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城市汽车加气站火灾爆炸危险分析及消防对策

日期:2011-12-14 | 查看: | 原作者:新疆燃气网——新疆燃气行业门户 新疆燃气网


 

城市汽车加气站火灾爆炸危险分析及消防对策
【摘要】本文介绍了CNG技术的先进性与发展前景,针对我国CNG加气站的具体情况,从充装站的建设、CH4的气质标准、钢瓶的质量和规范化安全管理等方面分析了CNG加气站的火灾爆炸危险性,并分析了部分加气站火灾爆炸事故,从CNG技术的安全问题着手,探讨消防安全的技术措施及对策。
 
【关键词】  CNG    火灾爆炸危险性    安全防范对策
引言
压缩天然气(Compress Natural Gas),简称CNG。CNG是我国近年来以至在新世纪开发绿色汽车的高新技术产业之一。CNG汽车由于具有节能、环保、低成本等许多优点,已成为当今世界汽车工业发展的重要方向。目前我国的CNG汽车总数约10万辆,且据专家预测CNG汽车在5-10年内更有猛增10-15倍的趋势,预计在15年内将达到国内汽车的50%。
CNG技术的工艺流程为:低常压(0.3-0.5MPa)下的原料气自低压储气罐或低压天然气管网送至加湿器,增大其湿度,之后气体进入脱硫塔。使得其中的硫化氢气体与塔内氧比铁反应,去掉对金属密器腐蚀较大的硫化氢气体,天然气脱硫后被送人压缩机进行加压,使其压力达到25MPa,自压缩机出来的气体进入脱水机进行脱水,然后气体通过顺序控制盘到达终点站售气机或贮气井,作为汽车燃料。其主要优点如下:
1.1环保性与效益性
CH作为气体燃料比固体燃料燃烧得更完全更彻底,单位热值所产生的CO,比石油低30%,比煤碳低43%。废气排放总量是汽油燃料的1/5,因此能有效地减少对大气的污染和温室效应的形成,有利于对人类生存环境的保护。据测试,CNG汽车与汽油车相比较,尾气污染物有大幅度的明显下降,检测结果如表l所示:
CNG的效益性具体表现为:1M天然气可代替1.1L汽油,与燃油汽车相比较,行驶相同里程可节约燃料费近1/3;与此同时,CNG汽车较普通汽车的维护成本费也可下降40%以上。
1.2 先进性与实用性
CNG技术的另—大优点,是且接用CH作燃料,不仅可大大降低汽车机械摩擦的耗损,延长使用寿命,而且运行操作简单方便,噪音也比燃油汽车降低了40%。
 
我国天然气储藏十分丰富,总量为10万亿M3以上。至少可供开采70年以上。此技术的推广应用,将促进我国21世纪经济的可持续发展,并有效地改变贫油富气地区能源紧缺的被动局面。
CNG技术在世界许多发达国家己越来越引起政府及有关方面的重视,并且趋显示出强大的发展潜力。自80年代以来,在美国的许多州和地方政府,正大力提倡或积极鼓励公用及私人车辆以天然气作燃料。汽车广家也开始大规模生产以天然气作动力的轿车和轻型卡车。估计到2005年,英国使用CH4作照料的汽车将达到400万辆。据统计,目前全世界已拥有CNG汽车800万辆,有40多个国家在大力实施以气代油的战略计划,预计10年内,全球CNG汽车将超过1500万辆,其中美国300万辆,意大利50万辆,日本20万初,中国15万辆,与此同时,美国、日本、俄罗斯.新西兰等国家主产的天然气压缩机、售气机以及贮气钢瓶等配件,在安全性、实用性、先进性等方面都具有成熟领先的技术,并已开始进入中国市场。
