CNG加气站安全研究与管理技术路线

□ 文/何洧

CNG加气站安全研究与管理技术路线

□ 文/何洧

CNG加气站主要涉及的危险化学品是天然气，站内设施设备精细，工艺流程复杂，安全隐患防控难度大。CNG加气站安全管理的宗旨是消除安全隐患，减少事故的发生。本文将CNG加气站工艺系统分为七个部分：调压计量系统、天然气压缩系统、气体净化系统、储气系统、售气系统、高压管道系统和设备控制系统，通过对国内CNG加气站已经发生的各类事故进行统计和分析，分别对CNG加气站整体、各部分以及关键的工艺操作做出相应的危险性分析，最后从设施设备、规章制度、人员以及环境四个方面提出CNG站相应的安全管理对策。

CNG 加气站 危险性 安全管理

加气站整体危险源研究

（一）天然气物性的危险性

CNG加气站生产销售的主要化学品是车用天然气，其主要成分是甲烷，属于一级可燃气体，甲类火灾危险性。天然气具有以下危险特性：①易燃烧、易爆炸、扩散能力强。②可压缩性高，可能导致物理爆炸；③天然气局部浓度过高时，会使人因为缺氧而导致头昏、头痛、乏力、窒息、昏迷等状况，若不及时脱离，可致窒息死亡。

（二）天然气泄露的危险性

通过对天然气物性的了解，在CNG加气站的日常生产运行过程中，一旦发生天然气的泄露，很可能引发火灾、爆炸、人员窒息等事故。引起压力容器及压力管道泄漏事故的原因主要包括以下几点：①压力容器和压力管道的工作压力超过了其最高允许压力；②压力容器和压力管道受到腐蚀而使壁厚减薄，耐压强度下降；③安全附件如安全阀等安装错误或失效；④在对加气车辆进行加气的过程中由于操作人员操作失误。

（三）设备超压运行的危险性

CNG加气站的很多设备在正常运行情况下都处于高压状态，如果一旦其工作压力出现异常，超过了在设计温度下设备的最高允许压力，设备的承压部件就会因为超过其极限强度而发生破损，进而发生局部炸裂或整体爆炸，造成人员伤亡。同时也极易因为设备损毁而造成高压天然气的泄漏，继而引发火灾、爆炸、窒息事故。

（四）天然气气质不达标的危险性

CNG汽车是把压缩天然气储存在车用钢瓶之中的，由于天然气除了甲烷之外，还可能含有硫化氢、二氧化碳和水等杂质，如果CNG加气站天然气气质不达标，特别当天然气中含有水分时，在压力变化较大的情况下容易形成水合物，造成管道、储气瓶嘴冰堵，同时还会加速天然气中酸性气体对高压管道、储气装置和车用气瓶的腐蚀。

（五）建站规划问题的危险性

这里主要是指设施设备的选材和安装问题以及安全间距设置的问题。CNG加气站设备多为压力容器，大多处于高压运行状态，对设施设备的可靠性要求很严，对安全间距的要求很高，在上世纪90年代以及本世纪初，我国的CNG站处于初步发展阶段，因为此类问题就发生了多起事故。需要严格遵照行业以及国家现行相关规范和标准进行选材、安装和测量。

（六）站内外存在多种引火源的危险性

CNG加气站大多建在车流量较大的路口，周围建筑环境复杂，人员流动量大，加之加气车辆中出租车和驾校车辆占比较多，进站人员复杂，外部火源防控难度较大。比如邻近建筑物的火焰、外来人员携带打火机产生的火焰、使用电器产生的电火花、化纤衣物摩擦产生的静电火花、出入车辆带入的火花等，稍有不慎便会引发火灾事故。

