加气站危险分析.doc

压缩天然气加气站危险分析石家庄朝阳安全评价咨询有限公司 赵淑艳 关键词 加气站 危险有害因素 定量评价 对策措施最近几年，城市里压缩天然气加气站发展迅速，随着出租车和公交车有计划的批量改装，对加气站的需求也逐步增多，有单独建站的加气站，也有在加油站的基础上增设加气设施，称为加油加气合建站。加气站存在的最主要危险有害因素是火灾、爆炸和容器爆炸，这是加气站（包括加油加气合建站）在经营、储存过程中重点防范的事故。在这里，对加气站设备及工艺进行简单的介绍，并用事故爆炸模拟分析方法对压缩天然气储罐爆炸影响进行模拟分析、预测并提出相应的预防控制措施，供相关企业参考。1 加气站主要设施设备加气站主要设备设施有：加气机、储气瓶或储气井、撬装压缩机。如果气源是从输气管道直接接入，还需要有干燥过滤装置。2 加气站工艺流程压缩天然气加气站技术是由引进技术发展而来，国外已有60多年的历史，我国引进该项技术并加以改进、推广也有20多年的经验。现今我国已建加气站近800座。多年的实践、推广、消化吸收，已使该项技术在我国的应用日臻完善。而压缩天然气加气站技术中的油水分离、低压计量、调压、深度脱水、压缩、高压计量、高压储气、卸气、调压等技术，早已在许多领域得到广泛的成功应用。加气子站是脱离城内管网而独立存在的加气系统，气源供应方式是通过高压气体运输车将CNG输送到加气子站，再通过子站的均压、增压装置和PLC控制系统来实现给天然气汽车充气的功能。加气子站是以压缩机为心脏，由天然气加气母站用撬车运来压缩天然气压力为3-20MPA，经卸车柱进入天然气压缩机加压到25MPA进入到储气瓶组。储气瓶组内压缩天然气经顺序控制盘到加气机给天然气汽车加气。拖车运进站压力较高时可直接为储气瓶组充气，当拖车压力低时再通过压缩机加压为储气瓶组充气。为加气机充气时拖车作为低压瓶组，储气瓶组分为中压瓶组和高压瓶组。撬装式压缩机系统主要实现对气体的压缩。干燥气体进入撬装式压缩机系统，经过多级增压后，压力达到25MPa。级间气体通过风冷却器和油水分离器后进入下一级。压缩机系统的PLC（可编程序控制器）对整个系统进行信号采集、故障诊断、故障显示、优先顺序控制、顺序启动/停机等全过程管理，可实现无人值守全自动工作方式。压缩后的高压气体经过压缩机撬过滤后，通过优先顺序控制盘对储气瓶组、加气机进行顺序控制，从而对天然气汽车进行加气。通过顺序控制盘对储气瓶和加气机进行顺序控制，并可自动到压关闭，计量显示，同时配有应急关闭阀门。3工艺设备危险、有害因素分析3.1工艺危险性加气站的主要工艺过程是压缩、储气、加气等，涉及场所为卸气区、压缩储存区、加气区，均属易燃、易爆场所，这些场所发生火灾、爆炸的危险等级均为高级。（1）如设备、管道质量缺陷、应力腐蚀造成耐压性能下降，当安全附件失效时，易发生超压爆炸事故，可能会造成人员伤亡。（2）该项目的工艺过程压力比较高，工艺设备易发生泄漏，气体外泄可能发生的地点很多，管道焊缝、阀门、法兰盘、压缩机、压缩机缓冲罐等都有可能发生泄漏，其泄漏气体因静电或被其他火源点燃，有可能发生火灾爆炸事故。（3）作业场所如设备发生故障泄露，空气中可能积累一定量的可燃气体，与空气形成爆炸性混合气体，有可能引起空间火灾爆炸。3.2工艺设备泄漏引发事故该站的工艺过程压力比较高，工艺设备易发生泄漏，气体外泄可能发生的地点很多，管道焊缝、阀门、法兰盘、压缩机、压缩机缓冲罐、气瓶等都有可能发生泄漏，其泄漏气体因静电或被其他火源点燃，有可能发生火灾爆炸事故。