天然气储配站罐区的重大危险源识别与风险控制

重庆万州燃气有限公司 魏 彬 苏长远

作为城镇燃气运转枢纽的天然气储配站，担负着接收上游来气、储气调峰、调压计量和配气等功能。它的安全状况好坏往往决定着整个城市燃气供应系统是否能够实现安全平稳供气。为保证天然气储配站，尤其是其储罐区的安全运行，需对其进行重大危险源识别、风险评价及控制，即通过风险评价找出控制点，并采取对应的安全管理措施。

1 重大危险源风险评价法介绍

重大危险源风险评价法是基于大量的火灾和危险化学品泄漏燃烧爆炸事故等基础上的统计分析。根据评价单元材料的危害性和工艺设备的危险性，分析事故的原因，评估事故的影响范围及可能造成的人员伤亡和经济损失，并找到预防和控制管理措施。

易燃、易爆、有毒重大危险源评价方法是国家经贸委安全科学技术研究中心《易燃、易爆、有毒重大危险源辨识评价技术研究》“八五”国家科技攻关中提出的风险评价方法，其中提出得重大危险源风险评价指标体系，如图1所示。

图1 重大危险源风险评价指标体系

重大危险源的评价分为固有危险性评价和现实危险性评价。后者是在前者的基础上考虑各种危险性的抵消因子，它们反映了人在控制事故发生和控制事故后果扩大方面的主观能动作用。固有危险性评价分为事故易发性评价和事故严重度评价。事故易发性取决于危险物质事故易发性与工艺过程危险性的耦合。评价数学模型为：

式中：A——现实危险性；

(B111)i——第i种物质危险性的评价值；

(B112)j——第j种工艺危险性的评价值；

Wij——第j种工艺与第i种物质危险性的相关系数；

B12——事故严重度的评价值；

B21——工艺、设备、容器、建筑结构抵消因子；

B22——人员素质抵消因子；

B23——安全管理抵消因子。

一般按A值大小将重大危险源分为4级，作为重大危险源监控管理的依据，其中：A≥3.5为1级，2.5≤A＜3.5为2级，1.5≤A＜2.5为3级，A＜1.5为4级。

2 万州燃气桐元储配站概况

2.1 储配站布局

桐元储配站规划建设4座容积为5 000 m3的高压储气球罐，目前已建成投产2座。根据功能分区布置，如图2所示，储配站分为输配区、球罐区和生产辅助区域。其中球罐区内设4个球形储罐，呈一字排列(建成2座，预留2座)。

图2 桐元储配站平面示意

储罐的设计压力1.6 MPa，最大储气能力为16万m3，取天然气密度为0.717 4 kg/m3后计算可得该罐区天然气最大储存量约为110 t，超过GB 18218－2018《危险化学品重大危险源辨识》规定的50 t临界值，因此该站的天然气球形球罐区构成了重大危险源，应当进行重大危险源的申请备案登记。公司现已完善重大危险源的申报手续，并向当地经济与信息化委员会和安监局登记备案。

2.2 工艺流程

储配站接收作业区万州末站的来气，进站后的高压天然气(2.0～3.5 MPa)首先进入汇管一，经过滤分离、孔板计量后进入一级调压系统(A组和B组调压器，一开一备)调压，降压后的压力为1.52 MPa(次高压)；然后进入汇管二，在城市管网在用气低谷时，一路天然气直接进入球形储气罐，其它天然气由站内二级压力调节系统(C组和D组调压器，一开一备)调压，减压后的压力为0.35 MPa(中压)；最后进入出站埋地管道，并通过超声波计量表计量、加臭装置加臭后向城市中压管网供气，如图3所示。

图3 储配站工艺流程

3 球罐区危险源识别

3.1 储存介质

球罐区的主要储存介质是天然气，主要成分是甲烷CH4(通常含量占95%以上)，还含有少量可燃烃和杂质等。天然气比空气轻，易燃易爆，一旦泄漏与空气中的氧气混合达到一定浓度，遇火源会发生燃烧或爆炸。因此该过程涉及的主要危险和有害物质是天然气。

