天然氣儲配站罐區的重大危險源識別與風險控制

重慶萬州燃氣有限公司 魏 彬 蘇長遠

作為城鎮燃氣運轉樞紐的天然氣儲配站，擔負著接收上游來氣、儲氣調峰、調壓計量和配氣等功能。它的安全狀況好壞往往決定著整個城市燃氣供應系統是否能夠實現安全平穩供氣。為保證天然氣儲配站，尤其是其儲罐區的安全運行，需對其進行重大危險源識別、風險評價及控制，即通過風險評價找出控制點，并采取對應的安全管理措施。

1 重大危險源風險評價法介紹

重大危險源風險評價法是基于大量的火災和危險化學品泄漏燃燒爆炸事故等基礎上的統計分析。根據評價單元材料的危害性和工藝設備的危險性，分析事故的原因，評估事故的影響范圍及可能造成的人員傷亡和經濟損失，并找到預防和控制管理措施。

易燃、易爆、有毒重大危險源評價方法是國家經貿委安全科學技術研究中心《易燃、易爆、有毒重大危險源辨識評價技術研究》“八五”國家科技攻關中提出的風險評價方法，其中提出得重大危險源風險評價指標體系，如圖1所示。

圖1 重大危險源風險評價指標體系

重大危險源的評價分為固有危險性評價和現實危險性評價。后者是在前者的基礎上考慮各種危險性的抵消因子，它們反映了人在控制事故發生和控制事故后果擴大方面的主觀能動作用。固有危險性評價分為事故易發性評價和事故嚴重度評價。事故易發性取決于危險物質事故易發性與工藝過程危險性的耦合。評價數學模型為：

式中：A——現實危險性；

(B111)i——第i種物質危險性的評價值；

(B112)j——第j種工藝危險性的評價值；

Wij——第j種工藝與第i種物質危險性的相關系數；

B12——事故嚴重度的評價值；

B21——工藝、設備、容器、建筑結構抵消因子；

B22——人員素質抵消因子；

B23——安全管理抵消因子。

一般按A值大小將重大危險源分為4級，作為重大危險源監控管理的依據，其中：A≥3.5為1級，2.5≤A＜3.5為2級，1.5≤A＜2.5為3級，A＜1.5為4級。

2 萬州燃氣桐元儲配站概況

2.1 儲配站布局

桐元儲配站規劃建設4座容積為5 000 m3的高壓儲氣球罐，目前已建成投產2座。根據功能分區布置，如圖2所示，儲配站分為輸配區、球罐區和生產輔助區域。其中球罐區內設4個球形儲罐，呈一字排列(建成2座，預留2座)。

圖2 桐元儲配站平面示意

儲罐的設計壓力1.6 MPa，最大儲氣能力為16萬m3，取天然氣密度為0.717 4 kg/m3后計算可得該罐區天然氣最大儲存量約為110 t，超過GB 18218－2018《危險化學品重大危險源辨識》規定的50 t臨界值，因此該站的天然氣球形球罐區構成了重大危險源，應當進行重大危險源的申請備案登記。公司現已完善重大危險源的申報手續，并向當地經濟與信息化委員會和安監局登記備案。

2.2 工藝流程

儲配站接收作業區萬州末站的來氣，進站后的高壓天然氣(2.0～3.5 MPa)首先進入匯管一，經過濾分離、孔板計量后進入一級調壓系統(A組和B組調壓器，一開一備)調壓，降壓后的壓力為1.52 MPa(次高壓)；然后進入匯管二，在城市管網在用氣低谷時，一路天然氣直接進入球形儲氣罐，其它天然氣由站內二級壓力調節系統(C組和D組調壓器，一開一備)調壓，減壓后的壓力為0.35 MPa(中壓)；最后進入出站埋地管道，并通過超聲波計量表計量、加臭裝置加臭后向城市中壓管網供氣，如圖3所示。

圖3 儲配站工藝流程

3 球罐區危險源識別

3.1 儲存介質

球罐區的主要儲存介質是天然氣，主要成分是甲烷CH4(通常含量占95%以上)，還含有少量可燃烴和雜質等。天然氣比空氣輕，易燃易爆，一旦泄漏與空氣中的氧氣混合達到一定濃度，遇火源會發生燃燒或爆炸。因此該過程涉及的主要危險和有害物質是天然氣。

