CNG汽车加气站的安全评价

课
程
设
计
课题名称 CNG汽车加气站的安全评价
专业名称安全工程
所在班级安本0803班
学生姓名张航
学生学号 08601240342 指导教师王秋衡张佐钊
湖南工学院
课程设计任务书
安全与环境工程系安全工程专业
学生姓名：张航学号： 08601240342 专业：安全工程
1.设计题目： CNG汽车加气站的安全评价
2.设计期限：自2011年12月02日开始至2010年12月08日完成。

3.设计原始资料：（1）CNG加气站平面布局图；（2）CNG加气站基本的消防设备
设施与安全现状资料；（3）CNG汽车加油加气站设计规范GB50156-2002；（4）蒸气云爆炸的冲击波伤害—破坏半径及TNT当量计算的相关参考资料。

4．课程设计完成的主要内容：（1）加气站安全现状分析；（2）爆炸危险性分析；
（3）运用安全检查表法进行安全评价；（4）计算容器爆破时对目标的伤害、破坏作用及半径；（5）对加气站存在的安全问题制定针对性的改进措施。

5．提交设计（设计说明书与图纸等）及要求：提交一份加气站安全评价分析报告以及相关的设计图纸一张。

要求语句通顺、层次清楚、推理逻辑性强，设计改进明确、可实施性强。

报告要求用小四号宋体、A4纸型打印；图纸部分要求严格按照作图规范绘制，采用国际统一标准符号和单位制。

6.发题日期：2011年 12 月 05 日
指导老师（签名）：
学生（签名）：
目录
[摘要] (1)
1.前言 (2)
2.加气站的基本情况 (2)
2.1 加气站的基本布局 (2)
2.2 总平面布置原则 (4)
2.3工作原理 (4)
3.安全隐患辨识 (5)
3.1物质的火灾爆炸危险 (5)
3.1.1甲烷危险因素 (6)
3.1.2硫化氢危险因素 (6)
3.1.3衡阳市CNG加气站存在的安全隐患 (7)
3.3危险源及其安全要求 (8)
4.储气罐爆炸危险半径的计算 (10)
5 事故隐患分析 (13)
6 隐患整改措施 (13)
6.1 技术设计上的整改 (14)
6.2 管理上的整改 (15)
7.结论 (15)
参考文献 (16)
附录 (17)
[摘要]
本课程设计对衡阳市CNG加气站进行安全评价。

首先对加气站的整体情况进行介绍，包括其布局和工艺流程。

进而对加气炸危险站进行安全评价，利用安全检查表的方法对技术设计上以及管理方面的危险源进行辨识；对加气站的爆炸危险区域进行计算，划分危险区域；然后分析查找出来的各类隐患，通过分析，进行有效整改，达到安全生产、安全作业的目的。

通过这次评价，可有效的指导加气站的工作，保障加气站内工作人员以及周边人民群众的生命财产安全。

[关键字] CNG加气站安全检查表危险源爆炸危险区域安全生产
[Abstract] The course is designed for CNG filling stations in Hengyang safety evaluation. First, the overall situation of the stations are introduced, including its layout and process. And then fried on the filling station for safety risk assessment, the use of safety check list approach to technical design and management to identify hazards; of stations to calculate the explosion hazardous area, hazardous area classification; then analyzed to find out various types of safety problems, through analysis, effective rectification to achieve safe production, the purpose of safe operation. Through this evaluation, which can effectively guide the work stations, security stations around the staff and the people's lives and property.
[Key words] CNGfilling stations safety check list hazards explosion hazardous area safe productio
1.前言
为了减少污染，世界各发达国家对于发展低公害汽车（绿色汽车）都十分重视，我国也正在大力发展“绿色汽车”工程，即发展汽油—压缩天然气（CNG）两用燃料汽车，以减少城市汽车尾气对大气环境的污染。

改革开放以来，我国经济建设取得了巨大的成就，城市建设将进入一个快速发展期，城市基础设施逐渐完善。

为了提高大气环境质量，有效控制机动车尾气污染、改变能源结构，根据自身的用气条件，大力推广汽油—压缩天然气（CNG）两用燃料汽车加气。

由于加油站经营的油品和气体燃料具有易燃、易爆、易产生静电、易挥发、易渗漏和毒性等危险特性，一旦发生事故，不易控制，发生事故影响较大。

一段时间来，由于加油站设施不符合安全要求、设备使用不当、安全管理制度和操作规程不健全、员工业务素质低等原因，使加油站火灾、爆炸、污染环境等事故频频发生，给企业、社会造成很大损失，严重影响了企业的经营生产和周围环境。

