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CNG加气站安全隐患之讨论
燃气安全网 2013-03-01 阅读:9973

随着CNG加气站在全国的广泛应用,安全问题亦显得尤为重要。人们在关注CNG加气站的安全问题时往往会将注意力 放在天然气易燃、易爆的特性上;对加气站内部的许多安全措施也只是针对防火、防止天然气泄漏来进行。但我国的CNG加气站从90年代初至今,真正因天然气 闪火爆炸的仅西安丰禾路加气站一例。而这次事故还是在该站停止运行多日,设备拆开维修期间误将天然气进气阀打开,直接将天然气放入工作间达到爆炸极限而造 成的。其它的事故基本上均由设备的物理爆炸所致。故笔者认为CNG加气站除做好安全用电、防火、防漏外,更应注意以下安全隐患:

A:加气区隐患——车用气瓶爆炸:

在CNG行业的安全事故中,车用气瓶爆炸占首位,属此类问题的达20多起,其原因主要有:

(1)气瓶制造技术缺陷:如2004年2月13日郑州丰庆路加气站(1死3伤);2004年7月10日成都永丰加气站(死亡1人)

2007年10月16日东营市黄河路春河天然气汽车加气站(3死2伤);以上事故所用车载气瓶均为4型瓶,即复合 材料瓶(塑料内胆,全纤维或碳纤缠绕)。该类气瓶的制造技术及设备均由德国引进,但因该类气瓶的检查手段及制造技术上的缺失,该类气瓶事故频发,造成了人 员、财产的巨大损失。国内仅有的两家生产厂商均已停止生产,流入市场的气瓶大多数已由生产厂商及地方政府召回,但尚有部分气瓶去向不明。这些气瓶若还在使 用将如一颗颗定时炸弹随时会引发严重的安全事故。如2007年10月16日山东东营黄河路春河加气站事故车所用气瓶便是已召回报废的气瓶,后又经非法渠道 装在一辆桑塔纳汽车上,在加气时发生爆炸,造成旁边正在加气的一辆面包车上的乘客3死2伤。所以笔者认为各加气站应拒绝为该类气瓶加气,以防不测。

(2)材质缺陷:这类事故多发生在早期的1型瓶(全钢气瓶)上,其主要原因系早期钢瓶材料抗硫化氢 腐蚀能力欠缺陷,同时气瓶长期反复充气所形成的交变应力的强度不够或因材料内部缺陷而产生疲劳破坏。如:1996年3月25日四川省自贡市公交公司车用瓶 爆炸事故,经分析发现断口呈脆性特征,断口内壁有一些大小不等,形状各异的圆形蚀坑,蚀坑底部有浅灰色物质,经检测该物质为硫化物。

近年来也曾出现2型瓶(钢内胆环向缠绕)及3型瓶(钢或铝内胆全缠绕)爆炸的事故,其内胆的材质及缠绕的工艺和材料的品质也值得关注。

(3)非法改装:一些不法分子为牟取暴利,公然采用劣质气瓶、报废气瓶。前面提到的山东东营的事故和2008年3月15日乌鲁木齐米东一环路加气站发生的爆炸事故均为此例。

在重庆及山东济宁还出现有人用液化气钢瓶(耐压仅3~4Mpa)进行改装,而发生爆炸造成人员伤亡及财产损失的事故。

更为恶劣的是有人竟用焊接的方式自制“钢瓶”来进行改装汽车。2008年12月28日晨6点50分,牌照为(川 A21534)的长安面包车在成都草金路CNG加气站加气时“气瓶”发生爆炸,瓶底飞出分别砸穿牌照为(川A09363、川A2J095、川 AJP240)三辆汽车后落于站外约50米,该气瓶系非法自制、安装。该事故造成CNG加气站部分设施损坏,幸无人员伤亡。据统计车载气瓶除汕头汕樟路、 重庆北碚、成都红星中路、石家庄友渲大街及自贡公交等5起外,其他事故均在CNG加气站内发生。而加气站的伤亡事故也绝大多数由此引起,所以严把车用气瓶 质量关是减少CNG产业伤亡事故的最重要一环。许多地区针对这一情况做出了许多非常好的规定。如采用充装许可证、IC卡、在汽车前挡风玻璃上贴许可标志 等。

