加氣站CNG儲(chǔ)氣裝置的安全評(píng)價(jià)及事故預(yù)防與處置技術(shù)
評(píng)論: 更新日期:2014年05月19日
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(shí),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(dòng)范圍較大,系統(tǒng)試驗(yàn)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(shí)間等因素有關(guān),使測(cè)定和計(jì)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U(xiǎn)g=CgV公式后,再計(jì)算確定壓力容器的沖擊波超壓(△P)值。
儲(chǔ)氣瓶和儲(chǔ)氣罐兩類(lèi)裝置無(wú)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(duì)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(shí)所產(chǎn)生的破壞與危害特征。
表--3 不同沖擊波超壓對(duì)人體或建(構(gòu))筑物的損害情況
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序號(hào) | 超壓(△P,kpa) | 建筑物破壞情況 | 人體傷害情況 |
1 | 5.0-6.0 | 門(mén)窗玻璃部分破碎 | 無(wú)傷害(安全) |
2 | 6.0-10 | 受壓面的門(mén)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(tīng)覺(jué)或骨折 |
6 | 60-70 | 木建筑廠(chǎng)房柱折斷,房梁松動(dòng) | 內(nèi)臟器官?lài)?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(yuǎn),并引起鋼瓶庫(kù)的15支鋼瓶發(fā)生噴射燃燒,焰柱高達(dá)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(chǔ)氣裝置的安全選擇與評(píng)價(jià)
3.1 儲(chǔ)氣裝置的安全狀況及設(shè)置要求比較。
儲(chǔ)氣瓶、儲(chǔ)氣罐和儲(chǔ)氣井三類(lèi)裝置的安全狀況以及設(shè)置要求是各不相同的,通過(guò)對(duì)二級(jí)CNG加氣站的試驗(yàn)研究和比較結(jié)果表明,儲(chǔ)氣井裝置的安全可靠性?xún)?yōu)于儲(chǔ)氣瓶和儲(chǔ)氣罐?,F(xiàn)列表擬作如下比較:
表--4 不同儲(chǔ)氣裝置的安全狀況及設(shè)置要求比較
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序號(hào) | 比較項(xiàng)目 | 儲(chǔ)氣瓶 | 儲(chǔ)氣罐 | 儲(chǔ)氣井 |
1 | 爆炸沖擊波強(qiáng)度(地面) | 較強(qiáng) | 強(qiáng) | 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(yùn)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(chǔ)氣井裝置,具有減少防火間距的實(shí)際意義,以CJJ84-2000《汽車(chē)用燃?xì)饧託庹炯夹g(shù)規(guī)范》中的二級(jí)站為例,表-5的研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明了儲(chǔ)氣井與儲(chǔ)氣瓶、儲(chǔ)氣罐裝置相比較的防火間距減少量。
表--5 儲(chǔ)氣井裝置與儲(chǔ)氣瓶(罐)防火間距減少量的比較
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序號(hào) | 項(xiàng)目 | 儲(chǔ)氣罐(瓶) | 儲(chǔ)氣井 | 間距減少量 | 減少率(%) |
1 | 明火及散發(fā)火花地點(diǎn) | 25 | 18 | 7 | 28 |
2 | 二類(lèi)民用建筑保護(hù)物 | 20 | 15 | 5 | 25 |
3 | 甲、乙類(lèi)儲(chǔ)罐或堆場(chǎng) | 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(xiàn) | 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(chǔ)氣井裝置的占地面積與儲(chǔ)氣瓶或儲(chǔ)氣罐相比,減少量更多。由表-1第5項(xiàng)比較得知:二級(jí)加氣站儲(chǔ)氣瓶、儲(chǔ)氣罐、儲(chǔ)氣井裝置的占地面積分別為30m2,60m2和10m2,儲(chǔ)氣井比前兩類(lèi)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(chǔ)裝置具有更大的實(shí)際價(jià)值和積極意義。
由于儲(chǔ)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(huì)受到波面影響,與儲(chǔ)氣瓶和儲(chǔ)氣罐爆炸沖擊波的立體全方位放射比較,沖擊波危害會(huì)大大降低,從而顯著提高了這種井儲(chǔ)裝置的安全可靠性。此外,在經(jīng)濟(jì)性方面的比較,雖然儲(chǔ)氣井比瓶裝置在初期建設(shè)成本上高出1/3的費(fèi)用,但在后期運(yùn)行的維護(hù)成本費(fèi)上將大為減少。
3.4 評(píng)價(jià)結(jié)論和相關(guān)建議。
通過(guò)對(duì)以上安全狀況及相關(guān)項(xiàng)目的分析研究和討論,筆者以為,從消防安全和社會(huì)公共安全角度綜合考慮,儲(chǔ)氣井與儲(chǔ)氣瓶和儲(chǔ)氣罐相比,具有"四種減少"的明顯優(yōu)勢(shì),即:
?、贉p少?zèng)_擊波危害;
②減少防火間距;
?、蹨p少占地面積;
?、軠p少隔爆墻設(shè)置。
因此,對(duì)加氣站CNG儲(chǔ)氣裝置安全評(píng)價(jià)的結(jié)論意見(jiàn)是:儲(chǔ)氣井最佳;儲(chǔ)氣罐次之;儲(chǔ)氣瓶再次之。針對(duì)以上評(píng)價(jià)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(chǔ)氣,由于早期尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,設(shè)計(jì)不盡合理,有的儲(chǔ)氣裝置與設(shè)備現(xiàn)已老化陳舊,并接近或達(dá)到安全使用期限。因此建議陸續(xù)淘汰80L以下的鋼瓶組儲(chǔ)氣裝置,對(duì)已使用10年以上的瓶?jī)?chǔ)加氣站,有計(jì)劃地列入技術(shù)改造,使之逐步更新為儲(chǔ)氣井,以減少或避免事故的發(fā)生。
第二,進(jìn)一步加大對(duì)CNG儲(chǔ)氣裝置尤其是井儲(chǔ)安全及先進(jìn)技術(shù)的課題研究力度和資金投入,不斷提高儲(chǔ)氣效率和自動(dòng)化管理水平。
第三,借助加入WTO的有利時(shí)機(jī),建立與美國(guó)等燃?xì)馄?chē)發(fā)達(dá)國(guó)家之間的儲(chǔ)氣技術(shù)交流與合作,逐步將我國(guó)成熟的儲(chǔ)氣井技術(shù)推向國(guó)際市場(chǎng)。