所以，提高和加强加油站的安全技术与管理水平显得尤为重要。

根据CNG加气站系统运行的实际情况，CNG加气站的事故后果类型可以概括为喷射火、闪火、蒸气云爆炸。

CNG加气站中易发生泄漏的设备有管道阀门、挠性连接器、压缩机、储气设备、放散管5类。

2.加气站的基本情况
2.1 加气站的基本布局
衡阳市蒸湘南路加气站位于衡阳市雁峰区蒸阳南路与与衡洲大道交汇处，总建筑面积616㎡。

加气站划分为三个区域，付气区，设备区和办公区。

办公区与付气区，设备区分开，付气区位于整个加气站的中心位置，设备区和办公区分布在付气区的两边。

付气区的主要功能能是给汽车（撬车）加气；设备区主要功能是将市政中压管道来气进行调压、压缩和储存；设备区与外界采用围墙相隔，减少两者互相干扰。

付气区共设有四个加气点供天然气公交车和出租车加气。

衡阳市CNG加气站目前衡阳唯一一家CNG加气标准站，建在有低压天然气管线通过的地方，从天然气管线直接取气，通过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，然后进入储气装置储存或通过加气机给车辆加气，加气量在600—1000m3/h。

座落在衡阳市蒸湘南路与大庆路口交接区域，紧靠湘桂铁路，周围分布有桥梁、居民区、停车场，主要生产设备有双枪加气机（数量4台，型号：JQDS-30A）、加气柱（数量2台，型号：JQF-90）、天然气压缩机（数量2台，型号及规格D-20/3-250，Q=1200 m3/h，N=250kw）、高压脱水装置（数量2套，型号及规格：CNG1500/25，Q=1500 m3/h，N=9.0kw）等。

CNG加气站呈矩形分布，长59m，宽28.6m，天然气储罐设置在付气区中心地下100m深处，其储量为900 m3，出口压力为24MPa。

加气站平面布置及设备分布如图所示。

图例：①天然气压缩机组、过滤器、干燥塔分布场所②缓冲罐和回收罐
③调压器与流量计④冷却塔和水软化设备⑤办公区
⑥付气区⑦储气罐⑧加气机
图1 加气站平面图
2.2 总平面布置原则
加油加气站的站址选择，应符合城镇规划、环境保护和防火安全的要求，并应选在交通便利的地方。

１）加油站站址选择应从资源、市场、网络结构、经济效益、商圈、地域人口发展、经济发展等统筹考虑建设区域和规模。

加油站具体站址选择应从可视度、进出便利度、车流量、安全等综合因素考虑。

２）站址应与原有加油站保持合理的距离。

３）站址应选择在车流量较大、交通便利的地段。

城区、县城站应靠近城市交通干道或汽车进出方便的支道上；高速公路站应选择在服务区出口一侧；国、省、县道站宜选择在主流车道或干道出城一侧并依托城镇；乡镇站要依托乡镇并兼顾主要干道。

4）站址的选择要综合考虑环境因素，宜有方便的电源、水源、热源及通信线路；宜避开地下构筑物、各类地下管线、高压线、地下电（光）缆、塌陷区及洪水、池塘、沼泽地、滑坡危险等地段；也不宜选在桥梁前后、高速公路进出口匝道路段、道路下坡、上坡路段；宜选择在与公路高差小的区域。

5）站址不宜选在城市干道交叉口，交叉车流量大，红绿指示，易导致交通堵塞，一般距离交叉口80—200m为宜；车辆进、出口应分开设置。

道路布置宜按进站车辆正向行驶设计。

6）加油站进口方向视线一定要好，尽量避免山坡、房屋阻挡可视度。

2.3工作原理
压缩天然气加气站通常由调压计量、净化干燥、气体压缩、气体储存、设备控制和售气 6 个系统组成。

压缩天然气加气站的工作原理是 ,通过管道输至加气站的天然气先送入调压计量系统和净化干燥系统进行净化处理 ,再经压缩系统使天然气压力达到 25 M Pa 后 ,由高压储气瓶组和售气机将压缩天然气加入车辆储气瓶。

3.安全隐患辨识
天然气主要成分是甲烷，属于易燃易爆危险化学品，其火灾危险性为甲类，爆炸极限下限为5%，又由于加气站多建在城市市区域交通主道旁，一旦发生事故，后果严重。

