加气站安全评价
特种设备安全课程设计
衡阳市蒸湘南路汽车
加气站爆炸危险性评价
院 、 部: 安全与环境工程学院 学生姓名: 黄晓翔 指导教师: 刘美英 职称: 副教授 专 业: 安全工程 班 级: 安本1003班 完成时间: 2013年12月
摘 要
CNG加气站具有易燃、易爆、高压的特点,本文对CNG加气站进行风险识别和预先危险性评价,找出CNG加气站常见事故发生的原因,提出CNG加气站安全生产的技术管理措施。
本文对衡阳市蒸湘南路CNG加气站进行安全评价。首先对加气站的整体情况进行介绍,包括其布局和工艺流程。从而对其进行安全评价,利用安全检查表的方法对技术设计上以及管理方面的危险源进行辨识;以及对加气站的爆炸危险区域进行计算,划分危险区域;然后分析查找出来的各类隐患,通过分析,进行有效整改,达到安全生产、安全作业的目的。
关键词:CNG加气站;风险识别;危险性评价;危险源
ABSTRACT
CNG gas station has the characteristics of inflammable, explosive, high pressure, in this paper, the CNG stations for risk identification and risk assessment in advance, find out the cause of the common accident CNG LPG station, CNG LPG stations safety production technology management measures are put forward.
In this paper, the southern Hunan HY steamed road safety evaluation on the CNG LPG stations. The first to introduce the whole situation of LPG stations, including its layout and process flow. Thus carries on the safety evaluation, the method of using safety check list for technical design and management of hazards are identified; As well as to the LPG explosion danger area to calculate, divide the danger zone; Then analysis to find out all kinds of hidden danger, through the analysis, effective rectification, achieve the goal of safety production, safety operation.
Key words:CNG stations;Risk identification; Risk assessment; Hazards
目 录
1 前言.............................................................. 1
2 加气站的基本情况.................................................. 2
2.1 加气站的基本布局............................................ 2
2.2 加气站的工作流程............................................ 2
2.3 CNG加气站安全性研究现状 .................................... 4
2.3.1 环保效益.............................................. 4
2.3.2 经济效益.............................................. 4
2.3.3 安全性能.............................................. 4
3 CNG加气站危险因素辨识 ............................................ 5
