淺談瓦斯發(fā)電廠安全設(shè)計(jì)

王俊杰

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

瓦斯發(fā)電廠大部分位于山區(qū)，地形地質(zhì)復(fù)雜。瓦斯發(fā)電廠安全設(shè)計(jì)就是在這些地形復(fù)雜的山區(qū)，合理運(yùn)用地形地質(zhì)條件，完成企業(yè)的建設(shè)施工、設(shè)備安裝調(diào)試以及建成投入生產(chǎn)或使用后可能產(chǎn)生的安全危害因素和與之對(duì)應(yīng)采取的防治措施和機(jī)構(gòu)設(shè)置的綜合安全設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要實(shí)時(shí)地了解企業(yè)的經(jīng)濟(jì)狀況、人文價(jià)值、交通條件等，還要考慮山區(qū)地質(zhì)狀況、氣象條件、場(chǎng)地大小等。

在實(shí)際的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，瓦斯發(fā)電廠安全設(shè)計(jì)工作大致包括：總平面布置及建筑物、生產(chǎn)中危害因素的分析、生產(chǎn)中危害因素的主要防范措施、應(yīng)急救援與機(jī)構(gòu)設(shè)置設(shè)計(jì)等4個(gè)階段。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，每個(gè)階段并不是相互獨(dú)立而是互相影響、互相牽制的。在每一階段的工作中，都要考慮其它各個(gè)階段對(duì)其的影響。

總之，一個(gè)符合現(xiàn)代安全要求的瓦斯發(fā)電廠，除了需要有合適的場(chǎng)地、先進(jìn)的設(shè)備以外危害因素的分析與防治也很重要的。

1 總平面布置及建筑物

總平面布置及建筑物設(shè)計(jì)完全遵照國(guó)家現(xiàn)行的安全標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)條文進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮下列危害因素及防范措施：1) 電廠地處山區(qū)，有地面沉降或塌陷的可能。設(shè)計(jì)中須對(duì)廠址及廠區(qū)內(nèi)主要建(構(gòu))筑物的沉降進(jìn)行觀測(cè)，以便及時(shí)進(jìn)行地面沉降處理。2) 項(xiàng)目選址所在地區(qū)有地震災(zāi)害影響的可能性，電廠各建(構(gòu))筑物均按設(shè)防烈度采取抗震措施。3) 廠址所處區(qū)域內(nèi)有暴雨及洪水的可能性，場(chǎng)地內(nèi)設(shè)有雨水管、排水溝，可將場(chǎng)內(nèi)雨水、洪水就近排至場(chǎng)外，以滿足電廠的排水及防洪的要求。4) 大風(fēng)、雷電也可造成廠區(qū)內(nèi)設(shè)備損壞，還可能威脅操作人員的安全。場(chǎng)地內(nèi)建(構(gòu))筑物均按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行抗風(fēng)、防雷設(shè)計(jì)。5) 項(xiàng)目廠址所處區(qū)域內(nèi)可能有極端氣溫災(zāi)害，做好防暑降溫及低溫防護(hù)工作。6) 合理布局建(構(gòu))筑物，滿足建筑物之間防火、防爆、防振及防噪、防塵的間距要求；滿足建筑物自然通風(fēng)、日照及室外景觀設(shè)置的要求。

2 生產(chǎn)中危害因素的分析

2.1 安全生產(chǎn)原則

安全是瓦斯發(fā)電廠的核心工作，故在安全第一、預(yù)防為主、綜合治理的基礎(chǔ)上，確定以下6方面安全生產(chǎn)原則：1) 設(shè)置完善的消防系統(tǒng)和報(bào)警設(shè)施，各主要設(shè)備及建(構(gòu))筑物采取相應(yīng)的防火防爆措施，使火災(zāi)的危險(xiǎn)性和爆炸的危害性減少到最低限度。2) 對(duì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)及易產(chǎn)生化學(xué)傷害的場(chǎng)所采取有效的防毒、防腐蝕等措施，減少化學(xué)傷害。3) 進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，設(shè)立避雷針和人工接地網(wǎng)及均壓帶，所有帶電設(shè)備均設(shè)計(jì)接地、安全凈距和緊急事故信號(hào)顯示及連鎖自動(dòng)裝置，有效防止電傷事故。4) 加強(qiáng)設(shè)備、閥門和護(hù)欄、樓梯等運(yùn)行和檢修，避免機(jī)械和墜落傷害。5) 采用通風(fēng)、采暖、空調(diào)等措施，保證各生產(chǎn)車間、辦公場(chǎng)所的防暑、防寒和防潮。6) 采用防噪聲污染措施，使噪聲水平符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要振動(dòng)設(shè)備采取防振減振措施。