3.2 球罐及其附属设施

3.2.1 球罐

球罐的危险因素有球罐破裂、球罐腐蚀、球罐爆裂、球罐疲劳、球罐附属设施渗漏等。

3.2.2 连接管道、阀门和法兰

连接管道、阀门和法兰的危险因素有焊缝破裂或法兰等连接件泄漏、基础沉降或外力破坏导致管道设备变形和断裂、进出球罐的阀门以及其它连接设备的法兰损坏等。

3.2.3 安全设施

当上游来气压力超过球罐设计压力时，设置于球罐顶部的安全放散阀理应起跳泄压，保证球罐的安全。同时设置的压力远传信号要实时向值班控制室输送报警。当安全设施失效时，导致超压超限而引起设施设备破坏。主要安全设施有安全阀、压力传感器、进球罐电动阀和压力表等。

3.3 环境危险因素

环境的危险因素可从自然环境和社会环境两方面进行分析。前者主要指暴风骤雨或地震滑坡等不可抗力对管道造成的破坏，因此，储罐不得在有断层、山体滑坡泥石流等地质灾害的区域建造。后者主要包括抛射物打击、施工损坏和故意破坏或恐怖袭击等的第三方损害。

4 重大危险源风险评价和控制

4.1 重大危险源风险评价

4.1.1 损坏／破坏半径

球罐区域的风险主要是天然气泄漏引发燃烧爆炸。以单个储罐破裂泄漏为例进行计算蒸气云爆炸损伤破坏半径（具体计算公式略），计算结果见表1。

表1 蒸气云爆炸损伤破坏半径

4.1.2 事故易发性（B11）评价

事故易发性评价可以从物质事故易发性和工艺事故易发性两方面进行：

(1)物质事故易发性B111状态值来自与天然气灵敏度相关的物理和化学参数，即爆炸气体特性G，包括最大安全缝隙、爆炸极限、最小点燃电流、最小点燃能、引燃温度共5个方面，经综合计算天然气事故易发性B111＝44.8。

(2)工艺事故易发性B112从21个工艺影响因素中发现了罐体运行的实际危险性，并在以下几个方面具有特殊性能，构成了一个过程事故。物质事故易发性与过程事故易发性之间的相关性由相关系数Wij表示，如表2所示。

表2 工艺过程事故易发性B112相关系数Wij

4.1.3 事故严重度B12评价

事故的严重程度用符号B12表示，反映了事故造成后果的严重程度，包括人员伤害和财产损失，以及人员损失转化为的财产损失(万元)，计算公式如下：

式中：C——财产破坏价值，万元；

N1，N2，N3——事故中死亡、重伤和轻伤人数。

事故的严重程度B12取决于损坏半径和圆形区域的财产价值及伤亡人数，计算结果为4 968.85万元。

4.1.4 固有危险性B1及危险性等级

储罐区的固有危险性B1，其计算公式为：

4.1.5 抵消因子B2及单元控制等级评价

(1)评估工艺设备和建筑物的抵消因素

工艺设备和建筑物抵消因素主要包括：设备维护、防爆装置、惰性气体保护、紧急冷却、紧急电源、电气防爆、防静电、避雷、阻火装置、过程参数控制、泄漏检测装置和响应、故障报警和控制装置、意外排放和处理、工厂通风、建立减压、设备监控、工厂结构、工业下水，共18个方面的评估。

建立“工艺设备和建筑物抵消因素评估表”评估总分为267分，通过现场评分，得出过程设备和建筑物抵消因子评价的实得分为168分。

(2)危险岗位操作人员素质评价

根据分析系统中人员的行为特征，从操作人员资格、人员的熟练性、人员的操作稳定性、岗位操作人员的负荷等方面分析人员的可靠性，进行人员素质评价。经过分析，人员的合格性R1=1，人员的熟练性R2=0.916 7，人员的操作稳定性R3=0.9，岗位操作人员的负荷因子R4=1，综合评价单元人员素质的可靠性Ru=0.825。