3.1 衡阳市CNG加气站存在的安全隐患.............................. 7
3.2 危险源及其安全要求.......................................... 8
4 爆炸危险半径的计算............................................... 10
5 改进措施及注意事项............................................... 14
参考文献........................................................... 16
致 谢............................................................. 17
附 录............................................................. 18
1前言
压缩天然气(CNG)作为一种新型燃料,由于燃烧充分、利用价值高、污染小,受到普遍欢迎,目前在我国各地正在普遍推广。但是,由于CNG又是一种易燃易爆气体,且在发生事故时其扩散能力强、火势蔓延快。加之,CNG加气站大多数处在城市人口稠密区。如发生意外,极有可能发生爆炸或火灾事故,造成严重的经济损失和人员伤亡。因此,必须采取科学、系统、完善的措施改变我国CNG加气站的安全现状,这将对我国天然气汽车的快速发展有着重要的意义。
加气站是一个易燃、易爆、有毒的危险场所。在生产区内,分布于各处的艺装置彼此由各种阀门与管道相通,构成了一个相互关联、相互制约的生产体系。天燃气长期以一定的压力存在于工艺装置和管路中,很容易从老化和松弛的各密封点渗漏出来。同时在加气过程中,残存在管内的天燃气不可避免地也要逸出。不仅操作人员直接置身于这种环境中操作,维修人员也常常在此环境中对各设备管道进行维护修理作业,如果在任何一个工作面上,违反某项安全制度,就极有可能出现燃烧、爆炸事故,甚至造成站毁人亡的恶果。
2加气站的基本情况
2.1加气站的基本布局
衡阳市蒸湘南路加气站位于衡阳市雁峰区蒸阳南路与与衡洲大道交汇处,总建筑面积616㎡。加气站划分为三个区域,付气区,压缩区和办公区。办公区与付气区,设备区分开,付气区位于整个加气站的中心位置,设备区和办公区分布在付气区的两边。付气区的主要功能是给汽车加气;压缩区主要功能是将市政中压管道来气进行调压、压缩和储存;设备区与外界采用围墙相隔,减少两者互相干扰。付气区共设有六个加气点供天然气公交车和出租车加气。
衡阳市CNG加气站目前衡阳唯一一家CNG加气标准站,建在有低压天然气管线通过的地方,从天然气管线直接取气,通过脱硫、脱水等工艺,进入压缩机进行压缩,然后进入储气装置储存或通过加气机给车辆加气,加气量在600—1000m/h。座落在衡阳市蒸湘南路与大庆路口交接区域,紧靠湘桂铁路,周围分布有桥梁、居民区、停车场,主要生产设备有双枪加气机(数量4台,型号:JQDS-30A)、加气柱(数量2台,型号:JQF-90)、天然气压缩机(数量2台,型号及规格D-20/3-250,Q=1200 m/h,N=250kw)、高压脱水装置(数量2套,型号及规格:CNG1500/25,Q=1500 m/h,N=9.0kw)等。CNG加气站呈矩形分布,长59m,宽28.6m,天然气储罐设置在付气区中心地下500m深处,其储量为900 m,出口压力为24MPa。加气站平面布置及设备分布如图1所示。 3333
2.2 加气站的工作流程
压缩天然气加气站通常由调压计量 、净化干燥 、气体压缩 、气体储存 、设 备 控制 和售 气 6 个 系统 组成 。压缩天然气加气站的具体的工作流程是 ,通过城市管网的管道,接着进入过滤器,再经过调压阀,假如调压阀不能正常工作就通过旁通阀,这里有个压力表,再通过低中罐,进入到净化干燥器,在经过压缩器,再到4个储气井,最后由高压储气瓶组和售气机将压缩天然气加入车辆储气瓶中(或者简单的说就是从天然气管道取气,经过脱硫、脱水等预处理工艺,进入压缩机压缩,然后进入储气瓶组储存或通过售气机给车辆加气。加气站的工业流程如图2所示。
图1 衡阳市蒸湘南路汽车加气站平面布置及设备安置图
图2
加气站的工作流程
2.3 CNG加气站安全性研究现状
