加氣站CNG儲氣裝置的安全評價及事故預(yù)防與處置技術(shù)
V--CH
4壓縮容器體積 (Nm
3);
Cg--CH
4爆炸能量系數(shù) (Kgf.m/m
3)
注:當(dāng)CH
4處于15~32MPa時,爆炸能量系數(shù)為2.88~6.48×10
6。
2.2 沖擊波超壓(△P)產(chǎn)生的危害。
由于壓力容器爆炸的氣體壓力變動范圍較大,系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)又比較缺乏,加之沖擊波超壓△P與爆炸能釋放的時間等因素有關(guān),使測定和計算爆炸產(chǎn)生的△P較為困難,目前一般采用與等當(dāng)量TNT比較的方法或模擬比的方法,將其相應(yīng)結(jié)果代入Ug=CgV公式后,再計算確定壓力容器的沖擊波超壓(△P)值。
儲氣瓶和儲氣罐兩類裝置無論發(fā)生化學(xué)爆炸或物理爆炸,都將產(chǎn)生立體沖擊波,這種沖擊波陣面上的不同超壓△P,對建筑物、構(gòu)筑物和人體可造成不同程度的危害和傷害。表-3是不同超壓力作用在建筑物或人體時所產(chǎn)生的破壞與危害特征。
表--3 不同沖擊波超壓對人體或建(構(gòu))筑物的損害情況
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序號 | 超壓(△P,kpa) | 建筑物破壞情況 | 人體傷害情況 |
1 | 5.0-6.0 | 門窗玻璃部分破碎 | 無傷害(安全) |
2 | 6.0-10 | 受壓面的門窗玻璃大部分破碎 |
3 | 15-20 | 窗框損壞 |
4 | 20-30 | 墻裂縫 | 輕微損傷 |
5 | 40-50 | 墻大裂縫,屋瓦掉下 | 損傷聽覺或骨折 |
6 | 60-70 | 木建筑廠房柱折斷,房梁松動 | 內(nèi)臟器官嚴(yán)重?fù)p傷或死亡 |
7 | 70-100 | 磚墻倒塌 |
8 | 100-200 | 防震鋼筋混凝土破壞,小房屋倒塌 | 大多數(shù)人員死亡 |
9 | 200-300 | 大型鋼筋結(jié)構(gòu)破壞 | 死亡 |
1995年,川東某CNG加氣站,因鋼瓶質(zhì)量和H2S處理不凈引發(fā)的爆炸事故,將一鋼瓶炸飛50m以遠,并引起鋼瓶庫的15支鋼瓶發(fā)生噴射燃燒,焰柱高達20余米。這起典型的加氣站火爆事故,集中反映了火災(zāi)、化學(xué)及物理爆炸所產(chǎn)生的沖擊波超壓的嚴(yán)重危害性。
3、儲氣裝置的安全選擇與評價
3.1 儲氣裝置的安全狀況及設(shè)置要求比較。
儲氣瓶、儲氣罐和儲氣井三類裝置的安全狀況以及設(shè)置要求是各不相同的,通過對二級CNG加氣站的試驗研究和比較結(jié)果表明,儲氣井裝置的安全可靠性優(yōu)于儲氣瓶和儲氣罐。現(xiàn)列表擬作如下比較:
表--4 不同儲氣裝置的安全狀況及設(shè)置要求比較
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序號 | 比較項目 | 儲氣瓶 | 儲氣罐 | 儲氣井 |
1 | 爆炸沖擊波強度(地面) | 較強 | 強 | 弱 |
2 | 爆炸沖擊波放射方向 | 立體(球狀) | 立體(球狀) | 上端(頂部) |
3 | 防爆構(gòu)造設(shè)置 | 防爆墻 | 防爆墻 | 不設(shè)置 |
4 | 管道設(shè)置數(shù)量(根) | 18 | 6 | 6 |
5 | 閥件設(shè)置數(shù)量(處) | 141 | 12 | 12 |
6 | 輸氣系統(tǒng)阻力 | 較大 | 較小 | 一般 |
7 | 防腐處理操作 | 較難 | 較易 | 較易 |