主要危险有：天然气泄漏；因天然气对人体的刺激而引起的轻微中毒；因天然气泄漏而引起的燃烧、爆炸。

尤其是CNG储罐，爆炸不会经常发生，但只要发生一次，就会造成重大人员伤亡和财产损失。

3.1物质的火灾爆炸危险
CNG加气站的主要原料是天然气，其主要成分为CH4，还含有少量的H2S、乙烷、丙烷等其它物质。

其主要成分甲烷属一级可燃气体，甲类火灾危险性，爆炸浓度极限为5～15％，最小点火能量仅为0.28mJ，属于易燃易爆物品，其爆炸下限为5%，最小点火能量为0.28mJ，最低着火温度537℃，燃烧速度快，燃烧热值高（平均热值为33440kJ/m3）,对空气的比重为0.55，扩散系数为0.196，极易燃烧、爆炸，当它们与空气混合达到爆炸界限时，遇到相应点火源则会发生爆炸。

并且扩散能力强，火势蔓延迅速。

一旦发生火灾难以施救。

其爆炸特性见表1
表1 可燃气体爆炸特性参数表
3.1.1甲烷危险因素
甲烷对人体基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。

当空气中甲烷达25％～30％时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。

若不及时脱离，可致窒息死亡。

危险特性：易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。

遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。

与五氧化溴、氯气、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其他强氧化剂接触剧烈反应。

储运注意事项：易燃压缩气体。

储存于阴凉、通风的仓间。

仓温不宜超过30℃。

远离火种、热源。

防止阳光直射。

应与氧气、压缩空气、卤素（氟、氯、溴）等分开存放。

切忌混装混运。

3.1.2硫化氢危险因素
硫化氢是强烈的神经毒物，对粘膜有强烈刺激作用。

急性中毒：短期内吸入高浓度硫化氢后出现流泪、眼痛、眼内异物感、畏光、视物模糊、流涕、咽喉部灼热感、咳嗽、胸闷、头痛、头晕、乏力、意识模糊等。

部分患者可有心肌损害。

重者可出现脑水肿、肺水肿。

极高浓度（1000mg/m3以上）时可在数秒钟内突然昏迷，呼吸和心跳骤停，发生闪电死亡。

高浓度接触眼结膜发生水肿和角膜溃疡。

长期浓度接触，引起神经衰弱综合症和植物神经功能紊乱。

危险特性：易燃，与空气混合形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。

与浓硫酸、发烟硝酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。

气体比空气重，能在较低较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。

储运注意事项：易燃有毒的压缩气体。

储存于阴凉、通风仓间内。

储存温度不宜超过30℃。

远离火种、热源，防止阳光直射。

保持容器密封。

配备相应品种和数量的消防器材禁止使用易产生火花的机械设备和工具。

3.1.3衡阳市CNG加气站存在的安全隐患
通过对加气站及其周边环境进行安全排查,总结了该加气站存在的安全隐患
如下表:
区域安全隐患
生产设备区①无消防栓
②无直接通往城市交通要道的安全道路
③设备区无报警装置
④灭火器配置量不够（只有2具3kg的干粉灭火器）
⑤无安全操作规范
⑥无防火规范
付气区①无报警系统
②无地面增湿系统
③灭火器配置量不够
④无注气安全操作规程
⑤消静电钳形同虚设
办公区①安全生产责任制不明确
②公司消防第一责任制未挂牌
③未配备专（兼）职安全员
与周围环境的相
互影响①进出加气站无限制大门
②两侧围墙未建好
③选址不当，紧靠湘桂铁路，周围分布有桥梁、居民区、停车场，一旦发生事故，影响巨大
3.3危险源及其安全要求
衡阳市CNG加气站危险源存在的区域主要有：压缩机房、储气井(瓶、罐)区域、输气管线、售气区域等。

其重大危险点及其安全要求如表4所示。

表4 CNG加气站重大危险点及其安全要求
4.储气罐爆炸危险半径的计算
近十年来，高压地下储气罐是CNG 加气站的一种新的储气方式，具有储气量大、占地面积小、操作方便、安全可靠，而且运行费用低等诸多优点，得到了迅速推广，目前全国已有600余座CNG 加气站采用了地下储气罐方式储存，占CNG 加气站的80%以上的市场，且还在以每年200余座的速度增长。

由于地下储气罐是深埋于地下，用肉眼是看不到的，必须借用监控设备监测地下情况，但是，由于现有储气罐在安装时，没有严格按成熟的技术及国家相关标准的要求进行设计、生产、检测，因而储气罐已多次发生罐体下沉、上窜、飞出、气体泄漏，甚至爆炸等恶性事故，给人民的生命财产造成了巨大损失。