在各种汽车替代燃料中,天然气是汽车理想的清洁燃料,它拥有在资源、环保、经济和安全上的优势。压缩天然气作为汽车燃料具有安全、环保、经济等优越性,大力发展压缩天然气是城市环保和可持续发展的需要,特别是天然气资源丰富的西部地区,天然气更是一种优质环保的能源替代品。在这些地区几乎所有的出租车、公交车和部分公用车都在使用压缩天然气。由于压缩天然气的大量使用,大力促进了当地经济和社会公共事业的发展。因此,近年来CNG加气站建设在全国大中小城市,特别是西部资源丰富地区。随着国际能源供应的紧张和中国经济的快速发展,以及西气东输工程的建成,压缩天然气的应用范围还将进一步扩大。加气站的布点建设速度还将加快。所以,如何保证加气站建设的设计质量,是环保、安全和可持续发展的重要环节。CNG汽车采用压缩天然气作燃料的优点如下:
2.3.1环保效益
目前,在城市空气污染中,燃油汽车排出的尾气中占各种污染总量的60%~70%使用天然气汽车对环境造成的污染比使用汽油的小得多。
2.3.2经济效益
汽车用天然气当燃料,其燃料费用比汽油要节省得多。以一辆汽车为例,每100km耗油26L,耗气23L,而汽油价为2.8元/L,天然气价为 1.5元/L,则每百公里节约38.8元。此外,天然气汽车还有延长发动机使用寿命,减少机油费用等优点。
2.3.3安全性能
天然气的燃点为650度,比汽油高约260度,爆炸极限下限比汽油约高4,7倍,且天然气比空气轻,如有泄露会很快扩散,不易积聚。因此,天然气比汽油不易发生燃烧、爆炸。压缩天然气储气瓶的实验压力高出工作压力50%以上,并安装有防爆设施,不会因汽车碰撞、翻覆而造成失火和爆炸。
3 CNG加气站危险因素辨识
经过几十年的发展,CNG站的建设和管理取得了许多宝贵的经验,但同时 也暴露出许多问题和安全隐患,其中主要存在的问题有:
l)气质问题
出站CNG的水和硫化氢含量不合格。脱水后的CNG水含量超标,与脱水装置再生后的有效吸附容积和再生操作规范有很大的关系。再生气体温度对分子筛的脱附效率和再生后的有效湿容量影响很大。目前国产的脱水装置,由于分子筛的耐热强度差,再生气体加热温度只能控制在230℃以下,因此,分子筛脱附效率及有效湿容积很难达到设计指标,所以在脱水周期末的CNG水含量极易超标。美国腐蚀工程师协会伽ACE)认为可导致井管出现“氢脆”的HZS浓度与储存气体的压力有关,并有近似对数线性反比关系,储存气体的压力越大,不发生“氢脆'的HZS最高容许体积浓度越低。在车载气瓶最高工作压力为20MPa条件下,不发生“氢脆'的硫化氢最高容许浓度约为15ppm,在储气井的最高工作压力25Mpa条件下,不发生“氢脆”的硫化氢最高容许浓度约为12ppm。根据GB18047规定在标准状态下硫化氢含量不大于1sm留Nm3,对应的体积分数约为1即pm。因此,严格执行GB18047,储气装置的“氢脆”是可以避免的。但是有关文献在调研的135个加气站中发现,大约有45%的加气站在线检测硫化氢含量超过了15PPm。而且有相当数量的CNG站没有安装微量水分分析仪和硫化氢在线检测等设备。由于没法定检测单位,无明确规定的检测周期,不少装置建站时装上后,就再也没有校验标定过,形同虚设。
2)加气机安全和气瓶检测问题
根据统计,CNG加气站发生安全事故最多的是加气工人或驾驶人员误操作,导致加气机拉倒和加气枪高压管拉断。因此,加气机的安全防护装置使用可靠性应当注意:一是加气软管管路应设置安全拉断阀,保证在不大于4o0N的分离拉力作用下可以分开,分离的两段立即密封,同时可以重新连接,以便加气机正常使用。二是要真正安装使用拉断阀。有的加气机上安装的钢球定位结构式的快换接头来代替的拉断阀,而快换接头的分离拉力是不稳定的。不少加气站存在超压加气状况,这对公众安全是十分危险的。根据检测站调查,出租车气瓶使用两年以后,在检测时往往能倒出约0.5~1升的油水混合液,这说明,CNG脱水脱油质量堪忧,另一方面也说明定期进行气瓶检测的必要性。在近年的若干起CNG加气站事故中,实际上是CNG汽车的气瓶在加气站发生了爆炸形成事故。
3)CNG加气站储气井质量问题
井管储气方式是近几年迅速发展起来的一种全新储气方式,经过10多年来的开发研究和应用,目前正逐步趋于成熟与完善。现在全国已有300多个CNG加气站使用井管储气方式,储气井的保有量己逾1千口。SY/T6535一2002规定:高压地下储气井的预期使用寿命是25年。在现实的储气井建造、使用中己经出现了一些不容忽视的质量问题:
(1)储存的天然气气质不佳。大多是水含量太高,另外是硫化氢含量超标。除尘不净,使高压管线或阀门组件堵塞或失效,储气井排污管道的堵塞。
(2)井管材料不符合相应的技术标准。在CNG加气站储气井的建造工作中,有不少使用的是日本井管,个别的甚至使用石油部门用过的废旧井管。SY/T6535规定“井筒应采用符合妙1SPECscT的要求,套管钢级应为,80cQJ”,同时还规定“下井的井管应有质量证明文件,试压合格报告等表示其质量完全符合设计要求的文件'。最近有几口井管出现泄漏,有专家分析可能是强度指标偏低所致。
(3)固井不到位,下部未形成油井水泥对筒体的封闭圈。储气井井管末作外壁防腐,与地下水中的酸、硷等腐蚀性物质长期接触,产生严重的外腐蚀,乃至酿成爆管升空事故。
(4)地下储气井的无损探伤和缺陷补救问题尚未解决。按照相关标准要求,地下储气井每隔6年就要进行一次全面检查,这就涉及套管及套管连接处的无损探伤和一旦发现有裂纹或密封处泄漏如何补救的问题,目前尚缺乏经济可行的手段和办法。随着使用6年以上站用储气井逐年递增,此问题显得尤为迫切。
4)压缩机问题
国产压缩机处于“大问题没啥,小缺点不少”的状态。十多年的使用实践表明,几家市场占有率最大的压缩机生产厂家,其产品性能是可靠的。而主要存在的问题是级间泄漏量较大,由于这个重要指标未列入相关标准中,因此只有少数厂家对此指标进行测量和控制。润滑油泄漏量较大,在对车用气瓶检测过程中,发现少气瓶中有润滑油残留物。排气温度高,在有的压缩机上也未设置超温报带停机装置。
5)管理方面的问题。汽车加气站的管理是涉及易燃易爆气体和高压容器
管理的一个新的领域,涉及安全、设备、计量、化验、环保、标准化等诸方面的管理工作,对于有关管理人员的综合业务素质要求很高。目前,无论是加气站的管理人员还是操作人员都只是通过临时性的短训班方式培训上岗的,普遍缺乏常规性的培训机构和系统性的培训作业。当然在实际生产运行过程中还存在一些其他问题,在此不一一列举。上述5个方面的主要问题,实际上也就是CNG站发生事故的主要原因或者说是CNG站存在的安全隐患,那么如何有效的确保CNG
站的安全,保证CNG站安全平稳的运行,保障CNG站职工和周边居民的安全,因此有必要对CNG站的安全管理和评价作一个初步的研究和探索。
3.1 衡阳市CNG加气站存在的安全隐患
通过对加气站及其周边环境进行安全排查,总结了该加气站存在的安全隐患如下表1所示:
表1
区域
安全隐患
①无消防栓
②无直接通往城市交通要道的安全道路
生产设备区
③设备区无报警装置
④灭火器配置量不够(只有2具3kg的干粉灭火器) ⑤无安全操作规范 ⑥无防火规范
①无报警系统 ②无地面增湿系统
付气区
③灭火器配置量不够 ④无注气安全操作规程 ⑤消静电钳形同虚设
①安全生产责任制不明确
办公区
②公司消防第一责任制未挂牌 ③未配备专(兼)职安全员
①进出加气站无限制大门
与周围环境的相互影响
②两侧围墙未建好
③选址不当,紧靠湘桂铁路,周围分布有桥梁、居民区、停车场,一旦发生事故,影响巨大
3.2 危险源及其安全要求
衡阳市CNG加气站危险源存在的区域主要有:压缩机房、储气井(瓶、罐)区域、输气管线、售气区域等。其重大危险点及其安全要求如表2、3所示:
4 爆炸危险半径的计算
衡阳市CNG加气站储气罐容积为900 m,装设在压缩区中心地下500m,出口压力为24MPa,爆破能量E的计算为:
1)根据容器内所装介质的特性,容器内所装介质为汽油:93#储罐的最大储存质量为: Wf640.751034.8104kg TNT当量为:
WTNT1.8aWfQf/QTNT1.80.044800075000/450048000kg 式中 1.8—地面爆炸系数; α—蒸汽云当量系数,取0.04
Qf—天然气爆热Q气75000kJ/kg QTNT—TNT爆热,取4500kJ/kg 2)计算1000kgTNT爆炸试验模拟比α:
α=(E当/Q)=(E当/1000)=0.1E当=0.1*(48000) =3.5
1
3
13
13
13
3
式中:
Q
—基准爆炸能量1000kgTNT
3)求出在1000kgTNT爆炸实验中的相当距离R0 R0=R/α
式中:R—目标与爆炸中心距离,m
R0— 目标与基准爆炸中心的相当距离,m R0 =26.884m ,所以 R=26.884*3.5=94.094m
4) 根据R0在表1中找出距离为R0处的超压△P0(中间值用插入法求).
