天然气场站联合运行风险因素分析及安全管理方法研究

罗星刚，时元宝，任伟丽，张健

(淮河能源燃气集团有限责任公司，安徽 淮南 232000)

0 引言

天然气作为最为清洁的化石能源，其对助力我国实现“双碳”目标具有至关重要的地位。为了实现对天然气资源的高效利用，构建“全国一张网”、互联互通的管网体系，亟需合理规划、建设主干管道间的联络管线、分输站场以及城市门站。分输站与末站等多设置于干线管道，由上游输气单位组织投资建设以及维护运行，具备分离、计量、清管、调压等功能。

城市门站则作为天然气自长输管线进入城市管网的接收站，一般由下游的燃气公司组织投资建设以及运行维护，具备计量、调压、检测、过滤、伴热、加臭、分配和远程遥测/遥控等功能[1]。然而，随着经济社会发展，节约化、集约化利用土地并实现“降本增效”日益成为主要设计指标。基于上述目标，“天然气场站联合建设及运行模式”因其具有设计快、占地少、审批快、建设周期短、节约建设成本等优势，成为一种备受关注并广泛应用的建设方式。由于管输天然气具有易燃、易爆、高压等特点，作为新型建设及运行模式，站场结构复杂、工艺繁多，进行天然气场站联合运行时的风险因素分析并提出安全管理方法更具必要性与急迫性。

1 联合建站的风险因素分析

为达成“气化安徽”总体规划，转输安徽省内主要气源，满足全省的用气需求、同时向六安市部分区县供气，近期建成了六安—叶集—金寨联络线项目，该项目全线约93 km，管径为DN600 mm，设计压力为6.3 MPa，设计有5个站场和5个阀室。其中，六安天然气合建站作为安徽省天然气的枢纽站之一，是六安—叶集—金寨联络线项目的首站，是六安—霍邱—颍上天然气干线首站，亦是合肥—六安天然气管道项目的终点站。分输站作为小型站场，属于五级站，平面布置主要是按照GB 50183—2004 《石油天然气工程设计防火规范》控制安全间距等设计标准；而城市建站一般则是按照GB 50028—2006 《城镇燃气设计规范》或者GB 50016—2014 《建筑设计防火规范》进行设计。文章以六安合建站为例，进行风险因素分析。

1.1 安全间距较小

安全距离的定义是管道爆炸对周围建筑物不产生显著影响的最小距离[2]。与传统的站场、门站独立运营模式相比，天然气合建站内各工艺设备、管道间的间距因受空间限制而减小。天然气合建站内各工艺区之间易产生相互影响，且进、出站高压管道极易受到临近的管道事故的影响。

天然气合建站内设备间距需同时满足防火以及未来施工的要求，存在的显著风险因素主要有以下五点：

(1)各工艺区的操作空间。如若操作空间不足，将会造成现有的地面操作的困难程度与危险水平骤增。

(2)无法满足未来的抢修及施工要求。特别是需要进行动火作业或者爆破施工时，安全间距不足将会给施工人员与管道运行安全带来极大威胁。此外，需要注意的是，当存在机械化施工时，施工间距即为合理间距；当不存在机械化施工时，维抢修间距即为合理间距。

(3)管道间的热辐射间距。若此间距不足，当一条管道发生紧急事故，比如管道破裂、燃烧或爆炸时，蒸气云爆炸、喷射火、火球火灾等形成的冲击波或热辐射将对临近管道的正常生产运行产生影响，甚至引发连环爆炸事故。

(4)由于联合站空间有限，电力设备众多，防雷、防静电接地线的存在易导致管网相对集中，形成的杂散电流如超过一定水平会对管道防腐产生重大影响。

(5)放空立管与天然气站场间距。如若此间距不足，点火放空时产生的热辐射将对管道及各类站场设备的运行安全以及站场工作人员的生命健康产生严重影响，形成重大安全隐患。

1.2 消防设施不足

天然气合建站占地规模减小，但其内部的主要功能区与火灾易发场所并未减少，单位站内面积上的高后果区以及需要覆盖的消防设施反而更多。

在合建站的运营初期，可能存在职能分配不明确、及消防安全责任空间分配不清的情况，消防专用车辆、设备、器材与个人防护用具面临短缺，如遇泄漏、局部起火等小型事故，在缺乏消防设施的情况下，将无法及时扑灭着火点，可能形成“多米诺骨牌”效应，产生连锁反应，造成火焰蔓延扩散，而诱发火灾、爆炸等重大事故。此外，合建站作为新型场站设计形式，其内部的消防通道需要进一步检验合理性，如未形成布置合理的环形通路，将错过最佳消防处理窗口期，严重影响应急抢险救灾的进程，导致无法及时控制险情而使其扩大化。

1.3 管道错综复杂

天然气合建站由于建筑面积的限制，为满足计量、分输、净化、调压与冷却等相关工艺的设计要求，站内管道、管汇具有数量大、种类多、存在交叉与多层敷设的特点。

错综复杂的站内管道将导致以下生产运行风险：

(1)敷设的管道更为密集，这导致管道之间相互影响的概率显著增加，从而增加发生火灾、爆炸等事故的风险。

(2)站内埋地管道常与含有酸性成分的土壤接触，由于设备管道集中、接地系统复杂，如若保护不到位，管道腐蚀穿孔以及失效的风险将显著增加。

(3)站内管道一般具有管径相对较小、尺寸类型相对较多的特点，其与阀门、检测仪表、法兰等构件以及压缩机、脱水器等设备连接时，将产生一定的压力波动[3]，影响设备正常运转或产生其他潜在危险；此外，合建站内发生焊缝泄漏、阀门泄漏以及法兰间泄漏等事故的概率也显著偏高。

