作者簡(jiǎn)介：

方榮丘（1979- ），男，壯族，廣西武鳴人，本科，中級(jí)職稱，研究方向：市政和燃?xì)狻?/p>

摘要：

隨著能源和環(huán)境壓力的不斷加大，天然氣汽車在交通領(lǐng)域節(jié)能減排和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用。天然氣具有環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等，被公認(rèn)為是最為現(xiàn)實(shí)和技術(shù)上較成熟的車用汽油和柴油的代用燃料，在我國(guó)四川、新疆、內(nèi)蒙古、寧夏等省份LNG和CNG合建站得到了大力推廣和應(yīng)用。天然氣本身具有易燃易爆的危險(xiǎn)屬性，火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生會(huì)造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。本文通過(guò)對(duì)加氣站出現(xiàn)過(guò)的事故案例進(jìn)行研究，分析了加氣站主要的危險(xiǎn)因素，提出防火防爆的安全防范措施和建議。

關(guān)鍵詞：LNG和CNG加氣站；事故案例；危險(xiǎn)因素；防火防爆措施

引言

2011年徐州某L-CNG加氣站LNG儲(chǔ)罐根部閥發(fā)生泄漏引發(fā)大火，火苗躥起20多米高，經(jīng)消防支隊(duì)15輛消防車近6個(gè)小時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)處置才將險(xiǎn)情控制??；某加氣站在加氣過(guò)程中突然出現(xiàn)漏氣聲，隨后一團(tuán)火球升騰而起，經(jīng)站區(qū)工作人員全力處置才將火撲滅，造成一車燒毀一人燒傷的事故。LNG和CNG加氣站銷售的產(chǎn)品是天然氣，將氣體或液體壓縮后經(jīng)加氣機(jī)給汽車加氣。根據(jù)加氣站的工藝情況，LNG和CNG加氣站存在以下危險(xiǎn)特性。

一、天然氣本身的危險(xiǎn)性

（一）易燃易爆性質(zhì)

LNG和CNG的主要成分都是甲烷，并含有少量乙烷、丙烷、丁烷等其他雜質(zhì)。LNG和CNG儲(chǔ)存的物態(tài)形式不同，LNG是天然氣在常壓低溫液態(tài)下儲(chǔ)存，液態(tài)密度是450KG/m3。CNG是高壓氣態(tài)儲(chǔ)存，氣態(tài)密度0.7KG/m3。氣態(tài)天然氣比空氣輕且容易擴(kuò)散，爆炸范圍是5%-15%，最小的點(diǎn)火能是0.28焦耳。從以上參數(shù)可以看出天然氣的爆炸下限較低，引發(fā)燃燒和爆炸的點(diǎn)火能量非常小，泄漏后容易形成爆炸性的混合性氣體，遇明火就會(huì)發(fā)生燃爆事故。

（二）中毒與窒息特性

天然氣本身無(wú)毒，但是天然氣在低凹位置或室內(nèi)大量泄漏時(shí)會(huì)降低室內(nèi)空氣的氧含量。環(huán)境中的氧含量低于18%時(shí)，人體就會(huì)有缺氧癥狀，隨著氧含量的降低，會(huì)出現(xiàn)呼吸加速、脈搏加快，血壓升高的不良現(xiàn)象，嚴(yán)重者出現(xiàn)缺氧窒息。

（三）高壓危險(xiǎn)性

CNG和LNG加氣工藝都是要通過(guò)壓縮機(jī)或潛液泵壓縮加壓后給加氣機(jī)加氣的，所涉及的設(shè)備、容器和管道都是中、高壓承壓類設(shè)施，特別是CNG的工藝壓力達(dá)到25MPA。高壓會(huì)增加泄漏風(fēng)險(xiǎn)及加速腐蝕，反復(fù)充裝和卸壓會(huì)使壓力容器和管道產(chǎn)生疲勞。安全設(shè)施的失效會(huì)有超壓的可能，出現(xiàn)容器破裂泄漏或爆炸，高壓運(yùn)行下的設(shè)備設(shè)施接頭會(huì)因振動(dòng)、溫度、使用環(huán)境等因素導(dǎo)致崩脫傷人及泄漏。