我国CNG技术,尚处于起步阶段,总体上看,主要是改车品种单一,未形成CNG汽车整车设计的生产规模,以及建站、气质和贮气钢瓶生产的安全技术规范化、系统化等。但目前政府对此项技术的开发应用极为重视,并大力倡导,包括制定远、近期发展计划和出台一系列优惠扶持政策。由于CNG汽车有明显的环保效益,目前政府已将这一技术的发展作为改善环境污染的重要举措之一。李鹏曾经指出:用天然气代替汽油、柴油做汽车的燃料,技术上已经比较成熟,只要在产气地区建立起分布在城市和公路两旁的换气站系统,以气代油逐步可以推广。
2. CNG加气站的火灾爆炸危险性
2.1燃爆因素
CNG场所及其钢瓶易于发生燃烧爆炸的主要因素:一是CH4介质本身属于一级可燃气体,甲类火灾危险,爆炸浓度极限为5—15%,最低点火能量仅为0.28mj,对空气的比重0.55,扩散系数为0.196。说明易燃烧,易爆炸并且扩散能力强,火势蔓延快;二是CH4气体处于高压状态,CNG技术要求充装站的压缩机加压必须达到20MPa以上,储存压力通常在20—25MPa之间,才能有效地保证钢瓶的充装和储存,这是目前国内可燃气体的最高压力贮存容器。如果CNG的气质或钢瓶质量、制造工艺及加压设备等不能满足规定的技术要求,稍有疏忽,便可发生爆炸或火灾事故;三是CNG技术在我国尚属新兴技术,汽车加气站的相关规范也刚出台不久,在这个发展阶段,CNG充装站的建设过程中,有关单位为降低建设成本,不严格按照现行技术标准和规范的规定进行设计、施工,甚至偷工减料或使用劣质材料建设劣质工程,致使埋下先天隐患;四是企业内部的操作人员因不熟悉CNG新技术和未参与上岗前的系统培训,导致违章作业或违反安全操作规程留下隐患;五是一些企、事业单位和主管部门没有认真落实安全组织、规章制度以及各项安全管理措施造成的事故隐患。
2.2天然气加气站的系统组成及火灾危险性分析
加气站通常由五部分组成,即气体处理系统.气体压缩系统,气体储存系统,设备控制系统和售气系统。
气体处理系统此系统主要包括调压、除尘、脱硫、脱水、干燥等工序。气体在处理过程中应防止阀门、法兰盘及焊缝处出现泄漏。
气体压缩系统该系统主要是通过压缩机进行多缀压缩,将天然气的压力提高至25MPa,然后通过管线送至储气瓶。气体在压缩时,处于受压、受热状态,工艺管网易造成泄露,遇火源就会发生火灾和爆炸。
气体储存系统无论是那种形式的储气系统都属于高压容器,因此,气瓶的质量问题就非常重要,目前我国现有的天然气加气站的储气瓶基本部是钢质耐压瓶,由于受腐蚀或存在先天性缺陷,如不按时检查维护,极易造成气瓶或零部件损坏,引起爆炸和火灾事故。
设备控制系统控制系统主要是对站内各种设备实施手动或自动控制。因此,加气站内存在着潜在的点火源,各生产环节防静电接地不良或者各种电器设备、电气线路不防爆、接头封堵不良,在天然气稍有泄露时就易发生火灾爆炸事故。
售气系统售气系统工作时,易产生静电,此外违章操作也容易造成安全事故,例如工作人员违章穿钉子鞋、化纤服,或装卸工人野蛮作业,也易造成事故。在加气时汽车不按照规定戴熄火罩、熄火加气,还有尤为常见的搭载乘客在车辆加气时吸烟的现象,都为CNG生产安全埋下了重大隐患。
2.3 CNG燃爆事故的分析
目前已建成CNG充装站的运行过程中,因安全管理、安全检测手段和安全技术措施尚不到位,自1994年以来,已先后发生了多起火灾爆炸事故,发生燃爆事故的充装站占充装站总数的13.3%:如1994年9月12日,绵阳CNG充装站的2只钢瓶发生爆炸,幸无人员伤亡;1995年3月31日,绵阳地方天然气公司的CNG充装站,在给钢瓶充气时,因脱水处理不净,导致爆炸并起火成灾;1995年9月26日,自贡富顺华油公司CNG充气站因钢瓶泄漏燃气发生爆炸,造成重大经济损失;1995年10月7日,遂宁CNG充装站因钢瓶质量问题发生爆炸,将一钢瓶炸飞70多米之远,并引起实瓶库的15只钢瓶发生喷射燃烧,焰柱高达20余米,造成直接经济损失18万余元。1997年7月24日,泸州纳溪加气站在给川E00296号大客车加气时,由于驾驶员未关闭防漏阀,使天然气在车内泄露,遇乘客点火吸烟闪燃起火,烧伤18人,其中3人重度烧伤。在检查一些其它的CNG充装站时,有的也存在较为严重的事故隐患苗头。