第四,政府行政及技術(shù)主管部門(mén),應(yīng)盡快制定出臺(tái)相關(guān)的管理法規(guī)和"翅"(國(guó)標(biāo))標(biāo)準(zhǔn),在CJJ84-2000《汽車(chē)用燃?xì)饧託庹炯夹g(shù)規(guī)范》的基礎(chǔ)上,增加儲(chǔ)氣井專(zhuān)篇內(nèi)容,并作重點(diǎn)闡述和提出相關(guān)要求。
4、儲(chǔ)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(jì)和安全工藝方面,各種儲(chǔ)氣規(guī)模的CNG加氣站,必須選擇具有甲級(jí)資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)單位承擔(dān)工程設(shè)計(jì)任務(wù),并把儲(chǔ)氣裝置作為加氣站的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。在"GB"標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)之前,應(yīng)以CJJ84-2000《汽車(chē)用燃?xì)饧託庹炯夹g(shù)規(guī)范》作為設(shè)計(jì)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(jì)方案應(yīng)由政府CNG管理部門(mén)組織有關(guān)專(zhuān)家評(píng)審并報(bào)主管部門(mén)審批后方可進(jìn)入工程施工建設(shè)程序。實(shí)踐證明,把好工程設(shè)計(jì)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(diǎn),其內(nèi)容主要包括:①站、址選點(diǎn)布局;②建筑消防措施(安全距離、耐火等級(jí)、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(yùn)行設(shè)備選擇和安全控制、電氣防爆、自動(dòng)報(bào)警裝置、防靜電、防雷等);④消防給水的類(lèi)型和容量以及常規(guī)消防器材的配置等。消防監(jiān)督部門(mén)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(chǔ)氣裝置的長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)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(chǔ)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(chǔ)氣裝置穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)行崗前專(zhuān)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(duì)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(diǎn)單位,必須認(rèn)真落實(shí)各級(jí)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(diǎn)。
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(jì)損失和人員傷亡,其處置要點(diǎn)主要是:
?、僖鞔_各自的分工職責(zé)。站長(zhǎng)或值班長(zhǎng)負(fù)責(zé)事故處置分工和指令下達(dá);機(jī)房操作工和維修工負(fù)責(zé)截?cái)鄽庠?,包括關(guān)閉總進(jìn)氣閥和儲(chǔ)氣裝置的進(jìn)出氣閥;電工負(fù)責(zé)截?cái)嚯娫?;加氣工、門(mén)衛(wèi)或其余人員負(fù)責(zé)滅火、報(bào)警和警衛(wèi)等。
?、谝扇≌_得當(dāng)?shù)拇胧?。CNG加氣站多數(shù)事故最終都會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生,在消防警力尚未到達(dá)之前,要充分利用加氣站站區(qū)設(shè)置的各種水源(水對(duì)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(kuò)大蔓延。如果儲(chǔ)氣瓶、儲(chǔ)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(chǔ)氣裝置壓力很高,加之氣體又輕于空氣很容易擴(kuò)散,因此一般不易采取類(lèi)似LPG(液化石油氣)儲(chǔ)存容器的堵漏方法,否則將事倍功半。
③要控制爆炸混合物形成及消防水浸入CH4管道。當(dāng)泄漏事故發(fā)生時(shí),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(shí),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(diǎn)火能源,如正常運(yùn)行的電氣設(shè)備和電氣開(kāi)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(jī)、BP機(jī)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?zèng)_擊波或火災(zāi)對(duì)人身對(duì)財(cái)產(chǎn)安全的危害,應(yīng)根據(jù)加氣站的儲(chǔ)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(chǎng)客觀(guān)條件,大致確定一個(gè)比較安全的警戒范圍,并配合公安交警、巡警等專(zhuān)門(mén)力量布控,以阻止或嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員進(jìn)入警戒區(qū)。通過(guò)測(cè)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(jí)站 | 二級(jí)站 | 三級(jí)站 |
常規(guī)儲(chǔ)氣量(Nm3) | 3000-4000 | 1500-3000 | <1500 |
警戒區(qū)半徑(m) | >100 | >80 | >60 |
5、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,對(duì)CNG儲(chǔ)氣裝置安全技術(shù)規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)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(chǎng)所的操作和管理,使其在政府倡導(dǎo)發(fā)展的同時(shí),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(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。CNG加氣站儲(chǔ)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(guó)城市人口密度大、工業(yè)制造技術(shù)還不十分先進(jìn)、管理水平還不太高、公民安全素養(yǎng)及法律意識(shí)還比較淡薄的情況下,對(duì)此類(lèi)重點(diǎn)場(chǎng)所的事故防范,首先必須是積極預(yù)防,堅(jiān)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。