8 | 運行循環(huán)疲勞次數(shù)(次) | 9000 | 12000 | 19000 |
9 | 90年代100站事故率(%) | 2.0 | 1.0 | 0 |
3.2 防火間距減少量的比較。
使用儲氣井裝置,具有減少防火間距的實際意義,以CJJ84-2000《汽車用燃氣加氣站技術(shù)規(guī)范》中的二級站為例,表-5的研究試驗數(shù)據(jù)表明了儲氣井與儲氣瓶、儲氣罐裝置相比較的防火間距減少量。
表--5 儲氣井裝置與儲氣瓶(罐)防火間距減少量的比較
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序號 | 項目 | 儲氣罐(瓶) | 儲氣井 | 間距減少量 | 減少率(%) |
1 | 明火及散發(fā)火花地點 | 25 | 18 | 7 | 28 |
2 | 二類民用建筑保護物 | 20 | 15 | 5 | 25 |
3 | 甲、乙類儲罐或堆場 | 25 | 18 | 7 | 28 |
4 | 室外變電站 | 25 | 18 | 7 | 28 |
5 | 高速公路 | 12 | 8 | 4 | 33.3 |
6 | 架空電力線 | 1.5倍桿高 | 1倍桿高 | 0.5 | 33.3 |
7 | 鐵路 | 30 | 24 | 6 | 20 |
3.3 占地面積和沖擊波減少量的比較。
儲氣井裝置的占地面積與儲氣瓶或儲氣罐相比,減少量更多。由表-1第5項比較得知:二級加氣站儲氣瓶、儲氣罐、儲氣井裝置的占地面積分別為30m2,60m2和10m2,儲氣井比前兩類裝置的占地面積減少3-6倍,在城市建設(shè)用地和土地資源十分緊缺的情況下,選擇井儲裝置具有更大的實際價值和積極意義。
由于儲氣井事故狀態(tài)下的地面沖擊波放射方向主要集中在井口上端頂部,地面平行方向幾乎完全不會受到波面影響,與儲氣瓶和儲氣罐爆炸沖擊波的立體全方位放射比較,沖擊波危害會大大降低,從而顯著提高了這種井儲裝置的安全可靠性。此外,在經(jīng)濟性方面的比較,雖然儲氣井比瓶裝置在初期建設(shè)成本上高出1/3的費用,但在后期運行的維護成本費上將大為減少。
3.4 評價結(jié)論和相關(guān)建議。
通過對以上安全狀況及相關(guān)項目的分析研究和討論,筆者以為,從消防安全和社會公共安全角度綜合考慮,儲氣井與儲氣瓶和儲氣罐相比,具有"四種減少"的明顯優(yōu)勢,即:
?、贉p少沖擊波危害;
?、跍p少防火間距;
?、蹨p少占地面積;
?、軠p少隔爆墻設(shè)置。
因此,對加氣站CNG儲氣裝置安全評價的結(jié)論意見是:儲氣井最佳;儲氣罐次之;儲氣瓶再次之。針對以上評價與選擇,擬提如下相關(guān)建議:
首先,四川始建于80年代末,90年代初的CNG加氣站約占總數(shù)的1/5,且多數(shù)為鋼瓶組儲氣,由于早期尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,設(shè)計不盡合理,有的儲氣裝置與設(shè)備現(xiàn)已老化陳舊,并接近或達到安全使用期限。因此建議陸續(xù)淘汰80L以下的鋼瓶組儲氣裝置,對已使用10年以上的瓶儲加氣站,有計劃地列入技術(shù)改造,使之逐步更新為儲氣井,以減少或避免事故的發(fā)生。
第二,進一步加大對CNG儲氣裝置尤其是井儲安全及先進技術(shù)的課題研究力度和資金投入,不斷提高儲氣效率和自動化管理水平。
第三,借助加入WTO的有利時機,建立與美國等燃氣汽車發(fā)達國家之間的儲氣技術(shù)交流與合作,逐步將我國成熟的儲氣井技術(shù)推向國際市場。