总结事故教训和检测试验表明,CNG钢瓶发生燃烧爆炸的直接或间接原因,主要产生于以下几个方面:
钢瓶的材质问题。首先,通过对CNG钢瓶的抽样检验和对爆炸钢瓶的宏观检查,断口扫描、电子探针和X射线质谱分析发现,钢瓶材料的抗拉强度值偏高,屈强比偏大,塑性指标偏低,说明强度高而塑性差。其次,通过对钢瓶材质的纯净度分析得知,部分CNG钢瓶材质中的有害杂质元素(如S、P、0)的含量超过了安全技术要求的控制指标,即S、P含量>0.0l%。第三,钢瓶在制造工艺上的精度问题,由于目前尚无此类钢瓶生产的专门厂家和CNG专用钢瓶的技术标准,一些钢瓶的表面气泡、裂纹、结疤、折叠、分层、夹杂、光洁度、麻点和凹坑等较为组糙。表明这些钢瓶生产企业的生产工艺和制造精度难以满足技术要求,更不可能与美国、日本等发达国家的同类钢瓶相提并论。
⑵CH4的气质问题。实际上是介质中的H2S和游离水问题,天然气有深层和浅层两种,无论使用未经脱硫的浅层天然气还是使用经过脱硫的深井天然气,H2S的含量一般都控制在20mg/Nm3以下,而总硫化物的含量则控制在270mg/Nm3左右。研究指出,这个控制指标仅适合于工业与民用燃气的输配气系统,而不适合于CNG技术的运行设备。这是因为,若CH4中的游离水尚未脱净(实际也不可能脱净)的情况下,硫化物中的H2S则是导致钢瓶积水腐蚀的祸根,从已被炸裂钢瓶的检查情况看,瓶内积存伴有刺鼻气体的黑水,有的达到了2.5—5kg/只(其中积水里的H2S含量超过了8.083mg/L)。从理论上讲,这种H2S的水溶液(即氢硫酸)在高压状态下对钢瓶或容器的腐蚀,比在4MPa以下的管网中进行得更快,更容易。
⑶CNG技术的规范化问题。CNG技术目前有压井式和贮瓶式两种,又称开放式和撬装式。此外,为加快CNG技术的推广,许多地方采用了油、气共用站的方式,而我国在CNG方面的技术规范还存在众多不完善之处,有关安全技术措施与对策,有待于进一步改进与完善,如压井式储存钢管衔接处的泄漏因素和维护检查难题,储瓶式钢瓶的腐蚀与放置方式,油气共用站建设的防火间距与安全要求,子母站建设与流动加气车的设置等,都尚待加以解决,或期待尽快出台相关的GB技术规范和标准。否则,CNG在建站、储存、充装及使用运用过程中,由于不规范而导致形成先天隐患,甚至有可能造成更多更大的火灾或爆炸事故发生。
3. 消防技术措施及安全管理对策
本着从CNG技术实际广泛应用为出发点,安全工作及其预防措施的关键,决定于充装站的建设、CH4的气质标准、钢瓶质量和规范化的安全管理等几个重要环节。
3.1  CNG加气站的总平面布局
在天然气加气站的总平面布局上,根据中华人民共和国行业标准《汽车用燃气加气站技术规范》CJJ84—2000和中国石油天然气行业标准《汽车车用压缩天然气加气站设计规范》SY0092—98,结合各地的实际以及地方标准和规范执行。
一、二、三级天然气加气站的压缩机房、贮气瓶库、天然气放散管口、加气机与站外建、构物的防火间距不应小于表2—1的规定(单位m)。
天然气加气站站内建、构筑物的安全距离不应小于
表2—2的规定(单位m)。加气机与实体围墙的间距可不限。
加气机与加气岛端边缘距离不得小于1.2m。
