CNG加气站风险评价

2009年第40卷第2期

《浙江化工》生产技术

文章编号：１００６－４１４８（２００９）０２－００２７－０３

CNG 加气站风险评价

彭园花（贵阳市环境保护研究所，贵州贵阳550002）

摘要：CNG 加气站主要贮存气体为甲烷，属于易燃易爆场所，主要环境风险为可燃气体甲烷的扩散及其火灾爆炸，本文采用虚拟点源多烟团模式和蒸汽云TNT 爆炸模式分别对其扩散和火灾爆炸影响进行了定量计算和影响分析，并提出风险防范措施。

关键词：CNG 加气站；风险评价；定量分析

修回日期：2008-10-31

作者简介：彭园花(1981-)，女，硕士，助理工程师，从事环境影响咨询和研究工作。

CNG 加气站是易燃易爆场所，城市加气站的安

全性直接关系到国家财产和人民生命安全。自1995年以来，我国已先后发生了5起加气站火灾或爆炸事故，造成直接经济损失18万余元[1]。城市CNG 加气站是高压CNG 的储存地，CNG 是一种易燃易爆气体，且在发生事故时其扩散能力强、火势蔓延快，加之生产中需将它加压到25MPa ，并以20～25MPa 的压力储存，故CNG 储存装置是目前我国可燃气体的最高压力储存容器。加气站生产的特点决定了其危险是客观存在的，这些潜在危险因素可能给加气站工作人员、用户和周围环境造成一定风险和危害。

1风险识别

CNG 加气站站内设施包括加气岛、箱式压缩机、

储气井、站房、拖车停车位等。主要危险物质为天然气。天然气的主要成分是甲烷(CH 4)，是一种无毒、可燃的气体，属易燃、易爆物质，极易在环境中引起燃烧和爆炸。泄漏逸散的天然气和空气混合，当浓度达到爆炸下限以上时，如遇明火就会发生爆炸，这是天然气事故中危害与损失最大的一种；如果未达到爆炸下限，遇明火则会发生燃烧。

工艺上可能导致CNG 泄漏的主要原因有[2]：①拖车或储气井压力安全阀的紧急释放或其它形式

的释放，由于CNG 站不附加火炬系统，紧急时CNG 只能向周边空间释放；②由于材质缺陷，操作失误，疏于检修等原因发生泄漏；③管路、压缩机等发生管道破裂泄漏事故；④阀门和压力安全阀发生堵塞，压缩机密封失效；⑤停电或控制系统失灵；⑥因密度差、温度差引发系统超压导致容器毁坏。

2源项分析

CNG 泄漏可导致的主要危害是可燃气体的扩

散和可燃气体的火灾爆炸，由于CNG 泄漏引发的蒸气云爆炸事故更具有较大的破坏性，如果控制不好还可导致灾难性事故，本次风险评价采用火灾爆炸事故模拟分析方法计算CNG 在极端情况下，发生蒸气云爆炸后的事故危害程度。当CNG 发生泄漏时，

CNG 快速泄漏并与周围空气形成爆炸性混合气云，

在遇到延迟点火的情况下，就会导致蒸气云爆炸的发生。发生蒸气云爆炸一般具有以下特点：一般由火灾发展成爆燃，而不是爆轰；是一种面源模型。

本次主要是预测分析不利气象条件下，CNG 事故排放时对周围环境的影响和CNG 发生火灾爆炸事故的危害范围。

CNG 事故排放风险源强：发生CNG 事故排放

主要原因是储气井或拖车压力安全阀的紧急释放或其它形式释放，通过集散放散管排放，风险源及计算参数如下：①排放高度：高于周围建筑物1.5m ；

②流速：10m/s ；③排放速率：0.007m 3/s ；④排放时间：30min 。

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Vol．40No．2（2009）

ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRY

火灾爆炸事故风险源强：根据有关研究表明当

CH4百分比浓度在9.5%时其爆炸力最大，爆炸时的

瞬间压力可达9atm，为充分考虑事故的影响，通常

应按最不利情况对天然气爆炸事故的影响范围、危害程度等进行预测评价。在此假设其火灾爆炸能量为6个储气井的全部天然气的量（3000m3），风险源及计算参数如下：①按储气井储存量为2.04t；②CNG 燃烧热：37465KJ/Nm3（55.1MJ/kg）；③存储压力：20MPa。