所以，对在用储气罐的检查只能看到加气站的表面安全隐患。

随着不合格储气罐不断地投入生产运行，也就造成了目前地下储气罐越来越多的安全隐患。

鉴于CNG 易燃易爆，且扩散能力强、火势蔓延快，爆炸影响范围广，伤害程度高，故对天然气储罐的爆炸危险半径进行计算并根据这一半径选址、进行设备布置等是极具必要性的。

衡阳市CNG 加气站储气罐容积为900 m 3，装设在付气区中心地下100m ，出口压力为24MPa ，其它尺寸见图1。

（1）爆破能量E 的计算 由于储罐中介质为压缩天然气，可能发生物理爆炸，故其释放的爆破能量为 kJ p k pv k k 73316.11
316.13
1
1001643.5101013.0241013.011
316.19001013.024101013.011E ⨯≈⨯⎥⎥⎦⎤
⎢⎢⎣⎡⎪
⎭⎫ ⎝⎛+--⨯+=⨯⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=--）（
式中：E —气体的爆破能量，kJ
P —容器内气体的绝对压力，Mpa （表压力+大气压力） V —容器的容积，m 3
k —气体绝热指数， 甲烷的气体绝热指数为k=1.316
（2）将爆破能量转化为TNT 当量当E
，每kgTNT 爆炸所释放的爆破能量一般平均值取4500kJ/kg
6.111474500/1001643.5E/Q E 7TN T ≈⨯==当
式中：
TNT
Q —TNT 爆热，4500 kJ/kg
（3）计算1000kgTNT 爆炸试验模拟比α
()()234.2)6.11147(1.00.1E /1000E Q /E 3
13
131310≈⨯====当当当α
式中：0Q —基准爆炸能量1000kgTNT
（4）根据对人员和建筑物的伤害——破坏作用从表1、表2中找出超压0
p ∆值。

可得死亡超压值、重伤超压值、轻伤超压值、财产损失超压值分别为0.10MPa 、0.04MPa 、0.02MPa 、0.005MPa 。

根据超压0p ∆值在表2中找出与其相对应的目标与基准爆炸中心的相当距离
0R ，分别取23m 、36m 、56m 、100m （中间值用插入法求）
根据1000kgTNT 爆炸试验中的相当距离0R 及以下公式 αR/R 0=
式中：R —目标与爆炸中心距离，m
0R —目标与基准爆炸中心的相当距离，m 得：
CNG 加气站储罐爆炸死亡半径m R R 382.51234.22301=⨯=⋅=α 重伤半径m R R 424.80234.23602=⨯=⋅=α 轻伤半径m R R 104.125234.25603=⨯=⋅=α 财产损失半径m R R 4.223234.210004=⨯=⋅=α
由此可见，整个CNG 加气站都处于储罐爆炸的死亡半径之内，其危害极为广泛，为预防储罐爆炸带来灾难性的事故，必须把好加气站的每一道关卡，尽量做到万无一失，每一个细微的点都要保证其安全性。

5 事故隐患分析
前面提到用安全检查表的方法查找出了很多隐患，包括技术上的和管理上的，究竟为什么要叫做隐患就是我们接下来要研究的问题。

（1）门卫室未设存放手机、烟和打火机等进入站内人员物品的地方，给安全管理带来了不便；值班门卫非专职门卫，在执行制度规定时有些不力；由于某气站的客户有一部分使用自有车辆运输气瓶，对车辆的安全配置不重视，有些车辆无防火罩或防火罩不合格；气站配备的防火罩只有三个，有时候不能满足需要。

在气站门卫室暂未配备存放手机等入站禁止随身带的物品的设施情况下，气站未及时补充执行相应的管理制度，给门卫的工作带了不便，同时也危及到气站的安全。

（2）仓库管理混乱。

气站仓库主要存放报废钢瓶、待检测钢瓶和检测钢瓶等。

仓库通风不良、无窗户、钢瓶堆放混乱及无照明。

仓库未建立相应的详细的管理制度，使得仓库管理无章可依。

（3）若站内道路设置不合理、路况不好或驾驶员疲劳、酒后驾驶，易使人员受伤、站内建筑或设备受到撞击倒塌，车辆运输的危险化学品有可能发生大量泄漏，造成大范围的污染。

(4) 明火、短路、过载均会引起电气设备火灾，电气设备、线路一般都使用了大量的塑料、橡胶、绝缘漆、稀释剂等材料，火灾蔓延速度快，燃烧时能产生大量烟雾，产生有毒气体，因此电气火灾危险性也比较大。

