加气站CNG储气装置的安全评价及事故预防与处置技术

加气站CNG储气装置的安全评价及事故预防与处置技术1.1加气站储气装置与技术。在各种CNG加气站里，通过压缩机加压压缩，强行将自然 气储存在固定场所设置的特制容器内，专供汽车加气的备用装置或系统，称为储气装置或储气技术。该装置因具有25-30MPa的高压以及介质易燃易爆的危急性质，所以储气装置在CNG加气站当属特殊重要的核心部位，尤其是对储气设施设备布置方式的选择、平安牢靠性评价、工艺制造以及材质等方面的平安技术考虑，都有很多特别要求。我国的CNG加气站，经受了较长时间的开发讨论，迄今储气瓶、储气罐和储气井技术工艺，目前正在逐步趋于成熟与完善，有的已初具规模。现将三类不同装置的加气站简介如下：①瓶储加气站。是将若干储气瓶按不同压力分级布置的加气站，单瓶水容积通常为60L或80L居多，材质采纳无缝优质钢或具有防火功能的树脂纤维缠绕技术制造。储气瓶的优点是经济，敏捷，建设成本较低。缺点是供气系统阻力大，管阀连接处泄漏点多，增加了担心全因素。此外，每年支付的维护费用多，增加了后期供气成本。②罐储加气站。是将压缩自然 气储存在球型或园柱型储气罐中的加气站，其储罐水容积主要有2m3、3m3、4m3或6m3的几种规格，一般每站设置3～6罐为宜。这种储气罐是90年月后期较为广泛使用的CH4高压储存容器，其优点主要是：气体集中储存，管阀连接点较少，泄漏因素降低，恰好弥补了储气瓶的不足，具有较好的平安性。缺点是：爆炸事故发生时，地面冲击波的辐射范围大、强度大等。是较受欢迎的储气装置。③井储加气站。顾名思义，是将压缩自然 气储存在地下储气井的加气站，储气井是四川石油管理局自80年月中期开头在不断实践探究的基础上，讨论开发的新型储气技术。这种储气装置是在加气站肯定位置开钻3～6口地下井，每口井的深度约100m，上小下大口径不等，单井水容积为2m3左右，采纳进口材质的套管和钢筋混凝土固井技术，具有平安坚固、节省维护费用、节省土地资源以及削减地面冲击波放射范围和强度等很多优点，是很受欢迎、平安牢靠的高压CH4储气装置。以上三种储气装置的基本状况现列表如下：表--1CNG加气站储气设施布置概览

序号项目储气瓶储气罐储气井1单个容量规格50L或80L/瓶2000-4000L2000L/井2单组布置数量80-230瓶3-6罐3-8井3容器水容积(m3)6-126-126-124标准储气量（Nm3）1500-30001500-30001500-30005占地面积（m3）3060106建设投资概算(万元/站)66.094.096.57检验维护费(万元/年)1.250.75——8四川省2001年12月31日截止分类统计数(站)1968361.2CH4介质的理化质及燃爆参数我国车用压缩自然 气主要分为”干气”和”湿气”两大类，气质状况视CH4产地不同而有区分，四川、重庆、海南、陕西、新疆等地的气田气通常为干气，CH4含量一般在95%以上；而河北、吉林、辽宁、甘肃、湖北、山东等地的油田伴生气通常为湿气，CH4含量一般在80%左右。实际应用结果证明，”干气”不仅有利于平安，而且更有益于作为CNG汽车的燃料介质使用。处于高压状态下的CH4，无论管理人员或操作人员，都要对其性质、技术参数和特别要求作全面了解和把握。现将对CH4讨论测试及查验的主要理化性质及燃爆参数列于表-2：表--2CH4主要理化性质及燃爆参数

序号参数名称单位数据序号参数名称单位数据1爆炸浓度下限％5.013分子量——16.042爆炸浓度上限％15.014凝固点℃-183.23化学计量浓度％9.4615熔点℃-182.54最大爆压浓度％9.816沸点℃-161.55最大爆炸压力MPa0.71717闪点℃-1906最小引爆能量Mj0.2818自燃点℃5407最小报警浓度(LEL下限1/3)％≤1.719气体密度（空气）G/10.558燃烧热值Kcal/m3950020液体密度（水）-164℃0.429燃烧温度℃183021临界温度℃-82.610燃烧空气量m3/m39.5222临界压力MPa4.5811燃烧热Kj/mol889.523CH4中的H2S允许浓度（民用）mg/m3≯2012气化热Kj/mol122.024CH4中的H2S允许浓度（汽车用）mg/m3≯15除以上重要参数外，根据国家有关技术规范的规定，CH4生产储存场所的火灾危急性确定为甲类，一级易燃气体；火灾爆炸危急度为：H=(R-L)/L=(15-5)/5=2；危急货物统一名称编号煤矿：21007。2、高压容器的爆炸冲击波及其危害2.1爆炸冲击波及特性。CNG加气站储气装置由于高压和介质可燃爆两大事故因素，无论发生何种事故，都可能引发泄漏、火灾、化学爆炸和物理爆炸。假如事故得不到有效掌握，还可相互作用，相互影响，促使事故扩大扩散及至产生巨大的冲击波危害，其主要特征是：①化学爆炸冲击波。在输送CH4的管阀连接处、运行过程的误操作以及高压容器破损等事故因素发生时，可导致其介质泄漏于空气中，当浓度达到5.15%，或量超过15%但很快又降至上限与下限之间，尤其是处于9.5-9.8%的浓度范围时，只需0.28ml以上点火能量的作用，便可产生气体混合物爆炸(亦称为化学爆炸)。这种化学爆炸所产生的冲击波能量，可直接对建、构筑物和人体造成不同程度的危害，其强度主要与CH4气体混合物的空间体积(即参加反应的CH4总量)有关，可采纳以下公式进行计算：Lh=V·H·427式中：Lh-CH4冲击波或爆炸力(Kgf.m)；V-参加应的CH4气体总量(Nm3)；H-CH4的高燃烧热值(Kcal/m3)；427-转换常数，1Kcal相当于427Kgf.m之功。②物理爆炸冲击波。压力容器裂开时，容器内的高压气体解除了外壳的约束，快速膨胀并以很高的速度释放出内在能量，造成压力装置瞬间破坏并产生巨大声响的现象。即为通常所说的物理爆炸。CNG装置因属于高压容器，由此引发的爆炸事故更具典型的物理爆炸特征。可以认为此类膨胀爆炸是在绝热状态下进行的，而爆炸的冲击波能量则是在绝热膨胀时所作的功。依据气体热力学原理，抱负气体在绝热膨胀状态下所作之功可表示为：Ug=PV/K-1·[1-(1/P)K-1/K]·104式中：Ug--气体膨胀所作的功(Kgf.m)；P--容器内气体肯定压力(MPa)；V--容器水容积(m3)；K--气体的肯定指数由于CH4及常见气体多为双原子分子，其肯定指数K=1.4，则绝热膨胀所作之功即为：Ug=PV/K-1·[1-(1/P)K-1/K]=PV/1.4-1·[1-(1/P·104)1