3.2 球罐及其附屬設施

3.2.1 球罐

球罐的危險因素有球罐破裂、球罐腐蝕、球罐爆裂、球罐疲勞、球罐附屬設施滲漏等。

3.2.2 連接管道、閥門和法蘭

連接管道、閥門和法蘭的危險因素有焊縫破裂或法蘭等連接件泄漏、基礎沉降或外力破壞導致管道設備變形和斷裂、進出球罐的閥門以及其它連接設備的法蘭損壞等。

3.2.3 安全設施

當上游來氣壓力超過球罐設計壓力時，設置于球罐頂部的安全放散閥理應起跳泄壓，保證球罐的安全。同時設置的壓力遠傳信號要實時向值班控制室輸送報警。當安全設施失效時，導致超壓超限而引起設施設備破壞。主要安全設施有安全閥、壓力傳感器、進球罐電動閥和壓力表等。

3.3 環境危險因素

環境的危險因素可從自然環境和社會環境兩方面進行分析。前者主要指暴風驟雨或地震滑坡等不可抗力對管道造成的破壞，因此，儲罐不得在有斷層、山體滑坡泥石流等地質災害的區域建造。后者主要包括拋射物打擊、施工損壞和故意破壞或恐怖襲擊等的第三方損害。

4 重大危險源風險評價和控制

4.1 重大危險源風險評價

4.1.1 損壞／破壞半徑

球罐區域的風險主要是天然氣泄漏引發燃燒爆炸。以單個儲罐破裂泄漏為例進行計算蒸氣云爆炸損傷破壞半徑（具體計算公式略），計算結果見表1。

表1 蒸氣云爆炸損傷破壞半徑

4.1.2 事故易發性（B11）評價

事故易發性評價可以從物質事故易發性和工藝事故易發性兩方面進行：

(1)物質事故易發性B111狀態值來自與天然氣靈敏度相關的物理和化學參數，即爆炸氣體特性G，包括最大安全縫隙、爆炸極限、最小點燃電流、最小點燃能、引燃溫度共5個方面，經綜合計算天然氣事故易發性B111＝44.8。

(2)工藝事故易發性B112從21個工藝影響因素中發現了罐體運行的實際危險性，并在以下幾個方面具有特殊性能，構成了一個過程事故。物質事故易發性與過程事故易發性之間的相關性由相關系數Wij表示，如表2所示。

表2 工藝過程事故易發性B112相關系數Wij

4.1.3 事故嚴重度B12評價

事故的嚴重程度用符號B12表示，反映了事故造成后果的嚴重程度，包括人員傷害和財產損失，以及人員損失轉化為的財產損失(萬元)，計算公式如下：

式中：C——財產破壞價值，萬元；

N1，N2，N3——事故中死亡、重傷和輕傷人數。

事故的嚴重程度B12取決于損壞半徑和圓形區域的財產價值及傷亡人數，計算結果為4 968.85萬元。

4.1.4 固有危險性B1及危險性等級

儲罐區的固有危險性B1，其計算公式為：

4.1.5 抵消因子B2及單元控制等級評價

(1)評估工藝設備和建筑物的抵消因素

工藝設備和建筑物抵消因素主要包括：設備維護、防爆裝置、惰性氣體保護、緊急冷卻、緊急電源、電氣防爆、防靜電、避雷、阻火裝置、過程參數控制、泄漏檢測裝置和響應、故障報警和控制裝置、意外排放和處理、工廠通風、建立減壓、設備監控、工廠結構、工業下水，共18個方面的評估。

建立“工藝設備和建筑物抵消因素評估表”評估總分為267分，通過現場評分，得出過程設備和建筑物抵消因子評價的實得分為168分。

(2)危險崗位操作人員素質評價

根據分析系統中人員的行為特征，從操作人員資格、人員的熟練性、人員的操作穩定性、崗位操作人員的負荷等方面分析人員的可靠性，進行人員素質評價。經過分析，人員的合格性R1=1，人員的熟練性R2=0.916 7，人員的操作穩定性R3=0.9，崗位操作人員的負荷因子R4=1，綜合評價單元人員素質的可靠性Ru=0.825。

