城市汽车加气站火灾爆炸危险分析及消防对策

城市汽车加气站火灾爆炸危险分析城市汽车加气站火灾爆炸危险分析 及消防对策及消防对策 1 引言 压缩天然气 compress natural gas 简称 cng cng 是 我国近年来以至在新世纪开发绿色汽车的高新技术产业之一 cng 汽车由于具有节能 环保 低成本等许多优点 已成为当 今世界汽车工业发展的重要方向 目前我国的 cng 汽车总数约 10 万辆 且据专家预测 cng 汽车在 5 10 年内更有猛增 10 15 倍的趋势 预计在 15 年内将达到国内汽车的 50 cng 技术的工艺流程为 低常压 0 3 0 5mpa 下的原料气自 低压储气罐或低压天然气管网送至加湿器 增大其湿度 之后 气体进入脱硫塔 使得其中的硫化氢气体与塔内氧比铁反应 去掉对金属密器腐蚀较大的硫化氢气体 天然气脱硫后被送人 压缩机进行加压 使其压力达到 25mpa 自压缩机出来的气体 进入脱水机进行脱水 然后气体通过顺序控制盘到达终点站售 气机或贮气井 作为汽车燃料 其主要优点如下 1 1 环保性与效益性 ch 作为气体燃料比固体燃料燃烧得更完全更彻底 单位 热值所产生的 co 比石油低 30 比煤碳低 43 废气排 放总量是汽油燃料的 1 5 因此能有效地减少对大气的污染和 温室效应的形成 有利于对人类生存环境的保护 据测试 cng 汽车与汽油车相比较 尾气污染物有大幅度的明显下降 检测结果如表 l 所示 cng 的效益性具体表现为 1 天然气可代替 1 1l 汽油 与燃油汽车相比较 行驶相同里程可节约燃料费近 1 3 与此 同时 cng 汽车较普通汽车的维护成本费也可下降 40 以上 1 2 先进性与实用性 cng 技术的另 大优点 是且接用 ch 作燃料 不仅可大 大降低汽车机械摩擦的耗损 延长使用寿命 而且运行操作简 单方便 噪音也比燃油汽车降低了 40 我国天然气储藏十分丰富 总量为 10 万亿 m3 以上 至 少可供开采 70 年以上 此技术的推广应用 将促进我国 21 世 纪经济的可持续发展 并有效地改变贫油富气地区能源紧缺的 被动局面 cng 技术在世界许多发达国家己越来越引起政府及有关方 面的重视 并且趋显示出强大的发展潜力 自 80 年代以来 在 美国的许多州和地方政府 正大力提倡或积极鼓励公用及私人 车辆以天然气作燃料 汽车广家也开始大规模生产以天然气作 动力的轿车和轻型卡车 估计到 2005 年 英国使用 ch4 作照 料的汽车将达到 400 万辆 据统计 目前全世界已拥有 cng 汽 车 800 万辆 有 40 多个国家在大力实施以气代油的战略计划 预计 10 年内 全球 cng 汽车将超过 1500 万辆 其中美国 300 万辆 意大利 50 万辆 日本 20 万初 中国 15 万辆 与此同时 美国 日本 俄罗斯 新西兰等国家主产的天然气压缩机 售 气机以及贮气钢瓶等配件 在安全性 实用性 先进性等方面 都具有成熟领先的技术 并已开始进入中国市场 我国 cng 技术 尚处于起步阶段 总体上看 主要是改 车品种单一 未形成 cng 汽车整车设计的生产规模 以及建站 气质和贮气钢瓶生产的安全技术规范化 系统化等 但目前政 府对此项技术的开发应用极为重视 并大力倡导 包括制定远 近期发展计划和出台一系列优惠扶持政策 由于 cng 汽车有明 显的环保效益 目前政府已将这一技术的发展作为改善环境污 染的重要举措之一 曾经指出 用天然气代替汽油 柴油做 汽车的燃料 技术上已经比较成熟 只要在产气地区建立起分 布在城市和公路两旁的换气站系统 以气代油逐步可以推广 2 cng 加气站的火灾爆炸危险性 2 1 燃爆因素 cng 场所及其钢瓶易于发生燃烧爆炸的主要因素 一是 ch4 介质本身属于一级可燃气体 甲类火灾危险 爆炸浓度极 限为 5 15 最低点火能量仅为 0 28mj 对空气的比重 0 55 扩散系数为 0 196 说明易燃烧 易爆炸并且扩散能力强 火势 蔓延快 二是 ch4 气体处于高压状态 cng 技术要求充装站的 压缩机加压必须达到 