□ 文/何洧

CNG加氣站安全研究與管理技術(shù)路線

□ 文/何洧

CNG加氣站主要涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品是天然氣，站內(nèi)設(shè)施設(shè)備精細(xì)，工藝流程復(fù)雜，安全隱患防控難度大。CNG加氣站安全管理的宗旨是消除安全隱患，減少事故的發(fā)生。本文將CNG加氣站工藝系統(tǒng)分為七個(gè)部分：調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)、天然氣壓縮系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)、儲(chǔ)氣系統(tǒng)、售氣系統(tǒng)、高壓管道系統(tǒng)和設(shè)備控制系統(tǒng)，通過對國內(nèi)CNG加氣站已經(jīng)發(fā)生的各類事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，分別對CNG加氣站整體、各部分以及關(guān)鍵的工藝操作做出相應(yīng)的危險(xiǎn)性分析，最后從設(shè)施設(shè)備、規(guī)章制度、人員以及環(huán)境四個(gè)方面提出CNG站相應(yīng)的安全管理對策。

CNG 加氣站 危險(xiǎn)性 安全管理

加氣站整體危險(xiǎn)源研究

（一）天然氣物性的危險(xiǎn)性

CNG加氣站生產(chǎn)銷售的主要化學(xué)品是車用天然氣，其主要成分是甲烷，屬于一級可燃?xì)怏w，甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性。天然氣具有以下危險(xiǎn)特性：①易燃燒、易爆炸、擴(kuò)散能力強(qiáng)。②可壓縮性高，可能導(dǎo)致物理爆炸；③天然氣局部濃度過高時(shí)，會(huì)使人因?yàn)槿毖醵鴮?dǎo)致頭昏、頭痛、乏力、窒息、昏迷等狀況，若不及時(shí)脫離，可致窒息死亡。

（二）天然氣泄露的危險(xiǎn)性

通過對天然氣物性的了解，在CNG加氣站的日常生產(chǎn)運(yùn)行過程中，一旦發(fā)生天然氣的泄露，很可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸、人員窒息等事故。引起壓力容器及壓力管道泄漏事故的原因主要包括以下幾點(diǎn)：①壓力容器和壓力管道的工作壓力超過了其最高允許壓力；②壓力容器和壓力管道受到腐蝕而使壁厚減薄，耐壓強(qiáng)度下降；③安全附件如安全閥等安裝錯(cuò)誤或失效；④在對加氣車輛進(jìn)行加氣的過程中由于操作人員操作失誤。

（三）設(shè)備超壓運(yùn)行的危險(xiǎn)性

CNG加氣站的很多設(shè)備在正常運(yùn)行情況下都處于高壓狀態(tài)，如果一旦其工作壓力出現(xiàn)異常，超過了在設(shè)計(jì)溫度下設(shè)備的最高允許壓力，設(shè)備的承壓部件就會(huì)因?yàn)槌^其極限強(qiáng)度而發(fā)生破損，進(jìn)而發(fā)生局部炸裂或整體爆炸，造成人員傷亡。同時(shí)也極易因?yàn)樵O(shè)備損毀而造成高壓天然氣的泄漏，繼而引發(fā)火災(zāi)、爆炸、窒息事故。

（四）天然氣氣質(zhì)不達(dá)標(biāo)的危險(xiǎn)性

CNG汽車是把壓縮天然氣儲(chǔ)存在車用鋼瓶之中的，由于天然氣除了甲烷之外，還可能含有硫化氫、二氧化碳和水等雜質(zhì)，如果CNG加氣站天然氣氣質(zhì)不達(dá)標(biāo)，特別當(dāng)天然氣中含有水分時(shí)，在壓力變化較大的情況下容易形成水合物，造成管道、儲(chǔ)氣瓶嘴冰堵，同時(shí)還會(huì)加速天然氣中酸性氣體對高壓管道、儲(chǔ)氣裝置和車用氣瓶的腐蝕。

（五）建站規(guī)劃問題的危險(xiǎn)性

這里主要是指設(shè)施設(shè)備的選材和安裝問題以及安全間距設(shè)置的問題。CNG加氣站設(shè)備多為壓力容器，大多處于高壓運(yùn)行狀態(tài)，對設(shè)施設(shè)備的可靠性要求很嚴(yán)，對安全間距的要求很高，在上世紀(jì)90年代以及本世紀(jì)初，我國的CNG站處于初步發(fā)展階段，因?yàn)榇祟悊栴}就發(fā)生了多起事故。需要嚴(yán)格遵照行業(yè)以及國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選材、安裝和測量。

