1、吉 林 化 工 学 院课 程 设 计 任 务 书设计题目 液氨储罐生产过程危险性分析与安全设计 教 学 院 资源与环境工程学院 课程名称 安全工程技术 专业班级 安全1101 学生姓名 王旭林 学生学号 10360104 指导教师 葛 及 起止日期：2014年10月18日- 11月2日 本科生课程设计须知1、认真学习理解资源与环境工程学院课程设计教学基本要求及规范。2、努力学习、勤于实践、勇于创新，保质保量地完成任务书规定的内容。3、独立完成规定的工作任务，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。4、课程设计成果、资料应于答辩结束后及时交给教学院收存，学生不得擅自带离学校。5、妥善保存吉林化工学院课
2、程设计任务书，课程设计完成后，将任务书同课程设计一同交给指导教师。安全工程技术课程设计任务书题目名称 液氨储罐生产过程危险性分析与安全设计设计依据及技术参数1、设计依据1）安全评价通则AQ8001-20072）安全标志及其使用导则GB2894-20083）建筑灭火器配置设计规范GB50140-20054）消防安全标志设计、施工及验收规范DB50/202-20045）建筑内部装修设计防火规范GB50222-952、说明设计应严格遵照AQ8001-2007、GB2894-2008、GB50140-2005、 GB50222-95等设计标准中的相关规定。设计要求及设计工作量（1）系统分析。根据所设计
3、条件、设计规范的要求，液氨储罐生产过程危险性进行系统安全分析。（2）设计计算。根据设计规范，确定危险区域的安全防护设计、安全标志设计等，根据实际情况进行安全设计计算，编制设计计算书。（3）绘制工程设计图。具体要求：（1）图纸：液氨储罐区平面布置图；安全标志、安全防护设计图； 事故树 3或事件树图；图纸绘制应符合国家制图标准，表达准确，图面整洁。（2）设计说明书：设计说明书3000字左右。课程设计说明书包括原始条件，设计计算公式和有关数据，文字说明及附图。应字迹工整，计算准确，简明扼要。主要参考资料（1）建筑基本资料与平面布局图；（2）建筑基本的消防设备设施与消防要求；（3）有关设计规范或者标准
4、；（4）相关参考书籍。进 度 计 划 表时间安排 计 划 完 成 工 作 量 指导教师检查意见 备注周一周二 查阅资料、工具书，为设计做好初步资料准备。周三 现场观测和分析，并绘制建筑设施平面图第一周周四周日 根据建筑消防设计等规范编写设计说明书。周一周三 CAD绘图与修改。周四 修改并装订设计说明书，修改并打印图纸。第二周周五 修改并装订设计说明书，参加答辩考核评语 指导教师： 年 月 日答辩成绩教研室主任： 年 月 日摘 要采用美国DOW (道)化学公司火灾爆炸指数评价的原理和方法确定液氨储罐的火灾危险性，并对其可能导致的危害进行了预测，提出了火灾应急预案和防火安全对策，完善了液氨储罐防火
5、安全体系。氨是生产尿素、硝铵、碳铵等氮肥的中间产品，也是其它化工产品的基础原料。因具有易燃、易爆、易中毒等危险特性，被列入危险化学品名录。按照危险化学品重大危险源辨识（GB18218-2009）规定氨临界储存量大于10吨就构成了重大危险源。所有液氨储罐均属于三类压力容器。因此，液氨储罐从设计、制造、安装使用，运行、充装到贮存，都必须严格执行特种设备安全监察条例、压力容器定期检验规则等安全规定及危险化学品安全管理的规定，严格执行安全操作规程和定期技术检测、检验制度，严禁超温、超压、超量存放，确保安全运行。现将液氨储罐生产运行过程中的危险特性和危险性分析，提出一些预防性和应急处置措施，与氮肥生产企
