CNG加氣站安全研究與管理技術路線

□ 文/何洧

CNG加氣站安全研究與管理技術路線

□ 文/何洧

CNG加氣站主要涉及的危險化學品是天然氣，站內(nèi)設施設備精細，工藝流程復雜，安全隱患防控難度大。CNG加氣站安全管理的宗旨是消除安全隱患，減少事故的發(fā)生。本文將CNG加氣站工藝系統(tǒng)分為七個部分：調壓計量系統(tǒng)、天然氣壓縮系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)、儲氣系統(tǒng)、售氣系統(tǒng)、高壓管道系統(tǒng)和設備控制系統(tǒng)，通過對國內(nèi)CNG加氣站已經(jīng)發(fā)生的各類事故進行統(tǒng)計和分析，分別對CNG加氣站整體、各部分以及關鍵的工藝操作做出相應的危險性分析，最后從設施設備、規(guī)章制度、人員以及環(huán)境四個方面提出CNG站相應的安全管理對策。

CNG 加氣站 危險性 安全管理

加氣站整體危險源研究

（一）天然氣物性的危險性

CNG加氣站生產(chǎn)銷售的主要化學品是車用天然氣，其主要成分是甲烷，屬于一級可燃氣體，甲類火災危險性。天然氣具有以下危險特性：①易燃燒、易爆炸、擴散能力強。②可壓縮性高，可能導致物理爆炸；③天然氣局部濃度過高時，會使人因為缺氧而導致頭昏、頭痛、乏力、窒息、昏迷等狀況，若不及時脫離，可致窒息死亡。

（二）天然氣泄露的危險性

通過對天然氣物性的了解，在CNG加氣站的日常生產(chǎn)運行過程中，一旦發(fā)生天然氣的泄露，很可能引發(fā)火災、爆炸、人員窒息等事故。引起壓力容器及壓力管道泄漏事故的原因主要包括以下幾點：①壓力容器和壓力管道的工作壓力超過了其最高允許壓力；②壓力容器和壓力管道受到腐蝕而使壁厚減薄，耐壓強度下降；③安全附件如安全閥等安裝錯誤或失效；④在對加氣車輛進行加氣的過程中由于操作人員操作失誤。

（三）設備超壓運行的危險性

CNG加氣站的很多設備在正常運行情況下都處于高壓狀態(tài)，如果一旦其工作壓力出現(xiàn)異常，超過了在設計溫度下設備的最高允許壓力，設備的承壓部件就會因為超過其極限強度而發(fā)生破損，進而發(fā)生局部炸裂或整體爆炸，造成人員傷亡。同時也極易因為設備損毀而造成高壓天然氣的泄漏，繼而引發(fā)火災、爆炸、窒息事故。

（四）天然氣氣質不達標的危險性

CNG汽車是把壓縮天然氣儲存在車用鋼瓶之中的，由于天然氣除了甲烷之外，還可能含有硫化氫、二氧化碳和水等雜質，如果CNG加氣站天然氣氣質不達標，特別當天然氣中含有水分時，在壓力變化較大的情況下容易形成水合物，造成管道、儲氣瓶嘴冰堵，同時還會加速天然氣中酸性氣體對高壓管道、儲氣裝置和車用氣瓶的腐蝕。

（五）建站規(guī)劃問題的危險性

這里主要是指設施設備的選材和安裝問題以及安全間距設置的問題。CNG加氣站設備多為壓力容器，大多處于高壓運行狀態(tài)，對設施設備的可靠性要求很嚴，對安全間距的要求很高，在上世紀90年代以及本世紀初，我國的CNG站處于初步發(fā)展階段，因為此類問題就發(fā)生了多起事故。需要嚴格遵照行業(yè)以及國家現(xiàn)行相關規(guī)范和標準進行選材、安裝和測量。

（六）站內(nèi)外存在多種引火源的危險性

CNG加氣站大多建在車流量較大的路口，周圍建筑環(huán)境復雜，人員流動量大，加之加氣車輛中出租車和駕校車輛占比較多，進站人員復雜，外部火源防控難度較大。比如鄰近建筑物的火焰、外來人員攜帶打火機產(chǎn)生的火焰、使用電器產(chǎn)生的電火花、化纖衣物摩擦產(chǎn)生的靜電火花、出入車輛帶入的火花等，稍有不慎便會引發(fā)火災事故。

（七）員工違章作業(yè)或安全管理不善的危險性

違章作業(yè)主要是由于不熟悉操作規(guī)程或不嚴格按照操作規(guī)程作業(yè)、培訓不到位以及特種作業(yè)人員未持證上崗等。安全管理不善主要是：①對設施設備缺少檢驗分析和評估；②對設施設備存在質量缺陷或者事故隱患，沒有及時檢查和治理；③大修或檢修后未進行試壓、密閉性試驗等。