20mpa 以上 储存压力通常在 20 25mpa 之间 才能有效地保证钢瓶的充装和储存 这是目前国内可燃 气体的最高压力贮存容器 如果 cng 的气质或钢瓶质量 制造 工艺及加压设备等不能满足规定的技术要求 稍有疏忽 便可 发生爆炸或火灾事故 三是 cng 技术在我国尚属新兴技术 汽 车加气站的相关规范也刚出台不久 在这个发展阶段 cng 充 装站的建设过程中 有关单位为降低建设成本 不严格按照现 行技术标准和规范的规定进行设计 施工 甚至偷工减料或使 用劣质材料建设劣质工程 致使埋下先天隐患 四是企业内部 的操作人员因不熟悉 cng 新技术和未参与上岗前的系统培训 导致违章作业或违反安全操作规程留下隐患 五是一些企 事 业单位和主管部门没有认真落实安全组织 规章制度以及各项 安全管理措施造成的事故隐患 2 2 天然气加气站的系统组成及火灾危险性分析 加气站通常由五部分组成 即气体处理系统 气体压缩系 统 气体储存系统 设备控制系统和售气系统 气体处理系统此系统主要包括调压 除尘 脱硫 脱水 干燥等工序 气体在处理过程中应防止阀门 法兰盘及焊缝处 出现泄漏 气体压缩系统该系统主要是通过压缩机进行多缀压缩 将天然气的压力提高至 25mpa 然后通过管线送至储气瓶 气 体在压缩时 处于受压 受热状态 工艺管网易造成泄露 遇 火源就会发生火灾和爆炸 气体储存系统无论是那种形式的储气系统都属于高压容 器 因此 气瓶的质量问题就非常重要 目前我国现有的天然 气加气站的储气瓶基本部是钢质耐压瓶 由于受腐蚀或存在先 天性缺陷 如不按时检查维护 极易造成气瓶或零部件损坏 引起爆炸和火灾事故 设备控制系统控制系统主要是对站内各种设备实施手动 或自动控制 因此 加气站内存在着潜在的点火源 各生产环 节防静电接地不良或者各种电器设备 电气线路不防爆 接头 封堵不良 在天然气稍有泄露时就易发生火灾爆炸事故 售气系统售气系统工作时 易产生静电 此外违章操作 也容易造成安全事故 例如工作人员违章穿钉子鞋 化纤服 或装卸工人野蛮作业 也易造成事故 在加气时汽车不按照规 定戴熄火罩 熄火加气 还有尤为常见的搭载乘客在车辆加气 时吸烟的现象 都为 cng 生产安全埋下了重大隐患 2 3 cng 燃爆事故的分析 目前已建成 cng 充装站的运行过程中 因安全管理 安 全检测手段和安全技术措施尚不到位 自 1994 年以来 已先后 发生了多起火灾爆炸事故 发生燃爆事故的充装站占充装站总 数的 13 3 如 1994 年 9 月 12 日 绵阳 cng 充装站的 2 只钢 瓶发生爆炸 幸无人员伤亡 1995 年 3 月 31 日 绵阳地方天 然气公司的 cng 充装站 在给钢瓶充气时 因脱水处理不净 导致爆炸并起火成灾 1995 年 9 月 26 日 自贡富顺华油公司 cng 充气站因钢瓶泄漏燃气发生爆炸 造成重大经济损失 1995 年 10 月 7 日 遂宁 cng 充装站因钢瓶质量问题发生爆炸 将一钢瓶炸飞 70 多米之远 并引起实瓶库的 15 只钢瓶发生喷 射燃烧 焰柱高达 20 余米 造成直接经济损失 18 万余元 1997 年 7 月 24 日 泸州纳溪加气站在给川 e00296 号大客车加 气时 由于驾驶员未关闭防漏阀 使天然气在车内泄露 遇乘 客点火吸烟闪燃起火 烧伤 18 人 其中 3 人重度烧伤 在检查 一些其它的 cng 充装站时 有的也存在较为严重的事故隐患苗 头 总结事故教训和检测试验表明 cng 钢瓶发生燃烧爆炸的 直接或间接原因 主要产生于以下几个方面 钢瓶的材质问题 首先 通过对 cng 钢瓶的抽样检验和 对爆炸钢瓶的宏观检查 断口扫描 电子探针和 x 射线质谱分 析发现 钢瓶材料的抗拉强度值偏高 屈强比偏大 塑性指标 偏低 说明强度高而塑性差 其次 通过对钢瓶材质的纯净度 分析得知 部分 cng 钢瓶材质中的有害杂质元素 如 s p 0 的 含量超过了安全技术要求的控制指标 即 s p 含量 0 0l 第三 钢瓶在制造工艺上的精度问题 由于目前尚无此类钢瓶 生产的专门厂家和 cng 专用钢瓶的技术标准 