關于煤礦瓦斯儲罐的環境風險評價

楊少華

(煤炭工業太原設計研究院，山西 太原　030001)

關于煤礦瓦斯儲罐的環境風險評價

楊少華

(煤炭工業太原設計研究院，山西 太原030001)

【摘要】本文論述了煤礦瓦斯儲氣罐可能出現的事故情況，對其產生的爆炸事故進行了環境風險評價，提出了應急與防范措施。

【關鍵詞】煤礦；瓦斯儲罐；環境風險

引用文獻格式：楊少華.關于煤礦瓦斯儲罐的環境風險評價[J].環境與可持續發展，2015，40(6)：167-169.

1引言

煤礦瓦斯簡稱瓦斯，指煤炭礦井開采過程中從煤層及其圍巖涌入礦井巷道和工作面的天然氣體，主要由甲烷構成。瓦斯是一種無色、無味、無臭、可以燃燒或爆炸的氣體，難溶于水，不助燃也不能維持呼吸，達到一定濃度時，能使人因缺氧而窒息，當空氣中瓦斯含量為5%～16%時，遇火會引起爆炸，造成事故。

根據煤炭采選工程的特點，環境風險類型主要包括煤矸石堆置場潰壩、露天礦排土場滑坡、瓦斯儲罐泄漏引起的爆炸”[1]。本次主要探討煤礦瓦斯儲罐泄漏引起的爆炸的環境風險評價，對氣體儲罐站爆炸事故的環境影響范圍界定及風險應急與防范措施作一些探討。

2環境風險評價

建設項目環境風險評價是對建設項目建設和運行期間發生的可預測突發事件或事故(一般不包括人為破壞及自然災害)引起有毒有害、易燃易爆等物質泄漏，或突發事件產生的新的有毒有害物質，所造成的對人身安全與環境的影響和損害，進行評估，提出防范、應急與減緩措施[2]。風險評價的基本流程為風險識別、源項分析、后果計算、風險計算和評價及風險管理。

2.1　風險識別

2.1.1物質識別

瓦斯的主要成分是甲烷，屬易燃性氣體，在空氣中具有一定濃度(5%～15%)時，遇熱源或明火有燃燒爆炸危險。瓦斯泄露發生爆炸后可發生火災，另外瓦斯泄露可以形成瓦斯云團并發生云團爆炸；在實際情況中瓦斯云團常常同空氣混合發生擴散，遇到火源時產生云團擴散爆炸，爆炸過程中由于不完全燃燒將會產生大量CO，進而對居民健康造成威脅。甲烷的理化性質及基本特征見表1。

表1　甲烷的理化性質及基本特征表

續表1

2.1.2生產設施風險識別

煤礦在工業場地建設瓦斯抽采站，瓦斯氣體采用儲氣罐儲存。瓦斯儲氣罐多為管道連接閥門控制，在裝料、輸料過程及一般情況存儲均有可能引起物料泄漏。采用事故樹分析法進行瓦斯儲罐爆炸事故的環境風險影響評價。瓦斯儲氣罐的環境風險因子主要有：①設備因素：管道、儲罐堵塞或漏氣。②人為因素：操作不當、管理不嚴、環保安全意識差。③自然或人為破壞因素：自然災害或其它不可抗拒突發因素[3]。

2.2　源項分析

煤礦工業場地瓦斯抽放站按瓦斯儲氣罐容積分別為1000m3、5000m3、10000m3三個等級進行分析計算。根據有關資料介紹，設備容器一般破裂泄漏的事故概率在1×10-5/年。此外，據儲罐事故分析報道，儲存系統發生火災爆炸等重大事故概率小于1×10-6/年。由于設備質量、施工水平、經濟狀況的提高，儲罐容積相對小以及抽放氣體中瓦斯含量低，所以儲氣罐重大環境風險事故的發生概率當屬于“不易發生”的性質范疇。

2.3　后果計算

2.3.1爆炸能量計算

E=V·H

式中：E——爆炸能量；

V——參與反應的可燃氣體體積，m3；

H——可燃氣體的高燃燒熱值，kJ/m3；H甲烷=39860。

根據上述公式計算不同體積的瓦斯爆炸釋放的能量。見表2。

表2　不同體積的瓦斯爆炸釋放的能量

2.3.2爆炸影響范圍計算

爆炸性氣體液態儲存，如果瞬間泄露后遇到延遲點火或儲存時泄露到空氣中，遇到火源，則可能發生蒸汽云爆炸。根據荷蘭應用研究院(TNO)預測蒸氣云爆炸的沖擊波的損害半徑公式計算：