加氣站分類危險性技術分析

（一）CNG加氣站設施設備危險性分析

1. 儲氣系統(tǒng)危險性分析

CNG加氣站的儲氣系統(tǒng)有三種裝置類型可供選擇：儲氣瓶、儲氣罐和儲氣井。最早的CNG加氣站一般使用的是儲氣瓶，優(yōu)點是成本低廉、安置靈活，缺點是氣瓶和零部件易損壞，氣體易泄漏，易發(fā)生火災爆炸事故。儲氣罐是90年代后期開始廣泛使用的一種儲氣裝置，優(yōu)點是管閥聯(lián)接點少，氣體不易泄漏，缺點是如果發(fā)生火災爆炸事故，破壞力度大、破壞范圍廣。儲氣井是近些年來比較流行的一種儲氣裝置，相對于儲氣瓶和儲氣罐來說，由于其埋于地面之下爆炸事故發(fā)生時減少地面沖擊波范圍和強度，安全性得到了極大的提升，并且占地面積小，大大節(jié)省了土地成本，缺點是耐壓試驗無法檢驗強度和密封性、制造缺陷不能及時發(fā)現(xiàn)、排污不徹底容易對套管造成應力腐蝕，一旦儲氣井在運行過程中井身發(fā)生泄漏，整個井就有報廢的危險[4-6]。

儲氣系統(tǒng)的危險性主要有：①在容器內(nèi)部壓力過高的情況下，會造成泄漏或者爆裂；②儲氣瓶的管閥聯(lián)接點未聯(lián)接緊密或老化、銹蝕、破損，造成天然氣泄漏；③儲氣罐上的安全閥、儀表等器件長期使用易老化、銹蝕、破損，造成失靈或局部泄漏；④如果采用的是儲氣井，其地下部分日常監(jiān)測和維護保養(yǎng)存在難題。在經(jīng)統(tǒng)計的100起CNG加氣站事故中，儲氣裝置發(fā)生事故22起。

2. 天然氣壓縮系統(tǒng)危險性分析

壓縮機的危險性有：①壓縮機長期在進氣壓力波動較大的情況下工作，易產(chǎn)生疲勞破壞，容易爆裂，發(fā)生爆炸；②壓縮機由水循環(huán)冷卻，形成水垢未及時清理，堵塞管道，造成破裂；③壓縮機工作缺水，又突然供水，導致壓縮機機殼及缸體容易破裂，形成泄漏。在經(jīng)統(tǒng)計的100起CNG加氣站事故中，壓縮機發(fā)生事故12起。

3. 售氣系統(tǒng)危險性分析

加氣機是整個CNG加氣站使用最為頻繁的設備，閥門、軟管在高壓狀態(tài)下操作頻繁，極易引起磨損、破裂等。在經(jīng)統(tǒng)計的100起CNG加氣站事故中，售氣系統(tǒng)發(fā)生事故的比例也是最高的，共計56起。售氣系統(tǒng)的危險性主要有：①CNG加氣工因操作失誤致使加氣管脫落、破裂或忘記關閉加氣閥，引起泄露；②加氣車輛駕駛員誤操作，導致加氣機撞壞或加氣槍管拉斷；③加氣機和加氣槍長期使用，不進行常規(guī)檢修，存在結合部位脫離或封口不嚴，引起泄露。

4. 高壓管道系統(tǒng)危險性分析

CNG加氣站高壓管道系統(tǒng)危險性主要有：①埋地敷設的輸氣管道，如果其外表面的防腐措施未達到標準要求，易腐蝕造成泄漏；②管道本身材質及安裝的缺陷，壓力過高時易引起爆裂形成泄漏；③輸氣管道超壓運行易引起管道爆裂。

5. 氣體凈化系統(tǒng)危險性分析

CNG加氣站的氣體凈化系統(tǒng)主要包括過濾系統(tǒng)、脫硫和脫水系統(tǒng)，四川地區(qū)的天然氣氣源質量較好，管網(wǎng)天然氣硫含量低，一般只進行過濾和脫水操作。涉及到的主要壓力容器為過濾器和脫水塔。過濾器是利用過濾網(wǎng)將氣體中雜質除去，達到凈化目的。脫水塔是利用吸附物質將氣體中的水分除去，從而使氣體得到凈化。脫水塔是CNG加氣站進行天然氣脫水工藝的關鍵設備，直接影響出站天然氣的水露點。其危險性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①脫水塔內(nèi)吸附物質水分飽和，不及時再生，氣體得不到凈化，對后續(xù)工藝造成危害；②脫水裝置內(nèi)氣壓過高，容易造成爆炸；③脫水冷熱交替進行頻率過高，易發(fā)生脆性裂變，造成泄漏。

