天然氣儲(chǔ)配站罐區(qū)的重大危險(xiǎn)源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)控制

重慶萬(wàn)州燃?xì)庥邢薰?魏 彬 蘇長(zhǎng)遠(yuǎn)

作為城鎮(zhèn)燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)樞紐的天然氣儲(chǔ)配站，擔(dān)負(fù)著接收上游來氣、儲(chǔ)氣調(diào)峰、調(diào)壓計(jì)量和配氣等功能。它的安全狀況好壞往往決定著整個(gè)城市燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)安全平穩(wěn)供氣。為保證天然氣儲(chǔ)配站，尤其是其儲(chǔ)罐區(qū)的安全運(yùn)行，需對(duì)其進(jìn)行重大危險(xiǎn)源識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及控制，即通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)找出控制點(diǎn)，并采取對(duì)應(yīng)的安全管理措施。

1 重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法介紹

重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法是基于大量的火災(zāi)和危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏燃燒爆炸事故等基礎(chǔ)上的統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)評(píng)價(jià)單元材料的危害性和工藝設(shè)備的危險(xiǎn)性，分析事故的原因，評(píng)估事故的影響范圍及可能造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，并找到預(yù)防和控制管理措施。

易燃、易爆、有毒重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)方法是國(guó)家經(jīng)貿(mào)委安全科學(xué)技術(shù)研究中心《易燃、易爆、有毒重大危險(xiǎn)源辨識(shí)評(píng)價(jià)技術(shù)研究》“八五”國(guó)家科技攻關(guān)中提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，其中提出得重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

重大危險(xiǎn)源的評(píng)價(jià)分為固有危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。后者是在前者的基礎(chǔ)上考慮各種危險(xiǎn)性的抵消因子，它們反映了人在控制事故發(fā)生和控制事故后果擴(kuò)大方面的主觀能動(dòng)作用。固有危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分為事故易發(fā)性評(píng)價(jià)和事故嚴(yán)重度評(píng)價(jià)。事故易發(fā)性取決于危險(xiǎn)物質(zhì)事故易發(fā)性與工藝過程危險(xiǎn)性的耦合。評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型為：

式中：A——現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)性；

(B111)i——第i種物質(zhì)危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)值；

(B112)j——第j種工藝危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)值；

Wij——第j種工藝與第i種物質(zhì)危險(xiǎn)性的相關(guān)系數(shù)；

B12——事故嚴(yán)重度的評(píng)價(jià)值；

B21——工藝、設(shè)備、容器、建筑結(jié)構(gòu)抵消因子；

B22——人員素質(zhì)抵消因子；

B23——安全管理抵消因子。

一般按A值大小將重大危險(xiǎn)源分為4級(jí)，作為重大危險(xiǎn)源監(jiān)控管理的依據(jù)，其中：A≥3.5為1級(jí)，2.5≤A＜3.5為2級(jí)，1.5≤A＜2.5為3級(jí)，A＜1.5為4級(jí)。

2 萬(wàn)州燃?xì)馔┰獌?chǔ)配站概況

2.1 儲(chǔ)配站布局

桐元儲(chǔ)配站規(guī)劃建設(shè)4座容積為5 000 m3的高壓儲(chǔ)氣球罐，目前已建成投產(chǎn)2座。根據(jù)功能分區(qū)布置，如圖2所示，儲(chǔ)配站分為輸配區(qū)、球罐區(qū)和生產(chǎn)輔助區(qū)域。其中球罐區(qū)內(nèi)設(shè)4個(gè)球形儲(chǔ)罐，呈一字排列(建成2座，預(yù)留2座)。

圖2 桐元儲(chǔ)配站平面示意

儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa，最大儲(chǔ)氣能力為16萬(wàn)m3，取天然氣密度為0.717 4 kg/m3后計(jì)算可得該罐區(qū)天然氣最大儲(chǔ)存量約為110 t，超過GB 18218－2018《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》規(guī)定的50 t臨界值，因此該站的天然氣球形球罐區(qū)構(gòu)成了重大危險(xiǎn)源，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行重大危險(xiǎn)源的申請(qǐng)備案登記。公司現(xiàn)已完善重大危險(xiǎn)源的申報(bào)手續(xù)，并向當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與信息化委員會(huì)和安監(jiān)局登記備案。