(4)气瓶的安全泄压装置泄气:在每只气瓶的瓶阀上装有由爆破片及易熔塞组合的安全泄压装置在气瓶 超压和被火烧时进行泄压以防止气瓶爆炸。但就是这样的一个安全装置也有可能成为安全隐患。因公交车的气瓶大多设在车架下。当汽车气瓶内压力超过设定值,爆 破片崩开将气瓶内气体往外泄出时若遇到火星则会燃烧或爆炸。笔者在2004年夏天参加由当地发改委、安监局及质监局组织的CNG加气站安全大检查时,在自 贡某加气站检查时发现一辆正在加气的公交车底部4只钢瓶中一只的爆破片突然崩开,大量的高压天然气带着呼啸声从钢瓶中泄出,吓得站内的人员纷纷逃向站外。 好在该站站长奋不顾身,钻到车底将瓶阀关闭。否则近20M3的天然气泄漏出去,一但遇到火种,其后果将不堪设想。笔者认为07年8月5日在成都永龙加气站牌照为(川A5814)的541路公交车起动时突然一团火焰从车底窜出造成两辆公交车被烧毁的事故极有可能由上述原因造成。

(5)汽车内天然气泄漏:我们知道天然气与空气混合的爆炸极限为5%~15%。加气站站房内大多通风良好,微量的泄漏一般不容易达到这个混合比例(大量泄漏容易被及时发现并处理)。但像小型汽车车内及车尾箱内这样的小型密闭空间却极易达到这个比例。

笔者认为以下几项措施对减少事故损失是非常必要的:

① 不许汽车载人进站加气。这样一但发生事故可减少人员伤亡,同时也可防止乘客的不规范行为带来的危险源。

② 加气前应打开至少一扇车门或车窗,这样可以目测气瓶的品质。并且必须打开装有气瓶的箱盖,这样可防止在加气过程中泄漏的气体在腔内达到爆炸极限。

③ 在过冷或过热的天气时都应适当的降低气瓶内的充装气压。这是因为夏天气瓶会受外界气温的影响,其温度会比较高,而充装进入的气体温度≤40℃。冬天汽车内 一般都会开暖风,车内温度一般都保持在26℃左右,若后备箱与乘客舱的密闭不好,或像面包车样气瓶就安装在乘客舱内,这样气瓶的温度也在26℃左右,而此 时加入的气体可能会只有0℃甚至更低。以上两种情况单气体进入气瓶后会被气瓶加热而造成气压上升,瓶内气体加热后的压力变化可由以下公式进行计算:

P2 = P1 ×T2/T1

式中P2 –加热后瓶内压力Mpa(绝压);

P1 –充装压力Mpa(绝压);

T2 –瓶内气体温度K;

T1 –充装时气体温度K;

夏天气瓶温度有可能会高达70℃,若充装压力为20Mpa,充装温度为40℃。则:

P2 =20.1×(273+70)/(273+40)=22.03Mpa,

这比气瓶的规定工作压力20Mpa大了约10%,容易造成气瓶的安全爆破片冲开或气瓶爆炸。

B.加气站用设备

加气站用设备中早期因大家对CNG的认识不够,曾经也出现过一些人伤事故及财产损失,笔者认为我们应主要注意以下设备:

一、 高压气体储存设备安全:

加气站高压气体(25Mpa压力)的储存容器,主要有储气瓶组、储气罐、储气长管、储气井。这些设备中储气瓶组出 的问题最多,如1994年9月12日和1995年8月31日四川绵阳CNG加气站2次发生爆炸;1995年9月25日自贡市富顺东门CNG加气 站;1995年10月7日四川遂宁CNG加气站;1996年9月10日重庆柏树堡CNG加气站;以上几起站用钢瓶爆炸中除遂宁站系因钢瓶互相撞击产生火花 发生火灾,造成18万元的直接经济损失外,其它四次事故均因钢瓶的材料缺陷所致。受此影响,采用储气瓶组的业主越来越少,生产站用钢瓶的也只剩下北京、上 海等地的极少数厂家。除储气瓶组之外的3种储气设备中储气井也发生过一次设备爆炸事故。2005年7月四川宜宾某加气站发生储气井套管开裂,上部几米长的 套管从井筒中飞出离地约10米多高,掉进加气站旁的一个停车场内将两辆中型货车的车头砸毁,幸无人员伤亡。

