淺談瓦斯發電廠安全設計

王俊杰

(煤炭工業太原設計研究院，山西 太原 030001)

瓦斯發電廠大部分位于山區，地形地質復雜。瓦斯發電廠安全設計就是在這些地形復雜的山區，合理運用地形地質條件，完成企業的建設施工、設備安裝調試以及建成投入生產或使用后可能產生的安全危害因素和與之對應采取的防治措施和機構設置的綜合安全設計。設計過程中，不僅要實時地了解企業的經濟狀況、人文價值、交通條件等，還要考慮山區地質狀況、氣象條件、場地大小等。

在實際的項目設計中，瓦斯發電廠安全設計工作大致包括：總平面布置及建筑物、生產中危害因素的分析、生產中危害因素的主要防范措施、應急救援與機構設置設計等4個階段。在實際設計過程中，每個階段并不是相互獨立而是互相影響、互相牽制的。在每一階段的工作中，都要考慮其它各個階段對其的影響。

總之，一個符合現代安全要求的瓦斯發電廠，除了需要有合適的場地、先進的設備以外危害因素的分析與防治也很重要的。

1 總平面布置及建筑物

總平面布置及建筑物設計完全遵照國家現行的安全標準的有關條文進行設計，設計時需考慮下列危害因素及防范措施：1) 電廠地處山區，有地面沉降或塌陷的可能。設計中須對廠址及廠區內主要建(構)筑物的沉降進行觀測，以便及時進行地面沉降處理。2) 項目選址所在地區有地震災害影響的可能性，電廠各建(構)筑物均按設防烈度采取抗震措施。3) 廠址所處區域內有暴雨及洪水的可能性，場地內設有雨水管、排水溝，可將場內雨水、洪水就近排至場外，以滿足電廠的排水及防洪的要求。4) 大風、雷電也可造成廠區內設備損壞，還可能威脅操作人員的安全。場地內建(構)筑物均按相關規范進行抗風、防雷設計。5) 項目廠址所處區域內可能有極端氣溫災害，做好防暑降溫及低溫防護工作。6) 合理布局建(構)筑物，滿足建筑物之間防火、防爆、防振及防噪、防塵的間距要求；滿足建筑物自然通風、日照及室外景觀設置的要求。

2 生產中危害因素的分析

2.1 安全生產原則

安全是瓦斯發電廠的核心工作，故在安全第一、預防為主、綜合治理的基礎上，確定以下6方面安全生產原則：1) 設置完善的消防系統和報警設施，各主要設備及建(構)筑物采取相應的防火防爆措施，使火災的危險性和爆炸的危害性減少到最低限度。2) 對產生有毒物質及易產生化學傷害的場所采取有效的防毒、防腐蝕等措施，減少化學傷害。3) 進行防雷設計，設立避雷針和人工接地網及均壓帶，所有帶電設備均設計接地、安全凈距和緊急事故信號顯示及連鎖自動裝置，有效防止電傷事故。4) 加強設備、閥門和護欄、樓梯等運行和檢修，避免機械和墜落傷害。5) 采用通風、采暖、空調等措施，保證各生產車間、辦公場所的防暑、防寒和防潮。6) 采用防噪聲污染措施，使噪聲水平符合有關標準，主要振動設備采取防振減振措施。

2.2 生產過程中危害因素及危害程度的分析

生產過程中產生的危害主要有：火災、爆炸、噪聲、振動、雷電、高溫、工頻電場、觸電、機械、墜落、化學傷害和供氣不足等[1]. 瓦斯的泄漏易產生起火和爆炸；電氣設備不防爆產生電火花等點火源可能引發火災爆炸事故；潤滑油遇明火、高溫和氧化劑有燃燒爆炸的危險。燃機、汽機及各種轉動設備運行時產生的噪聲、振動，燃機尾部排氣、鍋爐點火排汽產生的噪聲，都會危害職工的健康；雷電有可能引燃排空瓦斯。燃機、鍋爐和汽機的外壁均是高溫熱源，向周圍散發熱量，惡化工作環境。變壓器、高低壓配電柜及變頻控制柜周圍可能產生工頻電場，會對工人的神經系統形成損害；電氣設施漏電，會對職工人身安全造成傷害；靜電可能引燃瓦斯造成火災。轉動機械若無防護裝置或防護裝置失效，可能導致機械傷害；起重機械在使用過程中，因設備缺陷或操作失誤，也可能導致機械傷害。鋼制平臺、爬梯、護欄等檢查、維護、維修不及時，可能會造成高處墜落。在脫硝、除鹽過程中可能會產生易燃、有毒氣體，危害工人的健康；化驗作業的腐蝕性酸堿液體，可能會灼傷工人的皮膚或者眼睛。