2.2 工藝流程

儲(chǔ)配站接收作業(yè)區(qū)萬(wàn)州末站的來氣，進(jìn)站后的高壓天然氣(2.0～3.5 MPa)首先進(jìn)入?yún)R管一，經(jīng)過濾分離、孔板計(jì)量后進(jìn)入一級(jí)調(diào)壓系統(tǒng)(A組和B組調(diào)壓器，一開一備)調(diào)壓，降壓后的壓力為1.52 MPa(次高壓)；然后進(jìn)入?yún)R管二，在城市管網(wǎng)在用氣低谷時(shí)，一路天然氣直接進(jìn)入球形儲(chǔ)氣罐，其它天然氣由站內(nèi)二級(jí)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(C組和D組調(diào)壓器，一開一備)調(diào)壓，減壓后的壓力為0.35 MPa(中壓)；最后進(jìn)入出站埋地管道，并通過超聲波計(jì)量表計(jì)量、加臭裝置加臭后向城市中壓管網(wǎng)供氣，如圖3所示。

圖3 儲(chǔ)配站工藝流程

3 球罐區(qū)危險(xiǎn)源識(shí)別

3.1 儲(chǔ)存介質(zhì)

球罐區(qū)的主要儲(chǔ)存介質(zhì)是天然氣，主要成分是甲烷CH4(通常含量占95%以上)，還含有少量可燃烴和雜質(zhì)等。天然氣比空氣輕，易燃易爆，一旦泄漏與空氣中的氧氣混合達(dá)到一定濃度，遇火源會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。因此該過程涉及的主要危險(xiǎn)和有害物質(zhì)是天然氣。

3.2 球罐及其附屬設(shè)施

3.2.1 球罐

球罐的危險(xiǎn)因素有球罐破裂、球罐腐蝕、球罐爆裂、球罐疲勞、球罐附屬設(shè)施滲漏等。

3.2.2 連接管道、閥門和法蘭

連接管道、閥門和法蘭的危險(xiǎn)因素有焊縫破裂或法蘭等連接件泄漏、基礎(chǔ)沉降或外力破壞導(dǎo)致管道設(shè)備變形和斷裂、進(jìn)出球罐的閥門以及其它連接設(shè)備的法蘭損壞等。

3.2.3 安全設(shè)施

當(dāng)上游來氣壓力超過球罐設(shè)計(jì)壓力時(shí)，設(shè)置于球罐頂部的安全放散閥理應(yīng)起跳泄壓，保證球罐的安全。同時(shí)設(shè)置的壓力遠(yuǎn)傳信號(hào)要實(shí)時(shí)向值班控制室輸送報(bào)警。當(dāng)安全設(shè)施失效時(shí)，導(dǎo)致超壓超限而引起設(shè)施設(shè)備破壞。主要安全設(shè)施有安全閥、壓力傳感器、進(jìn)球罐電動(dòng)閥和壓力表等。

3.3 環(huán)境危險(xiǎn)因素

環(huán)境的危險(xiǎn)因素可從自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境兩方面進(jìn)行分析。前者主要指暴風(fēng)驟雨或地震滑坡等不可抗力對(duì)管道造成的破壞，因此，儲(chǔ)罐不得在有斷層、山體滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域建造。后者主要包括拋射物打擊、施工損壞和故意破壞或恐怖襲擊等的第三方損害。

4 重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和控制

4.1 重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

4.1.1 損壞／破壞半徑

球罐區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)主要是天然氣泄漏引發(fā)燃燒爆炸。以單個(gè)儲(chǔ)罐破裂泄漏為例進(jìn)行計(jì)算蒸氣云爆炸損傷破壞半徑（具體計(jì)算公式略），計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 蒸氣云爆炸損傷破壞半徑

4.1.2 事故易發(fā)性（B11）評(píng)價(jià)

事故易發(fā)性評(píng)價(jià)可以從物質(zhì)事故易發(fā)性和工藝事故易發(fā)性兩方面進(jìn)行：

(1)物質(zhì)事故易發(fā)性B111狀態(tài)值來自與天然氣靈敏度相關(guān)的物理和化學(xué)參數(shù)，即爆炸氣體特性G，包括最大安全縫隙、爆炸極限、最小點(diǎn)燃電流、最小點(diǎn)燃能、引燃溫度共5個(gè)方面，經(jīng)綜合計(jì)算天然氣事故易發(fā)性B111＝44.8。

(2)工藝事故易發(fā)性B112從21個(gè)工藝影響因素中發(fā)現(xiàn)了罐體運(yùn)行的實(shí)際危險(xiǎn)性，并在以下幾個(gè)方面具有特殊性能，構(gòu)成了一個(gè)過程事故。物質(zhì)事故易發(fā)性與過程事故易發(fā)性之間的相關(guān)性由相關(guān)系數(shù)Wij表示，如表2所示。