（六）站內(nèi)外存在多種引火源的危險(xiǎn)性

CNG加氣站大多建在車流量較大的路口，周圍建筑環(huán)境復(fù)雜，人員流動(dòng)量大，加之加氣車輛中出租車和駕校車輛占比較多，進(jìn)站人員復(fù)雜，外部火源防控難度較大。比如鄰近建筑物的火焰、外來人員攜帶打火機(jī)產(chǎn)生的火焰、使用電器產(chǎn)生的電火花、化纖衣物摩擦產(chǎn)生的靜電火花、出入車輛帶入的火花等，稍有不慎便會(huì)引發(fā)火災(zāi)事故。

（七）員工違章作業(yè)或安全管理不善的危險(xiǎn)性

違章作業(yè)主要是由于不熟悉操作規(guī)程或不嚴(yán)格按照操作規(guī)程作業(yè)、培訓(xùn)不到位以及特種作業(yè)人員未持證上崗等。安全管理不善主要是：①對設(shè)施設(shè)備缺少檢驗(yàn)分析和評估；②對設(shè)施設(shè)備存在質(zhì)量缺陷或者事故隱患，沒有及時(shí)檢查和治理；③大修或檢修后未進(jìn)行試壓、密閉性試驗(yàn)等。

加氣站分類危險(xiǎn)性技術(shù)分析

（一）CNG加氣站設(shè)施設(shè)備危險(xiǎn)性分析

1. 儲(chǔ)氣系統(tǒng)危險(xiǎn)性分析

CNG加氣站的儲(chǔ)氣系統(tǒng)有三種裝置類型可供選擇：儲(chǔ)氣瓶、儲(chǔ)氣罐和儲(chǔ)氣井。最早的CNG加氣站一般使用的是儲(chǔ)氣瓶，優(yōu)點(diǎn)是成本低廉、安置靈活，缺點(diǎn)是氣瓶和零部件易損壞，氣體易泄漏，易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。儲(chǔ)氣罐是90年代后期開始廣泛使用的一種儲(chǔ)氣裝置，優(yōu)點(diǎn)是管閥聯(lián)接點(diǎn)少，氣體不易泄漏，缺點(diǎn)是如果發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，破壞力度大、破壞范圍廣。儲(chǔ)氣井是近些年來比較流行的一種儲(chǔ)氣裝置，相對于儲(chǔ)氣瓶和儲(chǔ)氣罐來說，由于其埋于地面之下爆炸事故發(fā)生時(shí)減少地面沖擊波范圍和強(qiáng)度，安全性得到了極大的提升，并且占地面積小，大大節(jié)省了土地成本，缺點(diǎn)是耐壓試驗(yàn)無法檢驗(yàn)強(qiáng)度和密封性、制造缺陷不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排污不徹底容易對套管造成應(yīng)力腐蝕，一旦儲(chǔ)氣井在運(yùn)行過程中井身發(fā)生泄漏，整個(gè)井就有報(bào)廢的危險(xiǎn)[4-6]。

儲(chǔ)氣系統(tǒng)的危險(xiǎn)性主要有：①在容器內(nèi)部壓力過高的情況下，會(huì)造成泄漏或者爆裂；②儲(chǔ)氣瓶的管閥聯(lián)接點(diǎn)未聯(lián)接緊密或老化、銹蝕、破損，造成天然氣泄漏；③儲(chǔ)氣罐上的安全閥、儀表等器件長期使用易老化、銹蝕、破損，造成失靈或局部泄漏；④如果采用的是儲(chǔ)氣井，其地下部分日常監(jiān)測和維護(hù)保養(yǎng)存在難題。在經(jīng)統(tǒng)計(jì)的100起CNG加氣站事故中，儲(chǔ)氣裝置發(fā)生事故22起。

2. 天然氣壓縮系統(tǒng)危險(xiǎn)性分析

壓縮機(jī)的危險(xiǎn)性有：①壓縮機(jī)長期在進(jìn)氣壓力波動(dòng)較大的情況下工作，易產(chǎn)生疲勞破壞，容易爆裂，發(fā)生爆炸；②壓縮機(jī)由水循環(huán)冷卻，形成水垢未及時(shí)清理，堵塞管道，造成破裂；③壓縮機(jī)工作缺水，又突然供水，導(dǎo)致壓縮機(jī)機(jī)殼及缸體容易破裂，形成泄漏。在經(jīng)統(tǒng)計(jì)的100起CNG加氣站事故中，壓縮機(jī)發(fā)生事故12起。

