LNG/CNG加氣站的危險特性及防火防爆管理措施研究

作者簡介：

方榮丘（1979- ），男，壯族，廣西武鳴人，本科，中級職稱，研究方向：市政和燃氣。

摘要：

隨著能源和環(huán)境壓力的不斷加大，天然氣汽車在交通領域節(jié)能減排和優(yōu)化能源結構中發(fā)揮著重要作用。天然氣具有環(huán)保性、經(jīng)濟性、安全性等，被公認為是最為現(xiàn)實和技術上較成熟的車用汽油和柴油的代用燃料，在我國四川、新疆、內(nèi)蒙古、寧夏等省份LNG和CNG合建站得到了大力推廣和應用。天然氣本身具有易燃易爆的危險屬性，火災爆炸事故的發(fā)生會造成嚴重的財產(chǎn)損失和人員傷亡。本文通過對加氣站出現(xiàn)過的事故案例進行研究，分析了加氣站主要的危險因素，提出防火防爆的安全防范措施和建議。

關鍵詞：LNG和CNG加氣站；事故案例；危險因素；防火防爆措施

引言

2011年徐州某L-CNG加氣站LNG儲罐根部閥發(fā)生泄漏引發(fā)大火，火苗躥起20多米高，經(jīng)消防支隊15輛消防車近6個小時的現(xiàn)場處置才將險情控制?。荒臣託庹驹诩託膺^程中突然出現(xiàn)漏氣聲，隨后一團火球升騰而起，經(jīng)站區(qū)工作人員全力處置才將火撲滅，造成一車燒毀一人燒傷的事故。LNG和CNG加氣站銷售的產(chǎn)品是天然氣，將氣體或液體壓縮后經(jīng)加氣機給汽車加氣。根據(jù)加氣站的工藝情況，LNG和CNG加氣站存在以下危險特性。

一、天然氣本身的危險性

（一）易燃易爆性質

LNG和CNG的主要成分都是甲烷，并含有少量乙烷、丙烷、丁烷等其他雜質。LNG和CNG儲存的物態(tài)形式不同，LNG是天然氣在常壓低溫液態(tài)下儲存，液態(tài)密度是450KG/m3。CNG是高壓氣態(tài)儲存，氣態(tài)密度0.7KG/m3。氣態(tài)天然氣比空氣輕且容易擴散，爆炸范圍是5%-15%，最小的點火能是0.28焦耳。從以上參數(shù)可以看出天然氣的爆炸下限較低，引發(fā)燃燒和爆炸的點火能量非常小，泄漏后容易形成爆炸性的混合性氣體，遇明火就會發(fā)生燃爆事故。

（二）中毒與窒息特性

天然氣本身無毒，但是天然氣在低凹位置或室內(nèi)大量泄漏時會降低室內(nèi)空氣的氧含量。環(huán)境中的氧含量低于18%時，人體就會有缺氧癥狀，隨著氧含量的降低，會出現(xiàn)呼吸加速、脈搏加快，血壓升高的不良現(xiàn)象，嚴重者出現(xiàn)缺氧窒息。

（三）高壓危險性

CNG和LNG加氣工藝都是要通過壓縮機或潛液泵壓縮加壓后給加氣機加氣的，所涉及的設備、容器和管道都是中、高壓承壓類設施，特別是CNG的工藝壓力達到25MPA。高壓會增加泄漏風險及加速腐蝕，反復充裝和卸壓會使壓力容器和管道產(chǎn)生疲勞。安全設施的失效會有超壓的可能，出現(xiàn)容器破裂泄漏或爆炸，高壓運行下的設備設施接頭會因振動、溫度、使用環(huán)境等因素導致崩脫傷人及泄漏。

（四）低溫危險性

低溫危險性主要出現(xiàn)在LNG的儲存和加液工藝中。LNG是在-162℃下儲存，在儲存過程中有低溫凍傷、材質低溫脆性斷裂的危險以及不同密度和溫度的LNG在儲罐內(nèi)混合時可能發(fā)生翻滾現(xiàn)象。

（五）火災爆炸的危險性

從甲烷的理化特性可以看出其爆炸范圍為5%-15%，天然氣泄漏后遇火源引發(fā)的火災爆炸是LNG/CNG加氣站最大的危險因素，因天然氣火災具有燃燒速度快、燃燒熱值高、擴散能力強、火勢蔓延迅速等特征，因而天然氣的火災爆炸具有危害性后果大、難以處置、社會影響大等特點[1]。