表4 1000kgTNT爆炸时冲击波超压
由于R0 =26m ,当R0 = 25m 时,△P0 =0.126 MPA;当R0 =30m时,△P0 =0.057 MPA 。
通过插入法求得:
0.1260.057
2=0.0984 MPA
5
5)根据超压△P0值从表2、表3中找出对人员和建筑物的伤害—破坏作用。
△P0 =0.126
表5 冲击波超压对人体的伤害作用
超压△P0/MPA 0.02~0.03 0.03~0.05
伤害作用 轻微损伤 听觉器官损伤骨折
0.05~0.10 >0.10
伤害作用
内脏严重损伤或死伤 大部分人员死亡
表6 冲击波超压对建筑物物的破坏作用
超压△P0/MPA 0.005~0.006 0.006~0.015 0.015~0.02 0.02~0.03 0.04~0.05
墙大裂缝,屋瓦掉下
墙裂缝
0.2~0.3
受压面门窗玻璃大部分
破碎 窗框损坏 门窗玻璃部分破碎
0.06~0.07 0.07~0.10 0.1~0.2
小房屋倒塌、防震混凝土破
坏
大型钢架结构破坏
砖墙倒塌 木房柱折断
破坏作用
△P0/MPA
破坏作用
由△P0 =0.0984 MPA,位于0.05~0.10之间,从上述表中可以看出:①冲击波超压对人体的伤害作用能够使人内脏严重损伤或死伤;②冲击波超压对建筑物物的破坏作用为:砖墙倒塌。
6) 伤害—破坏半径计算(死亡半径、重伤、轻伤及财产破坏作用) (1)死亡半径R1
0.37
=13.6(/1000)(m) R1E当
0.37
R=13.6(48000/1000)
(2)重伤半径R:
1
2
=56.96(m)
由方程组求解: △P
s
=0.137Z+0.119Z+0.269Z-0.019
321
1 Z=R2/(E/P0)3
=0.00902R2 △Ps=44000/P0=0.4344
由于P0=1.01289105
Pa 所以R2=130.5m (3)轻伤半径R3:
321
△PsR=0.137Z+0.1191
Z+0.269Z-0.019 Z=3/(E/P0)3
=0.00902R3
R
△Ps=17000/P0=0.1678 3
=237.6m
(4)财产损失半径R4:
1
1 R=K当3
6
4
E
/ [1+(3175/E当)2
]
式中
K
--二级破坏系数,K=5.6.
计算得:
R
4
=196.19m
7) 伤害—破坏程度计算 (1)、死亡人数N1计算 N1=3.14ρ1(R1-R0) (2)、重伤人数
N2=3.14ρ2(R2-R1) (3)、轻伤人数
N3=3.14ρ3(R3-R2) (4)、财产损失 N4=3.14 R4ρ4
式中:R0 —无人区半径,一般取R0=0 ρ1 —死亡区平均人员密度,1/ m2 ρ2—重伤区平均人员密度,1/ m2 ρ3—轻伤区平均人员密度,1/ m2 ρ4—破坏区平均财产密度,万元/ m2 由上述计算公式有:
①死亡人数:N1=3.14ρ1(R1-R0)=3.14*1*56.96=179 (人) ②重伤人数:N2=3.14ρ2(R2-R1)=3.14*1*(130.5-56.96)=231 ③轻伤人数:N3=3.14ρ3(R3-R2)=3.14*1*(237.6-130.5)=337 ④财产损失: N4=3.14 R4ρ4=3.14*196.19*1=616(万元)
(人) (人)
8)损失工作日数N计算
N=6000 N1+3000N2+105N3(天) 由上式有:
N=6000*179+3000*231+105*337=1802385(天) 9)事后总后果计算:
若把人员伤亡换算成财产损失,则用总财产损失5(万元)来衡量。 S=
Nb
+N4 6000
式中:b—死亡一人损失的价值,建议取20万元。 由上式有:
S=
180238520
616=6623.95(万元)
6000
5 改进措施及注意事项
文中之前提到查找出了一系列的隐患,而根据《重大危险源辨识》(GB18218-2000)中的规定,CNG加气站已经构成压力容器重大危险源,所以为了广大人民群众的生命财产安全,需要对隐患进行有效的整改。
1) 灭火器的配置