3.3 压缩机危险、有害因素压缩机是加气站的重要设备，一旦发生事故，会造成严重影响，具体分析如下。（1）如压缩机的密封件失效，有可能导致压缩机泄漏而引发燃烧爆炸事故。（2）压缩机的冷却系统出现故障，如冷却不良、冷却水中断等，会使设备内部温度过高，高温导致压缩机内部的润滑油粘度降低，失去润滑作用，使设备的运行部件摩擦加剧，进一步造成设备内温度超高，引起火灾、爆炸事故。（3）若压力表、安全阀等安全附件失效或损坏，有可能导致压缩机超压而发生火灾爆炸的危险；压缩机柜如通风不良，泄漏的天然气不能及时排出，易达到爆炸极限，一旦遇到火源，就会发生火灾、爆炸事故。（4）压缩机检修前或检修后，未对系统进行安全置换，压缩机内残存天然气有可能被点燃而发生火灾爆炸事故。（5）压缩机开、停机操作违反操作规程，进气阀开启程序错误易使压缩机的开、停车过程中形成负压，导致密封不严处混入空气而发生燃烧爆炸事故。（6）压缩机汽缸中的润滑油如选择不当、加油量过多、油质不佳、油温过高等因素会形成积炭。积炭是一种易燃物，在高温过热、意外机械撞击、气流冲击等引燃条件下都有可能燃烧。积炭燃烧后会产生大量一氧化碳，当压缩机中一氧化碳的含量达到爆炸极限时，就会发生燃爆，进而引起压缩机爆炸。（7）压缩机在运行过程中会产生噪声，若未采取隔音降噪措施，有可能造成噪声伤害。（8）压缩机在运行过程中会产生一定的振动，若压缩机未采用防振措施，有可能造成振动危害，严重时，可发生火灾、爆炸事故。（9）压缩机使用电气，如不设接地保护或保护失效，作业人员误触带电体，会发生触电事故。（10）压缩机放散管安装如果距地面过低，压缩天然气从放散管出来后，可能会造成人员窒息的危险。（11）压缩机缓冲罐是压缩机重要设备之一，分析如下：若压缩机缓冲罐的压力表、安全阀等安全设施未设置或失效，有可能造成火灾、爆炸事故。若缓冲罐的压力表上部未设置卸压孔，在进行压力表检修时，由于气路中存在天然气，当卸压时有可能冲起附件将人员打伤。在天然气进缓冲罐时，若缓冲罐前后的阀门损坏，有可能导致缓冲罐内气体体积过多，而发生超压爆炸的事故。若缓冲罐本身材质缺陷或因腐蚀使缓冲罐受力能力下降，在天然气压力加大时，有可能造成缓冲罐超压爆炸事故。3.4储气瓶危险、有害因素分析（1）储气瓶本身选材不当、材质有缺陷以及焊接不良、设计压力不能满足要求等原因，有可能造成储气瓶的物理性形变导致瓶壁破裂，使高压天然气泄漏，遇到火源会发生火灾爆炸事故。（2）储气瓶的安全附件（压力表等）失效，高压天然气从瓶中喷出时易形成静电，或遇到周围环境中的火源，点燃喷出的天然气会发生冲瓶喷燃，如喷出的天然气与空气混合达到爆炸极限后，又遇到火源，会发生严重的燃爆事故。（3）储气瓶在运行过程中未进行定期检修或检修时操作不当，有造成燃烧爆炸的可能。（4）若储气瓶区未设置防撞栏，有可能撞坏储气瓶设施，进而可能发生火灾、爆炸事故，当人员吸入泄漏的天然气时，则可能会发生中毒事故。3.5加气过程危险性（1）加气机的加气胶管内在质量差或长期使用疲劳破损，或受外界腐蚀强度降低均有可能导致胶管破损拉裂而使天然气泄漏，遇到火源发生燃烧爆炸事故。（2）加气作业时，对接不严或密封不良，造成管路内天然气高压喷出形成静电火花，有可能导致燃烧爆炸事故。（3）加气系统的压力表和限压设施失灵，当加压过高时，有可能使加气系统超压泄漏而导致燃烧爆炸。（4）车辆突然启动，且拉断阀失效，有可能拉断加气枪上的加气软管而造成泄漏，遇到静电火花或明火而发生燃烧爆炸事故。