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CNG加气站危险性分析及事故预防措施研究
第5卷第4期
2009年8月
中国安全生产科学技术
JournalofSafetyScienceandTechnology
Vo.l5No.4Aug.2009
文章编号:
1673-193X(2009-04-0019-04
CNG加气站危险性分析及事故预防措施研究
*
康荣学,吴宗之,桑海泉,谷海波
(中国安全生产科学研究院,北京100029
摘要:
本文首先研究提出了国内外CNG加气站的一般组成结构,即调压计量系统、净化干燥系统、气体压缩系统、压缩天然气储存系统、控制系统和售气系统6个子系统;接着对近几年发生的加气站事故进行统计与分析,指出了加气站易发生事故的关键部位-售气系统、高压储气系统和CNG压缩系统;然后对CNG加气站的常见危险有害因素进行了辨识与分析,即高压、易燃易爆、易泄漏、点火源众多等;最后根据辨识结果,研究提出了建设安全监控预警与事故应急综合管理系统等具体事故预防措施。
关键词:
CNG加气站;事故统计分析;危险分析;事故预防中图分类号:
X928文献标识码:
A
HazardanalysisandaccidentpreventionmeasurestudyonCNGfillingstation
KANGRongxue,WUZongzh,iSANGHaiquan,GUHaibo
(ChinaAcademyofSafetyScienceandTechnology,Beijing100029,China
Abstract:
Firs,tthebasiccomponentsoftheCNGfillingstationwerepresentedinthepaper,whichincludethe
pressureadjustmentandmeasurementsystem,purificationanddryingsystem,gascompressingsystem,CNGstoragesystem,controlsystemandgassellingsystem.Secondly,theCNGfillingstationsaccidentshappenedinrecentyearswerestatisticalanalyzed.Itshowedthatthecriticalpositionsaffectingtheaccidentswerethegassellingsystem,thehighpressuregasstoragesystemandtheCNGcompressingsystem.Thirdly,thecommondangerousandharmfulfactorsofCNGfillingstationwereidentifiedandanalyzed,whichincludethehighpressure,theflammableandexplosivemateria,ltheleakageproblem,thenumerousignitionsourceandsoon.Finally,accordingtotheidentificationresul,ttheaccidentpreventionmeasureswereresearchedandproposed,suchastheconstructionofthesafetymonitoringcontrolandaccidentemergencymanagementsystemeta.lKeywords:
CNGfillingstation;accidentstatisticalanalysis;hazardanalysis;accidentprevention收稿日期:
20090507
作者简介:
康荣学,博士,高工。
*基金项目:
国家863计划项目(编号:
2006AA040107和国
际科技合作项目(编号:
2009DFA71840资助
CNG(压缩天然气是一种理想的车用替代能源,其应用技术经数十年发展已日趋成熟。
它具有成本低、效益高、无污染、使用便捷等特点,正日益显示出强大的发展潜力。
CNG加气站是指以压缩天然气形式向天然气汽
车和大型CNG子站车提供燃料的场所。
天然气管线中的气体一般先经过前置净化处理,除去气体中的硫份和水份,再由压缩机组将压力由01~10Mpa压缩到25Mpa,最后通过售气机给车辆加气。
近年来,随着国家不断推广燃气汽车,CNG加气站的数量不断攀升。
虽然CNG加气站增长幅度喜人,但总体看来,国内燃气汽车加气站的发展尚处于初级阶段,在发展和运行中也存在不少现实的安全问题。
1CNG加气站的系统组成
纵观国内外CNG加气站,一般由6个子系统组成,即调压计量系统、净化干燥系统、气体压缩系统、压缩天然气储存系统、控制系统和售气系统。