6、业同行进行交流探讨。 关键词:液氨储罐、火灾危险性、安全对策、评价目 录第一章 绪 论 8第二章 液氨储罐的基本内容 92.1 压力容器储罐的发展 .92.1.1 先进制造技术理念的推广普及 92.1.2 现代先进设计技术的开发应用 92.1.3 新型压力容器专用材料的试制选用 .92.2压力容器储罐的分类 .102.2.1按设计压力分类： .102.2.2按工艺过程中的作用原理分： .102.2.3从安全管理和技术监督的角度分 .102.3 压力容器的破坏 112.3.1延性破坏 .112.3.2 脆性破坏 112.3.3 疲劳破坏 122.3.4 蠕变破坏 132.4压力容器安全附件 .1
7、32.5 液氨生产平面布置图： 14第三章 液氨储罐生产过程中的危险性分析 153.1 液氨储罐生产过程中的危险性分析 153.1.1 氨的危险特性 153.1.2 生产运行过程中危险性分析 153.2 设备、设施危险性分析 .153.3 其他作业的危险性分析 .153.4液氨储罐生产过程中危险性定量分析 .163.4.1事故树分析 .163.4.2事故树基本计算 .163.4.3 事故树评价小结 20第四章 液氨储罐的安全计算分析 .214.1 设计选材及结构 214.1.1设计压力 .214.1.2筒体的选材及结构 .214.2 封头的结构及选材 214.3 设计计算 .224.3.1 筒
8、体壁厚计算 .224.4 封头壁厚计算 234.5 压力试验 234.6 进出料接管的选择 234.7 液面计的设计 .244.8 安全阀的选择 254.9 鞍座的选择 .254.9.1鞍座结构和材料的选取 .254.9.2容器载荷计算 .264.9.3鞍座选取标准 .264.9.4鞍座强度校核 .27感 谢 28参考文献 .29安全工程技术设计8第一章 绪 论本设计的液料为液氨，它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛。分子式NH 3，分子量17.03，相对密度0.7714g/L，熔点-77.7，沸点-33.35，自燃点651.11，蒸汽压1013.08kPa(25.7)。蒸汽与
9、空气混合物爆炸极限1625%(最易引燃浓度17%)。氨在20水中溶解度34%,25时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。因液氨具有易燃、易爆、易中毒等危险特性，被列入危脸化学品名录。按照危险化学品重大危险源辨识(GB182182009)标准规定氨临界储存量10 t就构成了重大危险源。液氨储罐属于三类压力容器，因此，液氨储罐从设计、制造、安装、运行、充装
10、到贮存，都必须严格执行特种设备安全监察条例、压力容器定期检验规则等安全规定及危险化学品安全管理的规定，严格执行安全操作规程和定期技术检测、检验制度，严禁超温、超压、超量存放，确保安全运行。现对液氨储罐生产运行过程中的危险特性和危险性进行分析，提出一些预防性和应急处置措施，与氮肥生产企业同行进行交流探讨本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标
11、准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。安全工程技术设计9第二章 液氨储罐的基本内容2.1 压力容器储罐的发展压力容器储罐是一门与多项技术相互关联制约的边缘学科又是一种需接受政府部门安全监察的特种设备。因此，压力容器储罐行业中，产业的发展离不开机械、冶金、石油化工、电脑信息、经济管理和安全防护等诸多工程技术的改革创新，或者说它是在多项新材料、新技术、新工艺综合开发的基础上发展的工业产品。现试就压力容器设计、压力容器制造、材料及企业管理等有关方面。2.1.1 先进制造技术理念的推广普及 压力容器储罐制造单位必须持有国家质量技术监督部门颁发的“压力容器制造许可证，并应建立健全