（四）低溫危險(xiǎn)性

低溫危險(xiǎn)性主要出現(xiàn)在LNG的儲(chǔ)存和加液工藝中。LNG是在-162℃下儲(chǔ)存，在儲(chǔ)存過(guò)程中有低溫凍傷、材質(zhì)低溫脆性斷裂的危險(xiǎn)以及不同密度和溫度的LNG在儲(chǔ)罐內(nèi)混合時(shí)可能發(fā)生翻滾現(xiàn)象。

（五）火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)性

從甲烷的理化特性可以看出其爆炸范圍為5%-15%，天然氣泄漏后遇火源引發(fā)的火災(zāi)爆炸是LNG/CNG加氣站最大的危險(xiǎn)因素，因天然氣火災(zāi)具有燃燒速度快、燃燒熱值高、擴(kuò)散能力強(qiáng)、火勢(shì)蔓延迅速等特征，因而天然氣的火災(zāi)爆炸具有危害性后果大、難以處置、社會(huì)影響大等特點(diǎn)[1]。

二、加氣站的防火防爆措施

（一）防止可燃可爆系統(tǒng)形成的措施

1.腐蝕泄漏。管道、容器的腐蝕分為外腐蝕和內(nèi)腐蝕，外腐蝕主要是管道材質(zhì)與外部環(huán)境腐蝕性的介質(zhì)接觸后引起的腐蝕，是外防腐層失效后電化學(xué)腐蝕引起的，外腐蝕的隱患容易識(shí)別和處理難度也相對(duì)要小些，在管道施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)管道施工的工序管理，加設(shè)陰極保護(hù)系統(tǒng)在保證防腐質(zhì)量的前提下可緩解管道的外腐蝕。內(nèi)腐蝕是油氣管道主要的腐蝕形式和破壞因素之一，將嚴(yán)重降低管道的承壓能力、使用壽命和運(yùn)行的可靠性。主要是管內(nèi)流體介質(zhì)內(nèi)有水分、硫化氫、CO2、應(yīng)力腐蝕等引起的腐蝕。內(nèi)腐蝕在平常的管道巡檢中不易發(fā)現(xiàn)，只能經(jīng)專業(yè)的檢驗(yàn)檢測(cè)手段才可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的存在，隱患的存在更具隱蔽性。所以在工藝設(shè)計(jì)和管道材質(zhì)的選擇中應(yīng)特別注意，除了選擇能耐流體介質(zhì)腐蝕的材質(zhì)外，還要考慮管道設(shè)計(jì)使用周期內(nèi)的腐蝕余量以及管道的流速應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。

從內(nèi)腐蝕機(jī)理可以看出天然氣的氣質(zhì)質(zhì)量對(duì)于設(shè)備、管道和容器的內(nèi)腐蝕有重要的影響，應(yīng)加強(qiáng)進(jìn)站天然氣質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)。根據(jù)GB17820-2018《天然氣》和GB18047-2017《車用壓縮天然氣》這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家對(duì)于壓縮天然氣的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如表1所示。

兩類氣質(zhì)的天然氣進(jìn)站后如果硫化氫和CO2含量超標(biāo)，不能滿足CNG的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，就要對(duì)其進(jìn)行脫硫、脫酸、脫水凈化處理。介質(zhì)內(nèi)的硫化氫、CO2和水含量超標(biāo)的危害后果是對(duì)管材產(chǎn)生電化學(xué)酸性腐蝕、導(dǎo)致管道脆化產(chǎn)生裂紋以及管道內(nèi)壁腐蝕后減薄穿孔造成泄漏，水含量超標(biāo)除了可能會(huì)造成CNG管路冰堵外，氣體中含有硫化氫和二氧化碳還有加速腐蝕的作用，所以壓縮天然氣的氣質(zhì)指標(biāo)要求高，對(duì)于硫化氫和CO2及含水量有著嚴(yán)格的要求，對(duì)進(jìn)站天然氣進(jìn)行凈化處理加強(qiáng)氣質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)保證氣體質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，是減少對(duì)在用的設(shè)備、管道、容器、氣瓶?jī)?nèi)腐蝕的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)性工作[2]。