这6个子系统,对于不同地区、不同环境条件的用户来说,其设备配置可能不大一样,有少,有多,有简单,也有比较复杂的,但作为一个完整的加气站却是缺一不可的。
11调压计量系统
调压计量系统,主要使输气管道来的天然气压力保持稳定,并满足压缩机对入口压力的要求,同时对输入加气站的气量进行计量。
其主要设备为过滤器、调压器、流量计、压力表、旁通阀以及主阀门等。
12净化干燥系统
净化干燥系统,主要包括除尘、脱硫、脱油、脱水干燥等工序,可分为前置处理和后置处理两类形式。
严格讲,压缩系统中每级压缩前后的冷凝除油过程也可归于净化系统[1]。
所谓前置处理,即在压缩前对天然气的干燥和净化,目的是保护压缩机的正常运行;而所谓后置处理,即在压缩后对压缩天然气的净化和干燥,其目的是保证所售气质的纯净,不但确保在发动机中燃烧良好,不会对发动机产生任何危害,同时也可避免可能出现的对售气系统的损害。
这两种净化干燥处理方式,既可同时应用,也可只采用其中一种。
从目前国内外实际应用来看,基本上都采用一种,而且近年来前置处理的方式逐步成为一种趋势,这样可保护加气站的核心设备压缩机不会受到腐蚀和损坏。
13气体压缩系统
这是CNG加气站的核心部分,主要包括:
进气缓冲和废气回收罐;压缩机组;压缩机润滑系统;压缩机和压缩天然气的冷却系统;除油净化系统;控制系统等6大部分。
其中控制部分比较复杂,本文将把它作为一个单独的子系统,预以讲述。
14压缩天然气储存系统
压缩天然气的储存方式目前有4种形式:
一是每个气瓶容积在500L以上的大气瓶组,每站设3~6个,在国外应用得最多;二是每个气瓶容积在40~80L的小气瓶组,每站设40~200个,国内外,尤其国内基本上是这种形式;三是单个高压容器,容积在3;3我国石油行业的创造,在四川等地应用很多。
15控制系统
完整的加气站控制系统对于加气站的正常运行非常重要。
一个自动化程度高,功能完善的控制系统可以极大地提高加气站的工作效率,保证加气站安全、可靠地运行。
加气站的基本控制系统可分为6个部分:
电源控制;压缩机组运行控制;储气控制(含优先顺序控制;净化干燥控制;系统安全控制;售气控制(含顺序加气控制和自动收款系统。
这几方面的控制一般都通过微机和气动阀件来完成。
较先进的加气站,还可以通过网络对各地多台加气站,实现远距离实时集中控制管理,包括实时监测、故障诊断和排除、事故应急等。
先进的加气站设计必须依赖于先进的控制,所以控制系统占了加气站投资的相当比例。
16售气系统
售气系统包括高压管路、阀门、加气枪、计量、计价以及控制部分。
最简单的售气系统,除了高压管路外,仅有一个非常简易的加气枪和一个手动阀门。
先进的售气系统,不仅由微机控制,还具有优先顺序加气控制、环境温度补偿、过压保护,软管断裂保护等功能。
有的还增加了自动收款系统和计算机经营管理系统等。
2CNG加气站事故统计与分析
对近几年发生的加气站事故统计表明,在加气站各组成系统中,发生的安全事故主要集中在售气系统和高压储气系统,其次是CNG压缩系统,共占事故总数的90%,如图1所示[2]。
在售气系统引发的56起安全事故中,电磁阀、质量流量计、加气枪开关或显示器失效、安全拉断阀等关键部位引发事故占46起,占安全事故总数的46%;因CNG露点和硫化氢超标等气质质量不合格,严重损伤关键部位诱发安全事故4起。
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中国安全生产科学技术第5卷
国家清洁汽车专家组对135个加气站的检查调研时发现,出站CNG露点超过GB18047技术要求规定的约占85%,存在着严重的安全隐患。
国家清洁汽车专家组在调研了135个加气站中发现,大约45%的加气站在线检测硫化氢含量超过了1510-6
存在着严重的安全隐患。
CNG加气站事故中,后果较为严重的事故类型主要有燃烧、爆炸,其次有储气井套管冲出、售气机相关部件报废、压缩机震动报废、压缩机冰堵、高压管线腐蚀报废等。
值得注意的是,燃烧和爆炸事故的起数所占比例只有12%,但其事故损失所占的比例却达到71%。
如图2
所示。
图2加气站事故按类型统计
3危险有害因素辨识与分析
CNG加气站事故的统计与分析结果表明,其常见的危险有害因素主要包括以下几个方面。
(1天然气易燃易爆
天然气的主要成分为甲烷,属一级可燃气体,甲类火灾危险性,爆炸浓度极限为5%~15%,最小点火能量仅为028mJ,燃烧速度快,燃烧热值高(平均
热值为33440kJ/m3
对空气的密度为055,扩散系数为0196,极易燃烧、爆炸,且扩散能力强,火势蔓
延迅速,一旦发生火灾将难以施救[3]
。
(2天然气的泄漏
站内工艺过程处于高压状态,很容易造成工艺设备泄漏,如管道焊缝、阀门、法兰盘、气瓶、压缩机、干燥器、回收罐及过滤罐等,当压缩天然气管道被拉脱或加气车辆意外失控而撞毁加气机时会造成天然气大量泄漏。
泄漏气体一旦遇到引火源,就会发生火灾和爆炸。
