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1、 密级： NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（0000 0000年）题 目 加气站火灾爆炸风险分析 南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送
2、交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期：导师签名： 日期：加气站火灾爆炸风险分析摘要天然气作为一种新型的清洁汽车燃料已在世界各国得到了广泛的应用。随着我国天然气的开发利用和汽车业对压缩天然气需求量的日益增长，近年来我国相继建成并投运了一大批压缩天然气加气站。由于CNG加气站属于易发生爆炸和火灾的危险场所，一旦发生事故，不易控制，且影响较大，因此，对CNG站的安全进
3、行评价以及安全管理进行研究，是具有重要现实意义的课题。本文在分析了CNG加气站的安全现状和国内外CNG站的安全评价现状的基础上，从人一设备一环境三方面进行考虑，建立了CNG站安全综合评价指标体系。本文论述研究课题的目的和意义，加气站的组成结构，质量问题和城市CNG加气站布局规划与评价系统的总体结构设计。对压缩天然气(CNG)汽车加气站的危险因素进行了辨识,并且进行风险性分析。风险等级评价，火灾危险性分析，最大可信事故及发生概率，事故预测分析，站内设施之间的防火间距，安全防范措施，如何将强可燃气体泄露探测进行了详细的阐述，对CNG加气站安全的模糊综合评价。关键词：加气站 安全综合评价 火灾爆炸
4、风险分析 Fire and Explosion Risk Analysis stationsABSTRACTNatural gas has obtained widespread application as new clean automobile fuel in the world. In recent years large quantities of compressed natural gas(CNG) filling stations have been completed and Put into use along with the natural gas developmen
5、t and increasing demand of automobile industry for CNG .Because CNG filling station belongs to detonation and fire risk place and may be hard to control once the accident happened，the study of CNG safety evaluation and management is of great practical significance.Based on the analysis of the sccuri
6、ty statement of CNG station at home and development of safety evaluation in the world，CNG filling station safety evaluation index system was established considering from the man-machine-environment aspectThis article discusses the purpose and significance of research topics，Composition stations，Qual
7、ity issues and the city of CNG filling stations in the layout plan and structural design of the overall evaluation systerm .On compressed natural gas (CNG) refueling stations in the risk factors were identified, and risk analysis. Level of risk assessment, fire risk analysis, the maximum credible ac
8、cident and the probability of occurrence, accident prediction analysis, between the fire station facilities spacing, safety precautions, how to be strong combustible gas leak detection carried out a detailed exposition on the CNG Canada Gas station security, fuzzy comprehensive evaluation.Keywords:
9、Stations Safety evaluation Fire and Explosion Risk Analysis目录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1研究的目的和意义11.2CNG加气站安全现状分析11.2.1CNG加气站的系统组成11.2.2CNG站安全性问题41.3 CNG加气站设备技术问题81.4 CNG加气站的安全问题81.5 研究内容8第二章 城市CNG加气站布局规划与评价系统的总体结构设计102.1城市CNG加气站规划原则和方法102.1.1加气站布局的基本原则102.1.2 城市加气站建设的约束因素112.2 CNG加气站布局规划与评价系统的总体结构设计12第三
10、章CNG加气站的火灾爆炸危险性分析163.1、风险评价等级163. 2加气站工艺火灾危险性分析163. 2. 1作业过程163. 2. 2储气容器的危险性173. 2. 3设备控制系统173. 2. 4加气过程173.3、最大可信事故及发生概率183.4、事故预测分析183.5、站内设施之间的防火间距193.6、安全防范措施203.7加强可燃气体泄漏探测223.8设施设备的安全要求223.9加强安全管理23第四章 CNG加气站安全的模糊综合评价244.1综合评判法244.2改进的层次分析方法254.3CNG加气站安全模糊综合评价实例25第五章 结论与建议29参考文献30致谢32第一章 绪论1.