2.設(shè)備設(shè)施缺陷引起的泄漏。接頭跑冒滴漏、管道接頭焊口開裂，設(shè)備振動(dòng)造成管道接頭的脫落，壓縮機(jī)填料密封失效引發(fā)的泄漏。在工藝設(shè)計(jì)上CNG的管道接頭盡量使用焊接連接或法蘭連接，不得使用卡套接頭。LNG的管道因低溫特性，在使用過(guò)程中管道會(huì)熱脹冷縮，法蘭連接處極易出現(xiàn)泄漏，因而低溫管道的接頭也應(yīng)盡量使用焊接而非法蘭連接。

3.安全防護(hù)設(shè)施失效引起的泄漏。壓縮過(guò)程中的安全閥及相關(guān)的壓力聯(lián)鎖等設(shè)施的失效會(huì)造成設(shè)備、管線和容器超壓運(yùn)行，增加了設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和泄漏風(fēng)險(xiǎn)。加強(qiáng)安全附件、聯(lián)鎖裝置檢測(cè)元件的定期校驗(yàn)，保證處在完好適用的狀態(tài)，避免設(shè)備的超壓運(yùn)行。

4.操作不當(dāng)引起的泄漏。汽車意外失控沖撞站內(nèi)燃?xì)庠O(shè)施或末拔槍而啟動(dòng)車輛拉倒加氣機(jī)造成接頭崩脫。加氣槍在加氣過(guò)程中因O型密封圈磨損導(dǎo)致密封不嚴(yán)泄漏，此時(shí)若加氣槍頭與汽車電瓶的接線柱有打火短路接觸產(chǎn)生火花，極易引燃天然氣泄漏后形成的可燃混合物。因此，在工藝設(shè)計(jì)上要考慮人為操作失誤時(shí)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，為加氣站內(nèi)的燃?xì)庠O(shè)施增設(shè)防撞欄，為加氣機(jī)加氣柱加裝拉斷閥，勤換槍頭磨損的密封圈以及在加氣過(guò)程中不能拉扯和轉(zhuǎn)動(dòng)高壓槍頭，以免造成密封圈變形滲漏[3]。

5.工藝措施。在工藝設(shè)計(jì)上盡量采用露天式或敞開式的布置，利用天然氣輕于空氣利于飄散的特點(diǎn)，即使出現(xiàn)泄漏也不至于出現(xiàn)可燃可爆的積聚空間。放置于室內(nèi)的燃?xì)庠O(shè)施加強(qiáng)自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)以及在區(qū)域內(nèi)易形成和積聚爆炸性氣體混合物的地點(diǎn)設(shè)置檢測(cè)裝置，當(dāng)氣體濃度接近爆炸下限的50%時(shí)發(fā)出警報(bào)，與安全聯(lián)鎖裝置一起切斷氣源和電源，從工藝的本質(zhì)安全上保證運(yùn)營(yíng)安全。

（二）消除各類點(diǎn)火源

根據(jù)加油加氣加氫站內(nèi)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)和范圍的劃分標(biāo)準(zhǔn)，以爆炸性混合氣體出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間和頻繁程度分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)，不可能有易燃物質(zhì)釋放或有易燃物質(zhì)釋放最高濃度不超爆炸下限的10%劃為非防爆區(qū)[4]。天然氣的點(diǎn)火能量非常小只有0.28焦耳，泄漏后形成的可燃可爆混合氣體一旦碰到明火或火花就會(huì)造成火災(zāi)或爆炸事故的發(fā)生，所以在加氣站運(yùn)營(yíng)中應(yīng)采取以下措施嚴(yán)控各種火源。

1.電氣設(shè)備的選型上，所有在防爆區(qū)域范圍內(nèi)的電氣設(shè)備均應(yīng)選用適用于該危險(xiǎn)區(qū)域中的防爆電氣，且電線全部為銅芯電纜和中間嚴(yán)禁有接頭，明敷線路的應(yīng)按防爆要求安裝在鋼套管內(nèi)，鋼管接頭采用螺紋連接密封性能和電氣性能可靠。

2.在防爆區(qū)內(nèi)維修作業(yè)時(shí)要使用銅制工具，避免出現(xiàn)碰撞火花。當(dāng)防爆工具性能無(wú)法滿足需要時(shí)應(yīng)在普通工具表面涂抹黃油，以增加其防爆性能。