3后果计算及影响分析

3.1可燃气体的扩散

采用虚拟点源多烟团模式[3]，其计算模式为：

式中：C(x，y，0)──下风向地面(x，y，0)坐标处的空气中污染物的浓度，mg/m3；

x0，y0，z0--烟团中心坐标；

Q--事故期间烟团排放总量，mg；

σx，σy，--分别为x、y、z方向的扩散参数，m。

发生事故排放后，分别预测典型和不利气象条件（小风u=1.5m/s，静风u=0.5m/s及D级大气稳定度）下下风向可燃气体的浓度值，预测结果见表1。

表1CNG事故排放下风向天然气浓度预测值

5min 10min 15min 20min 25min 30min 35min 40min 5min 10min 15min 20min 25min 30min 35min 40min

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0302

0.0341

0.0349

0.0352

0.0353

0.0354

0.0053

0.0014

50

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

0.6993

0.7110

0.7125

0.7129

0.7131

0.7132

0.0140

0.0023

500

0.6343

0.6359

0.6359

0.6359

0.6359

0.6359

0.0016

0.0000

0.0145

0.2648

0.3151

0.3234

0.3255

0.3263

0.3121

0.0620

250

0.9972

0.9972

0.9972

0.9972

0.9972

0.9972

0.0000

0.0000

0.8148

1.0228

1.0340

1.0361

1.0367

1.0370

0.2223

0.0143

400

0.8150

0.8150

0.8150

0.8150

0.8150

0.8150

0.0000

0.0000

0.1183

0.4495

0.4812

0.4863

0.4876

0.4881

0.3701

0.0390

150

0.4290

0.4290

0.4290

0.4290

0.4290

0.4290

0.0000

0.0000

1.6848

1.7536

1.7581

1.7591

1.7594

1.7596

0.0748

0.0061

100

0.0354

0.0354

0.0354

0.0354

0.0354

0.0354

0.0000

0.0000

1.7729

1.8037

1.8063

1.8070

1.8072

1.8073

0.0345

0.0038

200

0.8411

0.8411

0.8411

0.8411

0.8411

0.8411

0.0000

0.0000

1.2355

1.3657

1.3730

1.3744

1.3749

1.3751

0.1397

0.0095

300

0.9882

0.9882

0.9882

0.9882

0.9882

0.9882

0.0000

0.0000

0.4877

0.7693

0.7859

0.7887

0.7896

0.7899

0.3023

0.0208

小风

静风下风向距离

下风向各处污染物浓度/（mg/m3）在压力安全阀的紧急或其它形式的释放，通过

集散放散管排放，对近距离范围影响较大，其中有风天气条件下：天然气最高浓度值出现在下风向处269m处，为1.0068mg/m3，持续时间与泄漏时间相同，即30min内；静风天气条件下：天然气最高浓度值出现在下风向119m处，为1.8840mg/m3，持续时间与泄漏时间相同，即30min内。随着事故排放的结束，在30min后周围大气环境污染物浓度逐渐恢复到污染前的水平。

天然气对人基本无毒，主要危害是它的燃爆特性，由于天然气爆炸上限浓度为5.3%（体积分数），换算成浓度值为37.7g/m3，因此在事故排放情况下，不会在其下风向形成爆炸性气体环境，接触人员会感觉到天然气特有的气味，这种气味随着事故排放的结束而逐渐消失。

3.2蒸汽云爆炸

爆炸性气体（油气）如果瞬间泄漏后遇到延迟点火或泄漏到空气中，遇到火源，则可能发生蒸气云爆炸。导致形成蒸气的力来自容器内含有的能量或可燃物含有的内能，或两者兼而有之。"能"主要形成是压缩能、化学能或热能。一般说来，只有压缩能和热量才能单独导致形成蒸气云。本次定量评价采用TNT模型如下：

TNT当量WTNT及爆炸总能量E计算公式为：

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