11、1研究的目的和意义压缩天然气(CompressNaturaloas)，简称ENO，是我国近年来开发绿色汽车的高新技术产业之一。CNG汽车具有节能、环保、低成本等许多优点，已成为当今世界汽车工业发展的重要方向。目前我国的CNG汽车总数约10万辆，且据专家预测CNG汽车在510年内更有猛增10-20倍的趋势，预计在20年内将达到国内汽车的50%。CNG主要成分为CH4，CH4作为气体燃料比固体燃料燃烧得更完全更彻底。单位热值所产生的CO2，比石油低30%，比煤碳低43%。废气排放总量是汽油燃料的1/5，据测试，CNG汽车与汽油车相比较，尾气污染物有大幅度的明显下降。因此能有效地减少对大气的污染和温
12、室效应的形成，有利于对人类生存环境的保护。由于CNG燃料汽车有明显的环保、经济效益，且用CNG代替汽油、柴油作为汽车燃料，是今后的发展趋势，CNG汽车加气站的消防安全也就成为消防部门必须重视和研究的课题。1.2CNG加气站安全现状分析1.2.1CNG加气站的系统组成国内的CNG加气站，基本上分为两大类:开放式结构和橇装式结构。所谓开放式结构，是将设备分别安装在厂房(棚)内，并按工艺流程及高低压管道和各种阀门将这些设备联系起来，形成一个开环工艺系统。采用国产设备建成的充装站基本上都是这种形式，它的设备空间大、便于维修保养，但自动化程度低，基本上是手动操作或半自动运行。所谓橇装式结构，是指将加气站
13、的主要设备，如净化、压缩、冷却、控制、储气等设备都尽可能的集成在一个橇装底座上，形成一个可控的整体设备，可在工厂内完成调试工作，便于运输和露天安装，大大减少了现场安装调试的工作量，只要通上电，接通气路就可以工作，采用进口设备的充装站基本都是这种形式。根据加气站的工艺流程，加气站可分为七部分，即调压计量系统、气体净化系统、气体压缩系统、售气系统、气体储存系统、高压管道系统和设备控制系统。(l)调压计量系统:调压主要是保证天然气压力稳定，满足压缩机入口压力要求，要防止超压，保证运行安全。天然气的计量尽量采用质量流量计量以减少误差。(2)气体净化系统:净化，即脱硫、脱水，脱硫塔应设在压缩机前，并设双
14、塔。脱硫主要是防止管件、设备“氢脆”产生。脱水大都用吸附法，吸附材料主要用分子筛。脱水效果主要涉及到再生循环效果和分子筛的性能稳定两个方面，吸附剂再生温度越高，吸附剂再生越完全，残余吸附质含量越少，有利于增大干燥吸命时的吸附容量，油污染和分子筛粉化是分子筛失效的重要原因。脱水方式按其在加气站工艺流程中的位置，分为低压、中压和高压脱水三种。低、中、高压脱水各有优缺点。低压脱水装置可操作性较好，故障率低，但是体积较为庞大，占地面积较大。需要深度脱水时高压方式更有其优势，设备结构尺寸较小，适合集装箱形式加气站使用，但是分子筛易在较高的压差下粉碎而失效。高、中压脱水无法对压缩机进行必要的保护，至使压缩
15、机由于天然气中的含水量大容易导致故障。在有油润滑压缩机压缩天然气时，气体中含有油分子，在低压脱水系统中，最后必须设除油设备。对于气缸无油润滑压缩机或者高压脱水系统中能同时脱水脱油的情况则可省去此设备。净化系统的配置情况，主要依据当地气质来决定，对不同地区来说，净化和干燥系统的差异可能很大，只要气质达到行业标准汽车用压缩天然气即可。此外，净化设备应设置安全阀、排污阀，并确保阀件安全可靠。气体在处理过程中应防止阀门、法兰盘及焊缝处出现泄漏。(3)气体压缩系统:它在加气站工作流程中处于核心位置，包括进气缓冲和卸压回收、压缩机组润滑油的注入、压缩机和CNG的闭式水循环冷却以及除油净化。国产压缩机组存在
