三、各类站场主要危害分析
1. 压气站
压气站的主要设备是燃气轮机(或调速电机)——压缩机组,主要故障是因机组的供油系统、自控系统、供电系统和机组部件损坏等原因引起的停机。据统计,约90%的故障是由于操作不当、超限运转和停电造成的;约10%的故障是由于机组的部件损坏造成的,由于部件的损坏和维修的停机将会直接影响系统的输气能力。
(1) 压缩机系统火灾危险性
天然气泄漏和原动机产生火花(明火)是站场发生火灾、爆炸事故的重要原因。压缩机系统火灾危险性表现为以下几方面。
① 易形成爆炸性混合物 天然气通过缸体连接处、吸排气阀门、轴封处、设备和管道的法兰、焊口和密封等缺陷部位泄漏,或设备局部腐蚀穿孔、疲劳断裂等,导致高压天然气喷出,与空气形成爆炸性气体混合物,遇火源引起空间的爆炸或火灾。如入口处发生抽负现象,可能会使空气从不严密处进入设备系统内部,形成爆炸性气体混合物,如遇到火源或经压缩升温增压,就会发生燃烧甚至爆炸。
② 设备内温度超高 天然气经压缩后温度会迅速提高,如果设备内冷却系统不能有效地运行,会使润滑油黏度降低,失去润滑作用,使设备的运行部件摩擦加剧,进一步造成设备内温度超高;,同时高温能使某些介质发生聚合、分解以致自燃引起火灾。
③ 误操作 操作人员会因受心理、生理或情绪等方面的影响出现操作失误。例如压缩机发生事故需紧急停车时,操作人员因紧张而未能及时关闭进气阀,也会造成供气设备的增压,最终导致爆炸。另外,压缩机的出口被人为关闭或未能及时清洗的异物堵塞都有可能造成憋压,导致压缩机发生物理性爆炸。
④ 设备缺陷 设备缺陷或故障产生于设计、制造、安装、运行和检修等的各个环节,主要是由于材质及制造工艺不良所致。例如安全阀被堵塞或损坏而失灵,超压部位得不到及时泄放导致的爆炸;压力或温度显示仪表出现读数差错或显示失真时引发的误操作导致的爆炸;压缩机的受压部件机械强度本身不符合要求或因水浊、腐蚀性介质等腐蚀,使其强度下降,在正常的操作压力下也能够引起物理性爆炸。
(2) 压缩机喘振危害
由于天然气输送量不均匀,离心式压缩机常常会在变工况下运行,当流量减少时,性能(效率、压比)发生变化;当流量小于一定值时,会产生严重的边界层分离和失速;如进一步减少流量,将会产生强烈的气流脉动和周期性振荡,出现喘振现象。
喘振现象不仅影响整个系统的正常供气,而且对离心式压缩机十分有害。喘振时由于气流强烈的脉动和周期性振荡,会使叶片强烈振动,叶轮动应力大大增加,使整个机组发生强烈振动,噪声加剧,并可能损坏轴承、密封,进而造成严重的事故。
引起喘振的原因有两个:一是压缩机内的气体出现失速;二是压缩机运行存在的管网系统特性。
2. 分输站
根据天然气分输调压前后压力和温度情况,有些分输站设置加热炉。加热炉炉膛内易积聚泄漏的天然气,并形成爆炸性混合物。加热炉通风置换不良,点火时造成炉膛爆炸事故曾多次发生。另外,由于加热炉供热介质液位计失灵、液位自动调节及高低液位报警失灵或操作失误,将水烧干而又进行误操作突然加入冷水,极易引起炉体爆炸,对人员造成极大伤害。
3. 清管站
在正常运行时,独立的清管站收发球系统是与管道干线隔开的,一般不影响管道运行系统的可靠性。但清管站与管道连接的阀门和安装在管道上的接头等一旦发生故障,将会影响管道的正常运行。此外,清管出的固体废物中可能含有硫化亚铁,它具有自燃性,如果处理不当,可引发火灾事故。
4. 线路阀室
天然气管道一般设置有紧急截断阀室,其中包括RTU阀室。一般位于不同自然和社会环境中,无人值守,容易受到第三方破坏;也易受到雷击、大风、洪水等自然灾害破坏。另外,阀室还存在由于选址不良造成维护条件差、施工质量差造成阀室内设施组装、防腐等方面出现问题;由于误操作或其他运行问题导致紧急截断阀误关断等。
线路阀室故障主要分为导致天然气泄漏的设备故障和阀门无法按要求操作两种类型。这两类故障的发生概率如表2-3和表2-4所示。从表中可以看出,导致天然气泄漏的设备故障频率常小,在确保施工质量的前提下,可以避免事故发生。而由于阀门无法按要求操作导致故障的频率较高,有可能影响管道正常运行,造成大量天然气放空。
表2-3 线路阀室中导致天然气泄漏的设备故障频率
设备 | 型号/mm | 失效模式 | 故障频率/(10-4次/a) | 数据来源 |
接头 | 305~660.4 | 穿孔 | 0.1 | WASH②1400 |
接头 | <305 | 全口径破裂 | 0.1 | WASH1400 |
管道 | <102 | 全口径破裂 | 2 | CCPS③ |
法兰① | | 全口径破裂 | 0.035 | CCPS |
法兰① | | 泄漏 | 0.085 | Hydrocarbon④ |
阀门① | | 全口径破裂 | 0.1 | Hydrocarbon |
阀门① | | 泄漏 | 2.2 | Hydrocarbon |
① 表示地上设备的部件。
② WASH为美国国家原子能委员会反应堆故障数据库(1974年)。
③ CCPS为美国化工安全中心的过程设备可靠性数据库。
④ Hydrocarbon为工程技术业务出版物论坛(ESP Forum)泄漏与火灾数据库(1992年)。
表2-4 阀门无法按要求操作的故障频率
执行机构类型 | 故障类型 | 故障频率/(次/a) | 数据来源 |
手动 | 所有故障 | 0.0012 | CCPS① |
电动 | 卡死 | 0.010 | CCPS |
气动 | 卡死 | 0.029 | CCPS |
① CCPS为美国化工安全中心的过程设备可靠性数据库。