2.2 生產(chǎn)過(guò)程中危害因素及危害程度的分析

生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的危害主要有：火災(zāi)、爆炸、噪聲、振動(dòng)、雷電、高溫、工頻電場(chǎng)、觸電、機(jī)械、墜落、化學(xué)傷害和供氣不足等[1]. 瓦斯的泄漏易產(chǎn)生起火和爆炸；電氣設(shè)備不防爆產(chǎn)生電火花等點(diǎn)火源可能引發(fā)火災(zāi)爆炸事故；潤(rùn)滑油遇明火、高溫和氧化劑有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。燃機(jī)、汽機(jī)及各種轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲、振動(dòng)，燃機(jī)尾部排氣、鍋爐點(diǎn)火排汽產(chǎn)生的噪聲，都會(huì)危害職工的健康；雷電有可能引燃排空瓦斯。燃機(jī)、鍋爐和汽機(jī)的外壁均是高溫?zé)嵩矗蛑車l(fā)熱量，惡化工作環(huán)境。變壓器、高低壓配電柜及變頻控制柜周圍可能產(chǎn)生工頻電場(chǎng)，會(huì)對(duì)工人的神經(jīng)系統(tǒng)形成損害；電氣設(shè)施漏電，會(huì)對(duì)職工人身安全造成傷害；靜電可能引燃瓦斯造成火災(zāi)。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械若無(wú)防護(hù)裝置或防護(hù)裝置失效，可能導(dǎo)致機(jī)械傷害；起重機(jī)械在使用過(guò)程中，因設(shè)備缺陷或操作失誤，也可能導(dǎo)致機(jī)械傷害。鋼制平臺(tái)、爬梯、護(hù)欄等檢查、維護(hù)、維修不及時(shí)，可能會(huì)造成高處墜落。在脫硝、除鹽過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生易燃、有毒氣體，危害工人的健康；化驗(yàn)作業(yè)的腐蝕性酸堿液體，可能會(huì)灼傷工人的皮膚或者眼睛。

3 生產(chǎn)中危害因素的主要防范措施

主要防范措施是衡量安全設(shè)計(jì)水平的重要標(biāo)志，防范措施設(shè)計(jì)的合理性，直接影響電廠的安全運(yùn)行。合理的防范措施設(shè)計(jì)是電廠內(nèi)建設(shè)單位、施工單位、設(shè)計(jì)院和當(dāng)?shù)匦l(wèi)生部門密切配合，確保瓦斯發(fā)電廠的安全生產(chǎn)。