16、的一些主要问题如下:压缩机组含油率偏高、冷却系统方式存在分歧、主要易损件鱼待国产化、制造工艺急需提高、整体集成度偏低、自动化程度有提升空间、压缩机组设计规范尚未建立。另外，卸压回收和天然气的水冷过程也增加了该系统的危险性，前者是因为卸气量大而厂家指定回收罐容积相对太小导致卸压回收过程开始时，回收罐压力骤增，安全阀频繁起跳，回收罐长期处于压力频繁波动工作状态，会使罐体出现疲劳，存在安全隐患;后者是因为尽管闭式水冷循环方式效率高，但是冷却水管路的结垢却危害极大，一旦堵塞冷却循环水管路，高温报警时压缩机的紧急停车动作会损坏设备。此外，压缩机组运行还需要安全保护:压缩机出口与第一个截断阀之间应设安全阀
17、，安全阀的泄放能力不应小于压缩机的安全泄放量;压缩机进、出口应设高、低压报警和高压越限停机装置;压缩机组的冷却系统应设温度报警及停车装置;压缩机组的润滑油系统应设低压报警及停机装置。(4)售气系统:包括高压管路、阀门、加气枪、计量、计价以及控制部分。先进的售气系统，不仅有微机控制，还具有优先顺序加气控制、环境温度补偿、过压保护、软管断裂保护等功能，有的还增加了自动收款系统和计算经营管理系统。据调查，售气机存在的主要问题如下:质量参差不齐，有些计量时有“漂移”现象或计量不显示，有些在加气计量过程中产生“冰堵”，接地不好，计量精度很差，有些没有安全拉断阀或安全阀质量不过关造成机毁人伤的事故，在售气
18、机的内部，其电磁阀前过滤器过滤面积过小容易造成过滤器阻塞或者滤网破坏，并且，某些售气机的三连电磁阀也频繁损坏，使用寿命较短。另外，售气系统工作时，易产生静电，此外违章操作也容易造成安全事故，例如工作人员违章穿钉子鞋、化纤服，或装卸工人野蛮作业，也易造成事故。在加气时汽车不按照规定戴熄火罩、熄火加气，还有尤为常见的搭载乘客在车辆加气时吸烟的现象，都为CNG生产安全埋下了重大隐患。(5)气体储存系统:目前的储气设备分为瓶储式、罐储式和井储式，从应用范围来看，地下储气井应用最为广泛，从发生故障概率来看，储气瓶组最高，储气罐次之，地下储气井最低。无论是那种形式的储气系统，因其内部所储存的25MPa30
19、MPa的CNG都属于高压容器，储气系统而成为安全技术考虑的重中之重。瓶储式:即将若干储气瓶按不同压力分级布置，单瓶容积多为60升至80升，材质多为无缝优质钢或具有防火功能的缠绕树脂纤维，优点是经济、灵活、建设成本低，缺点是供气阻力大、管阀漏点多，易使天然气逸出，遇明火燃烧爆炸;CNG的钢瓶为高压贮存容器，若钢瓶受腐蚀或质量不能达到技术要求，如不按时检查维护，极易造成气瓶或零部件损坏，引起爆炸和火灾事故;长途运输的CNG气瓶易产生大量的静电，站内员工若违反操作规程，同样易发生事故。罐储式:将CNG储存在球形或者圆柱形的储气罐中，水容积26立方米，于90年代后期广泛使用，优点是管阀联结点少，泄漏因
20、素降低，具有较好的安全性，缺点是爆炸事故发生时，地面冲击波的辐射范围大、强度大。井储式:顾名思义，是将CNG储存在地下储气井内，一般单井水容积23立方米，采用进口钢材质的套管和钢筋混凝土固井技术，优点是安全牢固、减少占地、爆炸事故发生时减少地面冲击波范围和强度，缺点是耐压试验无法检验强度和密封性、制造缺陷不能及时发现、排污不彻底容易对套管造成应力腐蚀，一旦储气井在运行过程中井身发生泄漏，整个井就有报废的危险。(6)高压管道系统:压缩天然气高压管道最高工作压力达25MPa，多以卡套连接(卡套多为进口)，卡套的材质与管道的材质不一样，会产生金相腐蚀，同时压力波动频繁、波动幅度大、应力分布不均的工作
21、条件下，容易使接头冲脱造成严重漏气，在成都市加气站已发生多起。(7)设备控制系统:完善的 CNG加气站控制系统对于加气站的正常运行非常重要。一个自动化程度高，功能完善的控制系统可以极大地提高加气站的工作效率，保证加气站安全、可靠地运行。CNG加气站的控制系统由电源控制、压缩机组运行控制（含优先顺序控制)、净化干燥控制、系统安全控制和售气控制(含顺序加气控制和自动收款系统)六个部分组成。这几方面的控制一般都通过控制柜和气动阀件来完成。较先进的加气站，还可以通过调制解调器(MODEN)和电话线，对各地多个加气站实现远距离实时集中控制管理，包括实时监测、故障诊断和排除。先进的加气站设计必须依赖于先进