12、的质量保证体系。但我国已取证的压力容器制造企业的人均GDP值和产品附加值都还很低，技术装备、技术素质和管理水平也都很落后。为了面对21世纪的挑战和机遇，达到优化产品质量、降低生产成本、提高劳动生产率、提升国际竞争力，有必要在压力容器产业推广“先进制造技术”理念。所谓先进制造技术（AMT）是美国在上世纪80年代提出的新概念，它是一项集具体制造技术与经营管理技术两个层面于一体的系统工程。 2.1.2 现代先进设计技术的开发应用 众所周知，为了压力容器应力分类的需要，大型高参数、复杂结构压力容器（如大开孔，不连续结构和超高压厚壁容器等），一般已离不开三维有限元应力分析；在获得应力分布曲线后，如何按各
13、种失效理论建立适当的强度设计公式尚需不断研究和探讨。尤其是弹塑性失效机理中的安定性分析及塑性失效机理中的极限载荷分析和循环载荷下的抗棘齿效应分析等，目前都还不够成熟。此外，虽然大部分压力容器都是非标准化机械产品，较难实现CAD/CAM或CAE，但对于某些承压部件如大型旋压封头等，国安全工程技术设计10外已出现CAD与CAM联网遥控的生产实践。所以，作为压力容器产业的一名专业设计人员，熟练掌握电脑应用技术已是不可或缺的基本技能。2.1.3 新型压力容器专用材料的试制选用 压力容器的专用材料对韧性、塑性、延性有着特殊要求，因此对钢材来说，其碳含量应不大于0.25%，其硫、磷含量应分别不大于0.02
14、0%和0.030%，对屈强比也有一定限制。低合金钢是含有少量合金元素（如Mn、V、Mo、Nb等）的低碳结构钢，它不仅价廉、强度也比同等低碳钢高得多，而且具有良好的焊接性能和一定的耐蚀性能。压力容器用材还需考虑与介质、环境等的相容性，当前令人关注的是抗氢钢种，耐腐蚀不锈钢种，耐深冷低温钢种和耐高温抗氧化钢种等。 值得注意的是新世纪纳米技术正在试制出轻质、高强度、热稳定的新型材料，甚至能自动修复磨损或裂纹等缺陷的智能材料。2.2压力容器储罐的分类2.2.1按设计压力分类：1、低压容器（代号L） 0.1MPaP1.6 MPa2、中压容器（代号M） 1.6 MPaP10 MPa3、高压容器（代号H）
15、10 MPaP100 MPa4、超高压容器（代号U） P100 MPa2.2.2按工艺过程中的作用原理分：（1）反应压力容器（R）：主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器。如反应器、合成塔等。（2）换热压力容器（E）：主要是用于完成介质的热量交换的压力容器。如热交换器、废热锅炉等。（3）分离压力容器（S）：主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离等的压力容器。如分离器、缓冲器、洗涤器、储能器等（4）储存压力容器（C，其中球罐为B）：主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如各种型式的储槽、储罐等。安全工程技术设计112.2.3从安全管理和技术监督的角度分（1）
16、固定式压力容器：所谓固定式压力容器，是指使用环境固定，不能移动。工作介质种类繁多，大多为有毒、易燃易爆和具有腐蚀性的各类化学危险品。如球形储罐、卧式储罐、各种换热器、合成塔、反应器、干燥器、分离器、管壳式余热锅炉等。（2)移动式压力容器：主要是在移动过程中使用，作为某种介质的包装搭载在运输工具，主要用途是盛装并运输压缩气体、液化气体和溶解气体。移动式容器按其体。2.3 压力容器的破坏压力容器是工业生产的常用设备,又是一种比较容易发生事故的特种设备。压力容器发生事故时,往往不仅本身遭到破坏,而且还会危及职工的生命和健康,破坏其它设备和建筑物。压力容器破坏,通常有以下几种主要形式,即延性破坏、脆性
17、破坏、疲劳破坏、蠕变破坏。现分述如下：2.3.1延性破坏（1）其特征为延性破坏是材料承受过高的压力,以至超过了它的屈服极限和强度极限,因而使它产生较大的塑性变形,最后发生破裂的一种破坏形式。一般事故大多属于这一类型。由于圆筒形容器受力后的周向应力比轴向应力大1倍,并且容器端部受到封头的约束,所以一般总是压力容器的直径变大,周向发生较大的残余变形,呈两头小、中问大的鼓形,其周长伸长率常可达10%20%,容积增长率也超过10%。容器的断口多与轴向平行,呈撕断状态,一般呈暗灰色的纤维状,断口不齐平与主应力方向成45度,将破坏部分拼合时,沿断口线有间隙。容器破坏时不产生碎片或者仅有少量碎块,爆破口的大
