加氣站CNG儲(chǔ)氣裝置的安全評(píng)價(jià)及事故預(yù)防與處置技術(shù)

加氣站CNG儲(chǔ)氣裝置的安全評(píng)價(jià)及事故預(yù)防與處置技術(shù)1.1加氣站儲(chǔ)氣裝置與技術(shù)。在各種CNG加氣站里，通過壓縮機(jī)加壓壓縮，強(qiáng)行將自然?氣儲(chǔ)存在固定場(chǎng)所設(shè)置的特制容器內(nèi)，專供汽車加氣的備用裝置或系統(tǒng)，稱為儲(chǔ)氣裝置或儲(chǔ)氣技術(shù)。該裝置因具有25-30MPa的高壓以及介質(zhì)易燃易爆的危急性質(zhì)，所以儲(chǔ)氣裝置在CNG加氣站當(dāng)屬特殊重要的核心部位，尤其是對(duì)儲(chǔ)氣設(shè)施設(shè)備布置方式的選擇、平安牢靠性評(píng)價(jià)、工藝制造以及材質(zhì)等方面的平安技術(shù)考慮，都有很多特別要求。我國的CNG加氣站，經(jīng)受了較長(zhǎng)時(shí)間的開發(fā)討論，迄今儲(chǔ)氣瓶、儲(chǔ)氣罐和儲(chǔ)氣井技術(shù)工藝，目前正在逐步趨于成熟與完善，有的已初具規(guī)?！，F(xiàn)將三類不同裝置的加氣站簡(jiǎn)介如下：①瓶?jī)?chǔ)加氣站。是將若干儲(chǔ)氣瓶按不同壓力分級(jí)布置的加氣站，單瓶水容積通常為60L或80L居多，材質(zhì)采納無縫優(yōu)質(zhì)鋼或具有防火功能的樹脂纖維纏繞技術(shù)制造。儲(chǔ)氣瓶的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)，敏捷，建設(shè)成本較低。缺點(diǎn)是供氣系統(tǒng)阻力大，管閥連接處泄漏點(diǎn)多，增加了擔(dān)心全因素。此外，每年支付的維護(hù)費(fèi)用多，增加了后期供氣成本。②罐儲(chǔ)加氣站。是將壓縮自然?氣儲(chǔ)存在球型或園柱型儲(chǔ)氣罐中的加氣站，其儲(chǔ)罐水容積主要有2m3、3m3、4m3或6m3的幾種規(guī)格，一般每站設(shè)置3～6罐為宜。這種儲(chǔ)氣罐是90年月后期較為廣泛使用的CH4高壓儲(chǔ)存容器，其優(yōu)點(diǎn)主要是：氣體集中儲(chǔ)存，管閥連接點(diǎn)較少，泄漏因素降低，恰好彌補(bǔ)了儲(chǔ)氣瓶的不足，具有較好的平安性。缺點(diǎn)是：爆炸事故發(fā)生時(shí)，地面沖擊波的輻射范圍大、強(qiáng)度大等。是較受歡迎的儲(chǔ)氣裝置。③井儲(chǔ)加氣站。顧名思義，是將壓縮自然?氣儲(chǔ)存在地下儲(chǔ)氣井的加氣站，儲(chǔ)氣井是四川石油管理局自80年月中期開頭在不斷實(shí)踐探究的基礎(chǔ)上，討論開發(fā)的新型儲(chǔ)氣技術(shù)。這種儲(chǔ)氣裝置是在加氣站肯定位置開鉆3～6口地下井，每口井的深度約100m，上小下大口徑不等，單井水容積為2m3左右，采納進(jìn)口材質(zhì)的套管和鋼筋混凝土固井技術(shù)，具有平安堅(jiān)固、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用、節(jié)省土地資源以及削減地面沖擊波放射范圍和強(qiáng)度等很多優(yōu)點(diǎn)，是很受歡迎、平安牢靠的高壓CH4儲(chǔ)氣裝置。以上三種儲(chǔ)氣裝置的基本狀況現(xiàn)列表如下：表--1CNG加氣站儲(chǔ)氣設(shè)施布置概覽

序號(hào)項(xiàng)目?jī)?chǔ)氣瓶?jī)?chǔ)氣罐儲(chǔ)氣井1單個(gè)容量規(guī)格50L或80L/瓶2000-4000L2000L/井2單組布置數(shù)量80-230瓶3-6罐3-8井3容器水容積(m3)6-126-126-124標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)氣量（Nm3）1500-30001500-30001500-30005占地面積（m3）3060106建設(shè)投資概算(萬元/站)66.094.096.57檢驗(yàn)維護(hù)費(fèi)(萬元/年)1.250.75——8四川省2001年12月31日截止分類統(tǒng)計(jì)數(shù)(站)1968361.2CH4介質(zhì)的理化質(zhì)及燃爆參數(shù)我國車用壓縮自然?氣主要分為”干氣”和”濕氣”兩大類，氣質(zhì)狀況視CH4產(chǎn)地不同而有區(qū)分，四川、重慶、海南、陜西、新疆等地的氣田氣通常為干氣，CH4含量一般在95%以上；而河北、吉林、遼寧、甘肅、湖北、山東等地的油田伴生氣通常為濕氣，CH4含量一般在80%左右。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果證明，”干氣”不僅有利于平安，而且更有益于作為CNG汽車的燃料介質(zhì)使用。處于高壓狀態(tài)下的CH4，無論管理人員或操作人員，都要對(duì)其性質(zhì)、技術(shù)參數(shù)和特別要求作全面了解和把握?，F(xiàn)將對(duì)CH4討論測(cè)試及查驗(yàn)的主要理化性質(zhì)及燃爆參數(shù)列于表-2：表--2CH4主要理化性質(zhì)及燃爆參數(shù)

