浅谈瓦斯发电厂安全设计

王俊杰

(煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001)

瓦斯发电厂大部分位于山区，地形地质复杂。瓦斯发电厂安全设计就是在这些地形复杂的山区，合理运用地形地质条件，完成企业的建设施工、设备安装调试以及建成投入生产或使用后可能产生的安全危害因素和与之对应采取的防治措施和机构设置的综合安全设计。设计过程中，不仅要实时地了解企业的经济状况、人文价值、交通条件等，还要考虑山区地质状况、气象条件、场地大小等。

在实际的项目设计中，瓦斯发电厂安全设计工作大致包括：总平面布置及建筑物、生产中危害因素的分析、生产中危害因素的主要防范措施、应急救援与机构设置设计等4个阶段。在实际设计过程中，每个阶段并不是相互独立而是互相影响、互相牵制的。在每一阶段的工作中，都要考虑其它各个阶段对其的影响。

总之，一个符合现代安全要求的瓦斯发电厂，除了需要有合适的场地、先进的设备以外危害因素的分析与防治也很重要的。

1 总平面布置及建筑物

总平面布置及建筑物设计完全遵照国家现行的安全标准的有关条文进行设计，设计时需考虑下列危害因素及防范措施：1) 电厂地处山区，有地面沉降或塌陷的可能。设计中须对厂址及厂区内主要建(构)筑物的沉降进行观测，以便及时进行地面沉降处理。2) 项目选址所在地区有地震灾害影响的可能性，电厂各建(构)筑物均按设防烈度采取抗震措施。3) 厂址所处区域内有暴雨及洪水的可能性，场地内设有雨水管、排水沟，可将场内雨水、洪水就近排至场外，以满足电厂的排水及防洪的要求。4) 大风、雷电也可造成厂区内设备损坏，还可能威胁操作人员的安全。场地内建(构)筑物均按相关规范进行抗风、防雷设计。5) 项目厂址所处区域内可能有极端气温灾害，做好防暑降温及低温防护工作。6) 合理布局建(构)筑物，满足建筑物之间防火、防爆、防振及防噪、防尘的间距要求；满足建筑物自然通风、日照及室外景观设置的要求。

2 生产中危害因素的分析

2.1 安全生产原则

安全是瓦斯发电厂的核心工作，故在安全第一、预防为主、综合治理的基础上，确定以下6方面安全生产原则：1) 设置完善的消防系统和报警设施，各主要设备及建(构)筑物采取相应的防火防爆措施，使火灾的危险性和爆炸的危害性减少到最低限度。2) 对产生有毒物质及易产生化学伤害的场所采取有效的防毒、防腐蚀等措施，减少化学伤害。3) 进行防雷设计，设立避雷针和人工接地网及均压带，所有带电设备均设计接地、安全净距和紧急事故信号显示及连锁自动装置，有效防止电伤事故。4) 加强设备、阀门和护栏、楼梯等运行和检修，避免机械和坠落伤害。5) 采用通风、采暖、空调等措施，保证各生产车间、办公场所的防暑、防寒和防潮。6) 采用防噪声污染措施，使噪声水平符合有关标准，主要振动设备采取防振减振措施。

2.2 生产过程中危害因素及危害程度的分析

生产过程中产生的危害主要有：火灾、爆炸、噪声、振动、雷电、高温、工频电场、触电、机械、坠落、化学伤害和供气不足等[1]. 瓦斯的泄漏易产生起火和爆炸；电气设备不防爆产生电火花等点火源可能引发火灾爆炸事故；润滑油遇明火、高温和氧化剂有燃烧爆炸的危险。燃机、汽机及各种转动设备运行时产生的噪声、振动，燃机尾部排气、锅炉点火排汽产生的噪声，都会危害职工的健康；雷电有可能引燃排空瓦斯。燃机、锅炉和汽机的外壁均是高温热源，向周围散发热量，恶化工作环境。变压器、高低压配电柜及变频控制柜周围可能产生工频电场，会对工人的神经系统形成损害；电气设施漏电，会对职工人身安全造成伤害；静电可能引燃瓦斯造成火灾。转动机械若无防护装置或防护装置失效，可能导致机械伤害；起重机械在使用过程中，因设备缺陷或操作失误，也可能导致机械伤害。钢制平台、爬梯、护栏等检查、维护、维修不及时，可能会造成高处坠落。在脱硝、除盐过程中可能会产生易燃、有毒气体，危害工人的健康；化验作业的腐蚀性酸碱液体，可能会灼伤工人的皮肤或者眼睛。