(3高压储存容器
CNG加气站技术要求充装站的压缩机必须加压至25MPa以上,才能将天然气压缩到钢瓶内,这是目前国内可燃气体的最高压力储存容器。
求,稍有疏忽,便可发生爆炸或火灾事故。
系统高压
运行容易发生超压,当系统压力超过了其能够承受的最大容许压力时,必将导致设备及配件的强度超限发生爆炸或局部炸裂。
(4天然气的质量
在天然气中的游离水未脱净的情况下,积水中的硫化氢容易引起钢瓶腐蚀。
从理论上讲,含有硫化氢的水溶液在高压状态下对钢瓶或容器的腐蚀速度比在4MPa以下的管网中腐蚀得更快、更容易。
(5多种引火源的存在
汽车加气站绝大多数建在车辆来往频繁的交通干道一侧,周围环境较复杂,受外部点火源的威胁较大。
操作中也存在多种引火源,加气站设备控制系统是对站内各种设备实施手动或自动控制的系统,潜在着电气火花;售气系统工作时,天然气在管道中高速流动,易产生静电火源等。
4事故预防措施
通过对加气站危险有害因素及以往事故的统计分析,要预防和减少事故的发生,首先必须有针对性
地配备相应的装置或设施[4~6]
。
(1安全监控预警与事故应急综合管理系统加气站应设置安全监控预警与事故应急综合管理系统,对加气站设备的安全状态、工艺过程的安全参数、气源的质量(露点、硫化氢含量及站区重要部位(如压缩天然储气瓶间(棚、天然气泵和压缩机房(棚等场所的气体泄漏等进行实时在线监测,设置安全限值、预警限值和报警限值,对事故进行提前预警和报警;一旦出现异常状况,监控系统可以及时响应,通过执行机构进行应急处置。
通过视频监控手段,加强员工操作管理,避免发生由于误操作或者违反站内安全规定造成的事故。
当发生事故时,系统可为事故的应急救援及事故调查提供直接的辅助决策支持技术与手段。
(2安全保护装置
在远离作业区的天然气进站管道合适位置上应设紧急手动截断阀,一旦发生火灾或其它事故,自控系统失灵时,操作人员可靠近并关闭截断阀,切断气源,防止事故扩大。
储气瓶组(储气井进气总管上应设安全阀及紧急放散管、压力表及超压报警器。
每个储气瓶(井出口应设截止阀,以保证储气设备的安全运行或发生事故时能及时切断气源。
21第4期中国安全生产科学技术
压缩机出口与第一个截断阀之间应设安全阀,安全阀的泄放能力应不小于压缩机的安全泄放量;压缩机进、出口应设高、低压报警和高压越限停车装置。
(4防腐措施
对严寒地区的室外架空管道,其选材应考虑环境温度的影响。
由于天然气内含有硫化氢、二氧化碳、残存凝析油等腐蚀性介质,因此加气站内与压缩天然气接触的所有设备、管道、管件、阀门、法兰、垫片等材质应具备抗腐蚀、耐老化的特点。
埋地管道防腐设计应采用最高级别防腐绝缘保护层。
(5防撞拦或其它防撞措施
储气瓶组或储气井与站内汽车通道相邻一侧,应设安全防撞拦或采取其它防撞措施,防止进站加气汽车控制失误撞上储气设施造成事故。
(6可燃气体易积聚部位的通风
为了防止爆炸性混合物的形成,可燃气体易积聚部位应采取通风措施,避免发生中毒和爆炸事故。
(7电火花、静电、雷击的预防
加气站的防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地及信息系统的接地等共用一个接地装置,既经济又安全,但接地电阻不应大于4。
(8加气机安全保护措施
加气机应设安全限压装置;加气机的进气管道上宜设置防撞事故自动切断阀;加气机的加气软管上应设拉断阀,拉断阀在外力作用下分开后,两端应自行密封,当加气软管内的煤层气工作压力为20MPa时,拉断阀的分离拉力范围宜为400~600N。
加气机附近应设防撞柱(栏,防止进站汽车失控撞上加气机。
(9放散管设置
加气站不同压力级别系统的放散管宜分别设置,放散管管口应高出设备平台2m及以上,且应高出所在地面5m及以上。
5结论
文章针对CNG加气站的良好发展势头,从系统组成、事故统计与分析、危险有害因素辨识与分析、事故预防措施等几个方面对CNG加气站进行了详细研究与分析。
(1研究提出了国内外CNG加气站的一般组成结构,即由调压计量系统、净化干燥系统、气体压缩系统、压缩天然气储存系统、控制系统和售气系统等6个子系统组成。
(2对近几年发生的加气站事故统计与分析结果表明,在CNG加气站各组成系统中,发生的安全事故主要集中在售气系统和高压储气系统,其次是CNG压缩系统,共占事故总数的90%。
(3研究提出了CNG加气站常见的危险有害因素,主要包括天然气易燃易爆、天然气易泄漏、储存容器压力高、天然气易腐蚀钢瓶、多种引火源存在等。
(4研究提出了CNG加气站常见事故预防措施,如建设安全监控预警与事故应急综合管理系统、设置安全保护装置等,确保事故预防由被动防范向源头管理的方式转变。
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中国安全生产科学技术第5卷
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