序號(hào)參數(shù)名稱單位數(shù)據(jù)序號(hào)參數(shù)名稱單位數(shù)據(jù)1爆炸濃度下限％5.013分子量——16.042爆炸濃度上限％15.014凝固點(diǎn)℃-183.23化學(xué)計(jì)量濃度％9.4615熔點(diǎn)℃-182.54最大爆壓濃度％9.816沸點(diǎn)℃-161.55最大爆炸壓力MPa0.71717閃點(diǎn)℃-1906最小引爆能量Mj0.2818自燃點(diǎn)℃5407最小報(bào)警濃度(LEL下限1/3)％≤1.719氣體密度（空氣）G/10.558燃燒熱值Kcal/m3950020液體密度（水）-164℃0.429燃燒溫度℃183021臨界溫度℃-82.610燃燒空氣量m3/m39.5222臨界壓力MPa4.5811燃燒熱Kj/mol889.523CH4中的H2S允許濃度（民用）mg/m3≯2012氣化熱Kj/mol122.024CH4中的H2S允許濃度（汽車用）mg/m3≯15除以上重要參數(shù)外，根據(jù)國家有關(guān)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，CH4生產(chǎn)儲(chǔ)存場(chǎng)所的火災(zāi)危急性確定為甲類，一級(jí)易燃?xì)怏w；火災(zāi)爆炸危急度為：H=(R-L)/L=(15-5)/5=2；危急貨物統(tǒng)一名稱編號(hào)煤礦：21007。2、高壓容器的爆炸沖擊波及其危害2.1爆炸沖擊波及特性。CNG加氣站儲(chǔ)氣裝置由于高壓和介質(zhì)可燃爆兩大事故因素，無論發(fā)生何種事故，都可能引發(fā)泄漏、火災(zāi)、化學(xué)爆炸和物理爆炸。假如事故得不到有效掌握，還可相互作用，相互影響，促使事故擴(kuò)大擴(kuò)散及至產(chǎn)生巨大的沖擊波危害，其主要特征是：①化學(xué)爆炸沖擊波。在輸送CH4的管閥連接處、運(yùn)行過程的誤操作以及高壓容器破損等事故因素發(fā)生時(shí)，可導(dǎo)致其介質(zhì)泄漏于空氣中，當(dāng)濃度達(dá)到5.15%，或量超過15%但很快又降至上限與下限之間，尤其是處于9.5-9.8%的濃度范圍時(shí)，只需0.28ml以上點(diǎn)火能量的作用，便可產(chǎn)生氣體混合物爆炸(亦稱為化學(xué)爆炸)。這種化學(xué)爆炸所產(chǎn)生的沖擊波能量，可直接對(duì)建、構(gòu)筑物和人體造成不同程度的危害，其強(qiáng)度主要與CH4氣體混合物的空間體積(即參加反應(yīng)的CH4總量)有關(guān)，可采納以下公式進(jìn)行計(jì)算：Lh=V·H·427式中：Lh-CH4沖擊波或爆炸力(Kgf.m)；V-參加應(yīng)的CH4氣體總量(Nm3)；H-CH4的高燃燒熱值(Kcal/m3)；427-轉(zhuǎn)換常數(shù)，1Kcal相當(dāng)于427Kgf.m之功。②物理爆炸沖擊波。壓力容器裂開時(shí)，容器內(nèi)的高壓氣體解除了外殼的約束，快速膨脹并以很高的速度釋放出內(nèi)在能量，造成壓力裝置瞬間破壞并產(chǎn)生巨大聲響的現(xiàn)象。即為通常所說的物理爆炸。CNG裝置因?qū)儆诟邏喝萜?，由此引發(fā)的爆炸事故更具典型的物理爆炸特征?？梢哉J(rèn)為此類膨脹爆炸是在絕熱狀態(tài)下進(jìn)行的，而爆炸的沖擊波能量則是在絕熱膨脹時(shí)所作的功。依據(jù)氣體熱力學(xué)原理，抱負(fù)氣體在絕熱膨脹狀態(tài)下所作之功可表示為：Ug=PV/K-1·[1-(1/P)K-1/K]·104式中：Ug--氣體膨脹所作的功(Kgf.m)；P--容器內(nèi)氣體肯定壓力(MPa)；V--容器水容積(m3)；K--氣體的肯定指數(shù)由于CH4及常見氣體多為雙原子分子，其肯定指數(shù)K=1.4，則絕熱膨脹所作之功即為：Ug=PV/K-1·[1-(1/P)K-1/K]=PV/1.4-1·[1-(1/P·104)1