吉林建筑大学
防火防爆技术课程设计设计题目某加油站防火防爆设计
姓名张剑侠
学号03411117
班级安全111班
专业安全工程
学院市政与环境工程学院
指导教师张智超刘辉
2014年1月
第一章概述 (3)
1.1 相关规范、标准 (3)
1.2 加油站的基本情况 (3)
第二章汽油、柴油的性质及火灾爆炸危险性 (4)
2.1 汽油的性质 (4)
2.2 柴油的性质 (4)
2.3 加油站火灾、爆炸危险特性 (5)
第三章总平面的布置 (7)
3.1 功能分区 (7)
3.2 耐火等级的确定 (7)
3.3. 选址和布置 (9)
3.3.1加油站的选址 (9)
3.3.2防火间距 (9)
3.3.3加油岛的设计应符合下列规定： (12)
3.3.4液化石油气罐的布置应符合下列规定： (12)
第四章防爆电器设计 (14)
4.1 爆炸和火灾危险场所等级的划分 (14)
4.2 爆炸性混合物分级分组 (14)
3.3防爆电气设计 (15)
第五章汽油罐区危险性分析 (18)
5.1 危险性分析 (18)
5.2 蒸汽云爆炸事故机理 (19)
5.3 蒸气云爆炸特点 (20)
5.4 蒸汽云爆炸计算 (21)
5.5 爆炸极限 (22)
5.6 爆炸温度 (22)
5.7 爆炸压力 (23)
5.8 爆炸力 (23)
第六章灭火器配置设计 (24)
6.1 灭火器配置场所的火灾种类和危险等级 (24)
6.1.1火灾种类的划分 (24)
6.1.2危险等级的划分 (24)
6.2 划分计算单元 (25)
6.3 灭火器的配置 (27)
6.4 灭火器配置设计计算 (27)
第七章加油站的安全管理措施 (30)
参考文献 (31)
【摘要】随着经济建设的飞速发展，人民生活水平的提高，机动车数量的增加，汽车加油加气站数量也快速增多。加油站储存、销售都是易燃、易爆的石油类商品，属于高危风险行业。因此对加油站的防火防爆设计中，加油站的选址，设计防火间距，防爆电器的选择，灭火器的配置等，对今后加油站的安全尤为重要。【关键词】加油站；防火间距；防爆电器;灭火器；安全管理
第一章概述
1.1 相关规范、标准
1.建筑灭火器配置设计规范GB50140-2005
2.石油化工企业设计防火规范GB50160-2008
3.汽车加油加气站设计与施工规范GB50156-2002（2006版）
4.建筑设计防火规范GB50016-2006
5.炼油化工企业设计防火规范YHS01-78
6.加油站消防安全管理规范
7.危险化学品重大危险源辨识GB18218-2009
8.防火防爆技术
1.2 加油站的基本情况
表1-1
第二章汽油、柴油的性质及火灾爆炸危险性
2.1 汽油的性质
1、汽油是无色或淡黄色的易流动、易挥发和易燃液体，具有特殊臭味，易燃，热值约为46000KJ/Kg。汽油不溶于水，易溶于苯、二硫化碳和醇。主要成分为C4～C12脂肪烃和环烃类，并含少量芳香烃和硫化物。按研究法辛烷值分为90号、93号、97号三个牌号。沸点范围约初馏点30℃至205℃。
2、汽油的密度：标准大气压下，常温下，汽油的密度在0.73到0.8之间。90号汽油的平均密度为0.72g/ml； 93号汽油的密度为0.725g/ml； 97号汽油的密度为0.737g/ml。
3、汽油的爆炸极限：74～123mg/m3
4、燃点：无固定燃点。
5、闪点：汽油的闪点：－50～－20℃。
2.2 柴油的性质
1、柴油是一种轻质石油产品，为压燃式发动机（即柴油机）燃料，是复杂的烃类（碳原子数约10～22）。分为轻柴油(沸点范围约180～370℃)和重柴油（沸点范围约 350～410℃）两大类。柴油的密度密度: (820kg/m3-860k/m3) 国标柴油的密度范围为0.810～0.855，在此范围内的柴油均可正常使用。
2、柴油的密度和流动性会随着温度的变化而变化。标准密度为：零号轻柴油也就是车用柴油，在摄氏20度时与水的比重为0.84-0.86。一公斤柴油大概是1.162—1.190（升）一升柴油大概是0.84-0.86（公斤）轻柴油按质量分为优质品,一级品和合格品三个等级,按凝点分为10号,0号,-10号,-20号,-35号和-50号六个牌号,10号轻柴油表示其凝点不高于10℃,其余类推.轻柴油用作柴油汽车,拖拉机和各种高速(1000r/min以上)柴油机的燃料.根据不同气温,地区和季节,选用不同牌号的轻柴油.气温低,选用凝点较低的轻柴油,反之,则选用凝点较高的轻柴油.重柴油是中,低速(1000r/min以下)柴油机的燃料,一般按凝点分为10号,20号和30号三个牌号,转速越低,选用的重柴油凝点越高.