22、的控制，所以控制系统占了加气站投资的相当比例。目前设备控制系统存在的主要问题是接地不规范，开关电源使用寿命短，控制软件出问题。在控制系统中，由于加气站内存在着潜在的点火源，各生产环节防静电接地不良或者各种电器设备、电气线路不防爆、接头封堵不良，在天然气稍有泄露时就易发生火灾爆炸事故。1.2.2CNG站安全性问题1)国内加气站事故分析目前已建成CNG站的运行过程中，因安全管理、安全检测手段和安全技术措施尚不到位，自1994年以来，已先后发生了多起火灾爆炸事故，如1994年9月12日，绵阳CNG充装站的2只钢瓶发生爆炸，幸无人员伤亡;1995年3月31日，绵阳地方天然气公司的CNG充装站，在给钢瓶
23、充气时，因脱水处理不净，导致爆炸并起火成灾;1995年9月26日，自贡富顺华油公司CNG充气站因钢瓶泄漏燃气发生爆炸，造成重大经济损失;1995年10月7日，遂宁CNG充装站因钢瓶质量问题发生爆炸，将一钢瓶炸飞70多米之远，并引起气瓶库的15只钢瓶发生喷射燃烧，焰柱高达20余米，造成直接经济损失18万余元。1997年7月24日，沪州纳溪加气站在给川EOO296号大客车加气时，由于驾驶员未关闭防漏阀，使天然气在车内泄露，遇乘客点火吸烟闪燃起火，烧伤18人，其中3人重度烧伤161。2004年7月10日下午4时许，成都二环路南四段鲁能永丰加气站里一辆出租车突然发生爆炸，致使出租车司机当场死亡，旁边另
24、外一名出租车司机也被炸伤。后经有关部门调查，引发事故的主要原因是气瓶的质量及稳定性存在问题。2006年4月16日，由于车主使用不合格气罐，重庆气矿鱼洞CNG加气站内发生爆炸，气罐飞出百多米外，泄漏气体冲起数米高，车主被炸伤。2005年四川发生了储气井的筒体喷出的重大事故，就其性质讲也属于制造质量和气体处理不干净所致。2)CNG站的安全问题经过几十年的发展，CNG站的建设和管理取得了许多宝贵的经验，但同时也暴露出许多问题和安全隐患，其中主要存在的问题有。:(l)气质问题汽车用压缩天然气质量必须符合现行国家标准车用压缩天然气GB18047的规定。而在实际运行中，存在着很多的气质不达标问题。在天然气
25、中的游离水未脱净的情况下，积水中的硫化氢容易引起钢瓶腐蚀。从理论上讲，硫化氢的水溶液在高压状态下对钢瓶或容器的腐蚀，比在4MPa以下的管网中进行得更快、更容易。从以往事故被炸瓶的检查情况看，瓶内积存伴有刺鼻气味的黑水，有的达到了2.5一skg，其中积水里的硫化氢含量严重超标。脱水后的CNG水含量超标，与脱水装置再生后的有效吸附容积和再生操作规范有很大的关系。再生气体温度对分子筛的脱附效率和再生后的有效湿容量影响很大。目前国产的脱水装置，由于分子筛的耐热强度差，再生气体加热温度只能控制在230以下，因此，分子筛脱附效率及有效湿容积很难达到设计指标，所以在脱水周期末的CNG水含量极易超标。美国腐蚀
26、工程师协会(NACE)认为可导致井管出现“氢脆”的HZS浓度与储存气体的压力有关，并有近似对数线性反比关系，储存气体的压力越大，不发生“氢脆”的HZS最高容许体积浓度越低6。在车载气瓶最高工作压力为20MPa条件下，不发生“氢脆”的硫化氢最高容许浓度约为15pPm，在储气井的最高工作压力25MPa条件下，不发生“氢脆”的硫化氢最高容许浓度约为12pPm。根据GB18047规定在标准状态下硫化氢含量不大于10PPm。因此，严格执行 GB18047，储气装置的“氢脆”是可以避免的。但是有关文献在调研的135个加气站中发现，大约有45%的加气站在线检测硫化氢含量超过了15ppm。而且有相当数量的CN