（七）员工违章作业或安全管理不善的危险性

违章作业主要是由于不熟悉操作规程或不严格按照操作规程作业、培训不到位以及特种作业人员未持证上岗等。安全管理不善主要是：①对设施设备缺少检验分析和评估；②对设施设备存在质量缺陷或者事故隐患，没有及时检查和治理；③大修或检修后未进行试压、密闭性试验等。

加气站分类危险性技术分析

（一）CNG加气站设施设备危险性分析

1. 储气系统危险性分析

CNG加气站的储气系统有三种装置类型可供选择：储气瓶、储气罐和储气井。最早的CNG加气站一般使用的是储气瓶，优点是成本低廉、安置灵活，缺点是气瓶和零部件易损坏，气体易泄漏，易发生火灾爆炸事故。储气罐是90年代后期开始广泛使用的一种储气装置，优点是管阀联接点少，气体不易泄漏，缺点是如果发生火灾爆炸事故，破坏力度大、破坏范围广。储气井是近些年来比较流行的一种储气装置，相对于储气瓶和储气罐来说，由于其埋于地面之下爆炸事故发生时减少地面冲击波范围和强度，安全性得到了极大的提升，并且占地面积小，大大节省了土地成本，缺点是耐压试验无法检验强度和密封性、制造缺陷不能及时发现、排污不彻底容易对套管造成应力腐蚀，一旦储气井在运行过程中井身发生泄漏，整个井就有报废的危险[4-6]。

储气系统的危险性主要有：①在容器内部压力过高的情况下，会造成泄漏或者爆裂；②储气瓶的管阀联接点未联接紧密或老化、锈蚀、破损，造成天然气泄漏；③储气罐上的安全阀、仪表等器件长期使用易老化、锈蚀、破损，造成失灵或局部泄漏；④如果采用的是储气井，其地下部分日常监测和维护保养存在难题。在经统计的100起CNG加气站事故中，储气装置发生事故22起。

2. 天然气压缩系统危险性分析

压缩机的危险性有：①压缩机长期在进气压力波动较大的情况下工作，易产生疲劳破坏，容易爆裂，发生爆炸；②压缩机由水循环冷却，形成水垢未及时清理，堵塞管道，造成破裂；③压缩机工作缺水，又突然供水，导致压缩机机壳及缸体容易破裂，形成泄漏。在经统计的100起CNG加气站事故中，压缩机发生事故12起。

3. 售气系统危险性分析

加气机是整个CNG加气站使用最为频繁的设备，阀门、软管在高压状态下操作频繁，极易引起磨损、破裂等。在经统计的100起CNG加气站事故中，售气系统发生事故的比例也是最高的，共计56起。售气系统的危险性主要有：①CNG加气工因操作失误致使加气管脱落、破裂或忘记关闭加气阀，引起泄露；②加气车辆驾驶员误操作，导致加气机撞坏或加气枪管拉断；③加气机和加气枪长期使用，不进行常规检修，存在结合部位脱离或封口不严，引起泄露。

4. 高压管道系统危险性分析

CNG加气站高压管道系统危险性主要有：①埋地敷设的输气管道，如果其外表面的防腐措施未达到标准要求，易腐蚀造成泄漏；②管道本身材质及安装的缺陷，压力过高时易引起爆裂形成泄漏；③输气管道超压运行易引起管道爆裂。

5. 气体净化系统危险性分析

CNG加气站的气体净化系统主要包括过滤系统、脱硫和脱水系统，四川地区的天然气气源质量较好，管网天然气硫含量低，一般只进行过滤和脱水操作。涉及到的主要压力容器为过滤器和脱水塔。过滤器是利用过滤网将气体中杂质除去，达到净化目的。脱水塔是利用吸附物质将气体中的水分除去，从而使气体得到净化。脱水塔是CNG加气站进行天然气脱水工艺的关键设备，直接影响出站天然气的水露点。其危险性主要表现在以下几个方面：①脱水塔内吸附物质水分饱和，不及时再生，气体得不到净化，对后续工艺造成危害；②脱水装置内气压过高，容易造成爆炸；③脱水冷热交替进行频率过高，易发生脆性裂变，造成泄漏。