3. 售氣系統(tǒng)危險(xiǎn)性分析

加氣機(jī)是整個(gè)CNG加氣站使用最為頻繁的設(shè)備，閥門、軟管在高壓狀態(tài)下操作頻繁，極易引起磨損、破裂等。在經(jīng)統(tǒng)計(jì)的100起CNG加氣站事故中，售氣系統(tǒng)發(fā)生事故的比例也是最高的，共計(jì)56起。售氣系統(tǒng)的危險(xiǎn)性主要有：①CNG加氣工因操作失誤致使加氣管脫落、破裂或忘記關(guān)閉加氣閥，引起泄露；②加氣車輛駕駛員誤操作，導(dǎo)致加氣機(jī)撞壞或加氣槍管拉斷；③加氣機(jī)和加氣槍長期使用，不進(jìn)行常規(guī)檢修，存在結(jié)合部位脫離或封口不嚴(yán)，引起泄露。

4. 高壓管道系統(tǒng)危險(xiǎn)性分析

CNG加氣站高壓管道系統(tǒng)危險(xiǎn)性主要有：①埋地敷設(shè)的輸氣管道，如果其外表面的防腐措施未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，易腐蝕造成泄漏；②管道本身材質(zhì)及安裝的缺陷，壓力過高時(shí)易引起爆裂形成泄漏；③輸氣管道超壓運(yùn)行易引起管道爆裂。

5. 氣體凈化系統(tǒng)危險(xiǎn)性分析

CNG加氣站的氣體凈化系統(tǒng)主要包括過濾系統(tǒng)、脫硫和脫水系統(tǒng)，四川地區(qū)的天然氣氣源質(zhì)量較好，管網(wǎng)天然氣硫含量低，一般只進(jìn)行過濾和脫水操作。涉及到的主要壓力容器為過濾器和脫水塔。過濾器是利用過濾網(wǎng)將氣體中雜質(zhì)除去，達(dá)到凈化目的。脫水塔是利用吸附物質(zhì)將氣體中的水分除去，從而使氣體得到凈化。脫水塔是CNG加氣站進(jìn)行天然氣脫水工藝的關(guān)鍵設(shè)備，直接影響出站天然氣的水露點(diǎn)。其危險(xiǎn)性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①脫水塔內(nèi)吸附物質(zhì)水分飽和，不及時(shí)再生，氣體得不到凈化，對后續(xù)工藝造成危害；②脫水裝置內(nèi)氣壓過高，容易造成爆炸；③脫水冷熱交替進(jìn)行頻率過高，易發(fā)生脆性裂變，造成泄漏。

6. 車用氣瓶危險(xiǎn)性分析

我國目前絕大部分天然氣汽車所使用的是鋼制氣瓶，其儲(chǔ)存壓力高達(dá)20Mpa，如果氣瓶質(zhì)量不合格或者未定期對氣瓶進(jìn)行檢測，就很容易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。

盡管國家對天然氣汽車的車載氣瓶的檢測周期作出了明確規(guī)定（新裝氣瓶首次檢測時(shí)間為兩年，以后一年檢測一次），但事實(shí)上依然存在很多車主已經(jīng)多年未對車載氣瓶進(jìn)行檢測，這樣的車載氣瓶隱患相當(dāng)嚴(yán)重。此外，由不合格廠家安裝或私自安裝車載氣瓶導(dǎo)致氣瓶工藝質(zhì)量不合格而引發(fā)的安全事故也不在少數(shù)[7]。在統(tǒng)計(jì)的100起CNG加氣站事故中，因?yàn)榧託廛囕v氣瓶問題而引發(fā)的爆炸事故共有6起，而且由于事故發(fā)生點(diǎn)位于加氣現(xiàn)場，車輛和人員密集，因此此類事故一旦發(fā)生，造成的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)嚴(yán)重，社會(huì)影響極其惡劣。

（二）CNG加氣站關(guān)鍵工藝操作危險(xiǎn)性分析

CNG加氣站的各個(gè)系統(tǒng)均在高壓下連續(xù)進(jìn)行，而系統(tǒng)中的物料（天然氣）又是甲類易燃?xì)怏w，對設(shè)備和管路的要求很高，對各項(xiàng)設(shè)施設(shè)備的操作和檢維修也較為頻繁。如果在運(yùn)行中操作不當(dāng)就很容易造成設(shè)備和管路破損泄漏，引發(fā)機(jī)械傷害、觸電、中毒、燃燒、爆炸等事故。

