天然氣工程中的重大危險源辨識與應急響應

孫克新

(哈密新捷燃氣有限責任公司，新疆 哈密 839000)

0 引言

天然氣作為一種重要的能源資源，廣泛應用于工業、家庭和交通等領域。然而，天然氣工程的建設和運營中仍然存在潛在的安全風險和危險源，一旦發生事故，可能會造成嚴重的人員傷亡和財產損失。因此，對天然氣工程中的重大危險源進行辨識和應急響應的研究與實踐具有重要意義。

1 天然氣工程概述

1.1 天然氣工程的定義

天然氣工程是一個廣泛而復雜的領域，其定義涵蓋了許多方面。一般來說，天然氣工程是指涉及天然氣開發、生產、運輸和利用的綜合性工程項目。這些項目包括天然氣田的開發、井口設施的建設、管道的鋪設和連接、處理廠的建設和運營，以及天然氣的儲存和分配等方面[1]。天然氣工程的定義還可以從多個角度來理解。從技術角度來看，天然氣工程涉及地質勘探、鉆井工程、油氣田開發、管道輸送、加工處理等多個專業領域。從經濟角度來看，天然氣工程需要綜合考慮投資回報、市場需求、成本效益等因素，以確保項目的可行性和經濟性。從環境角度來看，天然氣工程需要遵守環保法規，采取環保措施，減小對環境的影響。

1.2 天然氣工程的發展歷程

天然氣工程作為能源領域的重要組成部分，其發展歷程與世界天然氣產業的發展緊密相連。早期的天然氣工程主要局限于天然氣的發現和初步應用，人們開始意識到天然氣作為一種能源的潛力，并嘗試將其用于照明和加熱等領域。然而，由于缺乏技術和基礎設施，這一階段的天然氣工程規模較小，發展緩慢。直至進入21 世紀，隨著科技的飛速發展，新型天然氣工程應運而生，這一階段的特點是工程的智能化、數字化和環保化。以數字化技術為基礎，天然氣工程實現了遠程監控、數據分析和預測等功能，提高了運營效率和安全性。同時，在環保要求日益嚴格的背景下，天然氣工程更加注重環境保護和資源節約，推動清潔能源的發展。

1.3 天然氣工程的分類和應用領域

在天然氣工程中，勘探工程是第一步，旨在通過地質調查、地球物理勘探、鉆探等手段，確定天然氣的儲量、分布、質量等情況。通過鉆井、完井、采氣等作業，將地下天然氣開采出來，并對其進行初步處理，如去除雜質、水分等。隨后對天然氣進行進一步的處理，如脫硫、脫水、壓縮等，以滿足不同用戶的需求。天然氣工程主要的應用領域在于民用領域、工業領域、交通領域、化工領域。在實際的法律規定中，《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》規定了管道保護的范圍、責任主體、保護措施等內容，以確保管道的安全運行。《中華人民共和國能源法》規定了能源發展的總體要求，包括能源結構調整、能源技術創新、能源安全保障等內容，以確保能源的可持續發展。

2 重大危險源辨識

2.1 重大危險源的定義和分類

在生活和工作中，安全問題始終是首要考慮的問題。而重大危險源，作為一種潛在的巨大安全風險，是必須深入了解和嚴加防范的對象[2]。下面從定義和分類兩個角度，對重大危險源進行詳細的解讀。

首先，從定義上來看，重大危險源是指那些長期或臨時地生產、加工、搬運、使用和儲存危險物質的單元，其危險物質的數量等于或超過臨界量。這個定義明確告訴我們，重大危險源的判斷標準不僅僅是危險物質的存在，更重要的是其數量是否達到或超過臨界量。只有當這兩個條件同時滿足時，才能稱其為重大危險源。

其次，從分類的角度來看待重大危險源。根據危險物質的性質和特點，重大危險源可以分為兩大類：

一類是危險物質本身。如煤礦井下的瓦斯和煤塵、炸藥、雷管等，這些物質在一定條件下，可能引發重大事故，對人的生命安全和環境造成嚴重威脅。因此，需要對這些物質進行嚴格的監控和管理，避免發生事故。

另一類是限制和約束。這主要指因限制危險物質的措施失效或被破壞而有可能發生的重大生產事故的不安全約束。這類危險源的存在，往往是由于在安全管理上出現了疏漏，使原本應該受到限制的危險物質失去了約束，從而引發了事故。因此，這類危險源要加強安全管理，確保所有的安全措施都能夠得到有效執行。

2.2 天然氣工程中常見的重大危險源

在天然氣工程中，安全始終是最為重要的考量。由于天然氣本身即為危險化學品，其處理和儲存涉及的風險不容小覷。針對《危險化學品重大危險源辨識》中提到的甲烷、天然氣等危險化學品，有必要深入了解其在天然氣工程中的重大危險源，確保工程安全，避免事故的發生。