6. 車用氣瓶危險性分析

我國目前絕大部分天然氣汽車所使用的是鋼制氣瓶，其儲存壓力高達20Mpa，如果氣瓶質量不合格或者未定期對氣瓶進行檢測，就很容易引發(fā)火災爆炸事故。

盡管國家對天然氣汽車的車載氣瓶的檢測周期作出了明確規(guī)定（新裝氣瓶首次檢測時間為兩年，以后一年檢測一次），但事實上依然存在很多車主已經(jīng)多年未對車載氣瓶進行檢測，這樣的車載氣瓶隱患相當嚴重。此外，由不合格廠家安裝或私自安裝車載氣瓶導致氣瓶工藝質量不合格而引發(fā)的安全事故也不在少數(shù)[7]。在統(tǒng)計的100起CNG加氣站事故中，因為加氣車輛氣瓶問題而引發(fā)的爆炸事故共有6起，而且由于事故發(fā)生點位于加氣現(xiàn)場，車輛和人員密集，因此此類事故一旦發(fā)生，造成的經(jīng)濟損失相當嚴重，社會影響極其惡劣。

（二）CNG加氣站關鍵工藝操作危險性分析

CNG加氣站的各個系統(tǒng)均在高壓下連續(xù)進行，而系統(tǒng)中的物料（天然氣）又是甲類易燃氣體，對設備和管路的要求很高，對各項設施設備的操作和檢維修也較為頻繁。如果在運行中操作不當就很容易造成設備和管路破損泄漏，引發(fā)機械傷害、觸電、中毒、燃燒、爆炸等事故。

有的放矢的安全管理對策

從CNG加氣站安全管理的原則來說，主要有以下原則：①可行性原則，現(xiàn)實的安全管理措施要從CNG加氣站的實際情況出發(fā)進行考慮，力求做到切實可行；②有效性原則，安全管理措施要做到切實有效，不能搞形式主義；③針對性原則，根據(jù)已識別出的CNG加氣站的各個危險點，具體到每一樣設施設備、每一項工藝操作，有針對性地進行分析；④成本效益原則，CNG加氣站的安全管理非常重要，但并非是不計成本，需要對投入和收效做出縝密地分析，力求在確實保障安全的前提下以最小的成本達到最大的效益。

就CNG加氣站具體的安全管理對策來說，主要有兩個著眼點：一是從技術層面著眼，包括排查和消除各種設施設備本身存在的缺陷和隱患，配置和完善能夠消除和減小風險的各項設施設備和技術手段，從安全的角度優(yōu)化和改進各項工藝操作流程等；二是從管理層面著眼，包括制定和完善各項安全管理規(guī)章制度、應急預案以及建立相應的風險預警機制等。

根據(jù)前面所述CNG站的事故統(tǒng)計和各項危險性分析，可以看出，設施設備的失效（原因主要包括設備本身存在質量問題、超壓運行、安全附件失靈、維護保養(yǎng)不當?shù)龋┦荂NG加氣站發(fā)生事故的主要原因，但人為因素和環(huán)境因素也會給CNG加氣站帶來較大的安全隱患。人為因素包括員工的違章操作和外來人員的不安全行為，而導致員工違章操作的原因主要是安全教育工作和技能培訓工作不到位，外來人員的不安全行為的原因主要是安全宣傳工作和安全監(jiān)管工作不到位。環(huán)境因素則較為復雜，主要包括建筑物防火設計不當、存在多種引火源以及天然氣氣質不達標等問題。同時，這些人為因素和環(huán)境因素又會加劇設備的失效。此外，造成CNG加氣站事故的另一重要因素就是管理方面存在缺陷，其根本就是安全管理制度的缺失，沒有認真落實應急預案及建立相關事故預警機制。

因此在建章立制方面需要建立一整套嚴密和可操作的制度。

一、制定“一書一卡”制度

“一書一卡”即“關鍵設施設備操作規(guī)程書、常用設施設備操作卡”。 一書一卡包括內(nèi)容為基本信息（設備編號、操作時間、操作人、監(jiān)護人、指令單位等）、風險提示及對應應急處置程序、準備工作及操作步驟等。操作規(guī)程書按照崗位劃分，以書本的形式放置于員工書柜，定期或不定期進行學習和考核，操作卡按照崗位劃分，以活頁夾的形式放置，保證崗位員工人手一冊。 “一書一卡”制度的制定，主要是出于對CNG加氣站設施設備監(jiān)控、操作、維修和保養(yǎng)工作的專業(yè)性、頻繁性以及重要性的考慮，切實提高員工的業(yè)務水平，保障設施設備的正確操作和運行。