3.1 防火、防爆

為保證電廠正常運(yùn)行，瓦斯管道上裝設(shè)快速關(guān)斷閥、超壓放散閥和緊急放散裝置，防止系統(tǒng)串火、超壓；放散管引至人員操作地點(diǎn)上方4 m以上，距地面高度不低于10 m；在管道附件容易泄漏處，設(shè)置瓦斯?jié)舛葯z測(cè)報(bào)警儀器，當(dāng)瓦斯泄漏監(jiān)測(cè)超標(biāo)時(shí)，與閥門和設(shè)備連鎖，必要時(shí)關(guān)斷閥門，停止設(shè)備運(yùn)行；為防止瓦斯系統(tǒng)靜電引起的火災(zāi)，在其設(shè)備及管道上設(shè)有接地措施，所有非焊接聯(lián)接處均做銅導(dǎo)線跨接。在燃機(jī)內(nèi)部設(shè)置瓦斯?jié)舛葍杉?jí)報(bào)警：一級(jí)報(bào)警(高限)設(shè)定值為0.5%VOL；二級(jí)報(bào)警(高高限)設(shè)定值為1%VOL. 當(dāng)達(dá)到一級(jí)報(bào)警條件時(shí)，除了報(bào)警外并開啟全部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)；當(dāng)達(dá)到二級(jí)報(bào)警條件時(shí)，除了報(bào)警、開啟風(fēng)機(jī)通風(fēng)外同時(shí)關(guān)閉瓦斯支管上的快速切斷閥和干管上的關(guān)斷閥，快速切斷氣源；停運(yùn)燃機(jī)及預(yù)處理系統(tǒng)，同時(shí)打開所有電動(dòng)放散閥。運(yùn)行中可能發(fā)生氣體泄漏的預(yù)處理設(shè)備采用露天布置，以減少瓦斯集聚[2].

為防止燃機(jī)和汽輪機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)的火災(zāi)，設(shè)計(jì)中采取了以下防范措施：1) 濾油機(jī)選用防爆型。2) 油系統(tǒng)設(shè)備、管道避開高溫管道或附近的熱管道,有完整堅(jiān)固的保溫層，表面用鍍鋅鐵皮防護(hù)。3) 排油管道引至主廠房外無(wú)火源處。4) 油管道法蘭墊料采用耐油、耐熱的材料。5) 油管道盡可能減少法蘭連接，油系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)壓力按提高一級(jí)考慮。

瓦斯發(fā)電廠使用電氣設(shè)備全部為礦用防爆型：1) 高低壓電機(jī)和電氣設(shè)備使用增安型電氣設(shè)備(Exe I). 2) 照明燈具使用防爆型電氣設(shè)備(Exd I). 3) 通信、自動(dòng)控制的儀表、儀器使用本質(zhì)安全型電氣設(shè)備(Exia I或Exib I)。電纜與電氣設(shè)備連接時(shí)，電纜線芯使用快速連接器與電氣設(shè)備進(jìn)行連接。電纜采用阻燃電纜，穿墻等部位采用防火封堵，并刷防火涂料。

電廠要設(shè)電氣防爆檢查員，進(jìn)行電氣設(shè)備防爆管理工作：1) 負(fù)責(zé)對(duì)新進(jìn)電氣設(shè)備防爆合格證的核查以及電氣設(shè)備防爆性能的檢查，確保電氣設(shè)備的防爆性能。2) 防爆電氣設(shè)備的安裝工作應(yīng)由專業(yè)電工完成，電氣防爆檢查員負(fù)責(zé)檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可投入使用。3) 電氣防爆檢查員負(fù)責(zé)對(duì)電氣設(shè)備及線路的檢查和維護(hù)，一旦出現(xiàn)電氣設(shè)備失爆現(xiàn)象，負(fù)責(zé)處理或更換。

尿素分解會(huì)產(chǎn)生氨氣，采取如下防護(hù)措施：在輸送管道的適當(dāng)部位，安裝壓力表和溫度計(jì)，輸送管道控制在100 ℃以下。

各建(構(gòu))筑物配置相關(guān)規(guī)范規(guī)定的滅火器，電廠運(yùn)行時(shí)嚴(yán)禁煙火。

3.2 防振動(dòng)與噪聲、防燙傷

設(shè)計(jì)中充分考慮設(shè)備振動(dòng)給勞動(dòng)者帶來(lái)的損傷。各種設(shè)備的防振設(shè)計(jì)均應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。必要時(shí)設(shè)備與管道采用柔性連接、設(shè)備基礎(chǔ)采用減振墊等措施。設(shè)計(jì)采取聲源控制、圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲及個(gè)人防護(hù)等多方面相結(jié)合的綜合控制措施，以控制噪聲。