(3)安全管理評價

安全管理評估的主要用來評價單位管理規章制度及管理措施的制定及實施狀況的績效。安全管理評價指標體系共有10個項目，72個指標組成，總分為1 000分。通過對安全生產責任制、安全生產教育、安全技術措施計劃、安全生產檢查、安全生產規章制度、安全生產管理機構及人員、事故統計分析、危險源評估與整改、應急計劃與措施、消防安全管理共10個方面的評價，得出安全管理評價的實得分為875分。

(4)抵消因子的關聯計算，通過計算公式：

進行計算后，得出綜合抵消因子B2為0.058 0。根據單位風險控制水平分級標準，如表3所示，球罐區域控制水平為C級。

表3 危險控制分級標準

4.1.6 現實危險性

由于偏移系數的偏移和控制，球罐區域的實際爆炸風險已大大降低。球罐區域爆炸的現實危險性A與固有危險性B1和抵消因子B2有關。

按公式計算得出A=B1B2=23 017 303.23×0.058 0=1 335 003.587。

綜合上述，罐區評價結果匯總見表4。

表4 評價結果匯總

從上表可以看出來，球罐區域的風險等級為4級，控制等級為C級。因此，控制能力和危險程度相匹配，控制能力達到危險等級要求的C級，表明球形儲罐區的安全措施和安全管理已達到較為理想的狀況。

4.2 重大危險源風險控制

4.2.1 重視儲罐區本質安全

要做到儲罐區的本質安全，需要重視建設過程，嚴把工程質量。在儲罐建設階段優選設計單位，做好施工材料及設備選型；建設過程把控施工質量，嚴格竣工驗收，做到交付使用前儲罐區本質化安全。儲配站建設前期經過充分調研論證，建議選擇設計單位作為牽頭單位組成設計、制造和安裝施工聯合體，采用EPC總承包的方式，進行儲罐及附屬設施的安裝。專業的事情交給專業的單位去做，對于技術難度高，施工難度大的大型儲罐建設值得借鑒。

4.2.2 做好設施設備維護保養

依據本文儲罐區安全風險分析評價識別出的風險點和對應的安全管理措施，制定和完善設施設備的維護保養規程及安全管理規章制度，簽訂員工目標責任書，落實崗位責任制，并加強日常的安全檢查和監督考核，強化日常運行的安全管理水平，確保儲罐區設施設備的安全平穩運行。

4.2.3 重視安全風險評價

在做好安全風險分析評價的基礎上，借助第三方機構的消防安全評價、安全現狀評價及環境風險評價等提出的改善建議，完善安全管理工作。按照球罐周期檢驗要求做好定期的開罐檢驗工作。

4.2.4 做好應急管理工作

針對天然氣儲配站的生產實際，模擬事故工況場景，制定專項安全應急救援預案，并定期進行實戰演練，防患于未然，并且做好“事后控制”。完善應急指揮機構及職責，規范事故及事故險情信息報告，制定并細化應急處置措施（如天然氣泄漏應急處置措施，火災、爆炸事故應急處置措施等）。

5 結語

天然氣經營企業采用高壓儲氣球罐進行企業用戶的小時和日調峰是較為普遍的選擇。天然氣儲配站儲罐區往往會構成重大危險源，其安全管理受到各級政府監管部門和天然氣經營企業的重視，儲罐區的安全風險分析評價工作在指導儲罐區設計、施工、驗收以及日常運行維護管理和事故預防等方面起到了重要作用。為降低天然氣儲配站儲罐區發生泄漏、火災和爆炸的風險性，需要從“人、機、環和管理”等四個要素入手，做好“事前”“事中”和“事后”三個環節的控制，確保儲罐區乃至整個天然氣儲配站的安全運行。

本文重大危險源風險評價主要集中在儲配站的儲罐區，而儲罐區的安全運行離不開中石油中石化等上游站場的運行調度以及儲配站工藝區壓力調節和供用氣綜合調度等要素。要實現天然氣儲配站安全平穩輸供氣的功能，需要進一步綜合考慮上游供氣站場的運行調度，以及儲配站工藝區調配功能的實現等各項因素。天然氣儲配站儲罐區重大危險源的監管仍然需要向石油化工行業多多學習和借鑒，以進一步提升儲配站的安全管理水平。