（5）站内物料的输送、装卸、加气等工序以及工作人员穿戴化纤、丝绸等衣物时因摩擦均可能产生静电。

在加气区以及压缩、储气井区如果聚集静电，极有可能引发爆炸燃烧危险。

6 隐患整改措施
文中之前提到查找出了一系列的隐患，而根据《重大危险源辨识》（GB18218－2000）中的规定，CNG加气站已经构成压力容器重大危险源，所以为了广大人民群众的生命财产安全，需要对隐患进行有效的整改。

6.1 技术设计上的整改
经过对隐患的分析可知，技术设计上的隐患将会导致一系列的事故发生。

（1）灭火器
根据GB50140-2005《建筑灭火器配置设计规范》的规定，该加气站发生火灾的种类为C类火灾，选用干粉灭火器。

该站配有4具3kg干粉灭火器和两台推车式干粉灭火器。

根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002（2006年版）的规定，站内配置灭火器材，应配置8具4kg干粉灭火器和两台推车式干粉灭火器，新增的灭火器分别设在燃气压缩间、付气区和办公区（见手绘平面图）。

（2）喷淋系统
该站的设备储存区未设置喷淋系统，根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002（2006年版）的规定，应当加设一套喷淋系统，以便在发生火灾爆炸时及时喷淋增湿降温。

（3）消防通道
根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002（2006年版）第5.0.2条规定，车辆入口和出口分开设置。

该加气站的车辆出入口只有一个，不满足规定的要求。

应该把进出口分开设置，在原有入口的基础上再分一条道作为出口。

（4）警戒线
根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002（2006年版）第5.0.2条规定，办公区和付气区之间应该设置警戒线或者安全栅栏，所以应当在办公区与付气区之间设立警戒线或者安全栅栏，但是为了不阻挡消防通道，可以设立警戒线。

（5）路面
根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002（2006年版）第5.0.3条规定，站区内停车场和道路的车道宽度、转弯半径按要求设计，站内路面为水泥沙浆地面。

但是该站进出公司交通干道非硬路面，所以进出交通干道要改为水泥或者砂浆地面。

6.2 管理上的整改
管理方面的安全措施可以降低火灾爆炸事故发生的概率，根据安全管理工程学的要求，所以安全管理方面的整改也相当重要。

(1)加气站的付气区要挂上安全操作规程，这样工作人员在加气时就有章可循，有纪可守。

(2)要明确安全生产责任制，明确公司的消防责任到个人，特别是第一责任人。

(3)燃气压缩间要有明确的防火规范，在发生火灾爆炸事故时就有规范可查。

(4)由于加气站是重大消防单位，至少要配备兼职的专业安全人员一名，在发生事故时，安全人员可对事故进行事故应急处理。

(5)为了便于管理，可在出入口设立一个门卫室，进出车辆由其控制，刻意车辆要进行登记，以免发生事故。

7.结论
这次的课程设计是对衡阳市蒸湘南路加气站进行安全评价，包括对站内的危险源进行辨识、对隐患进行分析整改、对该站的爆炸危险区域进行计算等内容。

我们对加气站进行实地考察、现场测量、咨询了解，查找隐患、记录、整理资料、撰写成稿等步骤完成了此次的课程设计。

通过这次课程设计，了解了CNG加气站的工艺流程，熟悉加气站的工作环境，为以后在工作中应该如何进行安全评价奠定了良好的基础。

但是由于资料的局限性，以及专业知识的有限宽度，在课程设计中难免会犯错误，请老师给与指导的评价。

在此，特别鸣谢衡阳市蒸湘南路加气站的工作人员和我们的指导老师，感谢工作人员给我们解释加气站内的各个设备及其工作原理，感谢两位老师的带我们去现场并且为我们介绍与专业相关的知识以及我们在遇到问题时老师的辛勤指导。

参考文献
【1】吴宗之.危险评价方法及其应用.冶金工业出版社，2001
【2】孟燕华.锅炉压力容器安全.中国劳动社会保障出版社，2008
【3】中华人民共和国国家标准.《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002
【4】中华人民共和国标准.《建筑设计防火规范2010》
【5】中华人民共和国标准. 《建筑灭火器配置设计规范》
【6】汽车用压缩天然气加气站设计规范SY0092—98，4.2.1规定
【7】钮英建. 电气安全工程. 北京：中国劳动社会保障出版社，2009
附录
手绘衡阳市CNG加气站整改后平面图。