分
生产类别 使用或产生下列物质： （1）闪点＜28℃的易燃液体 （2）爆炸下限＜10%的可燃气体 （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水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸甲 的物质 （5）遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，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物质 （7）在压力容器内物质本身温度超过自燃点的生产 使用或产生下列物质 （1）闪点≥28~＜60℃的易燃、可燃液体 （2）爆炸下限≥10%的可燃气体 乙 （3）助燃气体和不属于甲类的氧化剂 （4）不属于甲类的化学易燃危险固体 （5）生产中排除浮游状态的可燃纤维或粉尘，并能与空气形成爆炸性混合物者 使用或产生下列物质 丙 （1）闪点≥60℃的可燃液体 （2）可燃固体 具有下列情况生产 （1）对非燃烧物质进行加工，并在高热或熔化状态下经常产生辐射热、火花或火焰的生产 丁 （2）利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行爆炸作其他用的各种生产 （3）常温下使用或加工难燃烧物质的生产 戊 常温下使用或加工非燃烧物质的生产 火灾危险性的特征 13
3.2.2 存储区火灾危险分类
根据储存库内所储存的物质的火灾危险性的特征确定该储存区的火灾危险类别，且当同一储存库内，布置有不同火灾危险性类别的设备时，应按火灾危险性类别最高的设备确定。根据《建筑设计防火规范》中的储存物品的火灾危险性分类，可确定各储存库的火灾危险类别分别为：6号储存库为甲类（乙烯爆炸下限2.7%），7号储存库为丙类（聚乙烯为可燃固体）。
表3.2贮存物品火灾危险性划分
贮存物品类别 储存物品的火灾危险性的特征 （1）闪点＜28℃的易燃液体 （2）爆炸下限＜10%的可燃气体 （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、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，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）在压力容器内物质本身温度超过自燃点的生产 （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 （1）闪点≥60℃的可燃液体 （2）可燃固体 难燃烧物品 非燃烧物品 甲 乙 丙 丁 戊 3.3 耐火等级的确定
3.3.1 生产区
根据生产区厂房的火灾危险类别，依据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)（厂房的耐火等级、层数和防火分区的最大允许建筑面积）确定各厂房的耐火等
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级及厂房面积。此次设计厂房全为单层厂房，编号1至5号生产车间火灾危险类别都为甲类，选择耐火等级为一级 ，厂房面积前五个分别为1000 m2、800 m2、800 m2、1500 m2、800 m2。
表3.3生产的火灾危险性划分
生产 类别 火灾与爆炸危险性的特征 使用或产生下列物质 （1）闪点＜28℃的易燃液体 （2）爆炸下限＜10%的可燃气体 （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、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，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）在压力容器内物质本身温度超过自燃点的生产 使用或产生下列物质 （1）闪点≥28~＜60℃的易燃、可燃液体 （2）爆炸下限≥10%的可燃气体 （3）助燃气体和不属于甲类的氧化剂 （4）不属于甲类的化学易燃危险固体 （5）生产中排除浮游状态的可燃纤维或粉尘，并能与空气形成爆炸性混合物者 使用或产生下列物质 （1）闪点≥60℃的可燃液体 （2）可燃固体 具有下列情况生产 （1）对非燃烧物质进行加工，并在高热或熔化状态下经常产生辐射热、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、液体进行爆炸作其他用的各种生产 （3）常温下使用或加工难燃烧物质的生产 常温下使用或加工非燃烧物质的生产 甲 乙 丙 丁 戊
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表3.4厂房的耐火等级、层数和防火分区的最大允许建筑面积
每个防火分区的最大允许建筑面积（m） 生产厂房的 最多允许层数 类别 耐火等级 厂房 除生产必须采用多一级 甲 二级 层 一级 乙 二级 一级 丙 二级 三级 一、二级 丁 三级 四级 一、二级 戊 三级 四级 6 不限 不限 2 不限 3 1 不限 3 1 4000 不限 8000 3000 不限 4000 1000 不限 5000 1500 3000 6000 4000 2000 不限 2000 － 不限 3000 － 1500 3000 2000 － 4000 － － 6000 － － － 500 500 － 1000 － － 1000 － － 不限 5000 4000 2000 － 层者外，宜采用单3000 2000 － － 4000 厂房 3000 厂房 － 房的地下室、半地下室 － 单层 多层 高层 地下、半地下厂房，厂2
3.3.2 储存区
根据库房的火灾危险类别，依据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)（表3.4库房的耐火等级、层数和占地面积）库房的耐火等级、层数和占地面积确定各库房的耐火等级及库房择耐火等级均为二级，面积均为600m2。
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表3.5贮存物品火灾危险性划分