6. 车用气瓶危险性分析

我国目前绝大部分天然气汽车所使用的是钢制气瓶，其储存压力高达20Mpa，如果气瓶质量不合格或者未定期对气瓶进行检测，就很容易引发火灾爆炸事故。

尽管国家对天然气汽车的车载气瓶的检测周期作出了明确规定（新装气瓶首次检测时间为两年，以后一年检测一次），但事实上依然存在很多车主已经多年未对车载气瓶进行检测，这样的车载气瓶隐患相当严重。此外，由不合格厂家安装或私自安装车载气瓶导致气瓶工艺质量不合格而引发的安全事故也不在少数[7]。在统计的100起CNG加气站事故中，因为加气车辆气瓶问题而引发的爆炸事故共有6起，而且由于事故发生点位于加气现场，车辆和人员密集，因此此类事故一旦发生，造成的经济损失相当严重，社会影响极其恶劣。

（二）CNG加气站关键工艺操作危险性分析

CNG加气站的各个系统均在高压下连续进行，而系统中的物料（天然气）又是甲类易燃气体，对设备和管路的要求很高，对各项设施设备的操作和检维修也较为频繁。如果在运行中操作不当就很容易造成设备和管路破损泄漏，引发机械伤害、触电、中毒、燃烧、爆炸等事故。

有的放矢的安全管理对策

从CNG加气站安全管理的原则来说，主要有以下原则：①可行性原则，现实的安全管理措施要从CNG加气站的实际情况出发进行考虑，力求做到切实可行；②有效性原则，安全管理措施要做到切实有效，不能搞形式主义；③针对性原则，根据已识别出的CNG加气站的各个危险点，具体到每一样设施设备、每一项工艺操作，有针对性地进行分析；④成本效益原则，CNG加气站的安全管理非常重要，但并非是不计成本，需要对投入和收效做出缜密地分析，力求在确实保障安全的前提下以最小的成本达到最大的效益。

就CNG加气站具体的安全管理对策来说，主要有两个着眼点：一是从技术层面着眼，包括排查和消除各种设施设备本身存在的缺陷和隐患，配置和完善能够消除和减小风险的各项设施设备和技术手段，从安全的角度优化和改进各项工艺操作流程等；二是从管理层面着眼，包括制定和完善各项安全管理规章制度、应急预案以及建立相应的风险预警机制等。

根据前面所述CNG站的事故统计和各项危险性分析，可以看出，设施设备的失效（原因主要包括设备本身存在质量问题、超压运行、安全附件失灵、维护保养不当等）是CNG加气站发生事故的主要原因，但人为因素和环境因素也会给CNG加气站带来较大的安全隐患。人为因素包括员工的违章操作和外来人员的不安全行为，而导致员工违章操作的原因主要是安全教育工作和技能培训工作不到位，外来人员的不安全行为的原因主要是安全宣传工作和安全监管工作不到位。环境因素则较为复杂，主要包括建筑物防火设计不当、存在多种引火源以及天然气气质不达标等问题。同时，这些人为因素和环境因素又会加剧设备的失效。此外，造成CNG加气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，没有认真落实应急预案及建立相关事故预警机制。

因此在建章立制方面需要建立一整套严密和可操作的制度。

一、制定“一书一卡”制度

“一书一卡”即“关键设施设备操作规程书、常用设施设备操作卡”。 一书一卡包括内容为基本信息（设备编号、操作时间、操作人、监护人、指令单位等）、风险提示及对应应急处置程序、准备工作及操作步骤等。操作规程书按照岗位划分，以书本的形式放置于员工书柜，定期或不定期进行学习和考核，操作卡按照岗位划分，以活页夹的形式放置，保证岗位员工人手一册。 “一书一卡”制度的制定，主要是出于对CNG加气站设施设备监控、操作、维修和保养工作的专业性、频繁性以及重要性的考虑，切实提高员工的业务水平，保障设施设备的正确操作和运行。

