LNG/CNG加气站的危险特性及防火防爆管理措施研究

作者简介：

方荣丘（1979- ），男，壮族，广西武鸣人，本科，中级职称，研究方向：市政和燃气。

摘要：

随着能源和环境压力的不断加大，天然气汽车在交通领域节能减排和优化能源结构中发挥着重要作用。天然气具有环保性、经济性、安全性等，被公认为是最为现实和技术上较成熟的车用汽油和柴油的代用燃料，在我国四川、新疆、内蒙古、宁夏等省份LNG和CNG合建站得到了大力推广和应用。天然气本身具有易燃易爆的危险属性，火灾爆炸事故的发生会造成严重的财产损失和人员伤亡。本文通过对加气站出现过的事故案例进行研究，分析了加气站主要的危险因素，提出防火防爆的安全防范措施和建议。

关键词：LNG和CNG加气站；事故案例；危险因素；防火防爆措施

引言

2011年徐州某L-CNG加气站LNG储罐根部阀发生泄漏引发大火，火苗蹿起20多米高，经消防支队15辆消防车近6个小时的现场处置才将险情控制住；某加气站在加气过程中突然出现漏气声，随后一团火球升腾而起，经站区工作人员全力处置才将火扑灭，造成一车烧毁一人烧伤的事故。LNG和CNG加气站销售的产品是天然气，将气体或液体压缩后经加气机给汽车加气。根据加气站的工艺情况，LNG和CNG加气站存在以下危险特性。

一、天然气本身的危险性

（一）易燃易爆性质

LNG和CNG的主要成分都是甲烷，并含有少量乙烷、丙烷、丁烷等其他杂质。LNG和CNG储存的物态形式不同，LNG是天然气在常压低温液态下储存，液态密度是450KG/m3。CNG是高压气态储存，气态密度0.7KG/m3。气态天然气比空气轻且容易扩散，爆炸范围是5%-15%，最小的点火能是0.28焦耳。从以上参数可以看出天然气的爆炸下限较低，引发燃烧和爆炸的点火能量非常小，泄漏后容易形成爆炸性的混合性气体，遇明火就会发生燃爆事故。

（二）中毒与窒息特性

天然气本身无毒，但是天然气在低凹位置或室内大量泄漏时会降低室内空气的氧含量。环境中的氧含量低于18%时，人体就会有缺氧症状，随着氧含量的降低，会出现呼吸加速、脉搏加快，血压升高的不良现象，严重者出现缺氧窒息。

（三）高压危险性

CNG和LNG加气工艺都是要通过压缩机或潜液泵压缩加压后给加气机加气的，所涉及的设备、容器和管道都是中、高压承压类设施，特别是CNG的工艺压力达到25MPA。高压会增加泄漏风险及加速腐蚀，反复充装和卸压会使压力容器和管道产生疲劳。安全设施的失效会有超压的可能，出现容器破裂泄漏或爆炸，高压运行下的设备设施接头会因振动、温度、使用环境等因素导致崩脱伤人及泄漏。

（四）低温危险性

低温危险性主要出现在LNG的储存和加液工艺中。LNG是在-162℃下储存，在储存过程中有低温冻伤、材质低温脆性断裂的危险以及不同密度和温度的LNG在储罐内混合时可能发生翻滚现象。

（五）火灾爆炸的危险性

从甲烷的理化特性可以看出其爆炸范围为5%-15%，天然气泄漏后遇火源引发的火灾爆炸是LNG/CNG加气站最大的危险因素，因天然气火灾具有燃烧速度快、燃烧热值高、扩散能力强、火势蔓延迅速等特征，因而天然气的火灾爆炸具有危害性后果大、难以处置、社会影响大等特点[1]。

二、加气站的防火防爆措施

（一）防止可燃可爆系统形成的措施

1.腐蚀泄漏。管道、容器的腐蚀分为外腐蚀和内腐蚀，外腐蚀主要是管道材质与外部环境腐蚀性的介质接触后引起的腐蚀，是外防腐层失效后电化学腐蚀引起的，外腐蚀的隐患容易识别和处理难度也相对要小些，在管道施工时应加强管道施工的工序管理，加设阴极保护系统在保证防腐质量的前提下可缓解管道的外腐蚀。内腐蚀是油气管道主要的腐蚀形式和破坏因素之一，将严重降低管道的承压能力、使用寿命和运行的可靠性。主要是管内流体介质内有水分、硫化氢、CO2、应力腐蚀等引起的腐蚀。内腐蚀在平常的管道巡检中不易发现，只能经专业的检验检测手段才可以发现问题的存在，隐患的存在更具隐蔽性。所以在工艺设计和管道材质的选择中应特别注意，除了选择能耐流体介质腐蚀的材质外，还要考虑管道设计使用周期内的腐蚀余量以及管道的流速应在规定范围内。