表2 工藝過程事故易發(fā)性B112相關(guān)系數(shù)Wij

4.1.3 事故嚴(yán)重度B12評(píng)價(jià)

事故的嚴(yán)重程度用符號(hào)B12表示，反映了事故造成后果的嚴(yán)重程度，包括人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失，以及人員損失轉(zhuǎn)化為的財(cái)產(chǎn)損失(萬(wàn)元)，計(jì)算公式如下：

式中：C——財(cái)產(chǎn)破壞價(jià)值，萬(wàn)元；

N1，N2，N3——事故中死亡、重傷和輕傷人數(shù)。

事故的嚴(yán)重程度B12取決于損壞半徑和圓形區(qū)域的財(cái)產(chǎn)價(jià)值及傷亡人數(shù)，計(jì)算結(jié)果為4 968.85萬(wàn)元。

4.1.4 固有危險(xiǎn)性B1及危險(xiǎn)性等級(jí)

儲(chǔ)罐區(qū)的固有危險(xiǎn)性B1，其計(jì)算公式為：

4.1.5 抵消因子B2及單元控制等級(jí)評(píng)價(jià)

(1)評(píng)估工藝設(shè)備和建筑物的抵消因素

工藝設(shè)備和建筑物抵消因素主要包括：設(shè)備維護(hù)、防爆裝置、惰性氣體保護(hù)、緊急冷卻、緊急電源、電氣防爆、防靜電、避雷、阻火裝置、過程參數(shù)控制、泄漏檢測(cè)裝置和響應(yīng)、故障報(bào)警和控制裝置、意外排放和處理、工廠通風(fēng)、建立減壓、設(shè)備監(jiān)控、工廠結(jié)構(gòu)、工業(yè)下水，共18個(gè)方面的評(píng)估。

建立“工藝設(shè)備和建筑物抵消因素評(píng)估表”評(píng)估總分為267分，通過現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分，得出過程設(shè)備和建筑物抵消因子評(píng)價(jià)的實(shí)得分為168分。

(2)危險(xiǎn)崗位操作人員素質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)分析系統(tǒng)中人員的行為特征，從操作人員資格、人員的熟練性、人員的操作穩(wěn)定性、崗位操作人員的負(fù)荷等方面分析人員的可靠性，進(jìn)行人員素質(zhì)評(píng)價(jià)。經(jīng)過分析，人員的合格性R1=1，人員的熟練性R2=0.916 7，人員的操作穩(wěn)定性R3=0.9，崗位操作人員的負(fù)荷因子R4=1，綜合評(píng)價(jià)單元人員素質(zhì)的可靠性Ru=0.825。

(3)安全管理評(píng)價(jià)

安全管理評(píng)估的主要用來評(píng)價(jià)單位管理規(guī)章制度及管理措施的制定及實(shí)施狀況的績(jī)效。安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系共有10個(gè)項(xiàng)目，72個(gè)指標(biāo)組成，總分為1 000分。通過對(duì)安全生產(chǎn)責(zé)任制、安全生產(chǎn)教育、安全技術(shù)措施計(jì)劃、安全生產(chǎn)檢查、安全生產(chǎn)規(guī)章制度、安全生產(chǎn)管理機(jī)構(gòu)及人員、事故統(tǒng)計(jì)分析、危險(xiǎn)源評(píng)估與整改、應(yīng)急計(jì)劃與措施、消防安全管理共10個(gè)方面的評(píng)價(jià)，得出安全管理評(píng)價(jià)的實(shí)得分為875分。

(4)抵消因子的關(guān)聯(lián)計(jì)算，通過計(jì)算公式：

進(jìn)行計(jì)算后，得出綜合抵消因子B2為0.058 0。根據(jù)單位風(fēng)險(xiǎn)控制水平分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如表3所示，球罐區(qū)域控制水平為C級(jí)。

表3 危險(xiǎn)控制分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4.1.6 現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)性

由于偏移系數(shù)的偏移和控制，球罐區(qū)域的實(shí)際爆炸風(fēng)險(xiǎn)已大大降低。球罐區(qū)域爆炸的現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)性A與固有危險(xiǎn)性B1和抵消因子B2有關(guān)。

按公式計(jì)算得出A=B1B2=23 017 303.23×0.058 0=1 335 003.587。

綜合上述，罐區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果匯總見表4。

表4 評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

從上表可以看出來，球罐區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為4級(jí)，控制等級(jí)為C級(jí)。因此，控制能力和危險(xiǎn)程度相匹配，控制能力達(dá)到危險(xiǎn)等級(jí)要求的C級(jí)，表明球形儲(chǔ)罐區(qū)的安全措施和安全管理已達(dá)到較為理想的狀況。