甲烷和天然氣屬于危險化學品，其臨界量為50 t。這意味著一旦儲存或使用量超過這一臨界值，就有可能構成重大危險源。以100 Nm3LNG 儲罐為例，其設計容量為44 t，但實際使用中為確保安全，儲量不應超過設計儲量的90%，即約為39.6 t LNG。從這一數據看，單體100 Nm3的LNG 儲罐的儲量并未超過50 t的臨界量。

在實際情況中，LNG 場站通常采用雙儲罐設計，即設計2 臺或2 臺以上儲罐。這種設計的目的是確保在某一儲罐出現問題時，其他儲罐仍能正常工作，確保供氣的連續性和穩定性。但這也帶來了一個新的安全問題，那就是儲罐間距。過小的儲罐間距可能導致儲罐之間互相影響，甚至引發連鎖反應，對安全造成威脅，而過大的儲罐間距則可能導致土地資源的浪費和基建成本的增加。因此，在儲罐間距設計中，要考慮LNG 特性，根據GB 18218—2018 《危險化學品重大危險源辨識》開展危險化學品重大危險源辨識，從而合理落實安全生產投入，加強安全管理，保障安全生產。這具有明顯的社會經濟效益，不僅有助于保護企業的員工和財產安全，也有助于防止危險化學品事故對周邊環境和社會造成的影響。

2.3 天然氣工程中重大危險源的辨識方法

在天然氣工程中，重大危險源的辨識是確保工程安全與穩定運行的關鍵環節。為明確并辨識重大危險源，必須依據GB 18218—2018 的標準和要求進行。在天然氣工程中，由于天然氣本身屬于危險化學品，因此有可能構成重大危險源。而且天然氣工程通常涉及的生產和使用環節都需要進行詳細辨識，根據《危險化學品重大危險源辨識》的定義，生產單元和儲存單元是涉及危險化學品的重點區域。

在天然氣工程中，生產單元主要是指天然氣的處理和輸送設施。而儲存單元在多數天然氣工程中并不常見，因為天然氣通常是通過管道連續輸送，不像液體化學品那樣需要大規模的儲存設施，但任何臨時的儲存或緩沖設施仍需被視為儲存單元進行辨識。以單一品種與多品種的辨識為例，對單一品種的危險化學品，如本項目中的天然氣，其數量如果等于或超過臨界量，那么該單元即被定為重大危險源；對多品種的危險化學品，計算則更為復雜。但在天然氣工程中，大多數情況下只處理天然氣這一種危險化學品，因此很少涉及多品種的計算。如上所述，天然氣的存儲和使用都是通過管道進行的，對管道的辨識包括對其長度、直徑、存儲量等進行精確計算，并根據天然氣的密度等物理屬性，換算成重量，然后與臨界量進行對比。危險化學品重大危險源辨識表如表1 所示。

表1 危險化學品重大危險源辨識表

天然氣管道內體積為3.14×0.042×50=0.25 m3。在標準狀況下天然氣的密度為0.71 kg/Nm3，則管道內重量為0.71×0.25≈0.178 kg=0.000 178 t。

以某公司為例，其使用的天然氣管道型號為DN80，長度為50 m。經過一系列計算，得出管道內的天然氣重量為0.000 178 t，遠低于50 t 的臨界量，因此判斷該管道不構成重大危險源。為了確保安全，還要對管道進行定期的檢測和設備維護，確保其完整性和安全性。任何細微的泄漏或破損都可能導致危險情況的發生，因此技術性辨識不僅僅是在初始設計階段，更在于日常的運行和維護階段。為確保工程的安全和穩定，必須嚴格按照《危險化學品重大危險源辨識》的標準進行辨識，并采取相應的措施確保所有設施都運行在安全范圍內。

3 應急響應措施

3.1 天然氣工程應急響應的基本原則

天然氣工程作為涉及危險化學品的重要領域，應急響應的計劃和執行至關重要[3]。在面對突發情況時，如何迅速準確地做出反應，減少事故損失，保障人員安全和環境保護，是每一位工程人員必須具備的能力。首先，堅持預防為主，通過定期對天然氣設施進行檢查維護，確保其運行在正常狀態；其次，采用先進的技術手段，如可燃氣體檢測報警儀，實現實時監控，一旦數據異常，能夠迅速發出預警，啟動應急響應。可燃氣體檢測報警儀是通過實時檢測環境中的可燃氣體濃度，一旦濃度超過預設的安全閾值，就會觸發報警的裝置。其核心技術是基于氣體傳感器，將環境中的氣體濃度轉化為電信號，再經過處理顯示成相應的濃度值。氣體濃度如式(1)：