3 生产中危害因素的主要防范措施

主要防范措施是衡量安全设计水平的重要标志，防范措施设计的合理性，直接影响电厂的安全运行。合理的防范措施设计是电厂内建设单位、施工单位、设计院和当地卫生部门密切配合，确保瓦斯发电厂的安全生产。

3.1 防火、防爆

为保证电厂正常运行，瓦斯管道上装设快速关断阀、超压放散阀和紧急放散装置，防止系统串火、超压；放散管引至人员操作地点上方4 m以上，距地面高度不低于10 m；在管道附件容易泄漏处，设置瓦斯浓度检测报警仪器，当瓦斯泄漏监测超标时，与阀门和设备连锁，必要时关断阀门，停止设备运行；为防止瓦斯系统静电引起的火灾，在其设备及管道上设有接地措施，所有非焊接联接处均做铜导线跨接。在燃机内部设置瓦斯浓度两级报警：一级报警(高限)设定值为0.5%VOL；二级报警(高高限)设定值为1%VOL. 当达到一级报警条件时，除了报警外并开启全部通风机进行通风；当达到二级报警条件时，除了报警、开启风机通风外同时关闭瓦斯支管上的快速切断阀和干管上的关断阀，快速切断气源；停运燃机及预处理系统，同时打开所有电动放散阀。运行中可能发生气体泄漏的预处理设备采用露天布置，以减少瓦斯集聚[2].

为防止燃机和汽轮机组润滑油系统的火灾，设计中采取了以下防范措施：1) 滤油机选用防爆型。2) 油系统设备、管道避开高温管道或附近的热管道,有完整坚固的保温层，表面用镀锌铁皮防护。3) 排油管道引至主厂房外无火源处。4) 油管道法兰垫料采用耐油、耐热的材料。5) 油管道尽可能减少法兰连接，油系统管道设计压力按提高一级考虑。

瓦斯发电厂使用电气设备全部为矿用防爆型：1) 高低压电机和电气设备使用增安型电气设备(Exe I). 2) 照明灯具使用防爆型电气设备(Exd I). 3) 通信、自动控制的仪表、仪器使用本质安全型电气设备(Exia I或Exib I)。电缆与电气设备连接时，电缆线芯使用快速连接器与电气设备进行连接。电缆采用阻燃电缆，穿墙等部位采用防火封堵，并刷防火涂料。

电厂要设电气防爆检查员，进行电气设备防爆管理工作：1) 负责对新进电气设备防爆合格证的核查以及电气设备防爆性能的检查，确保电气设备的防爆性能。2) 防爆电气设备的安装工作应由专业电工完成，电气防爆检查员负责检查验收，验收合格后方可投入使用。3) 电气防爆检查员负责对电气设备及线路的检查和维护，一旦出现电气设备失爆现象，负责处理或更换。

尿素分解会产生氨气，采取如下防护措施：在输送管道的适当部位，安装压力表和温度计，输送管道控制在100 ℃以下。

各建(构)筑物配置相关规范规定的灭火器，电厂运行时严禁烟火。

3.2 防振动与噪声、防烫伤

设计中充分考虑设备振动给劳动者带来的损伤。各种设备的防振设计均应符合相关规范的规定。必要时设备与管道采用柔性连接、设备基础采用减振垫等措施。设计采取声源控制、围护结构隔声及个人防护等多方面相结合的综合控制措施，以控制噪声。

外壁温度高于50 ℃的设备及管道均采取保温隔热防烫。

3.3 防雷、防静电

电厂厂区依据《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)进行防雷设计，装设避雷带、避雷针及接地装置，防直击雷、雷电感应(包括静电感应和电磁感应)、雷电波侵入。避雷针与瓦斯排空管的位置关系(图1)，应按下列公式计算，且不得小于3 m[3]：

当hx<5Ri时：

Sa1≥0.4(Ri+0.1hx)

(1)

当hx≥5Ri时：

Sa1≥0.1(Ri+hx)

(2)

式中：

Sa1─空气中的间隔距离，m；

Se1─地中的间隔距离，m；

Ri─独立避雷针、架空接闪线或网支柱处接地装置的冲击接地电阻，Ω；

hx─被保护建筑物或计算点的高度，m.