(3)安全管理评价

安全管理评估的主要用来评价单位管理规章制度及管理措施的制定及实施状况的绩效。安全管理评价指标体系共有10个项目，72个指标组成，总分为1 000分。通过对安全生产责任制、安全生产教育、安全技术措施计划、安全生产检查、安全生产规章制度、安全生产管理机构及人员、事故统计分析、危险源评估与整改、应急计划与措施、消防安全管理共10个方面的评价，得出安全管理评价的实得分为875分。

(4)抵消因子的关联计算，通过计算公式：

进行计算后，得出综合抵消因子B2为0.058 0。根据单位风险控制水平分级标准，如表3所示，球罐区域控制水平为C级。

表3 危险控制分级标准

4.1.6 现实危险性

由于偏移系数的偏移和控制，球罐区域的实际爆炸风险已大大降低。球罐区域爆炸的现实危险性A与固有危险性B1和抵消因子B2有关。

按公式计算得出A=B1B2=23 017 303.23×0.058 0=1 335 003.587。

综合上述，罐区评价结果汇总见表4。

表4 评价结果汇总

从上表可以看出来，球罐区域的风险等级为4级，控制等级为C级。因此，控制能力和危险程度相匹配，控制能力达到危险等级要求的C级，表明球形储罐区的安全措施和安全管理已达到较为理想的状况。

4.2 重大危险源风险控制

4.2.1 重视储罐区本质安全

要做到储罐区的本质安全，需要重视建设过程，严把工程质量。在储罐建设阶段优选设计单位，做好施工材料及设备选型；建设过程把控施工质量，严格竣工验收，做到交付使用前储罐区本质化安全。储配站建设前期经过充分调研论证，建议选择设计单位作为牵头单位组成设计、制造和安装施工联合体，采用EPC总承包的方式，进行储罐及附属设施的安装。专业的事情交给专业的单位去做，对于技术难度高，施工难度大的大型储罐建设值得借鉴。

4.2.2 做好设施设备维护保养

依据本文储罐区安全风险分析评价识别出的风险点和对应的安全管理措施，制定和完善设施设备的维护保养规程及安全管理规章制度，签订员工目标责任书，落实岗位责任制，并加强日常的安全检查和监督考核，强化日常运行的安全管理水平，确保储罐区设施设备的安全平稳运行。

4.2.3 重视安全风险评价

在做好安全风险分析评价的基础上，借助第三方机构的消防安全评价、安全现状评价及环境风险评价等提出的改善建议，完善安全管理工作。按照球罐周期检验要求做好定期的开罐检验工作。

4.2.4 做好应急管理工作

针对天然气储配站的生产实际，模拟事故工况场景，制定专项安全应急救援预案，并定期进行实战演练，防患于未然，并且做好“事后控制”。完善应急指挥机构及职责，规范事故及事故险情信息报告，制定并细化应急处置措施（如天然气泄漏应急处置措施，火灾、爆炸事故应急处置措施等）。

5 结语

天然气经营企业采用高压储气球罐进行企业用户的小时和日调峰是较为普遍的选择。天然气储配站储罐区往往会构成重大危险源，其安全管理受到各级政府监管部门和天然气经营企业的重视，储罐区的安全风险分析评价工作在指导储罐区设计、施工、验收以及日常运行维护管理和事故预防等方面起到了重要作用。为降低天然气储配站储罐区发生泄漏、火灾和爆炸的风险性，需要从“人、机、环和管理”等四个要素入手，做好“事前”“事中”和“事后”三个环节的控制，确保储罐区乃至整个天然气储配站的安全运行。

本文重大危险源风险评价主要集中在储配站的储罐区，而储罐区的安全运行离不开中石油中石化等上游站场的运行调度以及储配站工艺区压力调节和供用气综合调度等要素。要实现天然气储配站安全平稳输供气的功能，需要进一步综合考虑上游供气站场的运行调度，以及储配站工艺区调配功能的实现等各项因素。天然气储配站储罐区重大危险源的监管仍然需要向石油化工行业多多学习和借鉴，以进一步提升储配站的安全管理水平。