27、G站没有安装微量水分分析仪和硫化氢在线检测等设备。由于没有法定检测单位，无明确规定的检测周期，不少装置建站时装上后，就再也没有校验标定过，形同虚设。(2)加气机安全根据统计，CNG加气站发生安全事故最多的是加气工人或驾驶人误操作，导致加气机拉倒和加气枪高压管拉断。因此，加气机的安全防护装置使用可靠性应当注意:一是加气软管管路应设置安全拉断阀，保证在不大于400N的分离拉力作用下可以分开，分离的两段立即密封，同时可以重新连接，以便加气机正常使用;二是要真正安装使用拉断阀。有的加气机上安装的钢球定位结构式的快换接头来代替的拉断阀，而快换接头的分离拉力是不稳定的。此外，不少加气站存在超压加气状况，这
28、对公众安全是十分危险的。(3)气瓶问题全国许多CNG汽车气瓶使用已超过45年，最长时间超过10年，还没有进行过检测，问题相当严重。根据检测站调查，出租车气瓶使用两年以后，在检测时往往能倒出约0.51升的油水混合液，这说明，CNG脱水脱油质量堪忧，另一方面也说明定期进行气瓶检测的必要性。同时，气瓶材质问题也不容忽视。首先，通过对CNG钢瓶的抽样检验和对爆炸钢瓶的宏观检查，断口扫描、电子探针和X射线质谱分析发现，钢瓶材料的抗拉强度值偏高，屈强比偏大，塑性指标偏低，说明强度高而塑性差。其次，通过对钢瓶材质的纯净度分析得知，部分CNG钢瓶材质中的有害杂质元素(如S、P、0)的含量超过了安全技术要求的控
29、制指标。第三，钢瓶在制造工艺上的精度问题，由于目前尚无此类钢瓶生产的专门厂家和CNG专用钢瓶的技术标准，一些钢瓶的表面气泡、裂纹、结疤、折叠、分层、夹杂、光洁度、麻点和凹坑等较为组糙。表明这些钢瓶生产工艺和制造精度难以满足技术要求，更不可能与美国、日本等发达国家的同类钢瓶相提并论。(4)CNG加气站储气井质量问题井管储气方式是近几年迅速发展起来的一种全新储气方式，经过10多年来的开发研究和应用，目前正逐步趋于成熟与完善。现在全国已有300多个CNG加气站使用井管储气方式，储气井的保有量己逾1千口。 SY/T6535一2002规定:高压地下储气井的预期使用寿命是25年。但从目前国内储气井的结构、
30、工艺、选材等方面来看，CNG储气井是还存在着一定的安全隐患，主要体现在以下方面:储存的天然气气质不佳。大多是水含量太高，另外是硫化氢含量超标。除尘不净，使高压管线或阀门组件堵塞或失效，储气井排污管道堵塞。井管材料不符合相应的技术标准。在CNG加气站储气井的建造工作中，有不少使用的是日本井管，个别的甚至使用石油部门用过的废旧井管。SY/T6535规定“井筒”应采用符合API SPEC SCT的要求，套管钢级应为仰80CQJ”，同时还规定“下井的井管”应有质量证明文件，试压合格报告等表示其质量完全符合设计要求的文件”。一些井管材料缺乏足够的延塑性，即缺乏在局部应力作用下产生局部屈服而导致应力能趋于
31、均匀化的再分布能力，亦即对应力集中极为敏感，则在各种原因所引起的局部高应力区必然就极易引起开裂而最终使压力容器失效。高含硫材质增大了储气井所用钢材发生应力腐蚀开裂的可能性。固井不到位，下部未形成油井水泥对筒体的封闭圈。储气井井管未作外壁防腐，与地下水中的酸、硷等腐蚀性物质长期接触，产生严重的外腐蚀，乃至酿成爆管升空事故。地下储气井的无损探伤和缺陷补救问题尚未解决。按照相关标准要求，地下储气井每隔6年就要进行一次全面检查，这就涉及套管及套管连接处的无损探伤和一旦发现有裂纹或密封处泄漏如何补救的问题，目前尚缺乏经济可行的手段和办法。随着使用6年以上站用储气井逐年递增，此问题显得尤为迫切。安全控制性
32、能差。大部分储气井的井内没有安全阀，地面没有监测系统，随着使用年限的增长，由于元器件的磨损变形、锈蚀老化、密封失效以及意外事故等原因，就有可能引发储存介质泄漏。而国外的储气井中一般都装有反应灵敏的安全阀组件，在地面上还装有传感器来监测储气系统的安全可靠性，当地面发生火灾、地震或其他事故引起CNG的不正常泄漏时，能自动关闭储气井地下与地面的通道，避免造成更大的灾难。储气井排液管堵塞，积液将腐蚀套管内壁。(5)压缩机问题国产压缩机处于“大问题没啥，小缺点不少”的状态。十多年的使用实践表明，几家市场占有率最大的压缩机生产厂家，其产品性能是可靠的。而主要存在的问题是:级间泄漏量较大，由于这个重要指标未
