天然氣調壓站安全評價與管理

1、天然氣調壓站安全評價與管理調壓站是天然氣輸配系統(tǒng)的重要組成部分， 其安全運營是天然氣穩(wěn)定供應的 重要保證。由于調壓站內設備繁雜， 且天然氣運行壓力較高， 一旦燃氣發(fā)生泄漏， 易造成火災、 爆炸或中毒等事故 1 、2 。本文對天然氣調壓站存在的安全問題進 行分析，提出有效的防范措施，消除安全隱患，從而確保城市燃氣安全、平穩(wěn)供 應。1 主要危險因素分析1.1 介質本身的危險性 天然氣是易燃易爆的物質，屬于甲類火災危險性物質 3 。天然氣泄漏后， 極易擴散到空氣中，形成蒸氣云，遇火源或高溫熱源極易發(fā)生爆炸。此外，天然 氣為烴類混合物， 雖然毒性較低， 但長期接觸也可出現(xiàn)神經衰弱綜合癥， 危害人 體健

2、康。1.2 工藝過程危險性調壓器是調壓站的主要設備， 其功能是根據燃氣的需要情況將燃氣調至不同 壓力，實現(xiàn)穩(wěn)定輸送 4 。由于設備及管道材質的問題、施工不當、運行管理不 到位等原因，均會造成燃氣泄漏，引起火災、爆炸等安全事故57。 設備及管道材質問題調壓器的工作壓力較高， 要求設備和管道的材質滿足強度要求。 在設計及選 型過程中， 如果對設備和管道規(guī)格、 材質要求不合理， 必將對后繼過程產生嚴重 影響，造成安全隱患。 施工質量問題施工質量不僅與系統(tǒng)的使用壽命、 經濟效益緊密相關， 而且關系到系統(tǒng)的運 行安全。施工質量的影響因素主要有施工現(xiàn)場管道焊接質量不合格、 設備安裝存 在缺陷。 運行管理問

3、題a. 設備超壓為保證調壓器穩(wěn)定運行， 必須時刻監(jiān)測調壓設備進出口燃氣壓力， 一旦出現(xiàn) 超壓情況， 不僅會損害調壓器， 甚至會危及站區(qū)和管網的運行安全。 調壓設備超 壓受以下幾個方面影響： 上游來氣壓力升高， 進口壓力表出現(xiàn)故障而未能及時顯 示;調壓器運行過程中安全閥失效， 致使超壓燃氣無法放散 ; 運行過程中人員操作 失誤等。超壓爆炸雖然屬于物理爆炸， 但爆炸后引起的燃氣泄漏極易引發(fā)后繼的 火災、爆炸。b. 天然氣泄漏與爆炸 設備、管道被腐蝕，密封件失效，儀器、儀表故障，人為誤操作，外界干擾 等均是造成燃氣泄漏的因素。 泄漏燃氣遇到站區(qū)內火源如施工動火、 雷電、靜電 火花等，易被引燃，發(fā)生爆

4、炸。2 天然氣泄漏爆炸事故災害后果分析通過對危險有害源辨識可知， 由天然氣泄漏導致的火災、 爆炸事故是影響面 最廣、發(fā)展最迅速、后果最嚴重的燃氣事故之一。天然氣爆炸事故大多是由天然氣泄漏后遇到點火源而形成。 事故引起損失的 大小與天然氣的泄漏量和泄漏點附近的人員、財物分布有關。燃氣泄漏后造成的最不利后果是形成蒸氣云爆炸。 本文遵循事故最大化原則， 對天然氣爆炸事故進行模擬并對后果進行評價。2.1 蒸氣云爆炸事故機理蒸氣云爆炸（Vapor Cloud Explosion , VCE是由于氣體或易于揮發(fā)的液體燃 料的大量快速泄漏， 與周圍空氣混合形成覆蓋范圍很大的“預混云”， 在某一有 限空間遇點

5、火源而導致的爆炸。 導致蒸氣云爆炸必須具備可燃氣體泄漏并與周圍 空氣預混、延遲點火、有限空間等條件。2.2天然氣泄漏量計算造成天然氣泄漏的原因有多種，如閥門、法蘭密封件失效，管道、儲罐腐蝕 及疲勞失效，燃氣超壓外溢等。考慮燃氣泄漏的最不利條件，進行天然氣泄漏量 計算，先作以下幾點假設：泄漏面積為1.0mm圓形孔洞；泄漏時管道內絕對壓力為1.7MPa;大氣絕對壓力為101.325kPa;溫度為25C ;從開始泄漏到發(fā)生爆炸的 時間分別為 5min、10min、30min、1h、6h、12h。 天然氣泄漏時流動狀態(tài)判斷滿足式(1)時，流動屬于音速流。式中p0大氣絕對壓力，Pa p管道內天然氣絕對壓