3、凝点可以-20摄氏度以下。热值为10800千卡/千克。
4、柴油的闪电：55℃以上。
2.3 加油站火灾、爆炸危险特性
（一）设施方面
1.埋地油罐不设固定装置
有的加油站将油罐直埋地下，不设固定装置，有的直埋地面水位以下，夏季遇长期雨天，油罐四周就会积满雨水。水有强大浮力，油罐可能浮起，将与其连接的管道拉断，使油罐变形，造成跑油甚至火灾事故。
2.油罐通气管管口没有安装阻火器
加油站的埋地油罐与油库的地上油罐不同，埋地油罐内气体空间的昼夜温差不大，不会产生小呼吸，而大呼吸时呼吸阀对减少油品损耗不起作用，安上呼吸阀反而增加了卸油阻力，延长卸油时间，故不必安装呼吸阀。但为了防止外面的火源引入油罐内，造成事故，通气管口必须按规定安装阻火器。
3.油罐设在建筑物内或地下室内
如果油罐设在建筑物内或地下室内，必然需要安装量油孔、闸阀和法兰等附件，这些附件有可能成为爆炸危险性气体的释放源。泄漏和喷溅式卸油管挥发的油气，会由于通风不良积聚在室内，人员进入容易中毒，遇火源会发生火灾爆炸事故。采用喷溅式卸油，油气积聚在室内无法扩散，遇火花会发生爆炸。因此，加油站油罐的安装必须为直埋地下式，严禁设在建筑物内或地下室内。
4.违规使用明火、电炉
《建筑设计防火规范》明确规定，油罐与明火的距离是：一级加油站30m；二级加油站25m；三级加油站17.5m。但是，一些加油站的营业室、值班室与油罐的距离达不到安全规定，营业室和值班室内有吸烟、用明火做饭、使用电炉等现象，容易发生火灾事故。
5.电气设备安装不符合安全要求
有的营业室及值班室内的照明线路不按要求敷设，开关不符合防爆要求，进线口不密封，有的加油机线路型号不符合规定，油气浸蚀会使电缆外皮脱落，造成短路，引起火灾。
（二）操作方面
操作方面，卸油、量油、加油、清罐4个环节易发生事故。
1.卸油
加油站火灾事故的60%～70%发生在卸油环节，常见事故有以下几种。
油罐漫溢。卸油时，如果没有及时监测液位，可能造成油品跑冒。溢出的油品挥发，使空气中可燃蒸气的浓度迅速上升，达到或超过爆炸极限，遇火星发生燃爆。油品漫溢时，使用金属容器刮舀，开启电灯照明观察，开窗通风，均会产生火花。
油品滴漏。卸油胶管破裂、密封垫破损、快速接头紧固栓松动等原因，可能使油品滴漏至地面，遇火花引起燃烧。
静电起火。油管无静电接地、采用喷溅式卸油、卸油中油罐车无静电接地等原因，会造成静电积聚放电，引燃油气。
卸油中遇明火。在非密封卸油过程中，大量油蒸气从卸油口溢出，如果周围有火花，就会产生爆炸燃烧。
2.量油
油罐车送油到站后，应静置1min，待静电消除后方可开盖量油。如果车到立即开盖量油，可能发生静电起火。如果油罐未安装量油孔或量油孔铝质(铜质)镶槽脱落，在储油罐量油时，量油尺与钢质管口摩擦，可能产生火花，点燃油气。在气压低、无风的环境下，操作人员穿化纤服装，摩擦产生的静电火花也会引燃油气。
3.加油
目前，国内大部分加油站未采用密封加油技术，加油时，油气弥漫，在加油口附近形成一个爆炸危险区域，遇烟火、使用手机、铁钉鞋摩擦、金属碰撞、电器打火、发动机排气管喷火等，都可能导致火灾。
4.清罐
在加油站油罐清洗作业时，由于无法彻底清除油气和沉淀物，残余油气遇静电、摩擦、电火花等，都会导致火灾。
第三章总平面的布置
3.1 功能分区
加油站主要经营汽油、柴油、机油等危险化学品。根据功能，可将其分为储罐区、加油区、辅助区等。辅助区分为餐厅、卫生间、宿舍、配电室、仓库、办公区、零售商店、收费大厅等。
