天然气工程中的重大危险源辨识与应急响应

孙克新

(哈密新捷燃气有限责任公司，新疆 哈密 839000)

0 引言

天然气作为一种重要的能源资源，广泛应用于工业、家庭和交通等领域。然而，天然气工程的建设和运营中仍然存在潜在的安全风险和危险源，一旦发生事故，可能会造成严重的人员伤亡和财产损失。因此，对天然气工程中的重大危险源进行辨识和应急响应的研究与实践具有重要意义。

1 天然气工程概述

1.1 天然气工程的定义

天然气工程是一个广泛而复杂的领域，其定义涵盖了许多方面。一般来说，天然气工程是指涉及天然气开发、生产、运输和利用的综合性工程项目。这些项目包括天然气田的开发、井口设施的建设、管道的铺设和连接、处理厂的建设和运营，以及天然气的储存和分配等方面[1]。天然气工程的定义还可以从多个角度来理解。从技术角度来看，天然气工程涉及地质勘探、钻井工程、油气田开发、管道输送、加工处理等多个专业领域。从经济角度来看，天然气工程需要综合考虑投资回报、市场需求、成本效益等因素，以确保项目的可行性和经济性。从环境角度来看，天然气工程需要遵守环保法规，采取环保措施，减小对环境的影响。

1.2 天然气工程的发展历程

天然气工程作为能源领域的重要组成部分，其发展历程与世界天然气产业的发展紧密相连。早期的天然气工程主要局限于天然气的发现和初步应用，人们开始意识到天然气作为一种能源的潜力，并尝试将其用于照明和加热等领域。然而，由于缺乏技术和基础设施，这一阶段的天然气工程规模较小，发展缓慢。直至进入21 世纪，随着科技的飞速发展，新型天然气工程应运而生，这一阶段的特点是工程的智能化、数字化和环保化。以数字化技术为基础，天然气工程实现了远程监控、数据分析和预测等功能，提高了运营效率和安全性。同时，在环保要求日益严格的背景下，天然气工程更加注重环境保护和资源节约，推动清洁能源的发展。

1.3 天然气工程的分类和应用领域

在天然气工程中，勘探工程是第一步，旨在通过地质调查、地球物理勘探、钻探等手段，确定天然气的储量、分布、质量等情况。通过钻井、完井、采气等作业，将地下天然气开采出来，并对其进行初步处理，如去除杂质、水分等。随后对天然气进行进一步的处理，如脱硫、脱水、压缩等，以满足不同用户的需求。天然气工程主要的应用领域在于民用领域、工业领域、交通领域、化工领域。在实际的法律规定中，《中华人民共和国石油天然气管道保护法》规定了管道保护的范围、责任主体、保护措施等内容，以确保管道的安全运行。《中华人民共和国能源法》规定了能源发展的总体要求，包括能源结构调整、能源技术创新、能源安全保障等内容，以确保能源的可持续发展。

2 重大危险源辨识

2.1 重大危险源的定义和分类

在生活和工作中，安全问题始终是首要考虑的问题。而重大危险源，作为一种潜在的巨大安全风险，是必须深入了解和严加防范的对象[2]。下面从定义和分类两个角度，对重大危险源进行详细的解读。

首先，从定义上来看，重大危险源是指那些长期或临时地生产、加工、搬运、使用和储存危险物质的单元，其危险物质的数量等于或超过临界量。这个定义明确告诉我们，重大危险源的判断标准不仅仅是危险物质的存在，更重要的是其数量是否达到或超过临界量。只有当这两个条件同时满足时，才能称其为重大危险源。

其次，从分类的角度来看待重大危险源。根据危险物质的性质和特点，重大危险源可以分为两大类：

一类是危险物质本身。如煤矿井下的瓦斯和煤尘、炸药、雷管等，这些物质在一定条件下，可能引发重大事故，对人的生命安全和环境造成严重威胁。因此，需要对这些物质进行严格的监控和管理，避免发生事故。

另一类是限制和约束。这主要指因限制危险物质的措施失效或被破坏而有可能发生的重大生产事故的不安全约束。这类危险源的存在，往往是由于在安全管理上出现了疏漏，使原本应该受到限制的危险物质失去了约束，从而引发了事故。因此，这类危险源要加强安全管理，确保所有的安全措施都能够得到有效执行。