18、小视容器爆破的膨胀能量而定。气体的膨胀能量较大,则断口也较宽,特别是液化气体容器,破坏后容器内压力下降,液体迅速气化,体积膨胀,促使裂口进一步扩大,其实际爆破压力与计算爆破压力相近。（2）其原因为盛装液化气体的贮罐、气瓶,因充装过量,在温度升高的情况下,液体气化,体积膨胀,使压力容器的内压大幅度升高。压力容器的安全装置(安全阀、压力表等)不全或不灵,再加上操作失误,使容器压力急剧增高。容器内有两种以上能相互起化学反应的气体(常见的如用盛装氢气的气瓶安全工程技术设计12充装氧气等),发生化学爆炸。容器长期放置不用,维护不良,致使容器发生大面积腐蚀、厚度减薄、强度减弱。2.3.2 脆性破坏（1）其
19、特征为破坏发生在低应力状态下,绝大多数发生在材料的屈服极限以下。破坏时没有或者有很少的塑性变形,有些压力容器在脆裂以后,如将碎片拼接起来,测量其周长与原来相比没有明显的变化。破裂的断口齐平并与主应力方向垂直,断面呈晶粒状的光亮,一般称为解理型断口。在较厚的断面中,还常出现人字形纹路(辐射状),其尖端指向始裂点,而始裂点往往是缺陷或形状突变处。当加压介质为气体、液化气体时,压力容器一般都裂成碎块,且常有碎块飞出。破坏大多发生在温度较低的情况下,而且往往在室温低于容器的使用温度时或进行水压试验时发生。脆性破坏往往在一瞬间发生断裂,并以极快的速度扩展。（2） 其原因为脆性破坏是由材料的低温脆性和缺口
20、效应引起的。因此,避免容器发生这类破坏事故的主要措施是,选择在工作温度下仍具有足够韧性的材料来制造压力容器,即脆性转变温度比较低的材料。其次是,制造压力容器时,采用严格的工艺措施,避免降低材料的断裂韧性,防止裂缝的产生,以及采用有效的无损探伤方法,发现和消除裂缝。2.3.3 疲劳破坏（1）其特征为疲劳破坏是材料经过长期的交变载荷后,在比较低的应力状态下,没有明显的塑性变形,而突然发生的损坏。疲劳破坏一般是从应力集中的地方开始,即在容易产生峰值应力的开孔、接管、转角以及支承部位处。受交变压力作用的高应力区,当材料所受的应力超过屈服极限时,能逐渐产生微小裂纹,裂纹两端在交变应力作用下不断扩展,最后
21、导致容器的破坏。疲劳破坏时的应力一般都低于材料的抗拉极限。疲劳破坏不产生脆性破坏那样的脆断碎片。（2）有关防止疲劳破坏的设计问题容器疲劳破坏的发生,是由于交变载荷以及局部应力过高所引起。为防止这类事故,除了在运行中尽量避免不必要的频繁加压、卸压和悬殊的温度变化等不利因素外,更安全工程技术设计13重要的还在于设计压力容器时应采取适当的措施。尽可能降低局部峰值应力并使其不超过材料的持久值,对于某些压力容器,要求使用寿命超过106以上的循环次数,此时应以材料的持久极限做为设计依据。但对绝大多数压力容器来说,即使压力、温度波动比较频繁,其循环次数也不会超过105次，所以要合理选用这些压力容器的许用应力
22、,就必须知道材料在循环次数为102105时不发生疲劳破坏的最大应力值,即所谓有限的持久极限。为防止压力容器发生疲劳破坏,有关方面作了不少试验研究工作,包括材料的低循环疲劳破坏应力、不同的交变载荷对它的影响、压力容器存在缺陷的影响、器壁开孔和接管的疲劳试验、循环次数的计算方法等。这些研究工作,对于频繁间歇操作、压力波动的幅度和频率都较大或器壁厚度相差较大的压力容器来说,是很有价值的。大多数的压力容器,因为它们的载荷变化次数较少(一般不超过1000次),没有必要进行疲劳破坏分析。如有裂纹,可通过断裂软力学作探讨研究,估计压力容器的使用寿命。2.3.4 蠕变破坏（1）其特征为材料在高于一定温度下受到