贮存物品火灾与爆炸危险性的特征 类别 （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 甲 （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 （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 乙 （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 （1）闪点≥60℃的可燃液体 丙 （2）可燃固体 丁 戊
难燃烧物品 非燃烧物品
表3.6仓库的耐火等级、层数和面积
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每座仓库的最大允许占地面积和每个防火分区的最大允许建筑面积（m） 仓库最多储存物品类别 的 允许耐火层数 等级 每座防火每座防火每座防火防火分区 仓库 分区 仓库 分区 仓库 分区 3、4项 一级 1 甲 1、2、一、1 5、6项 二级 一、1、3、 二级 4项 三级 乙 一、2、5、 二级 6项 三级 一、5 1项 丙 一、不限 6000 1500 4800 1200 4000 1000 2项 二级 3 三级 一、不限 不限 3000 不限 1500 4800 1200 二级 丁 三级 1 四级 一、戊 二级 三级 不限 不限 不限 不限 2000 6000 1500 3 1 3000 1000 2100 700 2100 700 — — — — — — 1000 — — 2100 700 — — — — — 3 3000 1000 1500 500 — — — 500 2100 700 1200 400 — — — 300 二级 1 三级 1200 400 — — — — — 4000 1000 2800 700 — — 150 1 900 300 — — — — — 5 2800 700 1500 500 — — — 1 500 250 — — — — — 3 2000 500 900 300 — — — 750 250 — — — — — 180 60 — — — ─ — 室、半地下室 单层仓库 多层仓库 高层仓库 库或仓库的地下地下、半地下仓2 18
四级
3.3.3 生活区
根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)（民用建筑的耐火等级、最多允许层数和防火分区最大允许建筑面积）。职工公寓耐火等级设为二级，建筑层数5层，建筑面积1200m2。食堂耐火等级三级，层数2层，建筑面积1800m2。办公楼耐火等级三级，建筑层数4层，建筑面积1000m2。会议室耐火等级设为三级，建筑层数二层，建筑面积1200m2。休闲中心耐火等级二级，建筑层数为三层，建筑面积2000m2。技术安全处耐火等级三级建筑层数2层，建筑面积700m2。消防处耐火等级二级，建筑层数单层，建筑面积1200m2。
3.3.4 附属设施区
根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)8.6.4 独立建造的消防水泵房，其耐火等级不应低于二级。附设在建筑中的消防水泵房应按本规范第7.2.5条的规定与其它部位隔开。故在此设计为耐火等级为一级，建筑面积为400m2，单层。其它像车库设为三级，建筑面积为600m2，单层。变、配电站和消防水池、锅炉房、污水处理站都设为二级，单层，建筑面积分别为400m2 、600m2 、600m2 、600m2。
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3.7民用建筑的耐火等级、最多允许层数和防火分区最大允许建筑面积
防火分区的最大耐火 等级 最多允 允许建筑面积许层数 （m2） 1.体育馆、剧院的观众厅，展览建筑的展厅，其防火分区最大允许建筑面积可适当放宽。 按本规范一、第1.0.2条二级 规定 及四层以上楼层或地下、半地下建筑（室）内。 1.托儿所、幼儿园的儿童用房和儿童游乐厅等儿童活动场所、老年人建筑和医院、疗养院的住院部分不应超过2层或设置在三层及三级 5层 1200 三层以上楼层或地下、半地下建筑（室）内。 2.商店、学校、电影院、剧院、礼堂、食堂、菜市场不应超过2层或设置在三层及三层以上楼层。 学校、食堂、菜市场、托儿所、幼儿园、老四级 2层 600 年人建筑、医院等不应设置在二层。 2500 等儿童活动场所不应超过3层或设置在四层2.托儿所、幼儿园的儿童用房和儿童游乐厅备 注
3.4 防火间距
3.4.1 防火间距设计原则
本次设计各建构筑物之间的防火间距的设计主要根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)，总平面布置的防火间距的要求作为最低标准进行确定。并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，该工厂的生产区有甲类和丙类厂房，储存区有甲、丙类两种库房。
甲类厂房与重要公共建筑之间的防火间距不应小于50.0m。与明火或散发火
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花地点之间的防火间距不应小于30.0m，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，和丙类厂房建筑之间间距为25 m。
甲类仓库之间的防火间距不应小于12.0m，甲类仓库与高层仓库之间的防火间距不应小于13m，与民用建筑之间的防火间距不宜小于25.0m，与重要公共建筑之间的防火间距不宜小于30.0m。具体规定见下表：
表3.8厂房的防火间距
表3.9仓库的防火间距
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3.4.2 防火间距的确定
根据以上原则，再考虑工厂整体布局的整齐美观，工厂内各建构筑物之间的防火间距确定见表3.8。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.