有的放矢的安全管理對策

從CNG加氣站安全管理的原則來說，主要有以下原則：①可行性原則，現(xiàn)實(shí)的安全管理措施要從CNG加氣站的實(shí)際情況出發(fā)進(jìn)行考慮，力求做到切實(shí)可行；②有效性原則，安全管理措施要做到切實(shí)有效，不能搞形式主義；③針對性原則，根據(jù)已識別出的CNG加氣站的各個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)，具體到每一樣設(shè)施設(shè)備、每一項(xiàng)工藝操作，有針對性地進(jìn)行分析；④成本效益原則，CNG加氣站的安全管理非常重要，但并非是不計(jì)成本，需要對投入和收效做出縝密地分析，力求在確實(shí)保障安全的前提下以最小的成本達(dá)到最大的效益。

就CNG加氣站具體的安全管理對策來說，主要有兩個(gè)著眼點(diǎn)：一是從技術(shù)層面著眼，包括排查和消除各種設(shè)施設(shè)備本身存在的缺陷和隱患，配置和完善能夠消除和減小風(fēng)險(xiǎn)的各項(xiàng)設(shè)施設(shè)備和技術(shù)手段，從安全的角度優(yōu)化和改進(jìn)各項(xiàng)工藝操作流程等；二是從管理層面著眼，包括制定和完善各項(xiàng)安全管理規(guī)章制度、應(yīng)急預(yù)案以及建立相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制等。

根據(jù)前面所述CNG站的事故統(tǒng)計(jì)和各項(xiàng)危險(xiǎn)性分析，可以看出，設(shè)施設(shè)備的失效（原因主要包括設(shè)備本身存在質(zhì)量問題、超壓運(yùn)行、安全附件失靈、維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)?shù)龋┦荂NG加氣站發(fā)生事故的主要原因，但人為因素和環(huán)境因素也會(huì)給CNG加氣站帶來較大的安全隱患。人為因素包括員工的違章操作和外來人員的不安全行為，而導(dǎo)致員工違章操作的原因主要是安全教育工作和技能培訓(xùn)工作不到位，外來人員的不安全行為的原因主要是安全宣傳工作和安全監(jiān)管工作不到位。環(huán)境因素則較為復(fù)雜，主要包括建筑物防火設(shè)計(jì)不當(dāng)、存在多種引火源以及天然氣氣質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題。同時(shí)，這些人為因素和環(huán)境因素又會(huì)加劇設(shè)備的失效。此外，造成CNG加氣站事故的另一重要因素就是管理方面存在缺陷，其根本就是安全管理制度的缺失，沒有認(rèn)真落實(shí)應(yīng)急預(yù)案及建立相關(guān)事故預(yù)警機(jī)制。

因此在建章立制方面需要建立一整套嚴(yán)密和可操作的制度。

一、制定“一書一卡”制度

“一書一卡”即“關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備操作規(guī)程書、常用設(shè)施設(shè)備操作卡”。 一書一卡包括內(nèi)容為基本信息（設(shè)備編號、操作時(shí)間、操作人、監(jiān)護(hù)人、指令單位等）、風(fēng)險(xiǎn)提示及對應(yīng)應(yīng)急處置程序、準(zhǔn)備工作及操作步驟等。操作規(guī)程書按照崗位劃分，以書本的形式放置于員工書柜，定期或不定期進(jìn)行學(xué)習(xí)和考核，操作卡按照崗位劃分，以活頁夾的形式放置，保證崗位員工人手一冊。 “一書一卡”制度的制定，主要是出于對CNG加氣站設(shè)施設(shè)備監(jiān)控、操作、維修和保養(yǎng)工作的專業(yè)性、頻繁性以及重要性的考慮，切實(shí)提高員工的業(yè)務(wù)水平，保障設(shè)施設(shè)備的正確操作和運(yùn)行。

二、建立事故預(yù)警機(jī)制及預(yù)警系統(tǒng)

CNG加氣站事故的預(yù)警，主要還是指對于天然氣泄漏的預(yù)警。對CNG加氣站設(shè)施設(shè)備的各個(gè)部分、工藝流程的各個(gè)環(huán)節(jié)中可能發(fā)生的天然氣的泄漏事故，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，建立相應(yīng)的預(yù)警機(jī)制，做到及時(shí)預(yù)警、快速反應(yīng)和有效控制。