从内腐蚀机理可以看出天然气的气质质量对于设备、管道和容器的内腐蚀有重要的影响，应加强进站天然气质量的在线监测。根据GB17820-2018《天然气》和GB18047-2017《车用压缩天然气》这两个标准，国家对于压缩天然气的气质标准规定如表1所示。

两类气质的天然气进站后如果硫化氢和CO2含量超标，不能满足CNG的气质标准，就要对其进行脱硫、脱酸、脱水净化处理。介质内的硫化氢、CO2和水含量超标的危害后果是对管材产生电化学酸性腐蚀、导致管道脆化产生裂纹以及管道内壁腐蚀后减薄穿孔造成泄漏，水含量超标除了可能会造成CNG管路冰堵外，气体中含有硫化氢和二氧化碳还有加速腐蚀的作用，所以压缩天然气的气质指标要求高，对于硫化氢和CO2及含水量有着严格的要求，对进站天然气进行净化处理加强气质的在线监测保证气体质量符合国家标准，是减少对在用的设备、管道、容器、气瓶内腐蚀的一项重要基础性工作[2]。

2.设备设施缺陷引起的泄漏。接头跑冒滴漏、管道接头焊口开裂，设备振动造成管道接头的脱落，压缩机填料密封失效引发的泄漏。在工艺设计上CNG的管道接头尽量使用焊接连接或法兰连接，不得使用卡套接头。LNG的管道因低温特性，在使用过程中管道会热胀冷缩，法兰连接处极易出现泄漏，因而低温管道的接头也应尽量使用焊接而非法兰连接。

3.安全防护设施失效引起的泄漏。压缩过程中的安全阀及相关的压力联锁等设施的失效会造成设备、管线和容器超压运行，增加了设备的运行风险和泄漏风险。加强安全附件、联锁装置检测元件的定期校验，保证处在完好适用的状态，避免设备的超压运行。

4.操作不当引起的泄漏。汽车意外失控冲撞站内燃气设施或末拔枪而启动车辆拉倒加气机造成接头崩脱。加气枪在加气过程中因O型密封圈磨损导致密封不严泄漏，此时若加气枪头与汽车电瓶的接线柱有打火短路接触产生火花，极易引燃天然气泄漏后形成的可燃混合物。因此，在工艺设计上要考虑人为操作失误时带来的风险，为加气站内的燃气设施增设防撞栏，为加气机加气柱加装拉断阀，勤换枪头磨损的密封圈以及在加气过程中不能拉扯和转动高压枪头，以免造成密封圈变形渗漏[3]。

5.工艺措施。在工艺设计上尽量采用露天式或敞开式的布置，利用天然气轻于空气利于飘散的特点，即使出现泄漏也不至于出现可燃可爆的积聚空间。放置于室内的燃气设施加强自然通风和机械通风以及在区域内易形成和积聚爆炸性气体混合物的地点设置检测装置，当气体浓度接近爆炸下限的50%时发出警报，与安全联锁装置一起切断气源和电源，从工艺的本质安全上保证运营安全。

（二）消除各类点火源

根据加油加气加氢站内爆炸危险区域的等级和范围的划分标准，以爆炸性混合气体出现的持续时间和频繁程度分为0区、1区、2区，不可能有易燃物质释放或有易燃物质释放最高浓度不超爆炸下限的10%划为非防爆区[4]。天然气的点火能量非常小只有0.28焦耳，泄漏后形成的可燃可爆混合气体一旦碰到明火或火花就会造成火灾或爆炸事故的发生，所以在加气站运营中应采取以下措施严控各种火源。