其主要原因是该储气井系90年代初期最早的一批储气井,受当时对CNG知识及运行状况的了解不够,在用材、防腐及固井方面均存在缺陷导致该井在运行10余年后终因材料氢脆而断裂,又因固井不牢而导致套管飞出。除此之外的高压储气罐及储气长管未见发生过事故的报道。

尽管如此笔者认为以上4种储气方式还是储气井最为安全。这是因为储气瓶组虽然现在经不断的改进,质量有大幅提高,但几十、上百个储气瓶并在一起连接的接头太多,泄漏和拉断接管的可能性大,以及第一节里提到的安全爆破片崩开后造成事故的可能性也较大。

储气罐及长管虽没出过事故但这两种容器的容量均非常大(单个容量储气均在250Nm3以上),一但发生事故,极有 可能将全站摧毁,甚至殃及近邻。而储气井虽然单个储存量也很大,并还曾经出现过事故,但其储气套管均深埋地下(一般井深约150m-250m)由水泥固井 (见图6)。在国家科委及相关单位的大力合作下,我国已成功研制并批量生产储气井专用套管,储气井的安全检测也被列为我国的863计划,经过不断的改进和 规范,储气井的安全性得到了大幅提高。笔者认为只要加气站不是临时用地以及所在地方不允许打井,其CNG加气站的储存容器应首选储气井。

二、CNG压缩机安全:

在CNG加气站的大多数设备工作状态都处在相对静态时,压缩机却处在动态下工作,所以它产生故障和发生事故的机率 要大于其他设备。现代的CNG压缩机虽然在安全保护及自动运行方面已非常完备,可对运行过程中的所有参数进行监控、分析和处置。但对压缩机可能会产生的机 械故障和强度破坏目前尚无完备的检测手段。所以我们应对压缩机的运行安全给予足够的重视。通常人们在考虑压缩机的安全运行时首先想到的是其被压缩的介质 ——天然气。其实只要压缩机的工作腔不产生爆炸、破裂及大量的泄漏,CNG压缩机的工作是比较安全的。这是因为工作腔内90%以上的气体为甲烷,空气的比 列极少,氧的含量就更少,所以别说爆炸(物理爆炸除外)连着火的可能性都没有,可一但工作腔出现上述的事故,其后果将可想而知。为确保压缩机的运行安全, 我们应着重关注以下事项:

(1)冷却系统:

压缩机在运行一段时间后其冷却效果会逐步下降,尤其是水冷压缩机其冷却系统在运行一段时间后会产生冷却器管束结垢,严重的会堵塞冷却水通道,使各级吸气温度和排气温度大幅上升,造成压缩机相关零件的工作温度上升,负荷加重甚至损坏压缩机从而酿成事故。

所以保持冷却水的通畅、水温的控制、以及冷却器的清洁对保持冷却效果良好是十分必要的。

另外还应着重提防压缩机级间及末级冷却器的损坏,尤其是水冷式冷却器人们往往会因为它是壳程为冷却水程(压力一般 为0.4Mpa)而忽略了其爆炸的可能性。重庆某加气站曾因压缩机末级冷却器的不锈钢冷却管破裂,大量高压天然气冲入壳程而一时无法全部从水道排出,造成 爆炸。冷却器飞行几米后撞在脱水装置上,将脱水罐撞瘪而报废,所幸事故未造成人员伤亡。

笔者认为冷却器尤其是冷却管的质量非常重要。目前国内劣质管材充斥市场(尤其是不锈钢管),一但用于CNG压缩机冷却器上无疑是给加气站安装了一颗定时炸弹。所以采用正规厂家生产的冷却管及严格按照压力容器规范制造的冷却器是用户的唯一选择。

(2)润滑系统:

目前国内生产的压缩机分为有油、少油或无油润滑三种。无论以上那种压缩机,其曲轴、连杆及十字头的摩擦介面均是采 用油泵加注润滑油进行润滑。由于这部分与天然气接触较少(带压机身除外)故可采用普通的矿物质油;但注入气缸内的润滑油须分为2类:干的天然气可直接采用 压缩机油;湿的天然气(即含水、含轻质油等游离液态物质成分)在压缩后会凝聚出液体冲洗掉油膜,所以必须掺入动植物油,用以增加油的黏附能力(如可根据其 湿度的大小拼和3~20%的猪油)。