23、外力作用,即使内部的应力小于屈服强度,也会随时问的增长而缓慢产生塑性变形,即蠕变。产生蠕变的材料,其金相组织有明显的变化,如晶粒粗大珠光体的球化等,有时还会出现蠕变的晶界裂纹。碳钢温度超过300400!时发生蠕变。蠕变破坏的发生,需经过较长一段时间的高温下的外力载荷,破坏应力低于材料在使用温度下的强度极限。压力容器发生蠕变破坏时,具有比较明显的塑性变形,变形量的大小视材料的塑性而定。（2）防止蠕变破坏的措施设计时,根据压力容器的使用温度,选用合适的材料;制造中进行焊接及冷作加工时,为不影响材料的抗蠕变性能,应防止材料产生晶间裂缝。运行中必须防止容器局部过热。2.4压力容器安全附件（1）安全阀：
24、安全阀的作用是当设备内的压力超过规定要求时自动开启，释放超过的安全工程技术设计14压力，使设备回到正常工作压力状态。压力正常后，安全阀自动关闭。安全阀经校验后，严禁加重物、移动重锤、将阀瓣卡死等手段任意提高安全阀整定压力或使安全阀失效。（2）压力表：压力表的量程应与设备工作压力相适应，通常为工作压力的1.53倍，最好为2倍。压力表刻度盘上应该划红线，指出最高允许工作压力。压力表的连接管不应有漏水、漏汽现象，否则会降低压力表指示值。(3) 爆破片 (4) 温度计 (5) 液位计 (6) 减压阀(7) 紧急切断装置：其作用是当管道及其附件发生破裂及误操作或罐车附近发生火灾事故时，可紧急关闭阀门迅速
25、切断气源，防止事故蔓延扩大。(8) 快开门式压力容器的安全联锁装置：快开门安全联锁报警装置是防止快开门式压力容器发生操作事故的有效措施。其作用是：a、当快开门达到预定关闭部位方能升压运行的联锁控制功能；b、当压力容器的内部压力完全释放，安全联锁装置脱开后，方能打开快开门的联锁联动功能；c、具有与上述动作同步的报警功能。2.5 液氨生产平面布置图：安全工程技术设计15第三章 液氨储罐生产过程中的危险性分析3.1 液氨储罐生产过程中的危险性分析 3.1.1 氨的危险特性 氨是一种无色透明的带刺激性臭味的气体，易液化成液态氨。氨比空气轻，极易溶于水。由于液态氨易挥发成氨气，氨气与空气混合到一定比例时
26、遇明火能爆炸，爆炸范安全工程技术设计16围的体积分数为1527，车间环境空气中最高允许浓度为30 mgm3。泄漏氨气可导致中毒，对眼、肺部黏膜、或皮肤有刺激性，有化学性冷灼伤危险。 3.1.2 生产运行过程中危险性分析 (1)在氨合成生产岗位的液氨主要通过氨分离器和冷交换器下部的放氨阀输送至液氨储罐，因此氨液位的控制非常关键。如果放氨速度过快、液位操作控制过低或其它仪控失灵等原因，会导致高压气窜入液氨储罐，造成储罐超压，氨气大量泄漏，危害极大。 (2)液氨储罐的存储量超过储罐容积的85，压力超出控制指标范围，或者在液氨倒槽操作时未严格按照操作规程规定程序、步骤操作，会发生超压泄漏爆炸事故。 (
27、3)液氨充装时未按规程规定过量充装、充装管道爆破会导致泄漏中毒事故。3.2 设备、设施危险性分析 (1)液氨储罐的设计、检测、维护保养缺失或不到位，液位计、压力表和安全阀等安全附件存在缺陷或隐患时，可能会导致储罐泄漏事故。 (2)夏季或气温高时，液氨储罐未按要求设置遮阳棚、固定式冷却喷淋水等预防性设施，会造成储罐超压泄漏。 (3)防雷、防静电设施或接地损坏、失效，可能会导致储罐遭受电击。 (4)生产工艺报警、联锁、紧急泄压、可燃有毒气体报警仪等装置失效，会使储罐发生超压泄漏事故或事故扩大。3.3 其他作业的危险性分析 (1)在生产巡检和设备内检修中，容易发生高处坠落、受限空间作业中毒窒息等事故
28、。 (2)液氨罐区防爆区内动火、动土作业措施未落实到位，会引发着火爆炸事故。 构不同可分为：气瓶、气桶和槽车三种。3.4液氨储罐生产过程中危险性定量分析3.4.1事故树分析事故树分析(Fault Thee AnalysisFTA)，又称故障树。是在系统设计过程中，通过对可能造成系统故障的各种因素(硬件安全工程技术设计17、软件、环境和人为因素等)进行分析，画出逻辑框图，即事故树，从而确定系统故障原因的各种合方式和发生概率的一种分析技术。事故树分析的基本分析方法：（1）首先明确要分析的对象即某种人们不希望发生的事故，作为顶上事件 T。（2）由“果”到“因”，层层追查，直到原因事件不可分为止，从而