二、建立事故預警機制及預警系統(tǒng)

CNG加氣站事故的預警，主要還是指對于天然氣泄漏的預警。對CNG加氣站設施設備的各個部分、工藝流程的各個環(huán)節(jié)中可能發(fā)生的天然氣的泄漏事故，進行風險分析，建立相應的預警機制，做到及時預警、快速反應和有效控制。

其次是建立預警系統(tǒng)，一套完善的預警系統(tǒng)需要充足的人員配置、資源配置以及先進的技術手段作保障。一是可以借助視頻圖像和多參數(shù)傳感器（如溫度傳感器、壓力傳感器等）的配置等技術手段，對CNG加氣站的各個區(qū)域以及整個生產(chǎn)銷售過程進行全時段全方位的監(jiān)管，所采集的相關的圖像信息和設備運行參數(shù)信息可以通過專業(yè)的電腦軟件進行綜合分析，對分析結果為異常的部分再進行相應的診斷，及時排查運行過程中可能出現(xiàn)的天然氣泄露。二是可以建立可燃氣體報警系統(tǒng)，可燃氣體報警系統(tǒng)包括可燃氣體檢測探頭和可燃氣體報警器，通過在天然氣可能發(fā)生泄露的關鍵區(qū)域安置可燃氣體報檢測探頭，在設備控制室或值班室內(nèi)安裝可燃氣體報警器，這樣一旦因為天然氣泄露造成局部天然氣濃度增大，工作人員就可立即接到警報并快速反應進行處理。

通過制定嚴格的規(guī)章制度，使加氣站員工能夠按規(guī)定行事，避免很多由于人為因素而造成的事故。與此同時，由于CNG加氣站工藝流程的特殊性和復雜性，要有針對性地對員工進行安全教育培訓，努力提高員工的專業(yè)素質，使他們能夠勝任各種新設備、新技術、新規(guī)范所帶來的嚴格要求。確保員工在操作前能夠認真檢查設備的工藝狀況、溫壓條件、安全附件、防護用具以及周圍環(huán)境等，并且在確認所有條件滿足操作要求后進行操作，并且在操作后能夠對設備進行相應的安全檢查工作，確保設備運行平穩(wěn)、閥門開閉狀態(tài)正確、安全附件完好有效等。

三、在環(huán)境方面，站內(nèi)整體布局考慮防火設計。

首先，對CNG加氣站內(nèi)所有建、構筑物的布局應充分考慮到對可能發(fā)生的火災爆炸事故進行預警、快速處理和緊急撤離等措施的安全性和便捷性，比如布置有可燃氣體或液體的設備的建筑物門窗應向外開啟，并應按規(guī)定采取泄壓措施；當壓縮機間與值班室、儀表間相鄰時，值班室、儀表間門窗應位于爆炸危險區(qū)范圍之外，且與壓縮機間的中間隔墻建為無門窗洞口的防火墻等。

其次，站內(nèi)的所有建、構筑物必須符合國家有關防火的法規(guī)和規(guī)范，注意其耐火等級不應低于二級。此外，站內(nèi)壓縮天然氣工藝設施與站外建、構筑物的防火距離、站內(nèi)主要設施之間的防火安全距離都應符合《汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范》（GB50156）的相關規(guī)定[8]。

與此同時，要保證天然氣氣質達標。可以說這是保證CNG加氣站的本質安全。應根據(jù)CNG加氣站氣源的氣質情況設置相應的脫水以及脫硫設備，對站天然氣在壓縮前和壓縮后進行凈化處理，脫去天然氣中的硫、水以及雜質，防止對壓力容器、天然氣管道以及車載氣瓶的腐蝕。對脫水劑（通常選用的是4A型分子篩）應做到及時更換。在CNG加氣站的日常運行管理中，應當每日進行氣質檢測并將檢測結果公示。

總之，CNG 加氣站安全管理的目標是消除和防范不安全事件的發(fā)生，降低應急管理的成本，使有限資源得到最大的發(fā)揮。它能夠在更基礎的層面實現(xiàn)管理的優(yōu)化，比應急管理更能從CNG 加氣站的基礎層避免損失的產(chǎn)生，并且能將潛在危險預防整合于 CNG 加氣站的發(fā)展規(guī)劃和決策之中。

（本文獲中國石油企業(yè)協(xié)會行業(yè)部級2016年度全國石油石化行業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新優(yōu)秀論文一等獎）

作者單位： 中國石油四川銷售成都分公司