气缸内的注油量应适当,过多会使压缩腔内严重积炭,也可能因缸内积累润滑油过多而产生液击,液击严重的可能会损伤运动构件,甚至顶飞气缸盖(座)酿成重大事故;过少会造成润滑不良,磨损加剧以及损坏零部件,甚至造成全机损坏。

在润滑系统中人们往往将关注重点放在油泵和注油器上,而忽略了一些细小的部件,气缸的注油单向阀就是一个容易被忽视的部件,该阀一但失灵,不仅润滑油注不进气缸,气缸内高压气体还可能进入注油管,在油压的反复推压下形成高温,严重的会使注油管高温发兰。

(3)严防进气压力超高或过低:

CNG压缩机的排气压力是各生产厂家和用户都非常关注的,采取的安全措施都比较多,但对因进气压力的变化对压缩机的运行产生的不良影响往往重视不够。

许多客户往往只看到进气压力的提高可大幅提高排气量,却忽略了进气压力超过额定压力后造成超负荷,会给电机以及压 缩机前两级受压和受力构件安全带来影响。许多压缩机出现曲轴、连杆、十字头、活塞杆的损坏均与此有关,所以笔者认为在压缩机进气前端加装自动稳压装置或由 PLC进行监控是十分必要的。

压缩机适应进气压力低于额定压力的范围较宽,但过低的进气压力会使压缩机前两级的压缩比过大,工作温度上升(过高的工作温度也会使压缩机损坏,并会带来安全隐患)。同时压缩机的排气量也会下降,效率降低。

C、其他安全隐患

(1)管道:

一般来说CNG加气站的管道均由专业工程安装公司进行施工,质量大多都得到了很好的保障。但采用卡套连接的高压管 线的安全却令人堪忧,甚至采用进口卡套连接的质量也不能令人满意。这主要是由于采用卡套连接对气管的外径尺寸要求很高,必须采用高精管,而国产普通管道的 外径往往偏小,卡套不能很好的卡住管壁,造成连接不牢,且采用卡套连接的往往又是高压管道,所以因卡套连接不牢造成管道飞出伤人伤物的事故并不少见。笔者 曾见到过因卡套松脱管道飞行30多米后将砖墙砸出一个坑的事故。为确保安全,建议采用卡套连接时务必采用正规的高精管,尽量将管道用卡子固定,使得管道即 使出现卡套滑脱也不会飞出。

(2)操作规程错误:

正确合理的站用设备的安全操作规程在加气站的安全问题方面也是非常重要的方面之一。CNG产业虽然在中国已有20 余年的历史,但由于地区发展不同步,人们对CNG产业的了解存在差异,再加上其标准规范不全,缺少权威统一的指导性文件,故其安全操作规程五花八门,甚至 有的若严格按“所定规程”去做反而会出问题。比如笔者在参加某加气站的鉴定时曾见其安全操作规程规定“当遇到紧急情况时务必关闭所有阀门,并停车”。若按 此规定操作,压缩机呈闷车停车,极大的负加速度极易给各受力部件造成损伤。另外停车后因所有阀门的关闭,压缩机高压区的气体将通过内渗漏的方式向低压区回 流,而一些压缩机低压区与高压区的工作压力相差几十倍甚至上百倍,若级间安全阀失灵,这种回流将有可能造成低压区承压容器发生爆炸。所以无论情况多么紧急 也应尽量做到先卸压后停车,若遇紧急停车,停车后也应立即卸压。

(3)误操作:

2005年10月8日重庆白马凼CNG加气站职工在对储气井排污时,因操作失误导致排污太急,且排污管指向地面,气流的反作用将排污管折断,将该工人砸成重伤,不治身亡。这个教训让我们必须牢记带压排污操作必须缓排缓放。

除此之外我们在压缩机的排污也应遵循这个原则。在压缩机放空和排污时,如高压级的压力高于低压级的额定工作压力,此时不得同时开启低压级的阀门,以防止高压气体回窜造成低压级超压损坏。

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