（5）加气员若在操作中注意力不集中、操作失误、压力表失效未观察到，极易发生火灾爆炸事故。（6）在加气过程中，若天然气发生大量泄漏，有可能造成中毒事故。（7）加气机附近若不设置防撞设施，当汽车量位不准确时，有可能撞击或撞倒加气机，造成天然气泄漏，遇到火源时发生火灾、爆炸事故，也可能造成人员中毒事故。4 气瓶爆炸事故模拟分析那么加气站如果发生火灾、爆炸事故，破坏力究竟有多大呢？在这里通过计算进行一些事故模拟分析。根据汽车加油加气站设计与施工规范（GB50156-2002）（2006版）第8.3.4条规定，加气站宜选用同一种规格型号的大容积储气瓶。当选用小容积储气瓶时，每组储气瓶的。经过调查，城市加气站采用小容积储气瓶较多，总容积一般不大于4m3，在这里以总容积为3.9 m3（瓶组由3个储气瓶组成，1.3 m3/瓶）的瓶组为例进行事故模拟，模拟如下： 加气站设有容积为1.3m3的储气瓶共3个，在运行过程中储气瓶的工作压力为25MPa，我们以1个储气瓶发生爆炸事故进行模拟计算。l、爆炸的能量 1)储气瓶爆炸能量计算 储气瓶的爆炸能量可按照下式计算 Eg：气体的爆破能量，kJ； P：容器内气体的绝对压力，MPa； V：容器的容积，m3； k：气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比。 加气站所涉及的压缩天然气的主要成分为甲烷，k值取甲烷的值，即k=1.316（引自安全评价第3版第564页表28-5），则kJ这就是如果储气瓶组中一个1.3m3的储罐发生爆炸事故后释放出来的能量。这个能量相当于多少公斤的TNT炸药释放的能量呢？计算如下：2)将爆破能量换算成TNT当量，因为l kgTNT爆炸所放出爆破能量为4230-4836 kJkg，一般取平均爆破能量为4500 kJkg，故其关系为：q=EgqTNT=Eg4500=7.51 044500=16.67kg由上式可知，如果一个1.3m3的储罐发生爆炸事故后释放出来的能量相当于16.67 kg的TNT炸药释放的能量。如果一个1.3m3的储罐发生爆炸，造成的事故有多大？波及的范围有多广？计算如下：3)求出爆炸的模拟比a，即：a=(qqTNT) 13 =(16.671 000) 13 =0.25554)求出在1000kg TNT爆炸中的相当距离R0，即：R0=Ra=R0.25552、爆炸冲击波超压可能的伤害范围根据安全评价第3版表28-11、表28-9、表28-10可查得：（1）1000kg的标准炸药，距离爆炸中心R0=57.5m范围内可致人轻微损伤，建筑物的破坏致墙裂缝时的最小冲击波超压P0=0.03MPa，则相对应的：1个储气瓶爆炸致人轻微损伤和站内墙裂缝的实际距离和区域圆面积为：R=aRo=0.2555 57.5=14.69m S=R2=14.692=677.60m2（2）1000kg的标准炸药，距离爆炸中心R0=42.5 m范围内可致人听觉器官损伤或骨折，建筑物的破坏致墙裂缝，最小冲击波超压P0=0.03MPa，则：1个储气瓶爆炸致人听觉器官损伤或骨折和站内墙裂缝的实际距离和区域圆面积为：R=aRo=0.2555 42.5=10.86mS=R2= 10.862=370.33m2（3） 1000kg的标准炸药致人重伤或死亡和建筑墙大裂缝的最小冲击波超压P0=0.05 M Pa，距离爆炸中心的标准距离R0=32.5m，则储气瓶爆炸致人重伤或死亡和站内建筑墙大裂缝的实际距离和区域圆面积为： R=aR0=0.255532.5=8.30m