33、列入相关标准中，因此只有少数厂家对此指标进行和控制;润滑油泄漏量较大，在对车用气瓶检测过程中，发现不少气瓶中有润滑油残留物;排气温度高，在有的压缩机上也未设置超温报警停机装置。(6)管理方面的问题汽车加气站的管理是涉及易燃易爆气体和高压容器管理的一个新的领域，涉及安全、设备、计量、化验、环保、标准化等诸多方面的管理工作，对于有关管理人员的综合业务素质要求很高。但是很多CNG加气站的操作人员并不很熟悉CNG新技术，也未经过必要的培训就上岗操作，或没有定期复训，容易出现违章作业或违反安全操作规程，对安全知识尤其是消防知识知之甚少，不能及时发现火灾隐患，没有处理突发事故的能力。随着燃气行业多种经营体
34、制的发展，部分经营不规范的中小型企业，严重忽视操作人员的业务培训。(7)CNG技术的规范化问题CNG技术目前有压井式和贮瓶式两种，又称开放式和撬装式。此外，为加快CNG技术的推广，许多地方采用了油、气共用站的方式，而我国在CNG方面的技术规范还存在众多不完善之处，有关安全技术措施与对策，有待于进一步改进与完善，如压井式储存钢管衔接处的泄漏因素和维护检查难题，储瓶式钢瓶的腐蚀与放置方式，油气共用站建设的防火间距与安全要求，子母站建设与流动加气车的设置等，都尚待加以解决，或期待尽快出台相关的GB技术规范和标准。否则，CNG在建站、储存、充装及使用运用过程中，由于不规范而导致形成隐患，甚至有可能造成
35、更多更大的火灾或爆炸事故发生。1.3 CNG加气站设备技术问题由于城市管道输送来的天然气必须在CNG加气站进行净化和增压加工才能供汽车使用，在CNG加气站必须配置相应的CNG加工和储存设备。因此，在CNG加气站，设备投资经费比加油站以及液化石油气加气站要高5-10。加气站设备的技术水平是保障加气站安全高效运行的重要基础。国产加气站设备与国外设备在技术水平方面的差距，制约了CNG加气站的建设，增加了天然气汽车发展成本。有必要通过建立我国加气站设备技术水平评价方法和评价指标体系，对国内加气站设备生产厂家提高产品技术水平作出方向性的引导，指导CNG加气站建设业主合理选配加气站成套设备，避免盲目依赖进
36、口设备，降低加气站的建设成本。1.4 CNG加气站的安全问题压缩天然气属于高压、易燃、易爆气体，CNG加气站生产工艺中需将它加压到25MPa，并以2025MPa的压力储存，这是目前我国可燃气体的最高压力储存容器，如发生意外，便有发生爆炸或火灾事故，危害性极大。在布局选址时必须考虑安全及环境保护因素。1995年以来，在四川省内有5个加气站内发生过站用CNG气瓶爆炸事故，所幸没有人员伤亡。2004年2月郑州市CNG加气站发生车用气瓶爆炸起火，造成1名加气工当场死亡，多人受伤，2辆进站车辆烧毁、加气站机房、设备全部烧毁的严重事故。2004年7月成都市CNG加气站发生车用CNG气瓶物理爆炸，造成1名驾
37、驶人当场死亡。这些事故暴露出了当前对CNG加气站的安全管理技术研究滞后，导致生命财产的损失，使公众产生恐慌，对在城市发展天然气汽车、建加气站带来极大的负面影响。1989年以来全国已累计建设CNG汽车加气站300余座，其中有50余座站已经运行5年以上，设备及高压管线的锈蚀老化使加气站安全隐患增多。根据石化行业经验，有专家预测，在CNG加气站安全措施不落实的情况下，近年将是我国CNG加气站安全事故的高发期。1.5 研究内容本文所述主要内容（1）对城市CNG加气站布局规划，对评价系统进行设计（2）对CNG加气站进行风险评价等级评定，火灾危险性分析（3）CNG加气站火灾爆炸发生的概率（4）对站内设施之