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第四章 防爆电气的设计
4.1 划分爆炸危险区域
在根据有关标准和规范划分的同时．还应参考以往的经济和行业特点。既要保证生产装置的安全可靠．又要避免人为提高爆炸危险区域等级．而造成工程投资浪费。
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)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。 在每个工程项目中，每一台加工设备(如罐、泵、管道 容器等)，其内部含有易燃性物料，就应视为潜在释放源。
在场所分类中，首先应按易燃物质的释放频繁程度和持续时间长短确定释放源的等级。根据规范规定共分为三级：
1.连续级释放源：预计长期释放或短时频繁释放的释放源，可划为连续级释放源。
2.第一级释放源：预计正常运行时周期或偶尔。
3.第二级释放源：预计在正常时不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源，可划为第二级释放源。
1. 存在连续级释放源的区域可划为0区； 2．存在第一级释放源的区域可划为1区； 3．存在第二级释放源的区域可划为2区。
1号车间是将乙烯所处的环境压缩到反应所需压力的车间，知该生产区域存在的释放源是在正常时不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源，为第二级释放源，存在第二级释放源的区域可划为2区。
4.2 防爆电气选择
根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)第2.5.2条 爆
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炸性气体环境电气设备的选择应符合下列规定：
一、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。
二、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。
三、爆炸危险区域内的电气设备，应符合周围环境内化学的、机械的、热的、霉菌以及风沙等不同环境条件对电气设备的要求。第2.5.3条 各种电气设备防爆结构的选型应符合下列规定：
(1)旋转电机防爆结构的选型应符合表4.1的规定：
表4.1电气设备防爆结构的选型 （注：○为适用；△为慎用；X为不适用）；
危险区域 防爆电器 电器 设备 隔爆型d 正压型p 2区 增安型e 无火花型n 鼠笼型感应电动机 绕线型感应电动机 同步电动机 直流电动机 电磁滑差离合器 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ × △
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(2)低压变压器防爆结构的选型应符合表4.2的规定：
表4.2变压器防爆结构的选型
危险区域 防爆电器 电器 设备 变压器(包括起动用) 电抗线圈(包括起动用) 仪表用互感器 2区 充油型n ○ ○ ○ 隔爆型d 正压型p 增安型e ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
(3)低压开关和控制器类防爆结构选型应符合表4.3的规定：
表4.3低压开关和控制器类防爆结构的选型
(4)灯具类防爆结构的选型应符合表4.4的规定：
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表4.4 B4灯具类防爆结构的选型
2区 危险区域 防爆电器 电器设备 隔爆型d 增安型e 固定式灯 移动式灯 携带式电池灯 指示灯类 镇流器 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
(5)信号报警装置等电气设备防爆结构的选型应符合表4.5的规定：
表4.5信号报警装置等电气设备防爆结构的选型
危险区域 防爆电器 电器设备 信号报警装置 插接装置 接线箱（盒） 电气测量表计
本质安全型隔爆型d 正压型p ia ib ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 增安型e 2区
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第五章 泄爆方式确定及泄爆面积计算