式中：C為可燃氣體濃度；Vs為傳感器輸出電壓；S為傳感器靈敏度；Va為環境中的氣體體積。

報警閾值設置如式(2)：

式中：T為報警閾值；Csafe為安全氣體濃度；α為安全系數(通常取0.1～0.2)。

一旦監測到的氣體濃度超過報警閾值T，報警儀會迅速發出預警，從而啟動應急響應。緊急切斷裝置是用于在事故發生時，迅速切斷氣體供應的裝置，其關鍵技術是快速響應閥門和控制系統。事故擴大預防評估如式(3)：

式中：R為事故擴大預防率；Pbefore為切斷前的事故擴散概率；Pafter為切斷后的事故擴散概率。

通過設置緊急切斷裝置，可以確保在事故發生的第一時間切斷氣體供應，使Pafter降至最低，從而達到防止事故擴大的效果。當事故發生時，首要任務是切斷事故源。例如，儲罐等壓力容器應設置緊急切斷裝置，確保在第一時間能夠切斷氣體供應，防止事故擴大。

3.2 天然氣工程應急響應的組織架構

天然氣工程應急響應是一個復雜而關鍵的任務，要有一個清晰高效且協調的組織架構來支撐[4]。應急響應指揮中心是天然氣工程應急響應的核心機構，它負責協調、指導和監督整個應急響應過程。該中心通常由工程管理部門的高級領導擔任指揮長，具備豐富的經驗和決策能力。指揮中心下設各個部門，負責具體的應急響應任務。天然氣工程應急響應組織架構如圖1 所示。

圖1 天然氣工程應急響應組織架構

3.3 天然氣工程應急響應的措施和技術手段

一旦發現異常情況，首要任務是進行初步評估，包括確定事故類型、范圍及可能的危害。隨后，應立即啟動報警系統，通知相關人員。為了確保安全，防止事故擴大，必須對事故現場進行隔離，可以通過設置安全警戒線、疏散人員等方式實現。根據事故的性質和嚴重程度，選擇相應的應急響應計劃[5]，這些計劃通常包括詳細的行動步驟、資源需求和責任分配。借助可燃氣體監測報警儀等先進設備，實時監測天然氣工程的運行狀況，數據分析技術能夠迅速識別異常數據，為決策者提供關鍵信息。

在天然氣工程中，危險源的辨識和應急響應是確保安全運行的兩大核心要素。下面將通過一個天然氣工程重大危險源辨識的案例，詳細分析其應急響應的過程和措施。

某大型天然氣儲存和處理設施位于人口稠密的工業區。該加氣站有一座100 m3LNG 儲罐，一套3.9 m3的CNG 儲氣瓶組，2 個LNG 加液位，3 臺CNG 加氣島。液化天然氣使用專用運輸車運輸，在卸車臺經過增壓器增壓后使燃氣進入低溫儲罐，存儲壓力為0.3 MPa，存儲溫度為-145 ℃。加氣過程中，LNG 通過潛液泵供給，CNG 經過汽化和壓縮過程后，供給設備。某天，設施內的監測報警儀突然發出警報，顯示某一區域的天然氣濃度異常升高。天然氣工程危險源的辨識和應急響應如表2 所示。

表2 天然氣工程危險源的辨識和應急響應

如表2 所示，在該項目中，LNG 儲罐容量為100 m3，CNG 儲氣瓶組容量為3.9 m3，說明設施規模較大，一旦發生泄漏或事故后果可能較為嚴重。針對這些危險源，應急響應措施必須加倍重視，對天然氣濃度異常升高的警報，應立即啟動應急響應機制，關閉相關閥門，停止運輸和加氣作業，疏散人員，并通知消防、環保等相關部門進行處理。加強與周邊社區的溝通和協作，向周邊居民宣傳天然氣安全知識，增強學生的安全意識和自救能力。

最終，通過設備的監測與維護，本次事故造成人員傷亡數為0 人，設施的損失程度較低，周邊居民受到的影響范圍小，環境污染程度較低，有效控制了環境污染。處理時間為2 h，快速解決了氣體泄漏問題，避免了對環境造成二次污染。

4 結語

綜上所述，天然氣工程能夠準確辨識天然氣工程中的重大危險源，并采取相應的應急響應措施，能夠有效提高天然氣工程的安全管理水準，進而保障公眾的安全和環境的保護，這對實現天然氣工程的可持續發展具有重要意義。在未來，天然氣管道危險辨識仍然需要加強預防措施，推動天然氣工程的安全管理不斷優化和提升。