天然氣場站聯(lián)合運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素分析及安全管理方法研究

羅星剛，時(shí)元寶，任偉麗，張健

(淮河能源燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000)

0 引言

天然氣作為最為清潔的化石能源，其對(duì)助力我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有至關(guān)重要的地位。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣資源的高效利用，構(gòu)建“全國一張網(wǎng)”、互聯(lián)互通的管網(wǎng)體系，亟需合理規(guī)劃、建設(shè)主干管道間的聯(lián)絡(luò)管線、分輸站場以及城市門站。分輸站與末站等多設(shè)置于干線管道，由上游輸氣單位組織投資建設(shè)以及維護(hù)運(yùn)行，具備分離、計(jì)量、清管、調(diào)壓等功能。

城市門站則作為天然氣自長輸管線進(jìn)入城市管網(wǎng)的接收站，一般由下游的燃?xì)夤窘M織投資建設(shè)以及運(yùn)行維護(hù)，具備計(jì)量、調(diào)壓、檢測、過濾、伴熱、加臭、分配和遠(yuǎn)程遙測/遙控等功能[1]。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，節(jié)約化、集約化利用土地并實(shí)現(xiàn)“降本增效”日益成為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)?；谏鲜瞿繕?biāo)，“天然氣場站聯(lián)合建設(shè)及運(yùn)行模式”因其具有設(shè)計(jì)快、占地少、審批快、建設(shè)周期短、節(jié)約建設(shè)成本等優(yōu)勢，成為一種備受關(guān)注并廣泛應(yīng)用的建設(shè)方式。由于管輸天然氣具有易燃、易爆、高壓等特點(diǎn)，作為新型建設(shè)及運(yùn)行模式，站場結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝繁多，進(jìn)行天然氣場站聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)因素分析并提出安全管理方法更具必要性與急迫性。

1 聯(lián)合建站的風(fēng)險(xiǎn)因素分析

為達(dá)成“氣化安徽”總體規(guī)劃，轉(zhuǎn)輸安徽省內(nèi)主要?dú)庠矗瑵M足全省的用氣需求、同時(shí)向六安市部分區(qū)縣供氣，近期建成了六安—葉集—金寨聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目，該項(xiàng)目全線約93 km，管徑為DN600 mm，設(shè)計(jì)壓力為6.3 MPa，設(shè)計(jì)有5個(gè)站場和5個(gè)閥室。其中，六安天然氣合建站作為安徽省天然氣的樞紐站之一，是六安—葉集—金寨聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目的首站，是六安—霍邱—潁上天然氣干線首站，亦是合肥—六安天然氣管道項(xiàng)目的終點(diǎn)站。分輸站作為小型站場，屬于五級(jí)站，平面布置主要是按照GB 50183—2004 《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》控制安全間距等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；而城市建站一般則是按照GB 50028—2006 《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》或者GB 50016—2014 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)。文章以六安合建站為例，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素分析。

1.1 安全間距較小

安全距離的定義是管道爆炸對(duì)周圍建筑物不產(chǎn)生顯著影響的最小距離[2]。與傳統(tǒng)的站場、門站獨(dú)立運(yùn)營模式相比，天然氣合建站內(nèi)各工藝設(shè)備、管道間的間距因受空間限制而減小。天然氣合建站內(nèi)各工藝區(qū)之間易產(chǎn)生相互影響，且進(jìn)、出站高壓管道極易受到臨近的管道事故的影響。

天然氣合建站內(nèi)設(shè)備間距需同時(shí)滿足防火以及未來施工的要求，存在的顯著風(fēng)險(xiǎn)因素主要有以下五點(diǎn)：

(1)各工藝區(qū)的操作空間。如若操作空間不足，將會(huì)造成現(xiàn)有的地面操作的困難程度與危險(xiǎn)水平驟增。

(2)無法滿足未來的搶修及施工要求。特別是需要進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)或者爆破施工時(shí)，安全間距不足將會(huì)給施工人員與管道運(yùn)行安全帶來極大威脅。此外，需要注意的是，當(dāng)存在機(jī)械化施工時(shí)，施工間距即為合理間距；當(dāng)不存在機(jī)械化施工時(shí)，維搶修間距即為合理間距。