29、确定“基本事件”。（3）在每一事件及其直接原因之间确定逻辑关系，如“或”门或“与”门关系等。（4）依据相应的工艺流程和操作条件包括工艺、设备、控制及安全措施等编制相应的事故树。（5）运用布尔代数规则简化事故树，即整理出顶上事件与若干最小割集（ nx.,321）之间的关系，然后按一定的规则算出各基本事件对顶上事件的影响力度的相对结构重要度系数，从而对各基本事件的结构重要度排序。（6）当（5）的工作量太大时，可由事故树导出与其对偶的成功树，同样用布尔代数整理出若干最小补集（ nx.,321）。然后，采用近似方法算出各基本事件的结构重要度大小。3.4.2事故树基本计算根据液氨储罐生产过程中的危险性分
30、析画出事故树如图:安全工程技术设计18计算:（1）最小割集计算： T=A1+A2+A3 =A4A5+X6X7+X8X9 =（X 1+X2+X3）（X 4+X5）+X 6X7+X8X9 = X1X4+X1X5+X2X4+X2X5+X3X4+X3X5+X6X7+X8X9 则最小割集有8个，即K1=X 1，X 4；K 2=X 1，X 5；K 3=X 2，X 4；K4=X 2，X 5；K5=X 3，X 4；K 6=X 3，X 5；K 7=X 6，X 7；K 8=X 8，X 9。最小割集直观的，概略地告诉我们哪种事故模式最危险，哪种稍次哪种可以忽略。上述事故树最小割集有8个，说明事故发生的途径可能有8条
31、，那么针对割集中的基本事件，制定相应的措施，可有效的预防事故的发生。例如：基本事件X 1是不良习惯，那么我们应该在平时的工作中注意养成良好的习惯。基本事件X 4是保护仪器损坏，安全工程技术设计19那么我们就应该加强仪表仪器的检查，成立专门的检查小组进行定期检查等。（2）最小径集计算： T=A 1A 2A 3 =（A 4+A 5）（X 6+X 7）（X 8+X 9） =（X 1X 2X 3+X 4X 5）（X 6+X 7）（X 8+X 9） =（X 1X 2X 3X 6+X 1X 2X 3X 7+X 4X 5X 6+X 4X 5X 7）（X 8+X 9） = X1X 2X 3X 6X 8+ X
32、1X 2X 3X 6X 9+ X 1X 2X 3X 7X8+ X 1X 2X 3X 7X 9 + X 4X 5X 6X 8+ X 4X 5X 6X 9+ X 4X 5X 7X 8+ X 4X 5X 7X 9 则故障树的最小径集为8个，即P1=X 1，X 2，X 3，X 6，X 8；P2=X 1，X 2，X 3，X 6，X 9；P3=X 1，X 2，X 3，X 7，X 8；P4=X 1，X 2，X 3，X 7，X 9；P5=X 4，X 5，X 6，X 8； P6=X 4，X 5，X 6，X 9；P7=X 4，X 5，X 7，X 8；P8=X 4，X 5，X 7，X 9；最小径集表示了系统的安全性
33、即要使事故不发生有几种可能的方案，上述事故树的最小径集有8个，那么使事故不发生共有8种途径，只要预防其中的任何一种就能预防事故不发生。安全工程技术设计20液氨储罐爆炸事故发生概率计算：假设各基本事件均独立，发生的概率均为0.1. 根据最小割集计算顶上事件的概率 即：g=1（1q k1）（1q k2）（1q k3）（1q k4）（1q k5）（1q k6）（1q k7）（1q k8） =1（1q 1q4)（1q 1q5）（1q 2q4）（1q2q5）（1q 3q4）（1q 3q5）（1q 6q7）（1q 8q9） 由于q 1=q2=q3=q4=q5=q6=q7=q8=q9=0.1则g=1（10.