1.电气设备的选型上，所有在防爆区域范围内的电气设备均应选用适用于该危险区域中的防爆电气，且电线全部为铜芯电缆和中间严禁有接头，明敷线路的应按防爆要求安装在钢套管内，钢管接头采用螺纹连接密封性能和电气性能可靠。

2.在防爆区内维修作业时要使用铜制工具，避免出现碰撞火花。当防爆工具性能无法满足需要时应在普通工具表面涂抹黄油，以增加其防爆性能。

3.严格站内的动火审批管理，动火前制定安全作业方案提交相关部门审批，落实好应急处置措施。作业前对作业现场进行安全检查，确认防火防爆措施完善后方可进行作业[5]。加强过程的作业监护以及完工后的现场清理，确认无遗留火种产生后才能离开现场。

4.加强防雷、静电危害的管理，气体在设备和管道流动过程中、高压喷射天然气的喷口都会产生静电，如来不及释放会出现高达数千伏的危险电压，产生的静电火花易导致爆炸事故。所有设备按要求进行两处的防雷静电接地，应保证对静电接地装置的定期检测且接地电阻值在4欧以下。人员进入生产场所要按要求进行静电释放。为避免静电的聚集，LNG工艺操作上在加气、卸液过程中应遵守先接静电释放后启动卸液的流程[6]。

5.加气车辆的电瓶接电极做好绝缘保护，避免在加气过程中加气枪头与电瓶短路接电极碰撞打火产生火花。加气枪头的密封是利用O型圈的接触面在压力下的弹性变形来密封，在加气过程中不能拉拽和转动加气枪，否则会有高压气体的刺漏，此时若有火花的出现就会引发火灾或爆燃。

三、限制火灾事故的蔓延措施

（一）工艺总平措施

为了减少火灾爆炸事故对周边建筑和站内其他设施的影响，从项目的选址和工艺总平上应保证加气站外部及内部各建筑和工艺设施的防火距离符合《汽车加油加气加氢站技术标准》《建筑设计防火规范》等相关规范要求。

（二）做好分区隔离

LNG储罐内装的是大量的危险物料，一旦发生泄漏风险巨大，为了限制LNG泄漏后流淌，抑制LNG的扩散，LNG储罐要设置在防护堤内，减少扩散风险。

（三）装设安全阻火装置

装设安全阻火装置，设置全站急停安全设施，在发生火灾事故或其他紧急情况时可快速切断气源，阻止事故扩大。

（四）配备消防器材、加强消防应急演练

目前《汽车加油加气加氢站技术标准》中规定，CNG和LNG的合建站中LNG的储罐容器小于60m3时，可不设消防给水系统，大多数加气站从投资和运营成本角度去考虑没有设置消防给水系统，只是在工艺区配备相应数量的干粉灭火器[7]。水对天然气火灾事故主要作用是对容器的冷却和天然气的稀释；天然气火灾事故的处置原则是立即设法切断气源后方可进行灭火，否则在没有切断可燃源的情况下遇火源或高温将产生复燃，甚至会因负压产生回火爆炸。因此，要制定有针对性、切实有效的事故应急预案，加强员工的安全教育培训和消防应急演练，熟练掌握处置流程，具备初期处置的能力，尽可能减小事故的危害。

结语

总而言之，加气站的运营安全管理工作不容忽视，特别是防火防爆的安全管理，从项目选址、工艺设计、设备选型、工程施工及运营等各环节，采取有效的措施降低火灾爆炸的风险。

参考文献

[1]王冰.LNG加气站的主要危险因素及防护措施[J].化工管理，2022（18）：94-96.

[2]王若飞.L-CNG加气站火灾危险性分析与安全对策[J].石化技术，2015，22（12）：246-247.

[3]张奎，李贻建.工艺流程分解辨识压缩天然气加气站危险有害因素[J].化工管理，2021（15）：128-130.

[4]官小洪.LNG/L-CNG加气站工艺设计及安全管理分析[J].石化技术，2019，26（12）：99-100.

[5]张祥鹏.L-CNG加气站消防安全管理措施探析[J].消防界（电子版），2022，8（12）：95-97.

[6]林梓荣，汪双凤，傅书训.关于LNG加气站增加应急气化功能的探讨[J].工业安全与环保，2020，46（05）：57-60.

[7]沈斌.天然气加气站降本增效的措施[J].石油库与加油站，2019，28（02）：16-20.