图1 防雷装置至被保护物的距离图

电气设备的金属外壳及瓦斯气管按《石油化工静电接地设计规范》进行防静电接地设计[4]. 瓦斯管道设置良好的防静电接地装置：架空瓦斯管道每隔25 m接地一次，瓦斯气管道的始、末端及分支处用-50 mm×5 mm扁钢沿管道支墩与接地网相连，以上连接均为焊接，并在焊接处做防腐处理；阀门、法兰、弯头等管道连接处，应采用截面不小于25 mm2的软铜绞线跨接，跨接不少于2处；加强防雷、防静电装置的维护、保养，确保其有效。电气设备的绝缘、防静电装置要经常测试、保持良好，以消除隐患、保证安全。在所有运行状态下确保接地线与接地网始终接触良好，接地网选择路是比较好的方法，可以使得接地线电阻降低，确保接地网运行的安全有效性[5].

3.4 防机械与坠落伤害、防供气不足

所有回转机械转动外露部分均设置防护罩，各转动部件的联轴节处加装防护罩，设置必要的闭锁装置。起重机械在特种设备检验部门登记备案，操作人员持证上岗。登高检查和维修设备处设置扶梯；离地面或楼面高1 m以上的高架平台设置栏杆；在一些设备基础顶面高出地面许多时亦设有扶梯和防护栏杆，以防止人员跌落致伤。

瓦斯发电设备具有连续运行特点，若不具备储气能力则当供气不足时，关预处理系统进气快关阀及总关断阀，停燃气发电机组、停预处理系统，并打开放散阀。

3.5 防工频电场和化学伤害

为了避免工作人员受到工频电场的危害，在建设施工过程中采取必要屏蔽措施。在建成投产后，加强出线系统管理维护，以有效减少绝缘子污染、绝缘子尖端放电等产生的电磁辐射，使工频电场控制在正常生活允许的范围内。

防毒、防化学伤害的场所主要是瓦斯有关设备、管道及电厂内化学设施。在燃机、锅炉区域等可能产生CO和NOx的场所设置便携式CO检测仪和NOx检测仪并设置事故通风设施。在化水车间设置喷淋洗眼器，一旦发生工作人员与化学药品的接触可立即进行冲洗。

3.6 环境绿化

为了营造出有利于职工身心健康的自然环境以及协调厂区建筑与当地环境相适应。在防范措施设计中对厂区进行绿化布置。

1) 道路两旁种植高大、降尘、吸附有毒气体的树种，划分车流、人流方向；根据实际情况在条件允许的情况下，尽量做到人车分流。2) 对生产车间周边尽量以种植滞尘、吸声、抗污能力强的灌木为主。3) 场前区种植一些观赏性树种，并在适当的位置布置一些建筑小品，如报亭，花池等。4) 无法种植树木的地段，如变电所附近、水池覆土等处，可种植草坪。

以上6个分项所包括的内容并没有固定的模式，也没有严格的界限。在实际设计中根据具体情况，各项之间可能会有交叉。有的规模较小的瓦斯发电厂机械较少，防机械、坠落伤害项可与防噪声、防振动项合并；有的瓦斯电厂在现有厂区的基础上进行改扩建，无需新增绿化面积所以没有环境绿化设计。

4 应急救援与机构设置

4.1 应急救援

电厂成立自己的应急救援组织，实施系统化应急预案的培训与演练；做到任一个突发事件风险，企业有预案，风险有预控，事件有预警，装备有标准，人员有能力，演练有实效，应急有保障；与专业救援机构签订服务协议，在应急处置方面，规定应急撤离时间、方式和路线并定期开展应急撤离演练。

在事故发生时明确规定现场负责人遇险情有权停产停工，立即组织撤离，启动应急预案并上报企业主管部门；指挥应急救援工作，实施事故现场的保护、无关人员的疏散、医疗机构的联系、伤员的运送等现场救援的各项工作[6].

4.2 机构设置

成立由电厂主要领导担任负责人的安全设施管理组及应急领导组，负责安全设施管理及突发安全事故应急处理的统一领导和统一指挥工作。

5 小 结

瓦斯发电厂安全设计的内容决定了安全设计与自然地形条件及其他相关的热动、给排水、电气、暖通、建筑等相关专业有着密切的联系，是一个反复的过程，在进行下一个阶段的工作时往往需要对上一个阶段的设计进行调整，因此在每一阶段的工作中，都要考虑各个阶段对其影响。只有在设计过程中协调好各方面的关系，才能设计出比较合理的瓦斯电厂安全设计。