二、建立事故预警机制及预警系统

CNG加气站事故的预警，主要还是指对于天然气泄漏的预警。对CNG加气站设施设备的各个部分、工艺流程的各个环节中可能发生的天然气的泄漏事故，进行风险分析，建立相应的预警机制，做到及时预警、快速反应和有效控制。

其次是建立预警系统，一套完善的预警系统需要充足的人员配置、资源配置以及先进的技术手段作保障。一是可以借助视频图像和多参数传感器（如温度传感器、压力传感器等）的配置等技术手段，对CNG加气站的各个区域以及整个生产销售过程进行全时段全方位的监管，所采集的相关的图像信息和设备运行参数信息可以通过专业的电脑软件进行综合分析，对分析结果为异常的部分再进行相应的诊断，及时排查运行过程中可能出现的天然气泄露。二是可以建立可燃气体报警系统，可燃气体报警系统包括可燃气体检测探头和可燃气体报警器，通过在天然气可能发生泄露的关键区域安置可燃气体报检测探头，在设备控制室或值班室内安装可燃气体报警器，这样一旦因为天然气泄露造成局部天然气浓度增大，工作人员就可立即接到警报并快速反应进行处理。

通过制定严格的规章制度，使加气站员工能够按规定行事，避免很多由于人为因素而造成的事故。与此同时，由于CNG加气站工艺流程的特殊性和复杂性，要有针对性地对员工进行安全教育培训，努力提高员工的专业素质，使他们能够胜任各种新设备、新技术、新规范所带来的严格要求。确保员工在操作前能够认真检查设备的工艺状况、温压条件、安全附件、防护用具以及周围环境等，并且在确认所有条件满足操作要求后进行操作，并且在操作后能够对设备进行相应的安全检查工作，确保设备运行平稳、阀门开闭状态正确、安全附件完好有效等。

三、在环境方面，站内整体布局考虑防火设计。

首先，对CNG加气站内所有建、构筑物的布局应充分考虑到对可能发生的火灾爆炸事故进行预警、快速处理和紧急撤离等措施的安全性和便捷性，比如布置有可燃气体或液体的设备的建筑物门窗应向外开启，并应按规定采取泄压措施；当压缩机间与值班室、仪表间相邻时，值班室、仪表间门窗应位于爆炸危险区范围之外，且与压缩机间的中间隔墙建为无门窗洞口的防火墙等。

其次，站内的所有建、构筑物必须符合国家有关防火的法规和规范，注意其耐火等级不应低于二级。此外，站内压缩天然气工艺设施与站外建、构筑物的防火距离、站内主要设施之间的防火安全距离都应符合《汽车加油加气站设计与施工规范》（GB50156）的相关规定[8]。

与此同时，要保证天然气气质达标。可以说这是保证CNG加气站的本质安全。应根据CNG加气站气源的气质情况设置相应的脱水以及脱硫设备，对站天然气在压缩前和压缩后进行净化处理，脱去天然气中的硫、水以及杂质，防止对压力容器、天然气管道以及车载气瓶的腐蚀。对脱水剂（通常选用的是4A型分子筛）应做到及时更换。在CNG加气站的日常运行管理中，应当每日进行气质检测并将检测结果公示。

总之，CNG 加气站安全管理的目标是消除和防范不安全事件的发生，降低应急管理的成本，使有限资源得到最大的发挥。它能够在更基础的层面实现管理的优化，比应急管理更能从CNG 加气站的基础层避免损失的产生，并且能将潜在危险预防整合于 CNG 加气站的发展规划和决策之中。

（本文获中国石油企业协会行业部级2016年度全国石油石化行业管理现代化创新优秀论文一等奖）

作者单位： 中国石油四川销售成都分公司