3 生產中危害因素的主要防范措施

主要防范措施是衡量安全設計水平的重要標志，防范措施設計的合理性，直接影響電廠的安全運行。合理的防范措施設計是電廠內建設單位、施工單位、設計院和當地衛生部門密切配合，確保瓦斯發電廠的安全生產。

3.1 防火、防爆

為保證電廠正常運行，瓦斯管道上裝設快速關斷閥、超壓放散閥和緊急放散裝置，防止系統串火、超壓；放散管引至人員操作地點上方4 m以上，距地面高度不低于10 m；在管道附件容易泄漏處，設置瓦斯濃度檢測報警儀器，當瓦斯泄漏監測超標時，與閥門和設備連鎖，必要時關斷閥門，停止設備運行；為防止瓦斯系統靜電引起的火災，在其設備及管道上設有接地措施，所有非焊接聯接處均做銅導線跨接。在燃機內部設置瓦斯濃度兩級報警：一級報警(高限)設定值為0.5%VOL；二級報警(高高限)設定值為1%VOL. 當達到一級報警條件時，除了報警外并開啟全部通風機進行通風；當達到二級報警條件時，除了報警、開啟風機通風外同時關閉瓦斯支管上的快速切斷閥和干管上的關斷閥，快速切斷氣源；停運燃機及預處理系統，同時打開所有電動放散閥。運行中可能發生氣體泄漏的預處理設備采用露天布置，以減少瓦斯集聚[2].

為防止燃機和汽輪機組潤滑油系統的火災，設計中采取了以下防范措施：1) 濾油機選用防爆型。2) 油系統設備、管道避開高溫管道或附近的熱管道,有完整堅固的保溫層，表面用鍍鋅鐵皮防護。3) 排油管道引至主廠房外無火源處。4) 油管道法蘭墊料采用耐油、耐熱的材料。5) 油管道盡可能減少法蘭連接，油系統管道設計壓力按提高一級考慮。

瓦斯發電廠使用電氣設備全部為礦用防爆型：1) 高低壓電機和電氣設備使用增安型電氣設備(Exe I). 2) 照明燈具使用防爆型電氣設備(Exd I). 3) 通信、自動控制的儀表、儀器使用本質安全型電氣設備(Exia I或Exib I)。電纜與電氣設備連接時，電纜線芯使用快速連接器與電氣設備進行連接。電纜采用阻燃電纜，穿墻等部位采用防火封堵，并刷防火涂料。

電廠要設電氣防爆檢查員，進行電氣設備防爆管理工作：1) 負責對新進電氣設備防爆合格證的核查以及電氣設備防爆性能的檢查，確保電氣設備的防爆性能。2) 防爆電氣設備的安裝工作應由專業電工完成，電氣防爆檢查員負責檢查驗收，驗收合格后方可投入使用。3) 電氣防爆檢查員負責對電氣設備及線路的檢查和維護，一旦出現電氣設備失爆現象，負責處理或更換。

尿素分解會產生氨氣，采取如下防護措施：在輸送管道的適當部位，安裝壓力表和溫度計，輸送管道控制在100 ℃以下。

各建(構)筑物配置相關規范規定的滅火器，電廠運行時嚴禁煙火。

3.2 防振動與噪聲、防燙傷

設計中充分考慮設備振動給勞動者帶來的損傷。各種設備的防振設計均應符合相關規范的規定。必要時設備與管道采用柔性連接、設備基礎采用減振墊等措施。設計采取聲源控制、圍護結構隔聲及個人防護等多方面相結合的綜合控制措施，以控制噪聲。

外壁溫度高于50 ℃的設備及管道均采取保溫隔熱防燙。

3.3 防雷、防靜電

電廠廠區依據《建筑物防雷設計規范》(GB50057-2010)進行防雷設計，裝設避雷帶、避雷針及接地裝置，防直擊雷、雷電感應(包括靜電感應和電磁感應)、雷電波侵入。避雷針與瓦斯排空管的位置關系(圖1)，應按下列公式計算，且不得小于3 m[3]：

當hx<5Ri時：

Sa1≥0.4(Ri+0.1hx)

(1)

當hx≥5Ri時：

Sa1≥0.1(Ri+hx)

(2)

式中：

Sa1─空氣中的間隔距離，m；

Se1─地中的間隔距離，m；

Ri─獨立避雷針、架空接閃線或網支柱處接地裝置的沖擊接地電阻，Ω；

hx─被保護建筑物或計算點的高度，m.