3.2 耐火等级的确定
表3.2.1 储存物品的火灾危险性类别
表3.2.2 厂房（仓库）建筑构件的燃烧性能和耐火极限
根据表3.2.1和表3.2.2确定加油站火灾危险性为甲类，确定耐火等级为一级。
3.3. 选址和布置
3.3.1加油站的选址
在进行区域规划时，应根据石油化工企业及其相邻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。
1.石油化工企业的生产区宜位于邻近城镇或居民区全年最小频率风向的上风侧。
2.在山区或丘陵地区，石油化工企业的生产区应避免布置在窝风地带。
3.石油化工企业的生产区沿江河岸布置时，宜位于邻近江河的城镇、重要桥梁、大型锚地、船厂等重要建筑物或构筑物的下游
3.3.2防火间距
将加油站划分等级，站内设罐区，内设埋地汽油罐3台，单罐容积20 m3m3，
罐区油罐总容积经折算为80 m3，单罐容积为20 m3，由表可知，该加油站为
加油站的围墙设置应符合下列规定：
1．加油加气站的工艺设施与站外建、构筑物之间的距离小于或等于25m以及小于或等于表3.3.2中的防火距离的1．5倍时，相邻一侧应设置高度不低于2．2m 的非燃烧实体围墙。
2 ．加油加气站的工艺设施与站外建、构筑物之间的距离大于表3.3.2中的防火距离的1.5倍，且大于25m时，相邻一侧应设置隔离墙，隔离墙可为非实体围墙。
3．面向进、出口道路的一例宜设置非实体围墙，或开敞。
4. 车辆入口和出口应分开设置。
站区内停车场和道路应符合下列规定：
1．单车道宽度不应小于3.5m，取4.5m。双车道宽度不应小于6m，取8m。
2．站内的道路转弯半径按行驶车型确定，且不宜小于9m；道路坡度不应大于6％，且宜坡向站外；在汽车槽车(含子站车)卸车停车位处，宜按平地设计。
3．站内停车场和道路路面个应采用沥青路面。
4.加油岛及汽车加油场地宜设罩棚，罩棚应采用非燃烧构料制作，其有效高度不应小于4.5m，取5m。罩棚边缘与加油机的平面距离不宜小于2m，取2.5m。
3.3.3加油岛的设计应符合下列规定：
1.加油岛应高出停车场的地坪0.15～0.2m。
2.加油岛的宽度不应小干1.2m，取1.2m。
3.加油岛上的罩棚支柱距岛端部，不应小于0.6m。
3.3.4液化石油气罐的布置应符合下列规定：
1.埋地罐之间距离不应小于2m，罐与罐之间应采用防渗混凝土墙隔开。如需设罐池，其池内壁与罐壁之间的净距离不应小于1m。
加油加气站内设施之间的防火距离，不应小于下表的规定：
表3.3.3站内设施之间的防火距离（m）
所以根据《建筑设计防火规范》的规定以及3.3.2和3.3.3表可确定各建筑物尺寸，其中:
地下油罐区与站外道路路边距离为不小于8m，取20m
埋地油罐之间相距不小于0.5m，取0.5m。
埋地油罐与东风路之间距离取30m。
地下油罐区与站房不小于4m取27m。
地下油罐区与站区围墙不小于3m，取与北围墙距30m，与南围墙距38m。
配电室与地下油罐区不小于5m，取该距离为30m。
加油机与站房不小于5m，取加油机距站房的距离为15m。
加油机与配电室不小于6m，取该距离为7m。
加油机与埋地油罐的距离不小于15m，取16m。
第四章防爆电器设计
4.1 爆炸和火灾危险场所等级的划分
爆炸危险场所的等级分为三类8级，由高到低分为Q-1、Q-2、Q-3、G-1、G-2、H-1、H-2、H-3。
Q-1、Q-2、Q-3为有可燃气体或易燃液体蒸汽爆炸危险场所；