外壁溫度高于50 ℃的設(shè)備及管道均采取保溫隔熱防燙。

3.3 防雷、防靜電

電廠廠區(qū)依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2010)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，裝設(shè)避雷帶、避雷針及接地裝置，防直擊雷、雷電感應(yīng)(包括靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng))、雷電波侵入。避雷針與瓦斯排空管的位置關(guān)系(圖1)，應(yīng)按下列公式計(jì)算，且不得小于3 m[3]：

當(dāng)hx<5Ri時(shí)：

Sa1≥0.4(Ri+0.1hx)

(1)

當(dāng)hx≥5Ri時(shí)：

Sa1≥0.1(Ri+hx)

(2)

式中：

Sa1─空氣中的間隔距離，m；

Se1─地中的間隔距離，m；

Ri─獨(dú)立避雷針、架空接閃線或網(wǎng)支柱處接地裝置的沖擊接地電阻，Ω；

hx─被保護(hù)建筑物或計(jì)算點(diǎn)的高度，m.

圖1 防雷裝置至被保護(hù)物的距離圖

電氣設(shè)備的金屬外殼及瓦斯氣管按《石油化工靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行防靜電接地設(shè)計(jì)[4]. 瓦斯管道設(shè)置良好的防靜電接地裝置：架空瓦斯管道每隔25 m接地一次，瓦斯氣管道的始、末端及分支處用-50 mm×5 mm扁鋼沿管道支墩與接地網(wǎng)相連，以上連接均為焊接，并在焊接處做防腐處理；閥門、法蘭、彎頭等管道連接處，應(yīng)采用截面不小于25 mm2的軟銅絞線跨接，跨接不少于2處；加強(qiáng)防雷、防靜電裝置的維護(hù)、保養(yǎng)，確保其有效。電氣設(shè)備的絕緣、防靜電裝置要經(jīng)常測(cè)試、保持良好，以消除隱患、保證安全。在所有運(yùn)行狀態(tài)下確保接地線與接地網(wǎng)始終接觸良好，接地網(wǎng)選擇路是比較好的方法，可以使得接地線電阻降低，確保接地網(wǎng)運(yùn)行的安全有效性[5].

3.4 防機(jī)械與墜落傷害、防供氣不足

所有回轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)外露部分均設(shè)置防護(hù)罩，各轉(zhuǎn)動(dòng)部件的聯(lián)軸節(jié)處加裝防護(hù)罩，設(shè)置必要的閉鎖裝置。起重機(jī)械在特種設(shè)備檢驗(yàn)部門登記備案，操作人員持證上崗。登高檢查和維修設(shè)備處設(shè)置扶梯；離地面或樓面高1 m以上的高架平臺(tái)設(shè)置欄桿；在一些設(shè)備基礎(chǔ)頂面高出地面許多時(shí)亦設(shè)有扶梯和防護(hù)欄桿，以防止人員跌落致傷。

瓦斯發(fā)電設(shè)備具有連續(xù)運(yùn)行特點(diǎn)，若不具備儲(chǔ)氣能力則當(dāng)供氣不足時(shí)，關(guān)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)氣快關(guān)閥及總關(guān)斷閥，停燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組、停預(yù)處理系統(tǒng)，并打開放散閥。

3.5 防工頻電場(chǎng)和化學(xué)傷害

為了避免工作人員受到工頻電場(chǎng)的危害，在建設(shè)施工過(guò)程中采取必要屏蔽措施。在建成投產(chǎn)后，加強(qiáng)出線系統(tǒng)管理維護(hù)，以有效減少絕緣子污染、絕緣子尖端放電等產(chǎn)生的電磁輻射，使工頻電場(chǎng)控制在正常生活允許的范圍內(nèi)。

防毒、防化學(xué)傷害的場(chǎng)所主要是瓦斯有關(guān)設(shè)備、管道及電廠內(nèi)化學(xué)設(shè)施。在燃機(jī)、鍋爐區(qū)域等可能產(chǎn)生CO和NOx的場(chǎng)所設(shè)置便攜式CO檢測(cè)儀和NOx檢測(cè)儀并設(shè)置事故通風(fēng)設(shè)施。在化水車間設(shè)置噴淋洗眼器，一旦發(fā)生工作人員與化學(xué)藥品的接觸可立即進(jìn)行沖洗。