38、间的防火间距进行计算以及安全防范措施的设置（5）阐述如何加强CNG加气站可燃气体泄露的探测（6）阐述设施设备的安全要求并说明如何加强安全管理（7）CNG加气站的模糊综合评价第二章 城市CNG加气站布局规划与评价系统的总体结构设计CNG加气站是CNG汽车充装燃料的基地，它的主要功能是快速、准确、安全地为汽车充装燃料。对于加气站的投资经营者，它应具有创造经济效益的功能;对于CNG汽车用户，它应该在城市内广为分布，提供方便、安全的服务;宏观管理者则认为，加气站作为服务企业，它应产生税收经济效益，并尽可能降低对交通、环境和安全的影响。这决定了城市加气站的规划布局和评价的复杂性和多目标性。本章研究了城市
39、CNG加气站规划原则和评价系统的总体结构，提出了基于相关数学原理对CNG加气站布局规划、设备技术水平评价、安全性评价方法和需要解决的主要技术问题。2.1城市CNG加气站规划原则和方法2.1.1加气站布局的基本原则由于CNG加气站是为推广天然气汽车才出现的一种新的公共服务设施，数量较少，未形成完整的服务网络，加之其安全与投资要求也不同于加油站，至今尚未形成一套较完善的规划选址理论和方法。许多城市根据自身的条件制定了一些原则，但选址仍停留在局部地定性分析和经验阶段，没有从整个加气站服务网络来考虑。在具体的选址中，无明确的指标和科学的方法。基于城市CNG加气服务供求和发展，以综合、系统和科学的观点来
40、处理城市加气站布局的问题，其优化布局应遵循这样一些基本原则:1)统筹规划，建管并举。城市加气站是一项初期投入大，回收期长，服务质量和水平要求较高的企业，其主要客户是该城市的NcG汽车用户，它的布局必须要在各部门各行业规划的基础上，由上级统一规划定点和审批，以避免重复建设和盲目建设，造成恶性竞争和资源浪费。2)均衡布点，协调发展根据城市的地理位置、几何形状和交通环境条件对加气站的布局约束，为方便用户加气，加气站应均衡布点，并可扩大加气网络服务区域。同时加气站规模应保证用户发展的需要，总量供给与需求的平衡，且与其它车用燃料供应单位协调发展。3)应符合城市总体规划以及消防、环保和安全等有关规定。城市
41、总体规划是城市发展的总原则，它往往反映了城市的政治、经济和文化等诸多方面的风貌，规范着市政建设和城市交通，因此加气站的布局必须与其相符。另外，总体规划也规划了天然气管网的布置与铺设，而这一管网直接影响到加气站的投入和选址。加气站布局选址离天然气的供给管网的远近，土地的价格，配套设施的建设，都将影响建设投资的大小和经营的成本。4)有利于城市交通设施的充分利用和交通的畅通加气站是为城市汽车提供加气服务的场所，显然它是城市的重要交通的吸引点，对重要交通的吸引点的合理布局，可以获得大幅度的空间分流与削减交通量的双重效果.CNG汽车为加气而专程驶往加气站，将形成以加气为目的的车流，这一车流必将对城市的交
42、通产生影响。CNG加气站布点不合理，加气的车辆驶往加气站，必将造成城市交通网中某些路段车流量增大，产生拥挤和堵塞，从而使整个城市交通系统失去平衡;另一方面，因加气困难，等待加气的车辆过多，驾驶员常常将车停靠在加气站附近的道路上排队等待，造成道路通行能力下降，从而影响到整个城市交通路网。加气站的选址和布局直接关系到加气车流的状态，影响到加气的效益以及整个城市交通系统的总体经济效益，因此，布点时应考虑有利于城市交通和路网设施的充分利用。5)为方便用户站址宜选在交通主干道，但要避开人口稠密地带。加气站设于主干道，既可方便加气;又可避免加气车流过大而造成的道路交通堵塞。从安全角度出发，应尽量避开人口稠