G-1、G-2为有可燃粉尘和可燃纤维爆炸危险场所；
H-1、H-2、H-2为有火灾危险场所。
所以加油岛、油罐区、仓库为Q-1，其他地方为H-1
4.2 爆炸性混合物分级分组
在爆炸危险场所内选用电气设备时，不但要按爆炸危险场所的危险程度选型，而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。爆炸性混合物按传爆间隙大小的危险程度不同，分为4级，并据此制造适用于各种爆炸性混合物的隔爆型电气设备。各种爆炸性混合物按自燃点的高低分为a、b、c、d、e五组，并据此制造适用于不同自燃点的各种类型的防爆电气设备。
表4.1爆炸性混合物按传爆间隙和自然点温度分级分组及举例
注：①该间隙按长度为25mm时的最大不传爆宽度（mm）表示
表4.2爆炸危险场所电气设备的极限温度和极限温升
注：极限温度指环境温度为40℃时的允许温升
3.3防爆电气设计
表4.3 低压变压器类防爆结构的造型
表4.4 低压开关和控制器类防爆结构的选型
注：①电抗起动器和起动补偿器采用增安型时，是指将隔爆结构的起动运转开关操作部件与增安型防爆结构的电抗线圈或单绕组变压器组成一体的结构。
②电磁摩擦制动器采用隔爆型时，是指将制动片、滚筒等机械部分也装入隔爆壳体内者。
③在2区内电气设备采用隔爆型时，是指除隔爆型外，也包括主要有火花部分为隔爆结构而其外壳为增安型的混合结构。
表4.5 灯具类防爆结构的选型
加油站为甲类火灾危险性，罐区、加油岛、仓库应设隔爆型、防爆通风充气型。辅助区可采用任意一级隔爆型、防爆通风充气型。根据表4.3，表4.4及表4.5可知，灯具、低压开关和控制器、低压变压器都以隔爆式为主。
第五章汽油罐区危险性分析
火灾事故是在可燃物、助燃物和点火源3个基本条件同时存在并相互作用时才发生的。爆炸与燃烧在本质上是相同的,爆炸是瞬间的燃烧,火灾和爆炸可随条件而转化。因此分析火灾爆炸危险性主要从可燃物的物料特性、助燃物和点火源3个方面进行分析。
5.1 危险性分析
一、物料的特性
（一）挥发性:汽油、柴油主要是由烷烃、环烷烃组成。汽油中碳原子数为5～12个,柴油的碳原子数为15～25个。碳原子数16个以下为轻质馏分,极易挥发,随着温度和压力的上升,油料挥发的也越快。挥发的油蒸气迅速与空气混合,形成可燃混合气,一旦遇到足够的点火能量,就会引发火灾爆炸事故。
（二）易燃性:汽油的闪点较低。介于-58～10℃之间,属于甲B类火灾危险品。汽油的燃烧速度为82～96[kg/(m2?h)],水平传播速度也较大,即使在封闭的储油罐内,火焰传播速度也可达2～4m/s。总之,油库储运的汽油极易发生燃烧,其火灾爆炸危险性很大。
（三）扩散性:油料的扩散性对火灾爆炸危险的影响主要表现在以下3个方面:
1)油料的泄漏:泄漏的油料液体会沿着地面或设备设施流向低洼处,同时吸收周围热量,挥发形成蒸气;由于泄漏的油蒸气较空气重,因此也会沿着地面扩散,窜入地下管沟,极易在非防爆区域或防爆等级较低的场所引起火灾爆炸事故。
2)油料的流动性:汽、柴油液体具有很强的流动性,在罐区、汽车加油站、装车站和泵棚等场所易发生漏油事故,油料会沿着地面或设备流淌扩散,从而使火灾范围扩大,增加了灭火难度和火灾损失。
3)油蒸气的扩散性:油蒸气的密度比空气略大,且很接近,受风影响会随风飘散,即使无风时也能沿地面扩散到数十米之外,并易积聚在低洼地带或渗透到地下管沟中,一旦遇到明火等诱导因素,就会发生燃爆。可燃混合气团的漂移难以控制,对火灾的蔓延和扑救工作有很大影响。