同一加气岛上的加气机的间距不得小于3.0m。
注:贮气瓶库与压缩机房之间的外墙为实体防爆隔墙时,其间距可以不限。
加气站内设置的变配电见可设在站房内,但与贮气瓶库、调压间、压缩机房、加气机的距离不得小于8m。
3.2设计施工中的注意事项
因天然气的主要成分是甲烷,它是无色、无味的可燃气体。当与空气以一定比例混合时,有发生爆炸的危险,但由于天然气比空气轻,泄露后直接散发到空气中,不易聚集,为确保安全起见,应进一步采取以下防范措施。
站的设计单位必须具备建筑工程二级以上许可证。
站内建筑物的耐火等级不应低于二级。
天然气贮气瓶库宜采用敞开或半敞开式钢筋混凝土框架结构。
压缩机房易为单层框架建筑,屋面应为非燃烧材料的轻型结构。
在天然气进入压缩机之前应加入适量的臭味剂,一旦发生泄漏,可以及时察觉,以便进行安全检查和排风。
进站天然气管道上应设置紧急切断阀和全启封闭式弹簧安全阀。与安全阀连接的放散管管口应高于15.0m范围内的建、构筑物2.0m以上,且距地面不应小于5.0m。
加气站的天然气贮气瓶应选用钢制气瓶或树脂纤维缠绕气瓶,其最大允许充装压力为25.0MPa。
加气站与站外建筑物相邻的一例应建高度不低于2.2m的非燃烧实体围墙,面向进出口道路一侧宜建非实体围墙或棚栏。
各天然气贮气瓶组宜单独引管道至加气机。
加气站的调压间、压缩机房、贮气瓶库及加气岛等危险场所应设置性能可靠的燃气报警器,报警器应满足当燃气泄漏浓度达到爆炸下限的1/4时报警,持续一分钟后紧急切断阀自动切断气源。
对加气站的各种焊接、焊缝应进行无损探伤试验,管道在同设备连接前应进行水压试验,对于工作压力大于或等于10MPa的高压管线应采用高压无缝钢管。
天然气贮气瓶组装置宜卧式存放,在贮气瓶组管汇上应设置压力表、压力报警器、全启封闭式弹簧安全阀和安全放散装置。
紧急切断阀应进行二路控制,一路由燃气报警器控制,另一路由排风机联锁。
加气站内具有爆炸危险的封闭式建筑物内应设置良好的通讯设施。当采用机械强制通风时,其装置通风能力在工作期间应按每小时换气12次计算,并与可燃气体报警器联锁;在非工作期间按每小时5次计算。当采用自然通风时,通风口总面积不应小于300cm2/m2地面,通风口不应少于2个,且应靠近天然气积聚的部位设置。
天然气加气站内各类管道应采取不同的涂色标志。见表3的规定。
3.3提高CH4的气质标准
CNG气质必须是优质CH4,把好这个源头的关键主要是解决好脱硫和脱水两个问题。首先,脱硫技术的实践和研究表明,脱硫或严格控制CH4中的硫及硫化物含量,是确保CNG技术运转过程十分重要的安全环节。若使用浅层天然气,普遍认为天然气的气质较好而不需作脱硫处理,但从安全角度考虑,应尽力确保CH4的气质达到表4的技术指标要求。
如果使用深层CH4则必须经过脱硫处理,并将“2,3”序号的指标尽可能控制在规定数值以下,越小越好。我国目前石油天然气系统规定的CH4中H2S含量应≤20mg/Nm3,只是针对长输和民用燃气的中、低压条件下提出的,不应适用于CNG的高压状态。这一指标与美国CNG气质要求的H2S含量≯5mg/Nm3的标准比较,高出了三倍多,对安全生产极为不利。为此,从实际国情出发,建议我国CNG气质中的H2S含量以不大于10mg/Nm3为宜。
其次,要慎重解决好脱水问题。高压CH4的脱水干燥,目前己被四川成功开发的干燥装置所攻克,并能基本满足CNG生产的要求。一般情况下,脱水后的气体在常压下的露点温度应低于或等于-54℃,此时的含水量可以达到≤17.8mg/Nm3,这与美国现行标准≯16mg/Nm3很接近。试验显示,将含水量控制在这个标准以下,对减少钢瓶积水有利,使H2S的水溶液产生更少,有益于延长钢瓶的使用时间和增大钢瓶的安全系数。