34、10.1）（10.10.1）（10.10.1）（10.10.1）（10.10.1）（10.10.1）（10.10.1）（10.10.1）=1（10.10.1） 8 =10.998 =0.07726（3）概率重要度：Q=qk1+qk2+qk3+qk4+qk5+qk6+qk7+qk8=q1q4+q1q5+q2q5+q2q5+q3q4+q3q5+q6q7+q8q9.01)( QI 2.015)( QI 1.089)(qQIq2.542)(qIq .76)(qIq.0543)( QIq 1.067)(QIq2.324)(qIq .98)(Iq因此按概率重要度系数的大小排出各基本事件的概率重要度顺序：
35、)9()8()7()6()5()4()3()2()1( qqqqq IIIII （4）临界重要度：顶上事件发生概率Q=0.07726 2.0)1(qI.)(qI2.0)3(qI.)4(qI根据公式临界重要度如下：2.0)5(qI1.)6(qI.)7(qI819安全工程技术设计212589.0.0726.1)1(1 qIQc 2589.0076.1)2(2 qIQc)3(3qI )4(4qI2589.0076.1)5(5 qIQc 1294.0076.)6(6 qIQc4)7(7qI .2.)8(8qI129.006.)9(9 qIQc得到按临界重要度系数的大小排列的各基本事件重要度程度的顺序：
36、 987654321 IcIcIcIcIc （4）结构重要度：结构重要度分析是从事故树结构入手分析各基本事件的重要程度。其分析方法一般采用两种方法，一种是精确求出结构重要度系数，一种是用最小割集或者最小径集排列出结构重要度顺序。按上述方法得到结构重要度顺序如下： )9()8()7()6()5()4()3()2()1( IIIII 3.4.3 事故树评价小结由上述可知，在液氨储罐爆炸中，不良习惯、液位控制错误、罐体超压是造成事故的主要原因，为了减少事故的发生频率，应该从上述的条件入手如：应该按照规定操作，养成良好的操作习惯，严格控制设计过程中的液位要求，在使用的过程中，应该时常的注意维修，定期的
37、进行检查，注意罐体温度，谨防罐体超压。根据上述的分析可以从以下的4种途径来改善系统的安全性即预防事故的发生：（1）减少最少割集数，首先应该消除那些含基本事件最少的割集。（2）增加割集中的基本事件树，首先应给含基本事件少又不能清除的割集增加基本事件。安全工程技术设计22（3）增加新的最小径集，也可以设法将原有的含基本事件较多的径集分成两个或多个径集。（4）减少径集中的基本事件数，首先应着眼于减少含基本事件多的径集。第四章 液氨储罐的安全计算分析4.1 设计选材及结构4.1.1设计压力根据化学化工物性数据手册查得50蒸汽压为2032.5kpa，可以判断设计的容器为储存内压压力容器，按压力容器安全技
38、术监察规程规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气50时的饱和蒸汽压力，可取液氨容器的设计压力为2.16 Mpa，属于中压容器。而且查得当容器上装有安全阀时，取1.051.3倍的最高工作压力作为设计压力；所以取2.16 Mpa的压力合适。 属于中压容器。pa10M6.0已知工艺参数如下： 最高使用温度：T=50； 公称直径：DN=3000；设计温度为50摄氏度，在-20200条件下工作属于常温容器。4.1.2筒体的选材及结构根据液氨的物性选择罐体材料，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1/年以下，且又属于中压储罐，可以考虑20R和16MnR这两种钢材。如果纯粹从技术角
39、度看，建议选用20R 类的低碳钢板， 16MnR钢板的价格虽比 20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价， 16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-1996。筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，受力均匀，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。4.2 封头的结构及选材封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度安全工程技术设计23大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大