二、助燃物
助燃物的种类很多,对油库来说,油品暴露在空气中,空气中的氧气是油库火灾爆炸事故发生的天然助燃物。
三、点火源
①明火:油库汽车加油站等处存在机动车辆排烟带火,各危险场所现场吸烟
及违章动火等不安全因素,可产生明火或散发火花。
②电气火花:装置中有大量电气设备、设施,如电气设备设计选型不当,防爆性能不符合要求,或电气设备、设施未采取可靠的保护措施时,在开关断开、接触不良、短路、漏电时易产生电弧、电火花等。
③静电火花:汽、柴油在生产装卸过程中会因流动、搅拌、过滤、冲击、震荡、磨擦而产生静电,若防静电措施未落实或不可靠,储罐、容器、管路及各种金属设备、设施上积聚的静电荷与周围物体形成一定的电位差而放电,静电放电产生的火花易引发火灾爆炸事故。此外,人体穿化纤衣服而又穿胶鞋、塑料鞋之类的绝缘鞋时,由于行走、工作、运动中磨擦或穿脱衣服而产生静电也可引发火灾爆炸事故。
④雷电能:若防雷设施不齐全或储罐、建(构)筑物防雷接地措施不符合要求,在雷雨天气里有可能引发火灾爆炸事故。
⑤杂散电流:由于电化学腐蚀、阴极保护等引起的杂散电流窜入危险场所也是火灾爆炸事故发生的原因之一。
⑥碰撞磨擦火花:金属设备、设施与物体之间的碰撞磨擦或机械撞击等产生的火花也可能引发火灾爆炸事故。
⑦棉布自燃:设备检修和擦洗油罐使用过的棉布等,若不及时清理而任其自
然堆积,将导致棉布自发放热,达到堆放物的燃点即可自燃。所以浸有油料的棉布等,必须及时回收,妥善处理。
5.2 蒸汽云爆炸事故机理
蒸气云爆炸事故机理蒸气云爆炸(UVCE)是由于气体或易于挥发的液体燃料的大量快速泄漏，与周围空气混合形成覆盖很大的范围的“预混云”，在某一有限制空间遇点火而导致的爆炸。
导致UVCE发生的事故原因也是有多种的，主要包括阀门泄漏、法兰失效泄漏、
管线失效（损坏、破裂、腐蚀）、储罐失效（破裂、裂缝、腐蚀、超压、冲击作用）、阀门开启、满装外溢等因素导致危险物质泄漏，形成气云被引爆。
UVCE的发生大多数是由于储存物质的设备罐体在机械、化学或热作用下发生破坏而导致大量液化气泄漏所引起的，此外工作人员在装运取样等日常业务中是否正确操作，也是导致罐内液化气泄漏的一个重要因素。罐体破裂是导致UVCE发生的直接原因，因此研究罐体破裂的原因是研究UVCE事故机理的重点。液化气容器在受到机械作用（如撞击、打击）、化学作用（如腐蚀）或热作用（如火焰环境、热冲击）时，由于所收作用程度的不同，容器会发生以下几种破裂模式。容器破裂导致蒸气云爆炸机理，见图4.1。
（1）容器罐体突然炸裂，产生巨大的冲击力，炸裂的碎片以很大的动量向四周抛射出去，比如容器受到物体猛烈的撞击或震荡，或遭受剧烈的热冲击等作用。
（2）容器局部破裂，导致液化气以气液两相的混合物从裂口喷出，比如容器在遭受到非均匀热冲击、小物体撞击或化学腐蚀等作用，容器局部器壁材料软化、失效或腐蚀成孔而导致容器局部破裂。
（3）安全阀动作及失效，导致容器内压力过高而爆炸。
图5.1容器破裂导致蒸气云爆炸机理
Fig 4.1 Mechanism of Vapour Cloud Explosion for rupture of vessel 5.3 蒸气云爆炸特点
UVCE具有以下特点：一般由火灾发展成爆燃，而不是爆轰；蒸气云的形成是加压存储的可燃液体和液化气大量泄漏的结果，存储温度一般大大高于它们的常压沸点；参与蒸气云爆炸的可燃气体或蒸气的量一般在5×103kg以上；参与蒸气