6、力，Pa k天然氣等熵指數，取1.316 滿足式(2)時，流動屬于亞音速流。P + t /經濟算得: =0.059 6P角 J544根據式(1)，氣體泄漏屬于音速流。 天然氣泄漏量計算音速流的泄漏量可采用下式計算8:式中q天然氣泄漏質量流量，kg/sCd氣體泄漏系數，圓形裂口取1A裂口面積，mm2M天然氣摩爾質量，kg/mol，取0.016kg/molR摩爾氣體常數，J/(mol K)，取 8.314J/(mol K)T天然氣溫度，K,取298Km=qmt (4)式中mt時間內天然氣泄漏量，kgf天然氣泄漏持續(xù)時間，s根據式(3)、(4)計算不同泄漏持續(xù)時間的天然氣泄漏量，見表1表1天然氣泄漏

7、量泄漏持續(xù)時間/min51030m/kg0.821.644.91泄漏持續(xù)時間/h1612m/kg9.8158.86117.712.3天然氣蒸氣云爆炸傷害評估根據荷蘭應用科學研究院(Netherlands Organization for Applied ScieneeResearch)建議，蒸氣云爆炸的沖擊波損傷半徑可按下式預測9:式中R損傷半徑，mC經驗常數，m- kJ-1/3，取值見表2N效率因子，一般取10%E爆炸能量，kJQh天然氣的高熱值，kJ/kg，取55683kJ/kg表2 Cs取值損傷等級Cs設備損壞情況人員傷亡情況一級損傷0.03重創(chuàng)建筑物內的加工設備一級損傷區(qū)域內人員中1溉

8、于肺部傷害，50%膜破壞，50%被碎片擊傷二級損傷0.06破壞建筑物外表，可修復性破壞二級損傷區(qū)域內人員中1%耳 膜破壞，被碎片擊傷三級損傷 0.15 玻璃破碎三級損傷區(qū)域內人員被碎玻璃擊傷四級損傷 0.4010%玻璃破碎聯(lián)合式(3)(6)，計算出不同泄漏持續(xù)時間下的損傷半徑，見表3。表3 損傷半徑泄漏持續(xù)時間 /min51030損傷半徑 /m 一級損傷 0.490.620.91二級損傷 0.991.251.81三級損傷 2.493.134.52四級損傷 6.628.3512.05泄漏持續(xù)時間 /h1612損傷半徑 /m 一級損傷 1.142.072.61二級損傷 2.284.145.21三級

9、損傷 5.6910.3413.03四級損傷 15.1827.5834.75由此可見，泄漏后遇明火點燃的天然氣爆炸事故的危害程度及影響范圍均與 泄漏時間有關，泄漏時間越長，泄漏量越大，損傷半徑越大。3 防止燃氣泄漏火災、爆炸事故的措施燃氣泄漏導致爆炸的危害重大， 為了避免燃氣災害事故的發(fā)生， 在工程的每一個階段均要制定一系列安全措施，并嚴格執(zhí)行，確保安全運營。 設計方面天然氣調壓站設計時需充分考慮運行的安全可靠性， 嚴格遵循相關規(guī)范及規(guī) 定，采用國內外成熟先進的技術和設備。設置事故監(jiān)測和應急裝置， 以避免事故的發(fā)生或將事故造成的危害及損失降 到最低程度。調壓區(qū)內的電氣設備必須選用防爆型， 并要保證系統(tǒng)連接完成后， 整體防爆 性能滿足要求。 施工方面施工企業(yè)在進行施工組織設計時， 應制定完善的安全技術措施。 施工安全技 術措施內容必須符合現(xiàn)行安全生產法律、 法規(guī)和安全技術規(guī)范標準。 要加強施工 現(xiàn)場的安全管理，配備專職安全管理人員。 安全管理方面天然氣調壓站應按照壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定 （勞動部 1996140 號）進行管理 ;建立特種設備技術檔案， 內容包括設備的設計文件、 制造單位、產 品質量合格證、使用維護說明等文件 ; 應對設備和管道進行日常維護與保養(yǎng)，并 有檢測和維修記錄。4 結論 泄漏是引起火災、爆炸的主要因素，設計不合理、施工和管理階段的不 合理操作