二、加氣站的防火防爆措施

（一）防止可燃可爆系統(tǒng)形成的措施

1.腐蝕泄漏。管道、容器的腐蝕分為外腐蝕和內(nèi)腐蝕，外腐蝕主要是管道材質與外部環(huán)境腐蝕性的介質接觸后引起的腐蝕，是外防腐層失效后電化學腐蝕引起的，外腐蝕的隱患容易識別和處理難度也相對要小些，在管道施工時應加強管道施工的工序管理，加設陰極保護系統(tǒng)在保證防腐質量的前提下可緩解管道的外腐蝕。內(nèi)腐蝕是油氣管道主要的腐蝕形式和破壞因素之一，將嚴重降低管道的承壓能力、使用壽命和運行的可靠性。主要是管內(nèi)流體介質內(nèi)有水分、硫化氫、CO2、應力腐蝕等引起的腐蝕。內(nèi)腐蝕在平常的管道巡檢中不易發(fā)現(xiàn)，只能經(jīng)專業(yè)的檢驗檢測手段才可以發(fā)現(xiàn)問題的存在，隱患的存在更具隱蔽性。所以在工藝設計和管道材質的選擇中應特別注意，除了選擇能耐流體介質腐蝕的材質外，還要考慮管道設計使用周期內(nèi)的腐蝕余量以及管道的流速應在規(guī)定范圍內(nèi)。

從內(nèi)腐蝕機理可以看出天然氣的氣質質量對于設備、管道和容器的內(nèi)腐蝕有重要的影響，應加強進站天然氣質量的在線監(jiān)測。根據(jù)GB17820-2018《天然氣》和GB18047-2017《車用壓縮天然氣》這兩個標準，國家對于壓縮天然氣的氣質標準規(guī)定如表1所示。

兩類氣質的天然氣進站后如果硫化氫和CO2含量超標，不能滿足CNG的氣質標準，就要對其進行脫硫、脫酸、脫水凈化處理。介質內(nèi)的硫化氫、CO2和水含量超標的危害后果是對管材產(chǎn)生電化學酸性腐蝕、導致管道脆化產(chǎn)生裂紋以及管道內(nèi)壁腐蝕后減薄穿孔造成泄漏，水含量超標除了可能會造成CNG管路冰堵外，氣體中含有硫化氫和二氧化碳還有加速腐蝕的作用，所以壓縮天然氣的氣質指標要求高，對于硫化氫和CO2及含水量有著嚴格的要求，對進站天然氣進行凈化處理加強氣質的在線監(jiān)測保證氣體質量符合國家標準，是減少對在用的設備、管道、容器、氣瓶內(nèi)腐蝕的一項重要基礎性工作[2]。

2.設備設施缺陷引起的泄漏。接頭跑冒滴漏、管道接頭焊口開裂，設備振動造成管道接頭的脫落，壓縮機填料密封失效引發(fā)的泄漏。在工藝設計上CNG的管道接頭盡量使用焊接連接或法蘭連接，不得使用卡套接頭。LNG的管道因低溫特性，在使用過程中管道會熱脹冷縮，法蘭連接處極易出現(xiàn)泄漏，因而低溫管道的接頭也應盡量使用焊接而非法蘭連接。

3.安全防護設施失效引起的泄漏。壓縮過程中的安全閥及相關的壓力聯(lián)鎖等設施的失效會造成設備、管線和容器超壓運行，增加了設備的運行風險和泄漏風險。加強安全附件、聯(lián)鎖裝置檢測元件的定期校驗，保證處在完好適用的狀態(tài)，避免設備的超壓運行。

4.操作不當引起的泄漏。汽車意外失控沖撞站內(nèi)燃氣設施或末拔槍而啟動車輛拉倒加氣機造成接頭崩脫。加氣槍在加氣過程中因O型密封圈磨損導致密封不嚴泄漏，此時若加氣槍頭與汽車電瓶的接線柱有打火短路接觸產(chǎn)生火花，極易引燃天然氣泄漏后形成的可燃混合物。因此，在工藝設計上要考慮人為操作失誤時帶來的風險，為加氣站內(nèi)的燃氣設施增設防撞欄，為加氣機加氣柱加裝拉斷閥，勤換槍頭磨損的密封圈以及在加氣過程中不能拉扯和轉動高壓槍頭，以免造成密封圈變形滲漏[3]。

5.工藝措施。在工藝設計上盡量采用露天式或敞開式的布置，利用天然氣輕于空氣利于飄散的特點，即使出現(xiàn)泄漏也不至于出現(xiàn)可燃可爆的積聚空間。放置于室內(nèi)的燃氣設施加強自然通風和機械通風以及在區(qū)域內(nèi)易形成和積聚爆炸性氣體混合物的地點設置檢測裝置，當氣體濃度接近爆炸下限的50%時發(fā)出警報，與安全聯(lián)鎖裝置一起切斷氣源和電源，從工藝的本質安全上保證運營安全。

（二）消除各類點火源

根據(jù)加油加氣加氫站內(nèi)爆炸危險區(qū)域的等級和范圍的劃分標準，以爆炸性混合氣體出現(xiàn)的持續(xù)時間和頻繁程度分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)，不可能有易燃物質釋放或有易燃物質釋放最高濃度不超爆炸下限的10%劃為非防爆區(qū)[4]。天然氣的點火能量非常小只有0.28焦耳，泄漏后形成的可燃可爆混合氣體一旦碰到明火或火花就會造成火災或爆炸事故的發(fā)生，所以在加氣站運營中應采取以下措施嚴控各種火源。