4.2 重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)控制

4.2.1 重視儲(chǔ)罐區(qū)本質(zhì)安全

要做到儲(chǔ)罐區(qū)的本質(zhì)安全，需要重視建設(shè)過程，嚴(yán)把工程質(zhì)量。在儲(chǔ)罐建設(shè)階段優(yōu)選設(shè)計(jì)單位，做好施工材料及設(shè)備選型；建設(shè)過程把控施工質(zhì)量，嚴(yán)格竣工驗(yàn)收，做到交付使用前儲(chǔ)罐區(qū)本質(zhì)化安全。儲(chǔ)配站建設(shè)前期經(jīng)過充分調(diào)研論證，建議選擇設(shè)計(jì)單位作為牽頭單位組成設(shè)計(jì)、制造和安裝施工聯(lián)合體，采用EPC總承包的方式，進(jìn)行儲(chǔ)罐及附屬設(shè)施的安裝。專業(yè)的事情交給專業(yè)的單位去做，對(duì)于技術(shù)難度高，施工難度大的大型儲(chǔ)罐建設(shè)值得借鑒。

4.2.2 做好設(shè)施設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)

依據(jù)本文儲(chǔ)罐區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的安全管理措施，制定和完善設(shè)施設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程及安全管理規(guī)章制度，簽訂員工目標(biāo)責(zé)任書，落實(shí)崗位責(zé)任制，并加強(qiáng)日常的安全檢查和監(jiān)督考核，強(qiáng)化日常運(yùn)行的安全管理水平，確保儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)施設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

4.2.3 重視安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

在做好安全風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，借助第三方機(jī)構(gòu)的消防安全評(píng)價(jià)、安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等提出的改善建議，完善安全管理工作。按照球罐周期檢驗(yàn)要求做好定期的開罐檢驗(yàn)工作。

4.2.4 做好應(yīng)急管理工作

針對(duì)天然氣儲(chǔ)配站的生產(chǎn)實(shí)際，模擬事故工況場(chǎng)景，制定專項(xiàng)安全應(yīng)急救援預(yù)案，并定期進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練，防患于未然，并且做好“事后控制”。完善應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)及職責(zé)，規(guī)范事故及事故險(xiǎn)情信息報(bào)告，制定并細(xì)化應(yīng)急處置措施（如天然氣泄漏應(yīng)急處置措施，火災(zāi)、爆炸事故應(yīng)急處置措施等）。

5 結(jié)語(yǔ)

天然氣經(jīng)營(yíng)企業(yè)采用高壓儲(chǔ)氣球罐進(jìn)行企業(yè)用戶的小時(shí)和日調(diào)峰是較為普遍的選擇。天然氣儲(chǔ)配站儲(chǔ)罐區(qū)往往會(huì)構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，其安全管理受到各級(jí)政府監(jiān)管部門和天然氣經(jīng)營(yíng)企業(yè)的重視，儲(chǔ)罐區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)工作在指導(dǎo)儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收以及日常運(yùn)行維護(hù)管理和事故預(yù)防等方面起到了重要作用。為降低天然氣儲(chǔ)配站儲(chǔ)罐區(qū)發(fā)生泄漏、火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)性，需要從“人、機(jī)、環(huán)和管理”等四個(gè)要素入手，做好“事前”“事中”和“事后”三個(gè)環(huán)節(jié)的控制，確保儲(chǔ)罐區(qū)乃至整個(gè)天然氣儲(chǔ)配站的安全運(yùn)行。

本文重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要集中在儲(chǔ)配站的儲(chǔ)罐區(qū)，而儲(chǔ)罐區(qū)的安全運(yùn)行離不開中石油中石化等上游站場(chǎng)的運(yùn)行調(diào)度以及儲(chǔ)配站工藝區(qū)壓力調(diào)節(jié)和供用氣綜合調(diào)度等要素。要實(shí)現(xiàn)天然氣儲(chǔ)配站安全平穩(wěn)輸供氣的功能，需要進(jìn)一步綜合考慮上游供氣站場(chǎng)的運(yùn)行調(diào)度，以及儲(chǔ)配站工藝區(qū)調(diào)配功能的實(shí)現(xiàn)等各項(xiàng)因素。天然氣儲(chǔ)配站儲(chǔ)罐區(qū)重大危險(xiǎn)源的監(jiān)管仍然需要向石油化工行業(yè)多多學(xué)習(xí)和借鑒，以進(jìn)一步提升儲(chǔ)配站的安全管理水平。