一些钢瓶的表面 气泡 裂纹 结疤 折叠 分层 夹杂 光洁度 麻点和凹坑 等较为组糙 表明这些钢瓶生产企业的生产工艺和制造精度难 以满足技术要求 更不可能与美国 日本等发达国家的同类钢 瓶相提并论 ch4 的气质问题 实际上是介质中的 h2s 和游离水问题 天然气有深层和浅层两种 无论使用未经脱硫的浅层天然气还 是使用经过脱硫的深井天然气 h2s 的含量一般都控制在 20mg nm3 以下 而总硫化物的含量则控制在 270mg nm3 左右 研究指出 这个控制指标仅适合于工业与民用燃气的输 配气系统 而不适合于 cng 技术的运行设备 这是因为 若 ch4 中的游离水尚未脱净 实际也不可能脱净 的情况下 硫化物 中的 h2s 则是导致钢瓶积水腐蚀的祸根 从已被炸裂钢瓶的检 查情况看 瓶内积存伴有刺鼻气体的黑水 有的达到了 2 5 5kg 只 其中积水里的 h2s 含量超过了 8 083mg l 从理论上 讲 这种 h2s 的水溶液 即氢硫酸 在高压状态下对钢瓶或容器 的腐蚀 比在 4mpa 以下的管网中进行得更快 更容易 cng 技术的规范化问题 cng 技术目前有压井式和贮瓶 式两种 又称开放式和撬装式 此外 为加快 cng 技术的推广 许多地方采用了油 气共用站的方式 而我国在 cng 方面的技 术规范还存在众多不完善之处 有关安全技术措施与对策 有 待于进一步改进与完善 如压井式储存钢管衔接处的泄漏因素 和维护检查难题 储瓶式钢瓶的腐蚀与放置方式 油气共用站 建设的防火间距与安全要求 子母站建设与流动加气车的设置 等 都尚待加以解决 或期待尽快出台相关的 gb 技术规范和标 准 否则 cng 在建站 储存 充装及使用运用过程中 由于 不规范而导致形成先天隐患 甚至有可能造成更多更大的火灾 或爆炸事故发生 3 消防技术措施及安全管理对策 本着从 cng 技术实际广泛应用为出发点 安全工作及其 预防措施的关键 决定于充装站的建设 ch4 的气质标准 钢 瓶质量和规范化的安全管理等几个重要环节 3 1 cng 加气站的总平面布局 在天然气加气站的总平面布局上 根据中华人民共和国行 业标准 汽车用燃气加气站技术规范 cjj84 2000 和中国石油 天然气行业标准 汽车车用压缩天然气加气站设计规范 sy0092 98 结合各地的实际以及地方标准和规范执行 一 二 三级天然气加气站的压缩机房 贮气瓶库 天 然气放散管口 加气机与站外建 构物的防火间距不应小于表 2 1 的规定 单位 m 天然气加气站站内建 构筑物的安全距离不应小于 表 2 2 的规定 单位 m 加气机与实体围墙的间距可不限 加气机与加气岛端边缘距离不得小于 1 2m 同一加气岛上的加气机的间距不得小于 3 0m 注 贮气瓶库与压缩机房之间的外墙为实体防爆隔墙时 其间距可以不限 加气站内设置的变配电见可设在站房内 但与贮气瓶库 调压间 压缩机房 加气机的距离不得小于 8m 3 2 设计施工中的注意事项 因天然气的主要成分是甲烷 它是无色 无味的可燃气体 当与空气以一定比例混合时 有发生爆炸的危险 但由于天然 气比空气轻 泄露后直接散发到空气中 不易聚集 为确保安 全起见 应进一步采取以下防范措施 站的设计单位必须具备建筑工程二级以上许可证 站内建筑物的耐火等级不应低于二级 天然气贮气瓶库宜采用敞开或半敞开式钢筋混凝土框架 结构 压缩机房易为单层框架建筑 屋面应为非燃烧材料的轻 型结构 在天然气进入压缩机之前应加入适量的臭味剂 一旦发 生泄漏 可以及时察觉 以便进行安全检查和排风 进站天然气管道上应设置紧急切断阀和全启封闭式弹簧 安全阀 与安全阀连接的放散管管口应高于 15 0m 范围内的建 构筑物 2 0m 以上 且距地面不应小于 5 0m 加气站的天然气贮气瓶应选用钢制气瓶或树脂纤维缠绕 气瓶 其最大允许充装压力为 25 0mpa 加气站与站外建筑物相邻的一例应建高度不低于 2 2m 的非燃烧实体围墙 面向进出口道路一侧宜建非实体围墙或棚 栏 各天然气贮气瓶组宜单独引管道至加气机 加气站的调压间 压缩机房 贮气瓶库及加气岛等危险 