3.4 提高贮气钢瓶的优质性能
盛装天然气的钢瓶属高压容器且介质可燃,如果发生爆炸,既是极其迅速的物理能量释放过程,又可造成可燃介质的二次燃爆危害,往往酿成更大的人员伤亡和破坏性事故。因此,对钢瓶的材质、生产工艺、技术检验等,都必须严格把关,具体应做到:一是钢材必须选择优质无缝不锈钢,生产厂家必须是经省以上劳动压力容器主管部门和技术监督管理部门批准认可的企业;二是钢瓶必须符合规定的强度设计要求,即壁厚、应力、韧性、脆性、抗疲劳性以及抗蠕变破坏性和安全泄压装置等,都必须进行严格计算和检验并达到合格;三是在提高钢瓶抗腐蚀性能方面,应重点控制钢材中硫、磷的含量,具体可参照(S≤0.002%;P≤0.008%;O≤0.002%)的标准执行;四是对CNG钢瓶必须进行定期检验,定检周期可根据实际情况适当缩短,定检中,应准确测定容积残余变形率,超过10%的必须做报废处理;五是采用现代高新科技研制开发新一代的高强材料生产CNG气瓶。
3.5加气站的安全设施
加气站安全设施是确保消防安全的重要因素,主要包括:
可燃气体浓度检测报警器 加气站内应设置可燃气体浓度检测报警器,报警浓度应为气体爆炸下限的25%,报警时,防爆排风扇自动开启。
防爆排风扇 无论是开放式结构加气站还是撬装式结构加气站,均应安装防爆排风扇(撬装式结构一般装在箱体内),一旦气体出现泄漏,报警器报警,排风扇启动,迅速将泄漏气体排到室外。
气源自动切断装置 在加气站总进气管线上设置电动或气动阀门,并与控制系统及报警系统联动,一旦发生泄漏或其它事故,阀门自动关闭,切断气源。
紧急关闭阀 该紧急关闭阀一般安装在压缩机人口前及出口后,以及在气瓶组和售气机之间,一旦系统出现异常情况(如局部泄漏使该处压力下降,管路或系统堵塞,造成压力上升,以及突然断电等),紧急关闭阀将关闭系统并隔离每个设备,防止天然气泄漏。
安全阀及气体放散系统 由于加气站工作时,其设备基本都处于高压状态,所以在设备中没有一些安全阀,一旦管线、汽缸、压力容器等设备出现超压时,安全阀会自动启动泄压,从而保证设备的气压不会超过规定值。安全阀作用时释放的气体通过放散系统排至空中。
安全断开装置 该装置设在售气机连接加气枪的软管上,如果加气枪被车辆带走.该装置会自动断开,售气机自动关闭气路,从而保证了设备的安全。
室外消火栓 加气站属易燃易爆场所。在运行中,既要防止站内可能发生的火灾,又要防范加气站周围的火灾事故,因而站内应设消火栓系统。
安全防护栏   在加气站设备周围,应设置固定的安全防护栏,防止人员随意进入,损坏设备,造成事故。
灭火器材   加气站应按规范要求配置足够的灭火器材,要加强维护保养,确保完整好用。
安全标志   在站区内应设置醒目的“严禁烟火”、“安全操作”等安全标志。
此外,加气站的消防安全管理制度和安全操作规程必须落到实处。
4结束语
 
综上所述,CNG汽车作为我国21世纪可持续发展战略的高新技术产业之一,在试验、开发和生产贮运过程中,消防安全始终都是十分重要的工作。为此,政府和企业必须引起高度重视,既要在宏观上进一步加大投入力度,制定切合实际的发展规划;同时,也要注重解决技术领域中有关安全技术和高成本投入的矛盾问题。建议政府可责成有关主管部门将此列入重点科研课题项目,或借鉴国外先进技术之长,以促进我国的CNG技术更安全、更快速、更规范、更有序地健康发展。

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