5.1 泄爆方式
根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)
第3.6.1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式。其承重结构宜采用钢筋混凝土或钢框架、排架结构。
第3.6.2条 有爆炸危险的甲、乙类厂房应设置泄压设施。
第3.6.4条 泄压设施宜采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等，不应采用普通玻璃。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。作为泄压设施的轻质屋面板和轻质墙体的单位质量不宜超过60kg/m2。屋顶上的泄压设施应采取防冰雪积聚措施。
第3.6.5 散发较空气轻的可燃气体、可燃蒸气的甲类厂房，宜采用轻质屋面板的全部或局部作为泄压面积。顶棚应尽量平整、避免死角，厂房上部空间应通风良好。
第3.6.6条 散发较空气重的可燃气体、可燃蒸气的甲类厂房以及有粉尘、纤维爆炸危险的乙类厂房，应采用不发火花的地面。采用绝缘材料作整体面层时，应采取防静电措施。散发可燃粉尘、纤维的厂房内表面应平整、光滑，并易于清扫。
第3.6.7条 有爆炸危险的甲、乙类生产部位，宜设置在单层厂房靠外墙的泄压设施或多层厂房顶层靠外墙的泄压设施附近。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。
第3.6.13条 有爆炸危险的甲、乙类仓库，宜按本节规定采取防爆措施、设置泄压设施。
由此储存乙烯的仓库宜采用轻质屋面板的全部或局部作为泄压面积，顶棚应尽量平整、避免死角，厂房上部空间应通风良好。生产车间编号1至5号和储存聚乙烯的仓库应采用不发火花的地面，宜采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等。
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5.2 泄爆面积的计算
根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)第3.6.3条有爆炸危险的甲、乙类厂房，其泄压面积宜按下式计算，但当厂房的长径比大于3时，宜将该建筑划分为长径比小于等于3的多个计算段，各计算段中的公共截面不得作为泄压面积：
A=10×C×V2/3
式中 ：A－泄压面积，m；
V－厂房的容积，m3；
C－厂房容积为1000m3时的泄压比。
表5.1厂房内爆炸性危险物质的类别与泄压比值（m2/m3）
厂房内爆炸性危险物质的类别 氨以及粮食、纸、皮革、铅、铬等K尘＜10MPa·m·s的粉尘 木屑、炭屑、煤粉、锑、锡等10MPa·m·s≤K尘≤30MPa·m·s的粉尘 丙酮、汽油、甲醇、液化石油气、甲烷、喷漆间或干燥室以及苯酚树脂、铝、镁、锆等K尘＞30MPa·m·s的粉尘 乙烯 乙炔 氢 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.25 -1-1-1-12
C值 ≥0.030 ≥0.055 ≥0.110 注：长径比为建筑平面几何外形尺寸中的最长尺寸与其横截面周长的积和4.0 倍的该建筑横截面积之比。
首先求长径比，以生产车间1为例：
已知车间长宽高分别为50m、20m、8m，其横截面周长为(20+8+20+8=56m),横截面积(20×8=160m)。长径比=(50×56)÷(160×4.0)=4.375>3
因为屋顶的面积为25×10=250m2大于泄爆面积，采用轻质屋顶泄爆即可。 先将其平均划分成两区域，每个小的区域的长为25m，宽为10m。且长径比相同，计算如下：
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长径比=(25×56)÷(160×4.0)=2.1875<3
故可以根据式 A=10×C×V2/3来计算。其中V=25×10×8=2000m3，C取0.11，则可得：
A=10×0.11×20002/3=174.6m2
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第六章 消防灭火器的配备
6.1 灭火器的选择
针对生产车间和储存仓库来进行灭火器的配置。根据《建筑灭火器配置设计规范》(GB50140-2005)[7]第3.1.1条 灭火器配置场所的火灾种类应根据该场所内的物质及其燃烧特性进行分类；第3.1.2条 灭火器配置场所的火灾种类可划分为以下五类：