圖1 防雷裝置至被保護物的距離圖

電氣設備的金屬外殼及瓦斯氣管按《石油化工靜電接地設計規范》進行防靜電接地設計[4]. 瓦斯管道設置良好的防靜電接地裝置：架空瓦斯管道每隔25 m接地一次，瓦斯氣管道的始、末端及分支處用-50 mm×5 mm扁鋼沿管道支墩與接地網相連，以上連接均為焊接，并在焊接處做防腐處理；閥門、法蘭、彎頭等管道連接處，應采用截面不小于25 mm2的軟銅絞線跨接，跨接不少于2處；加強防雷、防靜電裝置的維護、保養，確保其有效。電氣設備的絕緣、防靜電裝置要經常測試、保持良好，以消除隱患、保證安全。在所有運行狀態下確保接地線與接地網始終接觸良好，接地網選擇路是比較好的方法，可以使得接地線電阻降低，確保接地網運行的安全有效性[5].

3.4 防機械與墜落傷害、防供氣不足

所有回轉機械轉動外露部分均設置防護罩，各轉動部件的聯軸節處加裝防護罩，設置必要的閉鎖裝置。起重機械在特種設備檢驗部門登記備案，操作人員持證上崗。登高檢查和維修設備處設置扶梯；離地面或樓面高1 m以上的高架平臺設置欄桿；在一些設備基礎頂面高出地面許多時亦設有扶梯和防護欄桿，以防止人員跌落致傷。

瓦斯發電設備具有連續運行特點，若不具備儲氣能力則當供氣不足時，關預處理系統進氣快關閥及總關斷閥，停燃氣發電機組、停預處理系統，并打開放散閥。

3.5 防工頻電場和化學傷害

為了避免工作人員受到工頻電場的危害，在建設施工過程中采取必要屏蔽措施。在建成投產后，加強出線系統管理維護，以有效減少絕緣子污染、絕緣子尖端放電等產生的電磁輻射，使工頻電場控制在正常生活允許的范圍內。

防毒、防化學傷害的場所主要是瓦斯有關設備、管道及電廠內化學設施。在燃機、鍋爐區域等可能產生CO和NOx的場所設置便攜式CO檢測儀和NOx檢測儀并設置事故通風設施。在化水車間設置噴淋洗眼器，一旦發生工作人員與化學藥品的接觸可立即進行沖洗。

3.6 環境綠化

為了營造出有利于職工身心健康的自然環境以及協調廠區建筑與當地環境相適應。在防范措施設計中對廠區進行綠化布置。

1) 道路兩旁種植高大、降塵、吸附有毒氣體的樹種，劃分車流、人流方向；根據實際情況在條件允許的情況下，盡量做到人車分流。2) 對生產車間周邊盡量以種植滯塵、吸聲、抗污能力強的灌木為主。3) 場前區種植一些觀賞性樹種，并在適當的位置布置一些建筑小品，如報亭，花池等。4) 無法種植樹木的地段，如變電所附近、水池覆土等處，可種植草坪。

以上6個分項所包括的內容并沒有固定的模式，也沒有嚴格的界限。在實際設計中根據具體情況，各項之間可能會有交叉。有的規模較小的瓦斯發電廠機械較少，防機械、墜落傷害項可與防噪聲、防振動項合并；有的瓦斯電廠在現有廠區的基礎上進行改擴建，無需新增綠化面積所以沒有環境綠化設計。

4 應急救援與機構設置

4.1 應急救援

電廠成立自己的應急救援組織，實施系統化應急預案的培訓與演練；做到任一個突發事件風險，企業有預案，風險有預控，事件有預警，裝備有標準，人員有能力，演練有實效，應急有保障；與專業救援機構簽訂服務協議，在應急處置方面，規定應急撤離時間、方式和路線并定期開展應急撤離演練。

在事故發生時明確規定現場負責人遇險情有權停產停工，立即組織撤離，啟動應急預案并上報企業主管部門；指揮應急救援工作，實施事故現場的保護、無關人員的疏散、醫療機構的聯系、傷員的運送等現場救援的各項工作[6].

4.2 機構設置

成立由電廠主要領導擔任負責人的安全設施管理組及應急領導組，負責安全設施管理及突發安全事故應急處理的統一領導和統一指揮工作。

5 小 結

瓦斯發電廠安全設計的內容決定了安全設計與自然地形條件及其他相關的熱動、給排水、電氣、暖通、建筑等相關專業有著密切的聯系，是一個反復的過程，在進行下一個階段的工作時往往需要對上一個階段的設計進行調整，因此在每一階段的工作中，都要考慮各個階段對其影響。只有在設計過程中協調好各方面的關系，才能設計出比較合理的瓦斯電廠安全設計。