2.2 天然气工程中常见的重大危险源

在天然气工程中，安全始终是最为重要的考量。由于天然气本身即为危险化学品，其处理和储存涉及的风险不容小觑。针对《危险化学品重大危险源辨识》中提到的甲烷、天然气等危险化学品，有必要深入了解其在天然气工程中的重大危险源，确保工程安全，避免事故的发生。

甲烷和天然气属于危险化学品，其临界量为50 t。这意味着一旦储存或使用量超过这一临界值，就有可能构成重大危险源。以100 Nm3LNG 储罐为例，其设计容量为44 t，但实际使用中为确保安全，储量不应超过设计储量的90%，即约为39.6 t LNG。从这一数据看，单体100 Nm3的LNG 储罐的储量并未超过50 t的临界量。

在实际情况中，LNG 场站通常采用双储罐设计，即设计2 台或2 台以上储罐。这种设计的目的是确保在某一储罐出现问题时，其他储罐仍能正常工作，确保供气的连续性和稳定性。但这也带来了一个新的安全问题，那就是储罐间距。过小的储罐间距可能导致储罐之间互相影响，甚至引发连锁反应，对安全造成威胁，而过大的储罐间距则可能导致土地资源的浪费和基建成本的增加。因此，在储罐间距设计中，要考虑LNG 特性，根据GB 18218—2018 《危险化学品重大危险源辨识》开展危险化学品重大危险源辨识，从而合理落实安全生产投入，加强安全管理，保障安全生产。这具有明显的社会经济效益，不仅有助于保护企业的员工和财产安全，也有助于防止危险化学品事故对周边环境和社会造成的影响。

2.3 天然气工程中重大危险源的辨识方法

在天然气工程中，重大危险源的辨识是确保工程安全与稳定运行的关键环节。为明确并辨识重大危险源，必须依据GB 18218—2018 的标准和要求进行。在天然气工程中，由于天然气本身属于危险化学品，因此有可能构成重大危险源。而且天然气工程通常涉及的生产和使用环节都需要进行详细辨识，根据《危险化学品重大危险源辨识》的定义，生产单元和储存单元是涉及危险化学品的重点区域。

在天然气工程中，生产单元主要是指天然气的处理和输送设施。而储存单元在多数天然气工程中并不常见，因为天然气通常是通过管道连续输送，不像液体化学品那样需要大规模的储存设施，但任何临时的储存或缓冲设施仍需被视为储存单元进行辨识。以单一品种与多品种的辨识为例，对单一品种的危险化学品，如本项目中的天然气，其数量如果等于或超过临界量，那么该单元即被定为重大危险源；对多品种的危险化学品，计算则更为复杂。但在天然气工程中，大多数情况下只处理天然气这一种危险化学品，因此很少涉及多品种的计算。如上所述，天然气的存储和使用都是通过管道进行的，对管道的辨识包括对其长度、直径、存储量等进行精确计算，并根据天然气的密度等物理属性，换算成重量，然后与临界量进行对比。危险化学品重大危险源辨识表如表1 所示。

表1 危险化学品重大危险源辨识表

天然气管道内体积为3.14×0.042×50=0.25 m3。在标准状况下天然气的密度为0.71 kg/Nm3，则管道内重量为0.71×0.25≈0.178 kg=0.000 178 t。

以某公司为例，其使用的天然气管道型号为DN80，长度为50 m。经过一系列计算，得出管道内的天然气重量为0.000 178 t，远低于50 t 的临界量，因此判断该管道不构成重大危险源。为了确保安全，还要对管道进行定期的检测和设备维护，确保其完整性和安全性。任何细微的泄漏或破损都可能导致危险情况的发生，因此技术性辨识不仅仅是在初始设计阶段，更在于日常的运行和维护阶段。为确保工程的安全和稳定，必须严格按照《危险化学品重大危险源辨识》的标准进行辨识，并采取相应的措施确保所有设施都运行在安全范围内。

3 应急响应措施

3.1 天然气工程应急响应的基本原则

天然气工程作为涉及危险化学品的重要领域，应急响应的计划和执行至关重要[3]。在面对突发情况时，如何迅速准确地做出反应，减少事故损失，保障人员安全和环境保护，是每一位工程人员必须具备的能力。首先，坚持预防为主，通过定期对天然气设施进行检查维护，确保其运行在正常状态；其次，采用先进的技术手段，如可燃气体检测报警仪，实现实时监控，一旦数据异常，能够迅速发出预警，启动应急响应。可燃气体检测报警仪是通过实时检测环境中的可燃气体浓度，一旦浓度超过预设的安全阈值，就会触发报警的装置。其核心技术是基于气体传感器，将环境中的气体浓度转化为电信号，再经过处理显示成相应的浓度值。气体浓度如式(1)：