1 A类火灾：固体物质火灾。
2 B类火灾：液体火灾或可熔化固体物质火灾。 3 C类火灾：气体火灾。 4 D类火灾：金属火灾。
5 E类火灾(带电火灾)：物体带电燃烧的火灾
储存的原料乙烯属于C类火灾，储存的成品为聚乙烯属于A类火灾，生产车间涉及到乙烯和聚合出的聚乙烯。根据第3.2.1条 工业建筑灭火器配置场所的危险等级，应根据其生产、使用、储存物品的火灾危险性，可燃物数量，火灾蔓延速度，扑救难易程度等因素，划分为以下三级：
1 严重危险级：火灾危险性大，可燃物多，起火后蔓延迅速，扑救困难，容易造成重大财产损失的场所；
2 中危险级：火灾危险性较大，可燃物较多，起火后蔓延较迅速，扑救较难的场所；
3 轻危险级：火灾危险性较小，可燃物较少，起火后蔓延较缓慢，扑救较易的场所。
依据附录Ⅲ中表C1工业建筑灭火器配置场所的危险等级举例，此处涉及的储存区火灾危险等级分别为严重危险级、中危险级、严重危险级，生产车间的火灾危险等级全为严重危险级。
据第4.2.1条 A类火灾场所应选择水型灭火器、磷酸铵盐干粉灭火器、泡沫灭火器或卤代烷灭火器。
第4.2.2条 B类火灾场所应选择泡沫灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器、磷酸
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铵盐干粉灭火器、二氧化碳灭火器、灭B类火灾的水型灭火器或卤代烷灭火器。极性溶剂的B类火灾场所应选择灭B类火灾的抗溶性灭火器。
第4.2.3条 C类火灾场所应选择磷酸铵盐干粉灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器、二氧化碳灭火器或卤代烷灭火器。
故此乙烯仓库选择碳酸氢钠干粉灭火器，聚乙烯成品库选碳酸氢钠干粉灭火器，生产车间选碳酸氢钠干粉灭火器。
6.2 灭火器设置与配置
根据《建筑灭火器配置设计规范》(GB50140-2005)第5.1.1～5.1.5条的相关规定：
5.1.1 灭火器应设置在位置明显和便于取用的地点，且不得影响安全疏散。 5.1.2 对有视线障碍的灭火器设置点，应设置指示其位置的发光标志。 5.1.3 灭火器的摆放应稳固，其铭牌应朝外。手提式灭火器宜设置在灭火器箱内或挂钩、托架上，其顶部离地面高度不应大于1.50m；底部离地面高度不宜小于0.08m。灭火器箱不得上锁。
5.1.4 灭火器不宜设置在潮湿或强腐蚀性的地点。当必须设置时，应有相应的保护措施。灭火器设置在室外时，应有相应的保护措施。
5.1.5灭火器不得设置在超出其使用温度范围的地点。
根据5.2.1设置在A类火灾场所的灭火器，其最大保护距离应符合表6.1的规定。5.2.2设置在B、C类火灾场所的灭火器，其最大保护距离应符合表6.2的规定：
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表6.1 A类火灾场所的灭火器最大保护距离(m)
灭器型式 手提式灭火器 危险等级 严重危险级 15 30 推车式灭火器 中危险级 20 40 轻危险级 25 50
表6.2 B、C类火灾场所的灭火器最大保护距离(m)
灭器型式 手提式灭火器 危险等级 严重危险级 中危险级 轻危险级 9 12 15 18 24 30 推车式灭火器 根据6.2.1 A类火灾场所灭火器的最低配置基准应符合表6. 3的规定，6.2.2 B、C类火灾场所灭火器的最低配置基准应符合表6.4的规定：
表6.3 A类火灾场所灭火器的最低配置基准
危险等级 单具灭火器最小3A 配置灭火级别 单位灭火级别最大保护面积 (m/A) 2严重危险级 中危险级 轻危险级 2A 1A 50 75 100
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表6.4 B、C类火灾场所灭火器的最低配置基准
危险等级 单具灭火器最小配89B 置灭火级别 单位灭火级别最大0.5 保护面积 (m/B) 2严重危险级 中危险级 轻危险级 55B 21B 1.0 1.5
对储存聚乙烯成品仓库的最小需配灭火级别应按下式计算：
QSU 式中 Q ——计算单元的最小需配灭火级别（A或B）； S ——计算单元的保护面积（m2）；
U ——A类或B类火灾场所单位灭火级别最大保护面积（m2/A或 m2/B）； K ——修正系数。