(3)管道間的熱輻射間距。若此間距不足，當(dāng)一條管道發(fā)生緊急事故，比如管道破裂、燃燒或爆炸時(shí)，蒸氣云爆炸、噴射火、火球火災(zāi)等形成的沖擊波或熱輻射將對(duì)臨近管道的正常生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生影響，甚至引發(fā)連環(huán)爆炸事故。

(4)由于聯(lián)合站空間有限，電力設(shè)備眾多，防雷、防靜電接地線的存在易導(dǎo)致管網(wǎng)相對(duì)集中，形成的雜散電流如超過一定水平會(huì)對(duì)管道防腐產(chǎn)生重大影響。

(5)放空立管與天然氣站場間距。如若此間距不足，點(diǎn)火放空時(shí)產(chǎn)生的熱輻射將對(duì)管道及各類站場設(shè)備的運(yùn)行安全以及站場工作人員的生命健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，形成重大安全隱患。

1.2 消防設(shè)施不足

天然氣合建站占地規(guī)模減小，但其內(nèi)部的主要功能區(qū)與火災(zāi)易發(fā)場所并未減少，單位站內(nèi)面積上的高后果區(qū)以及需要覆蓋的消防設(shè)施反而更多。

在合建站的運(yùn)營初期，可能存在職能分配不明確、及消防安全責(zé)任空間分配不清的情況，消防專用車輛、設(shè)備、器材與個(gè)人防護(hù)用具面臨短缺，如遇泄漏、局部起火等小型事故，在缺乏消防設(shè)施的情況下，將無法及時(shí)撲滅著火點(diǎn)，可能形成“多米諾骨牌”效應(yīng)，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成火焰蔓延擴(kuò)散，而誘發(fā)火災(zāi)、爆炸等重大事故。此外，合建站作為新型場站設(shè)計(jì)形式，其內(nèi)部的消防通道需要進(jìn)一步檢驗(yàn)合理性，如未形成布置合理的環(huán)形通路，將錯(cuò)過最佳消防處理窗口期，嚴(yán)重影響應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)的進(jìn)程，導(dǎo)致無法及時(shí)控制險(xiǎn)情而使其擴(kuò)大化。

1.3 管道錯(cuò)綜復(fù)雜

天然氣合建站由于建筑面積的限制，為滿足計(jì)量、分輸、凈化、調(diào)壓與冷卻等相關(guān)工藝的設(shè)計(jì)要求，站內(nèi)管道、管匯具有數(shù)量大、種類多、存在交叉與多層敷設(shè)的特點(diǎn)。

錯(cuò)綜復(fù)雜的站內(nèi)管道將導(dǎo)致以下生產(chǎn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)：

(1)敷設(shè)的管道更為密集，這導(dǎo)致管道之間相互影響的概率顯著增加，從而增加發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事故的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)站內(nèi)埋地管道常與含有酸性成分的土壤接觸，由于設(shè)備管道集中、接地系統(tǒng)復(fù)雜，如若保護(hù)不到位，管道腐蝕穿孔以及失效的風(fēng)險(xiǎn)將顯著增加。

(3)站內(nèi)管道一般具有管徑相對(duì)較小、尺寸類型相對(duì)較多的特點(diǎn)，其與閥門、檢測儀表、法蘭等構(gòu)件以及壓縮機(jī)、脫水器等設(shè)備連接時(shí)，將產(chǎn)生一定的壓力波動(dòng)[3]，影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)或產(chǎn)生其他潛在危險(xiǎn)；此外，合建站內(nèi)發(fā)生焊縫泄漏、閥門泄漏以及法蘭間泄漏等事故的概率也顯著偏高。

(4)為滿足站場多種功能需求，管道系統(tǒng)內(nèi)部的彎頭、三通等構(gòu)件也相對(duì)較多，這些構(gòu)件是局部應(yīng)力集中的高發(fā)部位，極易形成應(yīng)力腐蝕失效事故。