式中：C为可燃气体浓度；Vs为传感器输出电压；S为传感器灵敏度；Va为环境中的气体体积。

报警阈值设置如式(2)：

式中：T为报警阈值；Csafe为安全气体浓度；α为安全系数(通常取0.1～0.2)。

一旦监测到的气体浓度超过报警阈值T，报警仪会迅速发出预警，从而启动应急响应。紧急切断装置是用于在事故发生时，迅速切断气体供应的装置，其关键技术是快速响应阀门和控制系统。事故扩大预防评估如式(3)：

式中：R为事故扩大预防率；Pbefore为切断前的事故扩散概率；Pafter为切断后的事故扩散概率。

通过设置紧急切断装置，可以确保在事故发生的第一时间切断气体供应，使Pafter降至最低，从而达到防止事故扩大的效果。当事故发生时，首要任务是切断事故源。例如，储罐等压力容器应设置紧急切断装置，确保在第一时间能够切断气体供应，防止事故扩大。

3.2 天然气工程应急响应的组织架构

天然气工程应急响应是一个复杂而关键的任务，要有一个清晰高效且协调的组织架构来支撑[4]。应急响应指挥中心是天然气工程应急响应的核心机构，它负责协调、指导和监督整个应急响应过程。该中心通常由工程管理部门的高级领导担任指挥长，具备丰富的经验和决策能力。指挥中心下设各个部门，负责具体的应急响应任务。天然气工程应急响应组织架构如图1 所示。

图1 天然气工程应急响应组织架构

3.3 天然气工程应急响应的措施和技术手段

一旦发现异常情况，首要任务是进行初步评估，包括确定事故类型、范围及可能的危害。随后，应立即启动报警系统，通知相关人员。为了确保安全，防止事故扩大，必须对事故现场进行隔离，可以通过设置安全警戒线、疏散人员等方式实现。根据事故的性质和严重程度，选择相应的应急响应计划[5]，这些计划通常包括详细的行动步骤、资源需求和责任分配。借助可燃气体监测报警仪等先进设备，实时监测天然气工程的运行状况，数据分析技术能够迅速识别异常数据，为决策者提供关键信息。

在天然气工程中，危险源的辨识和应急响应是确保安全运行的两大核心要素。下面将通过一个天然气工程重大危险源辨识的案例，详细分析其应急响应的过程和措施。

某大型天然气储存和处理设施位于人口稠密的工业区。该加气站有一座100 m3LNG 储罐，一套3.9 m3的CNG 储气瓶组，2 个LNG 加液位，3 台CNG 加气岛。液化天然气使用专用运输车运输，在卸车台经过增压器增压后使燃气进入低温储罐，存储压力为0.3 MPa，存储温度为-145 ℃。加气过程中，LNG 通过潜液泵供给，CNG 经过汽化和压缩过程后，供给设备。某天，设施内的监测报警仪突然发出警报，显示某一区域的天然气浓度异常升高。天然气工程危险源的辨识和应急响应如表2 所示。

表2 天然气工程危险源的辨识和应急响应

如表2 所示，在该项目中，LNG 储罐容量为100 m3，CNG 储气瓶组容量为3.9 m3，说明设施规模较大，一旦发生泄漏或事故后果可能较为严重。针对这些危险源，应急响应措施必须加倍重视，对天然气浓度异常升高的警报，应立即启动应急响应机制，关闭相关阀门，停止运输和加气作业，疏散人员，并通知消防、环保等相关部门进行处理。加强与周边社区的沟通和协作，向周边居民宣传天然气安全知识，增强学生的安全意识和自救能力。

最终，通过设备的监测与维护，本次事故造成人员伤亡数为0 人，设施的损失程度较低，周边居民受到的影响范围小，环境污染程度较低，有效控制了环境污染。处理时间为2 h，快速解决了气体泄漏问题，避免了对环境造成二次污染。

4 结语

综上所述，天然气工程能够准确辨识天然气工程中的重大危险源，并采取相应的应急响应措施，能够有效提高天然气工程的安全管理水准，进而保障公众的安全和环境的保护，这对实现天然气工程的可持续发展具有重要意义。在未来，天然气管道危险辨识仍然需要加强预防措施，推动天然气工程的安全管理不断优化和提升。