场所应设置性能可靠的燃气报警器 报警器应满足当燃气泄漏 浓度达到爆炸下限的 1 4 时报警 持续一分钟后紧急切断阀自 动切断气源 对加气站的各种焊接 焊缝应进行无损探伤试验 管道 在同设备连接前应进行水压试验 对于工作压力大于或等于 10mpa 的高压管线应采用高压无缝钢管 天然气贮气瓶组装置宜卧式存放 在贮气瓶组管汇上应 设置压力表 压力报警器 全启封闭式弹簧安全阀和安全放散 装置 紧急切断阀应进行二路控制 一路由燃气报警器控制 另一路由排风机联锁 加气站内具有爆炸危险的封闭式建筑物内应设置良好的 通讯设施 当采用机械强制通风时 其装置通风能力在工作期 间应按每小时换气 12 次计算 并与可燃气体报警器联锁 在非 工作期间按每小时 5 次计算 当采用自然通风时 通风口总面 积不应小于 300cm2 m2 地面 通风口不应少于 2 个 且应靠 近天然气积聚的部位设置 天然气加气站内各类管道应采取不同的涂色标志 见表 3 的规定 3 3 提高 ch4 的气质标准 cng 气质必须是优质 ch4 把好这个源头的关键主要是解 决好脱硫和脱水两个问题 首先 脱硫技术的实践和研究表明 脱硫或严格控制 ch4 中的硫及硫化物含量 是确保 cng 技术运 转过程十分重要的安全环节 若使用浅层天然气 普遍认为天 然气的气质较好而不需作脱硫处理 但从安全角度考虑 应尽 力确保 ch4 的气质达到表 4 的技术指标要求 如果使用深层 ch4 则必须经过脱硫处理 并将 2 3 序号 的指标尽可能控制在规定数值以下 越小越好 我国目前石油 天然气系统规定的 ch4 中 h2s 含量应 20mg nm3 只是针对 长输和民用燃气的中 低压条件下提出的 不应适用于 cng 的 高压状态 这一指标与美国 cng 气质要求的 h2s 含量 5mg nm3 的标准比较 高出了三倍多 对安全生产极为不 利 为此 从实际国情出发 建议我国 cng 气质中的 h2s 含量 以不大于 10mg nm3 为宜 其次 要慎重解决好脱水问题 高压 ch4 的脱水干燥 目 前己被四川成功开发的干燥装置所攻克 并能基本满足 cng 生 产的要求 一般情况下 脱水后的气体在常压下的露点温度应 低于或等于 54 此时的含水量可以达到 17 8mg nm3 这 与美国现行标准 16mg nm3 很接近 试验显示 将含水量控 制在这个标准以下 对减少钢瓶积水有利 使 h2s 的水溶液产 生更少 有益于延长钢瓶的使用时间和增大钢瓶的安全系数 3 4 提高贮气钢瓶的优质性能 盛装天然气的钢瓶属高压容器且介质可燃 如果发生爆炸 既是极其迅速的物理能量释放过程 又可造成可燃介质的二次 燃爆危害 往往酿成更大的人员伤亡和破坏性事故 因此 对 钢瓶的材质 生产工艺 技术检验等 都必须严格把关 具体 应做到 一是钢材必须选择优质无缝不锈钢 生产厂家必须是 经省以上劳动压力容器主管部门和技术监督管理部门批准认可 的企业 二是钢瓶必须符合规定的强度设计要求 即壁厚 应 力 韧性 脆性 抗疲劳性以及抗蠕变破坏性和安全泄压装置 等 都必须进行严格计算和检验并达到合格 三是在提高钢瓶 抗腐蚀性能方面 应重点控制钢材中硫 磷的含量 具体可参 照 s 0 002 p 0 008 o 0 002 的标准执行 四是对 cng 钢瓶必须进行定期检验 定检周期可根据实际情况适当缩短 定检中 应准确测定容积残余变形率 超过 10 的必须做报废 处理 五是采用现代高新科技研制开发新一代的高强材料生产 cng 气瓶 3 5 加气站的安全设施 加气站安全设施是确保消防安全的重要因素 主要包括 可燃气体浓度检测报警器 加气站内应设置可燃气体浓 度检测报警器 报警浓度应为气体爆炸下限的 25 报警时 防爆排风扇自动开启 防爆排风扇 无论是开放式结构加气站还是撬装式结构 加气站 均应安装防爆排风扇 撬装式结构一般装在箱体内 一 旦气体出现泄漏 报警器报警 排风扇启动 迅速将泄漏气体 排到室外 气源自动切断装置 在加气站总进气管线上设置电动或 气动阀门 并与控制系统及报警系统联动 一旦发生泄漏