根据GB50140-2005《建筑灭火器配置设计规范》的规定,该加气站发生火灾的种类为C类火灾,选用干粉灭火器。 该站配有4具3kg干粉灭火器和两台推车式干粉灭火器[4]。
根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002(2006年版)的规定,站内配置灭火器材,应配置8具4kg干粉灭火器和两台推车式干粉灭火器,新增的灭火器分别设在燃气压缩间、付气区和办公区(见手绘平面图)[9]。
2) 喷淋系统的改善
该站的设备储存区未设置喷淋系统,根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002(2006年版)的规定,应当加设一套喷淋系统,以便在发生火灾爆炸时及时喷淋增湿降温。
3)消防通道的畅通
根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002(2006年版)第5.0.2条规定,车辆入口和出口分开设置。该加气站的车辆出入口只有一个,不满足规定的要求。应该把进出口分开设置,在原有入口的基础上再分一条道作为出口。
4) 警戒线的明确
根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002(2006年版)第5.0.2条规定,办公区和付气区之间应该设置警戒线或者安全栅栏,所以应当在办公区与付气区之间设立警戒线或者安全栅栏,但是为了不阻挡消防通道,可以设立警戒线。
5) 路面的改善
根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002(2006年版)第5.0.3条规定,站区内停车场和道路的车道宽度、转弯半径按要求设计,站内路面为水泥沙浆地面。但是该站进出公司交通干道非硬路面,所以进出交通干道要改为水泥或者砂浆地面。
管理方面的安全措施可以降低火灾爆炸事故发生的概率,根据安全管理工程学的要求,所以安全管理方面的整改也相当重要。
(1)加气站的付气区要挂上安全操作规程,这样工作人员在加气时就有章可
循,有纪可守。
(2)要明确安全生产责任制,明确公司的消防责任到个人,特别是第一责任人。
(3)燃气压缩间要有明确的防火规范,在发生火灾爆炸事故时就有规范可查。 由于加气站是重大消防单位,至少要配备兼职的专业安全人员一名,在发生事故时,安全人员可对事故进行事故应急处理。
(4)为了便于管理,可在出入口设立一个门卫室,进出车辆由其控制,刻意车辆要进行登记,以免发生事故点。
参考文献
[1] 黄长锁.建筑工人安全管理研究[D].北京:管理科学与工程学院,2004 [2] 张力.廖可兵.安全人机工程学[M].中国劳动社会保障出版社.2007.200~211 [3] 段力誌.建筑施工安全管理研究[D].重庆:管理科学与工程系,2006 [4] 吴宗之.危险评价方法及其应用[M].冶金工业出版社.2009.16~18 [5] 吴穹.安全管理学[M].煤炭工业出版社.2002.10~11 [6] 徐志胜.安全系统工程[M].机械工业出版社.2007.78~83
[7] 谢颖.建筑施工企业管理[M].华中科技大学出版社.2008.267~280
致 谢
本次课程设计的目的就是让我们书本上学到的知识能够用于实际生产中去,解决实际生产过程中的具体问题,让我们可以学以致用。通过对衡阳市蒸湘南路汽车加气站爆炸危险性分析的设计,让我们平时学习中忽略的问题暴露出来,如何将自己所学运用到将来的工作中?仅仅靠书本和老师,远远不够,要想真正掌握知识还须自己动手设计一个简单的系统。知识不再只是书本上的文字,而是真正适用于生产解决具体问题有力武器。
设计中出现了很多不足的地方都得到了老师的耐心的指导,设计中老师提供了很多有用的数据,使得我们的课程设计简化了很多。计算的过程中还存在一定的误差和必要的修正没有得到解决,课题也还有进一步加深的空间,由于自己在学习中的不足还有很多的方面有不能够解决的问题,都会在以后的学习中慢慢的去解决。本次课程设计的顺利完成离不开老师的悉心指导和同学之间的相互帮助。在此,对他们表示衷心的感谢!
附 录
附录一 衡阳市蒸湘南路汽车加气站平面图及爆炸伤害示意图