S=R2=8.302=216.31m2（4）l000kg的标准炸药导致大部分人员死亡、防震钢筋混凝土破坏、小房屋倒塌的最小冲击波超压P0=0.1 MPa，距离爆炸中心的标准距离R0=22.3m，则储气瓶爆炸导致站内人员大部分死亡和站内防震钢筋混凝土破坏站内房屋倒塌的实际距离和区域圆面积为：R=aR0=0.255522.3=5.70mS= R2=5.702=102.02m2根据以上计算，如果加气站的1个1.3m3的天然气储气瓶爆炸，以储气瓶为中心，距离不同对人员和建筑物影响不同，具体影响见下表：储气瓶爆炸影响一览表实际距离R5.708.3010.8614.69区域圆面积S102.02216.31370.33677.60冲击波对人的伤害作用人员大部分死亡人重伤或死亡人听觉器官损伤或骨折人轻微损伤冲击波超压对建筑物的破坏作用防震钢筋混凝土破坏、小房屋倒塌建筑墙大裂缝建筑物的破坏致墙裂缝站内墙裂缝注：上表中以1.3m3的储气瓶爆炸，以其为圆心，R为圆心，S为爆炸波及面积。5 加气站安全对策措施加气站主要危险有害因素为火灾、爆炸事故，为预防其发生，主要措施如下：1、站内按“第二类”防雷设防，站房和罩棚等建筑采用避雷带的保护方式；气瓶区设避雷针，避雷针独立接地，接地电阻不大于10。工艺设施做防雷、防静电联合接地装置接地，接地电阻不大于4。且在工艺管道法兰、阀门、弯头及胶管处，采用6mm2多股铜导线跨接。2、压缩天然气拖车卸气时，设专用接地装置，并设静电接地报警仪。3、站内防爆区域内的电气设备选型应为EXdAT1，罩棚下的灯具为IP44防护灯。如果防爆等级不符合要求，可能会引发火灾、爆炸事故。4、加气机、气瓶（或气井）、压缩机等设备应采用国家定点专业生产的设备，安全附件应齐全，并在加气区、储气瓶组、压缩机旁设置有可燃气体浓度检测装置，一旦发生泄漏即可报警，以便于采取措施。工艺过程应采用PCL自动控制系统，实行全程自动控制。5、加强安全管理，负责人和安全管理人员应经安监部门培训，持证上岗，加气员工为特种工，应经相关部门的培训，具有压力容器操作证。负责人和安全管理人员应按生产经营单位安全生产事故应急预案编制导则（AQ/T9002-2006）编制事故应急救援预案，并定期进行演练，提供职工安全意识，站内禁止使用烟火。附件爆炸事故模拟分析介绍：物理爆炸，如压力容器破裂时，气体膨胀所释放的能量（即爆破能量）不仅与气体压力和容器有关，而且与介质在容器内的物性相态相关。计算压力容器薄破时对目标的伤害、破坏作用、可按下列程序进行：1）首先根据容器内所装介质的特性，计算出其薄破能量E；物理爆炸的能量：Eg=pV1-(0.1013/p)k-1/kx103/（k-1）Eg:气体的爆破能量，kJ；p：容器内气体的绝对压力，MP；V：容器的容积，m3k：气体的绝热指数，气体的定压比热与定容比热之比。2）将爆破能量换算成TNT当量q。一般1kgTNT爆炸所放出的爆炸能量平均为4500kj/kg；3）求出爆炸的模拟比a a=（q/q0）1/34）求出在1000kgTNT爆炸试验中的相当距离R0 ，R0 =R/a；5）根据R0值查表-a找出距离为R0处的超压p0，即所求距离为R处的超压；6）根据超压p值，由表-b，表-c中找出对人员和建筑的伤害、破坏作用。表-a 1000kgTNT爆炸时的冲击波超压距离 R0/m56789101214p0/ MPa2.942.061.671.270.950.760.500.33距离 R