根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)8.3.1 建筑占地面积大于300m2(此处的建筑面积600m2)的厂房(仓库)应设置DN65的室内消火栓。根据《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-2008)8.7.1和8.7.2 聚乙烯属于丙类故体，应采用碳酸氢钠干粉灭火器。所以室内应设消火栓系统和灭火器，故
K=0.5(修正系数选取见表6.5)，火灾危险等级为严重危险级。 储存聚乙烯成品仓库
S=30×20=600m2， U=0.5
经计算 Q =600
根据6.3.4对储存二硫化碳成品仓库中每个灭火器设置点的最小需配灭火级别应按下式计算： Qe
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Q N
式中 Qe ——计算单元中每个灭火器设置点的最小需配灭火级别（A或 B） ； N ——计算单元中的灭火器设置点数（个）。
在每个设置点处都设置有手提式灭火器，由表6.2.2可知最大保护距离为9m，根据厂房的面积可以确定厂房的设置点数为6，即N=6。
又 Q =600， 所以有 Qe =600÷6=100B
由于此处灭火器的最小配置灭火级别为89B，所以由《建筑灭火器配置设计规范》(GB50140-2005)附录A(见附录Ⅲ表C1手提式灭火器类型、规格和灭火级别与表C2推车式灭火器类型、规格和灭火级别)在每个设置点选择2个MF6型手提式灭火器。
在储存二硫化碳成品仓库共设置6个配置点，在每个设置点选择2个碳酸氢钠干粉提式灭火器。设置点如图6.6所示：
表6.5修正系数
计算单元 未设室内消火栓系统和灭火系统 设有室内消火栓系统 设有灭火系统 设有室内消火栓系统和灭火系统 可燃物露天堆场 甲、乙、丙类液体储罐区 可燃气体储罐区 0.3 K 1.0 0.9 0.7 0.5
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图6.6 灭火器设置点
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总结
通过这次课程设计，了解了高压聚乙烯企业防火防爆设计的一般程序，同时对《防火防爆》和《化工安全》这两门课有了系统的认识与掌握，从以前的无所适从到现在至少知道防火防爆技术的一般性知识，先要根据工厂的整体特征选择厂址，既要满足化工生产的各方面需求，又能不对周围环境造成不良影响。然后了解生产工艺流程，对厂区进行区域划分及生产过程中可能遇到的火灾爆炸危险，确定各个区域内建构筑物的功能，判断出各个车间和仓库的火灾危险类别和耐火等级，通过查询规范设定各个场所的面积高度，从而进行防火间距的设定，对工厂进行总平面布置，最后选择火灾爆炸危险性较大的厂房进行爆炸危险区域划分，防爆电气设备选型，并确定厂房的泄爆方式和灭火器的配置。
此外，防火防爆设计离不开各种法律、规范和标准，这就很需要我们去认识，并加于应用，使我们的设计有法可依、有理可据。在这里应特别注意标准、规范等实施的期限，不要使用过期的标准、规范。
总的来说，这次课程设计使自己分析问题更加全面，学会了使用标准、规范；对绘制工厂总的平面布置图方面加深了自己作图能力的锻炼；学会了诸如泄爆面积的计算、灭火器配置设计计算等方法。但同时也遇到一些问题，如防火间距的确定等。
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参考文献
【1】国家安全生产监督管理总局公告（2010年第2号）。
【2】杨泗霖. 防火与防爆. 北京: 首都经济贸易大学出版社, 2006。 【3】高压法聚乙烯的技术改进和发展--《合成树脂及塑料》。 【4】高压法聚乙烯--《塑料工业》。 【5】建筑设计防火规范.GB50016-2006。
【6】爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范.GB50058-92。 【7】建筑灭火器配置设计规范.GB50140-2005。 【8】总图制图标准.GB/T50103-2001。
【9】爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范.GB50058-92。 【10】总图制图标准.GB/T50103-2001。
【11】建筑灭火器配置设计规范 GB50140-2005。
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