2009年第40卷第2期《浙江化工》生产技术文章编号：１００６－４１４８（２００９）０２－００２７－０３CNG 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 。
-27-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 40min0.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.03020.03410.03490.03520.03530.03540.00530.0014500.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.69930.71100.71250.71290.71310.71320.01400.00235000.63430.63590.63590.63590.63590.63590.00160.00000.01450.26480.31510.32340.32550.32630.31210.06202500.99720.99720.99720.99720.99720.99720.00000.00000.81481.02281.03401.03611.03671.03700.22230.01434000.81500.81500.81500.81500.81500.81500.00000.00000.11830.44950.48120.48630.48760.48810.37010.03901500.42900.42900.42900.42900.42900.42900.00000.00001.68481.75361.75811.75911.75941.75960.07480.00611000.03540.03540.03540.03540.03540.03540.00000.00001.77291.80371.80631.80701.80721.80730.03450.00382000.84110.84110.84110.84110.84110.84110.00000.00001.23551.36571.37301.37441.37491.37510.13970.00953000.98820.98820.98820.98820.98820.98820.00000.00000.48770.76930.78590.78870.78960.78990.30230.0208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：-28-(下转第3页)W TNT =E=1.8WHc 式中：W TNT --蒸汽云的TNT 当量，kg ；--蒸汽云爆炸的效率因子，表明参与爆炸的可燃气体的分数；W--蒸气云中燃料的总质量，kg ；Hc--蒸汽的燃烧热，J/kg ；Q TNT --TNT 的爆炸热（4520kJ/kg ）；E--蒸汽的爆炸总能量，J ；1.8--地面爆炸系数。
死亡半径R 1可由下式确定（死亡半径指人在冲击波作用下头部撞击致死半径，m ）：R 1=1.98Wp 0.447重伤半径R 2可由下式确定（重伤半径指人在冲击波作用下耳鼓膜50%的破裂的半径，m ）：R 2=9.18Wp 1/3轻伤半径R 3由下式确定（轻伤半径指人在冲击波下耳鼓膜1%破裂的半径，m ）：R3=17.87Wp 1/3式中：Wp--可燃气体蒸气云的甲烷当量，kg 。
财产损失半径R 4由下式确定（财产损失半径指在冲击波作用下建筑物三级破坏半径，m ）：式中：K 3--建筑物三级破坏系数，取5.6在发生破坏作用有爆炸冲击波、爆炸火球热辐射对周围人员、建筑物、设备等的伤害或破坏作用。
预测结果：TNT 当量：W TNT =1790.51kg ；爆炸能量：E=5.503×106KJ ；死亡半径：R 1=16.9m ；重伤半径：R 2=48m ；轻伤半径：R 3=86m ；财产损失半径：R 4=44.1m 。
4事故防范措施1、严格按防火规范布置平面，加气站内的电气设备及仪表按防爆等级不同选用不同的设备；2、所有设备、管线均应做防雷、防静电接地；3、安装火灾设备检测仪表、消防自控设施；4、在可能发生天然气泄漏或积聚的场所应按照《石油化工企业可燃气体检测报警设计规范》(SH3063-94)的要求设置可燃气体报警装置；5、设有安全泄放系统，当系统出现超压时，通过设在系统中的安全阀或手动放空阀，自动或手动放空；6、加强设计单位相互间的配合，做好衔接、交叉部分的协调，减少设计误操作，使总体设计质量为优。
7、所有风险敏感目标的加气站设计均符合《汽车加油加气站设计与施工规范》（GB50156-2002）（2006年版）的要求。
8、加强汽车用天然气的宣传力度，普及天然气基本知识，提高员工和居民的安全防护(自我保护)意识，发现问题及时报告；9、制定事故应急预案，配备适当的管道抢修、灭火及人员抢救设备。
5小结1、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。
2、采用虚拟点源多烟团模式预测表明：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，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。