(5)已存在的地下構(gòu)筑物和市政管道，在施工建設(shè)期間可能會(huì)對(duì)站內(nèi)管道的敷設(shè)產(chǎn)生不同程度的干擾。

1.4 排污罐容量

我國GB 50251—2015 《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定輸氣站場產(chǎn)生的廢氣和污液應(yīng)適當(dāng)集中，并在排污管道的末端設(shè)置排污池或排污罐。對(duì)天然氣合建站而言，其處理的污氣、污液量更多，往往存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

(1)排污罐的設(shè)計(jì)容量不足，當(dāng)大量壓力相對(duì)較高的氣體由管道流入排污罐時(shí)，如若放空不及時(shí)，將導(dǎo)致排污罐憋壓，當(dāng)罐內(nèi)壓力將超過罐體的最大允許壓力，將發(fā)生超壓爆炸。

(2)排污罐的壓力安全閥上游一般安裝有隔斷閥，并具備一定的防水保護(hù)功能，若站場工作人員對(duì)其危害認(rèn)識(shí)不足，或因誤操作而致使其被關(guān)閉，將導(dǎo)致進(jìn)入罐內(nèi)的氣體無法被及時(shí)排出，演變?yōu)橹卮笊a(chǎn)安全隱患[4]。

(3)如對(duì)排污罐及其附屬管線檢修不及時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)排污罐裂紋、密封墊圈與固定螺栓失效等情況而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)，發(fā)生重大事故的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。

(4)隔斷閥失效或者封堵時(shí)，也將會(huì)直接導(dǎo)致排污罐及與其相連的排污管線憋壓，而引發(fā)爆炸，嚴(yán)重時(shí)或?qū)?dǎo)致人員傷亡。因此需要合理設(shè)計(jì)排污罐的技術(shù)指標(biāo)，否則可能導(dǎo)致污氣、污液外溢，造成環(huán)境污染、人員中毒，或增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

1.5 天然氣放空能力

在壓力變化范圍廣、天然氣處理量大的天然氣合建站，其放空能力與放空系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保障站場安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要組成部分。輸氣站場放空主要有以下幾種情況：安全閥放空、站內(nèi)管道緊急放空、站外管道事故放空以及站內(nèi)檢修放空等。通常站場緊急放空參照SY/T 10043—2002 《泄壓和減壓系統(tǒng)指南》，即15 min內(nèi)將管網(wǎng)的初始?jí)毫π狗胖?.69 MPa或管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力的50%(取二者之間的較低值)。但對(duì)合建站而言，由于其操作與設(shè)計(jì)壓力相對(duì)較高，如完全按照上述規(guī)范要求設(shè)計(jì)，瞬時(shí)放空量會(huì)對(duì)火炬系統(tǒng)產(chǎn)生極大的負(fù)荷[5]。

一旦放空能力不足或者放空系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致站場或管道內(nèi)部的壓力無法被盡快地泄放至安全范圍，而引起事故的蔓延與擴(kuò)大化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅站場運(yùn)行安全、造成資產(chǎn)損失以及產(chǎn)生人員傷亡等事故。日常檢修等其他情況的放空雖然在計(jì)劃內(nèi)，但若站場投產(chǎn)初期的放空能力與預(yù)期水平不匹配，也將造成天然氣外泄或局部天然氣濃度達(dá)到爆炸極限等重大安全隱患。

1.6 施工時(shí)候的第三方破壞

天然氣站場的施工主要以委托第三方為主，天然氣合建站內(nèi)工藝流程更多、管線走向更為復(fù)雜，承包商若未嚴(yán)格按照站場內(nèi)的施工要求進(jìn)行操作，極易引起管線、設(shè)備損壞以及人員傷亡等事故[6]，亦是需要重點(diǎn)關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn)源之一。對(duì)于需要?jiǎng)踊鸬淖鳂I(yè)，如若未仔細(xì)排查站內(nèi)外管道天然氣的泄漏狀況、未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)不良狀況并及時(shí)隔離動(dòng)火作業(yè)的管件與設(shè)備、未能及時(shí)確認(rèn)相關(guān)隔斷閥的工作運(yùn)行情況，都將會(huì)誘發(fā)泄漏、爆炸等重大事故。在儲(chǔ)氣罐、分離罐等容器上進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)前，如若操作不規(guī)范，或未進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，或置換不充分，抑或置換完成后未進(jìn)行組分分析檢測確認(rèn)可燃?xì)怏w濃度符合要求，都將給施工人員生命安全及合建站的安全運(yùn)行帶來極高的事故風(fēng)險(xiǎn)。