3.6 環(huán)境綠化

為了營(yíng)造出有利于職工身心健康的自然環(huán)境以及協(xié)調(diào)廠區(qū)建筑與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相適應(yīng)。在防范措施設(shè)計(jì)中對(duì)廠區(qū)進(jìn)行綠化布置。

1) 道路兩旁種植高大、降塵、吸附有毒氣體的樹種，劃分車流、人流方向；根據(jù)實(shí)際情況在條件允許的情況下，盡量做到人車分流。2) 對(duì)生產(chǎn)車間周邊盡量以種植滯塵、吸聲、抗污能力強(qiáng)的灌木為主。3) 場(chǎng)前區(qū)種植一些觀賞性樹種，并在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾靡恍┙ㄖ∑罚鐖?bào)亭，花池等。4) 無(wú)法種植樹木的地段，如變電所附近、水池覆土等處，可種植草坪。

以上6個(gè)分項(xiàng)所包括的內(nèi)容并沒(méi)有固定的模式，也沒(méi)有嚴(yán)格的界限。在實(shí)際設(shè)計(jì)中根據(jù)具體情況，各項(xiàng)之間可能會(huì)有交叉。有的規(guī)模較小的瓦斯發(fā)電廠機(jī)械較少，防機(jī)械、墜落傷害項(xiàng)可與防噪聲、防振動(dòng)項(xiàng)合并；有的瓦斯電廠在現(xiàn)有廠區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改擴(kuò)建，無(wú)需新增綠化面積所以沒(méi)有環(huán)境綠化設(shè)計(jì)。

4 應(yīng)急救援與機(jī)構(gòu)設(shè)置

4.1 應(yīng)急救援

電廠成立自己的應(yīng)急救援組織，實(shí)施系統(tǒng)化應(yīng)急預(yù)案的培訓(xùn)與演練；做到任一個(gè)突發(fā)事件風(fēng)險(xiǎn)，企業(yè)有預(yù)案，風(fēng)險(xiǎn)有預(yù)控，事件有預(yù)警，裝備有標(biāo)準(zhǔn)，人員有能力，演練有實(shí)效，應(yīng)急有保障；與專業(yè)救援機(jī)構(gòu)簽訂服務(wù)協(xié)議，在應(yīng)急處置方面，規(guī)定應(yīng)急撤離時(shí)間、方式和路線并定期開展應(yīng)急撤離演練。

在事故發(fā)生時(shí)明確規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人遇險(xiǎn)情有權(quán)停產(chǎn)停工，立即組織撤離，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案并上報(bào)企業(yè)主管部門；指揮應(yīng)急救援工作，實(shí)施事故現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)、無(wú)關(guān)人員的疏散、醫(yī)療機(jī)構(gòu)的聯(lián)系、傷員的運(yùn)送等現(xiàn)場(chǎng)救援的各項(xiàng)工作[6].

4.2 機(jī)構(gòu)設(shè)置

成立由電廠主要領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)任負(fù)責(zé)人的安全設(shè)施管理組及應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)組，負(fù)責(zé)安全設(shè)施管理及突發(fā)安全事故應(yīng)急處理的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和統(tǒng)一指揮工作。

5 小 結(jié)

瓦斯發(fā)電廠安全設(shè)計(jì)的內(nèi)容決定了安全設(shè)計(jì)與自然地形條件及其他相關(guān)的熱動(dòng)、給排水、電氣、暖通、建筑等相關(guān)專業(yè)有著密切的聯(lián)系，是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程，在進(jìn)行下一個(gè)階段的工作時(shí)往往需要對(duì)上一個(gè)階段的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，因此在每一階段的工作中，都要考慮各個(gè)階段對(duì)其影響。只有在設(shè)計(jì)過(guò)程中協(xié)調(diào)好各方面的關(guān)系，才能設(shè)計(jì)出比較合理的瓦斯電廠安全設(shè)計(jì)。