40、。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。查椭圆形封头标准（JB/T4737-95）表2.1 椭圆封头标准公称直径DN 曲面高度h1 直边高度h2 内表面积Fi/m2 容积V/m33000 750 50 10.2 3.89封头取与筒体相同材料 1,5。4.3 设计计算4.3.1 筒体壁厚计算查 压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢得16MnR的密度为7.85t/m 3，熔点为1430，许用应力 列于下表：t表
41、3.1 16MnR许用应力在下列温度（）下的许用应力/ Mpa钢号 板厚/20 100 150 200 250 300616 170 170 170 170 156 1441636 163 163 163 159 147 1343660 157 157 157 150 138 12516MnR60100 153 153 150 141 128 116圆筒的计算压力为2.16 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为1.00,全部无损探伤。取许用应力为163 Mpa。壁厚： （3.1）1.026.132.2Dctip钢板厚度负偏
42、差 ,查材料腐蚀手册得50下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.00.8C15/年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量 。2安全工程技术设计24所以设计厚度为：81.212Cd圆整后取名义厚度24。4.4 封头壁厚计算标准椭圆形封头a:b=2:1 封头计算公式 ：（3.2）cticp5.02D可见封头厚度近似等于筒体厚度，则取同样厚度。因为封头壁厚20则标准椭圆形封头的直边高度 1,4.h04.5 压力试验水压试验，液体的温度不得低于5；试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中，应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将
43、压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。水压试验时的压力(3.3)Mpapt 7.216.52.1T水压试验的应力校核：水压试验时的应力Mpa (3.4)4.1724307.2DT eip水压试验时的许用应力为 Mpas 5.930.19.0故筒体满足水压试验时的强度要求。ST0.94.6 进出料接管的选择安全工程技术设计25材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。材料为16MnR。结构：接管伸进设备内切成45度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损
44、与腐蚀。接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。不需另行补强的条件：当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。（1）设计压力小于或等于2.5Mpa。（2）两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。（3）接管公称外径小于或等于89。（4）接管最小壁厚满足以下要求。表4.2 接管最小壁厚要求接管公称直径/mm57657689最小壁厚/mm 5.0 6.0因此热轧无缝钢管的尺寸为8912。
45、钢管理论重量为22.79/m。取接管伸出长度为150。管法兰的选择：根据平焊法兰适用的压力范围较低（PN627.765kN,为使封头对鞍座处的圆筒起加强作用，可取 ，则选A=700mm。左鞍座标记为JB/T4712-1992 鞍座 A3000-m.5R0AF.右鞍座标记为JB/T4712-1992 鞍座 A3000-S.具体尺寸如下表：表4.3 鞍座标准尺寸表公称直径DN允许载荷Q/kN鞍座高度h螺栓间距l2鞍座质量/kg增加100mm高度增加的质量/kg3000 786 250 1940 405 344.9.4鞍座强度校核鞍座腹板的水平分力： FK9S查得鞍座包角120对应系数 204.9支座反力： kNmg85.31鞍座腹板有效界面内的水平方向平拉应力： reb0S9HF计算高度，取鞍座实际高度和 两者中的较小值，mmSH3mR鞍座腹板厚度，mm0b鞍座腹板有效宽度，取垫板宽度 与圆筒体的有效宽度 两r 4b emRb56.12者中的较小值，mm鞍座垫板有效厚度，10mmre安全工程技术设计29则 Mpabre 538.102503824.HF0Ss9 应力校核：鞍座材料Q235-AF的许用应力 ，则sapasa3.23sa329