2 安全管理方法

2.1 增強(qiáng)員工安全生產(chǎn)意識(shí)

天然氣合建站對(duì)員工的專業(yè)技術(shù)水平與安全生產(chǎn)意識(shí)提出了更高的要求。

首先，要健全消防安全培訓(xùn)機(jī)制，通過安排消防安全知識(shí)專家講座，組織職工分批、多次進(jìn)行消防安全模擬演習(xí)，使全體工作人員掌握正確的消防器材使用規(guī)范與各類火災(zāi)事故的滅火方法，并熟悉疏散逃生路徑。

其次，建議站內(nèi)各個(gè)崗位配備至少一名安全生產(chǎn)責(zé)任人與HSE管理監(jiān)督員，每天使用安全檢查表對(duì)站場內(nèi)各工藝區(qū)、管道等處進(jìn)行檢查，定期組織員工開展安全生產(chǎn)崗位培訓(xùn)、技術(shù)改造以及經(jīng)驗(yàn)交流工作。

最后，力爭將安全生產(chǎn)責(zé)任制度落實(shí)到位，并嚴(yán)格貫徹執(zhí)行，保證所有人員各司其職。在一些高后果區(qū)的作業(yè)場合應(yīng)有專人監(jiān)護(hù)，例如動(dòng)火現(xiàn)場，需對(duì)施工人員進(jìn)行施工前安全培訓(xùn)，且在施工前認(rèn)真開展管道檢漏與壓力容器的氮?dú)庵脫Q工作；設(shè)置好警戒線與逃生標(biāo)志，避免發(fā)生交叉作業(yè)。

通過全員安全教育、日常實(shí)際操作培訓(xùn)、定期專項(xiàng)消防知識(shí)培訓(xùn)和火災(zāi)應(yīng)急演練等措施的結(jié)合，提高合建站工作人員的消防安全意識(shí)和應(yīng)急處理能力。

2.2 合理設(shè)置合建站消防管網(wǎng)

科學(xué)合理的消防管網(wǎng)是保障天然氣合建站安全平穩(wěn)運(yùn)行的基石。針對(duì)合建站各大作業(yè)區(qū)與危險(xiǎn)高發(fā)區(qū)的實(shí)際情況，應(yīng)對(duì)消防設(shè)施布置、消防通道以及個(gè)人防護(hù)用具等進(jìn)行統(tǒng)籌管理與優(yōu)化配置，針對(duì)各個(gè)工藝區(qū)設(shè)計(jì)好各類多層次的最優(yōu)消防預(yù)案；合建站內(nèi)部各類建筑物和工藝設(shè)備的耐火等級(jí)應(yīng)不低于二級(jí)水平；保證站內(nèi)的消防系統(tǒng)與管道、壓力容器以及各類工藝裝置之間具有足夠的安全距離和合適的救火距離。

根據(jù)場站建筑構(gòu)造特點(diǎn)，安裝足量的可燃?xì)怏w檢測報(bào)警裝置，以使消防系統(tǒng)能夠第一時(shí)間對(duì)合建站內(nèi)部發(fā)生的氣體泄漏等問題形成應(yīng)答，并發(fā)出警報(bào)，從而將事故風(fēng)險(xiǎn)降至可接受水平；并注意在日常工作中定期維護(hù)檢修報(bào)警裝置。當(dāng)監(jiān)測到的天然氣泄漏或天然氣泄漏程度無法有效阻止時(shí)，應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)緊急切斷系統(tǒng)從而及時(shí)停止氣體輸送閥門，并自動(dòng)切斷電源以最大限度地降低事故的危險(xiǎn)等級(jí)[7]。