1.電氣設備的選型上，所有在防爆區(qū)域范圍內(nèi)的電氣設備均應選用適用于該危險區(qū)域中的防爆電氣，且電線全部為銅芯電纜和中間嚴禁有接頭，明敷線路的應按防爆要求安裝在鋼套管內(nèi)，鋼管接頭采用螺紋連接密封性能和電氣性能可靠。

2.在防爆區(qū)內(nèi)維修作業(yè)時要使用銅制工具，避免出現(xiàn)碰撞火花。當防爆工具性能無法滿足需要時應在普通工具表面涂抹黃油，以增加其防爆性能。

3.嚴格站內(nèi)的動火審批管理，動火前制定安全作業(yè)方案提交相關部門審批，落實好應急處置措施。作業(yè)前對作業(yè)現(xiàn)場進行安全檢查，確認防火防爆措施完善后方可進行作業(yè)[5]。加強過程的作業(yè)監(jiān)護以及完工后的現(xiàn)場清理，確認無遺留火種產(chǎn)生后才能離開現(xiàn)場。

4.加強防雷、靜電危害的管理，氣體在設備和管道流動過程中、高壓噴射天然氣的噴口都會產(chǎn)生靜電，如來不及釋放會出現(xiàn)高達數(shù)千伏的危險電壓，產(chǎn)生的靜電火花易導致爆炸事故。所有設備按要求進行兩處的防雷靜電接地，應保證對靜電接地裝置的定期檢測且接地電阻值在4歐以下。人員進入生產(chǎn)場所要按要求進行靜電釋放。為避免靜電的聚集，LNG工藝操作上在加氣、卸液過程中應遵守先接靜電釋放后啟動卸液的流程[6]。

5.加氣車輛的電瓶接電極做好絕緣保護，避免在加氣過程中加氣槍頭與電瓶短路接電極碰撞打火產(chǎn)生火花。加氣槍頭的密封是利用O型圈的接觸面在壓力下的彈性變形來密封，在加氣過程中不能拉拽和轉動加氣槍，否則會有高壓氣體的刺漏，此時若有火花的出現(xiàn)就會引發(fā)火災或爆燃。

三、限制火災事故的蔓延措施

（一）工藝總平措施

為了減少火災爆炸事故對周邊建筑和站內(nèi)其他設施的影響，從項目的選址和工藝總平上應保證加氣站外部及內(nèi)部各建筑和工藝設施的防火距離符合《汽車加油加氣加氫站技術標準》《建筑設計防火規(guī)范》等相關規(guī)范要求。

（二）做好分區(qū)隔離

LNG儲罐內(nèi)裝的是大量的危險物料，一旦發(fā)生泄漏風險巨大，為了限制LNG泄漏后流淌，抑制LNG的擴散，LNG儲罐要設置在防護堤內(nèi)，減少擴散風險。

（三）裝設安全阻火裝置

裝設安全阻火裝置，設置全站急停安全設施，在發(fā)生火災事故或其他緊急情況時可快速切斷氣源，阻止事故擴大。

（四）配備消防器材、加強消防應急演練

目前《汽車加油加氣加氫站技術標準》中規(guī)定，CNG和LNG的合建站中LNG的儲罐容器小于60m3時，可不設消防給水系統(tǒng)，大多數(shù)加氣站從投資和運營成本角度去考慮沒有設置消防給水系統(tǒng)，只是在工藝區(qū)配備相應數(shù)量的干粉滅火器[7]。水對天然氣火災事故主要作用是對容器的冷卻和天然氣的稀釋；天然氣火災事故的處置原則是立即設法切斷氣源后方可進行滅火，否則在沒有切斷可燃源的情況下遇火源或高溫將產(chǎn)生復燃，甚至會因負壓產(chǎn)生回火爆炸。因此，要制定有針對性、切實有效的事故應急預案，加強員工的安全教育培訓和消防應急演練，熟練掌握處置流程，具備初期處置的能力，盡可能減小事故的危害。

結語

總而言之，加氣站的運營安全管理工作不容忽視，特別是防火防爆的安全管理，從項目選址、工藝設計、設備選型、工程施工及運營等各環(huán)節(jié)，采取有效的措施降低火災爆炸的風險。

參考文獻

[1]王冰.LNG加氣站的主要危險因素及防護措施[J].化工管理，2022（18）：94-96.

[2]王若飛.L-CNG加氣站火災危險性分析與安全對策[J].石化技術，2015，22（12）：246-247.

[3]張奎，李貽建.工藝流程分解辨識壓縮天然氣加氣站危險有害因素[J].化工管理，2021（15）：128-130.

[4]官小洪.LNG/L-CNG加氣站工藝設計及安全管理分析[J].石化技術，2019，26（12）：99-100.

[5]張祥鵬.L-CNG加氣站消防安全管理措施探析[J].消防界（電子版），2022，8（12）：95-97.

[6]林梓榮，汪雙鳳，傅書訓.關于LNG加氣站增加應急氣化功能的探討[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2020，46（05）：57-60.

[7]沈斌.天然氣加氣站降本增效的措施[J].石油庫與加油站，2019，28（02）：16-20.