其次是建立預(yù)警系統(tǒng)，一套完善的預(yù)警系統(tǒng)需要充足的人員配置、資源配置以及先進(jìn)的技術(shù)手段作保障。一是可以借助視頻圖像和多參數(shù)傳感器（如溫度傳感器、壓力傳感器等）的配置等技術(shù)手段，對CNG加氣站的各個(gè)區(qū)域以及整個(gè)生產(chǎn)銷售過程進(jìn)行全時(shí)段全方位的監(jiān)管，所采集的相關(guān)的圖像信息和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)信息可以通過專業(yè)的電腦軟件進(jìn)行綜合分析，對分析結(jié)果為異常的部分再進(jìn)行相應(yīng)的診斷，及時(shí)排查運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的天然氣泄露。二是可以建立可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)，可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)包括可燃?xì)怏w檢測探頭和可燃?xì)怏w報(bào)警器，通過在天然氣可能發(fā)生泄露的關(guān)鍵區(qū)域安置可燃?xì)怏w報(bào)檢測探頭，在設(shè)備控制室或值班室內(nèi)安裝可燃?xì)怏w報(bào)警器，這樣一旦因?yàn)樘烊粴庑孤对斐删植刻烊粴鉂舛仍龃?，工作人員就可立即接到警報(bào)并快速反應(yīng)進(jìn)行處理。

通過制定嚴(yán)格的規(guī)章制度，使加氣站員工能夠按規(guī)定行事，避免很多由于人為因素而造成的事故。與此同時(shí)，由于CNG加氣站工藝流程的特殊性和復(fù)雜性，要有針對性地對員工進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，努力提高員工的專業(yè)素質(zhì)，使他們能夠勝任各種新設(shè)備、新技術(shù)、新規(guī)范所帶來的嚴(yán)格要求。確保員工在操作前能夠認(rèn)真檢查設(shè)備的工藝狀況、溫壓條件、安全附件、防護(hù)用具以及周圍環(huán)境等，并且在確認(rèn)所有條件滿足操作要求后進(jìn)行操作，并且在操作后能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的安全檢查工作，確保設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、閥門開閉狀態(tài)正確、安全附件完好有效等。

三、在環(huán)境方面，站內(nèi)整體布局考慮防火設(shè)計(jì)。

首先，對CNG加氣站內(nèi)所有建、構(gòu)筑物的布局應(yīng)充分考慮到對可能發(fā)生的火災(zāi)爆炸事故進(jìn)行預(yù)警、快速處理和緊急撤離等措施的安全性和便捷性，比如布置有可燃?xì)怏w或液體的設(shè)備的建筑物門窗應(yīng)向外開啟，并應(yīng)按規(guī)定采取泄壓措施；當(dāng)壓縮機(jī)間與值班室、儀表間相鄰時(shí)，值班室、儀表間門窗應(yīng)位于爆炸危險(xiǎn)區(qū)范圍之外，且與壓縮機(jī)間的中間隔墻建為無門窗洞口的防火墻等。

其次，站內(nèi)的所有建、構(gòu)筑物必須符合國家有關(guān)防火的法規(guī)和規(guī)范，注意其耐火等級不應(yīng)低于二級。此外，站內(nèi)壓縮天然氣工藝設(shè)施與站外建、構(gòu)筑物的防火距離、站內(nèi)主要設(shè)施之間的防火安全距離都應(yīng)符合《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（GB50156）的相關(guān)規(guī)定[8]。

與此同時(shí)，要保證天然氣氣質(zhì)達(dá)標(biāo)。可以說這是保證CNG加氣站的本質(zhì)安全。應(yīng)根據(jù)CNG加氣站氣源的氣質(zhì)情況設(shè)置相應(yīng)的脫水以及脫硫設(shè)備，對站天然氣在壓縮前和壓縮后進(jìn)行凈化處理，脫去天然氣中的硫、水以及雜質(zhì)，防止對壓力容器、天然氣管道以及車載氣瓶的腐蝕。對脫水劑（通常選用的是4A型分子篩）應(yīng)做到及時(shí)更換。在CNG加氣站的日常運(yùn)行管理中，應(yīng)當(dāng)每日進(jìn)行氣質(zhì)檢測并將檢測結(jié)果公示。

總之，CNG 加氣站安全管理的目標(biāo)是消除和防范不安全事件的發(fā)生，降低應(yīng)急管理的成本，使有限資源得到最大的發(fā)揮。它能夠在更基礎(chǔ)的層面實(shí)現(xiàn)管理的優(yōu)化，比應(yīng)急管理更能從CNG 加氣站的基礎(chǔ)層避免損失的產(chǎn)生，并且能將潛在危險(xiǎn)預(yù)防整合于 CNG 加氣站的發(fā)展規(guī)劃和決策之中。

（本文獲中國石油企業(yè)協(xié)會(huì)行業(yè)部級2016年度全國石油石化行業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)）

作者單位： 中國石油四川銷售成都分公司