第四,政府行政及技術(shù)主管部門,應(yīng)盡快制定出臺相關(guān)的管理法規(guī)和"翅"(國標(biāo))標(biāo)準(zhǔn),在CJJ84-2000《汽車用燃氣加氣站技術(shù)規(guī)范》的基礎(chǔ)上,增加儲氣井專篇內(nèi)容,并作重點闡述和提出相關(guān)要求。
4、儲氣裝置的事故防范與處置技術(shù)
4.1 事故防范措施及要求。
首先,在安全設(shè)計和安全工藝方面,各種儲氣規(guī)模的CNG加氣站,必須選擇具有甲級資質(zhì)的專業(yè)設(shè)計單位承擔(dān)工程設(shè)計任務(wù),并把儲氣裝置作為加氣站的設(shè)計重點。在"GB"標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺之前,應(yīng)以CJJ84-2000《汽車用燃氣加氣站技術(shù)規(guī)范》作為設(shè)計依據(jù),暫緩執(zhí)行"DB"(地方標(biāo)準(zhǔn))和其它部頒標(biāo)準(zhǔn)。初步設(shè)計方案應(yīng)由政府CNG管理部門組織有關(guān)專家評審并報主管部門審批后方可進入工程施工建設(shè)程序。實踐證明,把好工程設(shè)計源頭關(guān),是控制事故的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
第二,要把預(yù)防CNG加氣站火災(zāi)爆炸事故的具體消防技術(shù)措施作為重點,其內(nèi)容主要包括:①站、址選點布局;②建筑消防措施(安全距離、耐火等級、建筑構(gòu)造、通風(fēng)排氣、建筑防爆等);③電氣消防措施(電氣運行設(shè)備選擇和安全控制、電氣防爆、自動報警裝置、防靜電、防雷等);④消防給水的類型和容量以及常規(guī)消防器材的配置等。消防監(jiān)督部門應(yīng)當(dāng)依據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范和規(guī)定,嚴(yán)格履行消防建審監(jiān)督審批,依法建站,是預(yù)防事故的重要環(huán)節(jié)。
第三,為了確保CNG加氣站儲氣裝置的長期、安全、穩(wěn)定運行,在生產(chǎn)工藝技術(shù)上,必須嚴(yán)格把好"三脫"(脫硫、脫水、脫烴)關(guān),有利于從源頭上控制和減少儲氣設(shè)備遭受腐蝕侵害和事故危害,是避免事故的有效環(huán)節(jié)。
4.2 安全操作與安全管理。
加氣站的CH4處理系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和售氣系統(tǒng),都是支持儲氣裝置穩(wěn)定運行的附屬設(shè)備,這些崗位具有較高的技術(shù)含量,操作人員必須進行崗前專業(yè)技能和安全培訓(xùn),做到懂得本崗位的消防措施,掌握本崗位的操作步驟,明確本崗位的安全職責(zé),知道加氣站燃爆事故的應(yīng)急處置方法和對策。在消防安全管理方面,加氣站是理所當(dāng)然的消防安全重點單位,必須認(rèn)真落實各級消防安全責(zé)任制,建立健全全員義務(wù)消防組織以及制定應(yīng)急事故處理預(yù)案等。
4.3 火災(zāi)爆炸事故處置要點。
加氣站一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸或非火災(zāi)爆炸的泄漏事故,絕不可驚慌失措,一定要沉著冷靜并迅速正確地予以處置,全力將事故控制在萌芽階段,以最大限度地減少經(jīng)濟損失和人員傷亡,其處置要點主要是:
?、僖鞔_各自的分工職責(zé)。站長或值班長負(fù)責(zé)事故處置分工和指令下達;機房操作工和維修工負(fù)責(zé)截斷氣源,包括關(guān)閉總進氣閥和儲氣裝置的進出氣閥;電工負(fù)責(zé)截斷電源;加氣工、門衛(wèi)或其余人員負(fù)責(zé)滅火、報警和警衛(wèi)等。
?、谝扇≌_得當(dāng)?shù)拇胧NG加氣站多數(shù)事故最終都會導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生,在消防警力尚未到達之前,要充分利用加氣站站區(qū)設(shè)置的各種水源(水對撲滅CH4火災(zāi)非常有效)及常規(guī)消防器材,竭盡全力阻止初期火災(zāi)擴大蔓延。如果儲氣瓶、儲氣罐或輸氣管道發(fā)生破裂爆炸,必須果斷
關(guān)閥斷氣。此外,由于CNG儲氣裝置壓力很高,加之氣體又輕于空氣很容易擴散,因此一般不易采取類似LPG(液化石油氣)儲存容器的堵漏方法,否則將事倍功半。
?、垡刂票ɑ旌衔镄纬杉跋浪隒H4管道。當(dāng)泄漏事故發(fā)生時,通常采用霧狀水稀釋泄散的CH4,是防止爆炸混合物形成的有效方法。但要注意盡可能避免這些消防水浸入未受損的CH4管網(wǎng)和設(shè)備內(nèi)部,以防止與CH4中的H4S結(jié)合生成氫硫酸而緩慢腐蝕這些管道及設(shè)備。
?、芤刂瓶赡芤l(fā)的一切著火能源。事故發(fā)生時,已屬于非正常情況,在一定范圍內(nèi),必須嚴(yán)格控制所有可能引起火災(zāi)或爆炸的點火能源,如正常運行的電氣設(shè)備和電氣開關(guān),生活用火及明火,金屬撞擊火花,靜電火花以及處于工作狀態(tài)的手機、BP機產(chǎn)生的火花等。
?、菀侠砜氐陌踩浞秶?。為防止或最大限度地減少沖擊波或火災(zāi)對人身對財產(chǎn)安全的危害,應(yīng)根據(jù)加氣站的儲氣規(guī)模和CH4的爆炸極限以及沖擊波超城市的作用區(qū)域和有效半徑等現(xiàn)場客觀條件,大致確定一個比較安全的警戒范圍,并配合公安交警、巡警等專門力量布控,以阻止或嚴(yán)禁無關(guān)人員進入警戒區(qū)。通過測算,各種規(guī)模加氣站的事故警戒半徑如表-6所示:
表-6 不同規(guī)模加氣站事故警戒區(qū)半徑
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CNG加氣站規(guī)模 | 一級站 | 二級站 | 三級站 |
常規(guī)儲氣量(Nm3) | 3000-4000 | 1500-3000 | <1500 |
警戒區(qū)半徑(m) | >100 | >80 | >60 |
5、結(jié)束語
綜上所述,對CNG儲氣裝置安全技術(shù)規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識研究和探討,是為了更科學(xué)、更安全、更合理、更規(guī)范地駕馭CNG特殊易燃易爆場所的操作和管理,使其在政府倡導(dǎo)發(fā)展的同時,更有利于CNG新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展和我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。CNG加氣站儲氣裝置的最佳選擇,必須將安全可靠性放在首位,然后綜合考慮其它因素。尤其在我國城市人口密度大、工業(yè)制造技術(shù)還不十分先進、管理水平還不太高、公民安全素養(yǎng)及法律意識還比較淡薄的情況下,對此類重點場所的事故防范,首先必須是積極預(yù)防,堅決避免事故的發(fā)生,再才是尤一發(fā)生火災(zāi)爆炸事故,必須能夠迅速處置和有效控制。