43、密地带，减少其对周围环境的威胁。目前国内许多城市都将加气站规划布置在城郊，如成都市的加气站几乎全部位于其二环路之外。选址不当(距用户较远，交通不畅),前来加气的用户过少，将严重影响其经济性，甚至会出现亏损.布局不合理对于CNG加气站的投资方的投资效益影响很大。6)在安全和技术保障下，市区可发展少量的子站或小型站对于CNG汽车的使用者，若布局不合理，因加气而产生的空驶里程长，加气占用时间长，社会综合效益下降。由于出租车、邮政快递车和市政车辆大多运行在市区，加气站均布置于郊外，显然将给这些CNG用户加气造成不便，因此，为方便用户，改善加气网络服务结构，在安全和技术保障下，市区可发展少量的子站或小型
44、站。CNG加气站储有高压易燃气体，安全方面的要求较高，这就需要对CNG加气站进行合理布局和严格管理，以保证其本身及周围环境的安全。2.1.2 城市加气站建设的约束因素由于加气站的功用和其对环境的影响，它的选址必将受制于许多因素，具体表现有如下方面1)城市发展规划城市发展规划对加气站建设的约束主要体现在它对加气用户的影响。未来城市交通系统布局，交通流分布，决定了汽车加气需求分布;未来发展汽车的数量决定加气需求的大小，因此城市加气网络的建设规模及布局必然要满足于城市未来发展的需求。2)天然气的供给天然气作为加气站的主要生产原料，其供给能力和状态，直接影响到加气站的生产和服务，因此城市要发展CNG汽
45、车，其有充足的天然气供给和输气管网这一条件是必不可少的，否则CNG汽车的经济性就不能体现，其清洁环保的特点也会被削弱，不利于CNG汽车的推广。3)土地的利用土地，是城市交通活动的地盘，是城市CNG加气站的工作基地，城市土地使用的调整和布局，能调控城市内物质流、能量流和信息流的生产效用和经济功能，达到维持城市的生态平衡和经济高效的目的。因此，加气站的布局合理，不仅能防止和削减“无效交通量”(指由于建站布点不合理，导致加气车辆本来可以不发生或被延长了行程的那一部分交通量)，提高城市交通的利用效率，而且还会改善城市生态平衡和提高经济效益，所以在加气站布局时，这一因素是不能忽略的.4)用户需求城市加气
46、站的主要功能就是向各类用户提供及时快速高质量的加气服务，用户的希望和要求就是加气站工作的目标，为实现这一工作目标，光靠加强经营管理是不够的，其很大程度取决于加气站网络的布局，只有加气网络结构合理、完善，适应用户的要求，加之科学的管理，热情地服务，才能实现这一目标。城市加气用户涉及行业宽，分布面广，工作特点和性质不同，其加气习惯和要求各异，因此加气站的布局应该充分考虑使用者的要求。5)安全及环境保护CNG是一种压缩易燃气体，其主要成份是甲烷(HC;)，它是一级可燃气体，甲类火灾危险，爆炸浓度极限为51%5，最低点火能量仅为0.28mJ，扩散系数为0.1%，这些数据说明它易燃易爆，并且扩散能力强，
47、火势蔓延快。在CNG加气站生产过程要将天然气加压到25MPa，并以25MPa的压力储存，这是目前我国可燃气体的最高压力储存容器。另外，加气站是昼夜生产，生产噪声是加气站对环境的主要污染，在夜间这一问题更为突出。总之，在城市加气站布局选址时必须将安全和环保放在重要的位置来考虑。2.2 CNG加气站布局规划与评价系统的总体结构设计在本文的CNG加气站布点规划与评价系统研究中，归纳起来将着重解决3方面的问题:(1)研究城市CNG加气站的布局的技术经济性评价技术;(2)研究城市CNG加气站安全评价技术;(3)研究CNG加气站用设备的技术水平评价技术。为此，根据CNG加气站布点规划与评价的需要，设计了CNG加气站布点规划与评价系统的总体功能模型(见图2-l)。该系统分为布局技术经济评价、安全评价和设备技术水平评价3大子系统。由此组成了对城市CNG加气站从规划选址的经济性和安全性评价，以及建站选用设备技术水平评价，到加气站建成后，对经营中的加气站设备技术状况变化评价，以及将加气站的人员、设备、管线作为整体运转系统的燃烧爆炸风险进行分析评价。由此构成对加气站全生命周期宏观管理的评价指标体系和方法，