3.嚴(yán)格站內(nèi)的動(dòng)火審批管理，動(dòng)火前制定安全作業(yè)方案提交相關(guān)部門審批，落實(shí)好應(yīng)急處置措施。作業(yè)前對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全檢查，確認(rèn)防火防爆措施完善后方可進(jìn)行作業(yè)[5]。加強(qiáng)過(guò)程的作業(yè)監(jiān)護(hù)以及完工后的現(xiàn)場(chǎng)清理，確認(rèn)無(wú)遺留火種產(chǎn)生后才能離開現(xiàn)場(chǎng)。

4.加強(qiáng)防雷、靜電危害的管理，氣體在設(shè)備和管道流動(dòng)過(guò)程中、高壓噴射天然氣的噴口都會(huì)產(chǎn)生靜電，如來(lái)不及釋放會(huì)出現(xiàn)高達(dá)數(shù)千伏的危險(xiǎn)電壓，產(chǎn)生的靜電火花易導(dǎo)致爆炸事故。所有設(shè)備按要求進(jìn)行兩處的防雷靜電接地，應(yīng)保證對(duì)靜電接地裝置的定期檢測(cè)且接地電阻值在4歐以下。人員進(jìn)入生產(chǎn)場(chǎng)所要按要求進(jìn)行靜電釋放。為避免靜電的聚集，LNG工藝操作上在加氣、卸液過(guò)程中應(yīng)遵守先接靜電釋放后啟動(dòng)卸液的流程[6]。

5.加氣車輛的電瓶接電極做好絕緣保護(hù)，避免在加氣過(guò)程中加氣槍頭與電瓶短路接電極碰撞打火產(chǎn)生火花。加氣槍頭的密封是利用O型圈的接觸面在壓力下的彈性變形來(lái)密封，在加氣過(guò)程中不能拉拽和轉(zhuǎn)動(dòng)加氣槍，否則會(huì)有高壓氣體的刺漏，此時(shí)若有火花的出現(xiàn)就會(huì)引發(fā)火災(zāi)或爆燃。

三、限制火災(zāi)事故的蔓延措施

（一）工藝總平措施

為了減少火災(zāi)爆炸事故對(duì)周邊建筑和站內(nèi)其他設(shè)施的影響，從項(xiàng)目的選址和工藝總平上應(yīng)保證加氣站外部及內(nèi)部各建筑和工藝設(shè)施的防火距離符合《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范要求。

（二）做好分區(qū)隔離

LNG儲(chǔ)罐內(nèi)裝的是大量的危險(xiǎn)物料，一旦發(fā)生泄漏風(fēng)險(xiǎn)巨大，為了限制LNG泄漏后流淌，抑制LNG的擴(kuò)散，LNG儲(chǔ)罐要設(shè)置在防護(hù)堤內(nèi)，減少擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。

（三）裝設(shè)安全阻火裝置

裝設(shè)安全阻火裝置，設(shè)置全站急停安全設(shè)施，在發(fā)生火災(zāi)事故或其他緊急情況時(shí)可快速切斷氣源，阻止事故擴(kuò)大。

（四）配備消防器材、加強(qiáng)消防應(yīng)急演練

目前《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，CNG和LNG的合建站中LNG的儲(chǔ)罐容器小于60m3時(shí)，可不設(shè)消防給水系統(tǒng)，大多數(shù)加氣站從投資和運(yùn)營(yíng)成本角度去考慮沒(méi)有設(shè)置消防給水系統(tǒng)，只是在工藝區(qū)配備相應(yīng)數(shù)量的干粉滅火器[7]。水對(duì)天然氣火災(zāi)事故主要作用是對(duì)容器的冷卻和天然氣的稀釋；天然氣火災(zāi)事故的處置原則是立即設(shè)法切斷氣源后方可進(jìn)行滅火，否則在沒(méi)有切斷可燃源的情況下遇火源或高溫將產(chǎn)生復(fù)燃，甚至?xí)蜇?fù)壓產(chǎn)生回火爆炸。因此，要制定有針對(duì)性、切實(shí)有效的事故應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)員工的安全教育培訓(xùn)和消防應(yīng)急演練，熟練掌握處置流程，具備初期處置的能力，盡可能減小事故的危害。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，加氣站的運(yùn)營(yíng)安全管理工作不容忽視，特別是防火防爆的安全管理，從項(xiàng)目選址、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、工程施工及運(yùn)營(yíng)等各環(huán)節(jié)，采取有效的措施降低火災(zāi)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

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