2.3 落實(shí)埋地管道防腐及保護(hù)工作

根據(jù)合建站內(nèi)外的具體環(huán)境特點(diǎn)，因地制宜，靈活選用不同類型的防腐涂層材料；嚴(yán)格把關(guān)防腐涂層的涂敷施工作業(yè)，避免產(chǎn)生彎頭等處的局部死角；嚴(yán)格凈化處理接收到的天然氣，脫除其中的含硫組分等腐蝕性物質(zhì)，防止發(fā)生管道、設(shè)備腐蝕失效；合理選用適當(dāng)?shù)年帢O保護(hù)方式與陰極電流，并進(jìn)行定期檢查與維護(hù)，避免產(chǎn)生電流漏失或因電火花引發(fā)事故；定期維護(hù)陰極地床，在陰極保護(hù)位點(diǎn)應(yīng)當(dāng)設(shè)置陽極電纜走向及陽極地床位置的指示標(biāo)志；注重絕緣法蘭的維護(hù)，法蘭應(yīng)滿足防雨防浸泡要求，且定期檢測絕緣接頭兩側(cè)電位，提高其附屬設(shè)備(如：過壓保護(hù)裝置、限流電阻等)的可靠性[8]。

注重管道日常保護(hù)，避免管道承受較高的外加載荷；對(duì)管道焊縫應(yīng)定期采用X光、超聲波等探傷手段進(jìn)行裂紋檢測，并及時(shí)修補(bǔ)處理薄弱位置。規(guī)范人工操作以減小人為因素對(duì)管道完整性的影響。依據(jù)自然災(zāi)害的歷史數(shù)據(jù)，采取必要的抗洪、抗震防護(hù)，以降低自然因素對(duì)管道的潛在破壞。

2.4 防微杜漸，做好防護(hù)

培養(yǎng)員工規(guī)范操作與正確穿戴防護(hù)用品的意識(shí)，合理規(guī)范地轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的安裝位置；在機(jī)器裸露的齒輪、聯(lián)軸器等旋轉(zhuǎn)部位安裝必要的防護(hù)罩，防止對(duì)工作人員造成人身傷害；全方位安裝可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警裝置以及視頻監(jiān)控設(shè)施，結(jié)合人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)開發(fā)智能故障模式識(shí)別、危險(xiǎn)行為識(shí)別與預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超前預(yù)警、可視化監(jiān)測[9]以及信息化集中管理；以數(shù)字孿生技術(shù)為牽引，進(jìn)行各類設(shè)備與管道全生命周期的完整性管理，對(duì)聯(lián)合站內(nèi)的薄弱環(huán)節(jié)開展重點(diǎn)監(jiān)控與安全排查；嚴(yán)格控制防靜電接地設(shè)備、防雷設(shè)備及其附件的質(zhì)量，防止合建站出現(xiàn)靜電放電或雷擊造成的設(shè)備失效，并確保系統(tǒng)可靠性；建議運(yùn)營單位加強(qiáng)對(duì)第三方施工的管理，及早介入、參與施工方案的制定，全面考查施工存在的潛在影響，做好各類事故的處理預(yù)案，施工時(shí)安排專人監(jiān)護(hù)。

3 結(jié)語

天然氣作為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要能源支撐以及實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵助力，系統(tǒng)地識(shí)別出天然氣合建站內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)因素并提出安全管理方法是實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、高效利用天然氣資源的基礎(chǔ)所在。根據(jù)合建站建筑面積相對(duì)較小、涉及各類工藝更加繁多的特點(diǎn)，系統(tǒng)分析了安全間距不足、消防設(shè)施不足、管道錯(cuò)綜復(fù)雜、排污罐容量不足以及天然氣放空能力不足等主要風(fēng)險(xiǎn)源易導(dǎo)致的潛在事故及后果，需要運(yùn)用各類安全系統(tǒng)分析方法，加深對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別與控制能力，消除潛在威脅、提高設(shè)備可靠性、增強(qiáng)員工安全意識(shí)和應(yīng)急處置能力，從而維持站場安全運(yùn)行，切實(shí)保障工作人員人身安全，提高天然氣的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。