式中：Cs——經驗常數，取決于損害等級，從重到輕依次為0.03、0.06、0.15、0.4。單位為mJ-1/3；

N——效率因子，一般取N=10%

E——爆炸總能量，KJ。

由以上公式可預測出不同體積的瓦斯爆炸時的影響范圍，見表3。

表3　損害等級及爆炸損害影響范圍表

2.4　風險計算與評價

泄露的瓦斯氣與空氣混合形成云團之后，其中的甲烷濃度處于爆炸極限范圍內時，遇到火源即發生爆炸，造成破壞。云團爆炸對人體的影響區域分為死亡區、重傷區、輕傷區，在死亡區內因沖擊波的作用將導致人體肺出血而死亡的概率為50%，重傷區內因沖擊波的作用將導致人體二膜破裂的概率為50%。建筑物受爆炸沖擊波的作用將垮塌并發生火災。所以應保證此周圍居民均在安全距離外，人員和財產不至受瓦斯泄露云團爆炸影響。

2.5　風險管理

2.5.1風險防范措施

(1)設備的選材、設計、制造、安裝、試壓等符合國家現行的標準和規范要求；

(2)管道、閥門、墊片選用耐腐蝕的材料；

(3)安全閥、液位計、阻火器等安全附件必須經常檢查、維護、定期監測，發現問題及時檢修，不能故障使用；

(4)對設備、管道定期做防腐處理，防止大氣和化學腐蝕造成的沙眼泄漏，對各種管道要按要求涂刷成不同顏色，瓦斯管道要有流向標志；

(5)項目采用PLC 控制系統，在選用儀表時，應選用動作靈敏、質量可靠的儀表；

(6)對各種泵實行定期檢修制度，定期更換；

(7)在容器泄漏瓦斯的地方設置固定式可燃氣體報警器，并配置移動式可燃氣體監測儀，以便及時發現和處理瓦斯泄漏事故。

2.5.2應急預案

建設單位應針對可能的環境事故編制應急預案。從應急工作程序上，可以分為預防預警、應急響應、應急處理、應急終止、信息發布五個步驟。

(1)預防預警：根據突發事件的嚴重性、緊急程度和可能波及的范圍，劃分預警級別，并根據事態的發展情況和采取措施的效果，提高或者降低應急預警級別。

(2)應急響應：環境安全突發事件發生后，應立即啟動并實施相應應急預案，及時向環保部門及政府上報；同時，啟動建設單位應急專業指揮機構；應急救援力量應立即開展應急救援工作；需要其他應急救援力量支援時，應及時向政府提出申請。

(3)應急處理：對各類環境事故，根據相應的救援方案進行救援的處理，同時應進行應急環境監測。

(4)應急終止：應急終止須經現場救援指揮部確認，由現場救援指揮部向所屬各專業應急救援隊伍下達應急終止命令。應急狀態終止后，建設單位應根據上級有關指示和實際情況，繼續進行環境監測和評價工作，直至其他補救措施無需繼續進行為止。

(5)信息發布：突發環境安全事件終止后，要通過報紙、廣播、電視和網絡等多種媒體方式，及時發布準確、權威的信息，正確引導社會輿論，增強對于環境安全應急措施的透明度。

3結論

煤礦瓦斯是指煤炭礦井開采過程中從煤層及其圍巖涌入礦井巷道和工作面的天然氣體，達到一定濃度時，能使人因缺氧而窒息，當空氣中瓦斯含量為5%～16%時，遇火會引起爆炸，造成事故。瓦斯儲罐泄漏引起的爆炸是《環境影響評價技術導則 煤炭采選工程》(HJ619-2011)中關于防范煤炭采選工程環境風險(主要包括煤矸石堆置場潰壩、露天礦排土場滑坡、瓦斯儲罐泄漏引起的爆炸防范)的重要內容之一。本文主要探討煤礦瓦斯儲罐泄漏引起的爆炸的環境風險評價，探討了氣體儲罐站爆炸事故的環境影響范圍界定及風險應急與防范措施。基于對爆炸特性的分析，計算得出不同體積瓦斯儲氣罐爆炸時產生的能量。根據爆炸能量進一步計算了爆炸影響范圍。據此提出了風險防范措施和應急預案。

參考文獻：

[1]《環境影響評價技術導則 煤炭采選工程》(HJ619-2011).

[2]《建設項目環境風險評價技術導則》(HJ/T169-2004).

[3]魏鴻業，胡愛軍.氫氣儲罐站爆炸事故的環境風險評價.青海氣象，2007-01.

On Environmental Risk Assessment of Coal Mine Gas Storage Tank

YANG Shaohua

(Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry，Taiyuan Shanxi 030001)

Abstract：This paper discusses the possible accident of coal mine gas storage tanks in the explosion accident for the environmental risk assessment，emergency and prevention measures are put forward.

Keywords：coal mine；gas storage tanks；environmental risk

作者簡介：楊少華，2003年畢業于太原理工大學給排水工程專業，工程師，主要從事環境影響評價工作

中圖分類號：X21

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2015)06-0167-03