(4)为满足站场多种功能需求，管道系统内部的弯头、三通等构件也相对较多，这些构件是局部应力集中的高发部位，极易形成应力腐蚀失效事故。

(5)已存在的地下构筑物和市政管道，在施工建设期间可能会对站内管道的敷设产生不同程度的干扰。

1.4 排污罐容量

我国GB 50251—2015 《输气管道工程设计规范》中明确规定输气站场产生的废气和污液应适当集中，并在排污管道的末端设置排污池或排污罐。对天然气合建站而言，其处理的污气、污液量更多，往往存在以下风险：

(1)排污罐的设计容量不足，当大量压力相对较高的气体由管道流入排污罐时，如若放空不及时，将导致排污罐憋压，当罐内压力将超过罐体的最大允许压力，将发生超压爆炸。

(2)排污罐的压力安全阀上游一般安装有隔断阀，并具备一定的防水保护功能，若站场工作人员对其危害认识不足，或因误操作而致使其被关闭，将导致进入罐内的气体无法被及时排出，演变为重大生产安全隐患[4]。

(3)如对排污罐及其附属管线检修不及时，当出现排污罐裂纹、密封垫圈与固定螺栓失效等情况而未及时发现时，发生重大事故的风险显著增加。

(4)隔断阀失效或者封堵时，也将会直接导致排污罐及与其相连的排污管线憋压，而引发爆炸，严重时或将导致人员伤亡。因此需要合理设计排污罐的技术指标，否则可能导致污气、污液外溢，造成环境污染、人员中毒，或增加火灾风险。

1.5 天然气放空能力

在压力变化范围广、天然气处理量大的天然气合建站，其放空能力与放空系统设计是保障站场安全平稳运行的重要组成部分。输气站场放空主要有以下几种情况：安全阀放空、站内管道紧急放空、站外管道事故放空以及站内检修放空等。通常站场紧急放空参照SY/T 10043—2002 《泄压和减压系统指南》，即15 min内将管网的初始压力泄放至0.69 MPa或管网设计压力的50%(取二者之间的较低值)。但对合建站而言，由于其操作与设计压力相对较高，如完全按照上述规范要求设计，瞬时放空量会对火炬系统产生极大的负荷[5]。

一旦放空能力不足或者放空系统设置不当，将会导致站场或管道内部的压力无法被尽快地泄放至安全范围，而引起事故的蔓延与扩大化，严重时会威胁站场运行安全、造成资产损失以及产生人员伤亡等事故。日常检修等其他情况的放空虽然在计划内，但若站场投产初期的放空能力与预期水平不匹配，也将造成天然气外泄或局部天然气浓度达到爆炸极限等重大安全隐患。

1.6 施工时候的第三方破坏

天然气站场的施工主要以委托第三方为主，天然气合建站内工艺流程更多、管线走向更为复杂，承包商若未严格按照站场内的施工要求进行操作，极易引起管线、设备损坏以及人员伤亡等事故[6]，亦是需要重点关注的风险源之一。对于需要动火的作业，如若未仔细排查站内外管道天然气的泄漏状况、未能及时发现不良状况并及时隔离动火作业的管件与设备、未能及时确认相关隔断阀的工作运行情况，都将会诱发泄漏、爆炸等重大事故。在储气罐、分离罐等容器上进行动火作业前，如若操作不规范，或未进行氮气置换，或置换不充分，抑或置换完成后未进行组分分析检测确认可燃气体浓度符合要求，都将给施工人员生命安全及合建站的安全运行带来极高的事故风险。

2 安全管理方法

2.1 增强员工安全生产意识

天然气合建站对员工的专业技术水平与安全生产意识提出了更高的要求。

首先，要健全消防安全培训机制，通过安排消防安全知识专家讲座，组织职工分批、多次进行消防安全模拟演习，使全体工作人员掌握正确的消防器材使用规范与各类火灾事故的灭火方法，并熟悉疏散逃生路径。

其次，建议站内各个岗位配备至少一名安全生产责任人与HSE管理监督员，每天使用安全检查表对站场内各工艺区、管道等处进行检查，定期组织员工开展安全生产岗位培训、技术改造以及经验交流工作。

最后，力争将安全生产责任制度落实到位，并严格贯彻执行，保证所有人员各司其职。在一些高后果区的作业场合应有专人监护，例如动火现场，需对施工人员进行施工前安全培训，且在施工前认真开展管道检漏与压力容器的氮气置换工作；设置好警戒线与逃生标志，避免发生交叉作业。

通过全员安全教育、日常实际操作培训、定期专项消防知识培训和火灾应急演练等措施的结合，提高合建站工作人员的消防安全意识和应急处理能力。

2.2 合理设置合建站消防管网

科学合理的消防管网是保障天然气合建站安全平稳运行的基石。针对合建站各大作业区与危险高发区的实际情况，应对消防设施布置、消防通道以及个人防护用具等进行统筹管理与优化配置，针对各个工艺区设计好各类多层次的最优消防预案；合建站内部各类建筑物和工艺设备的耐火等级应不低于二级水平；保证站内的消防系统与管道、压力容器以及各类工艺装置之间具有足够的安全距离和合适的救火距离。

根据场站建筑构造特点，安装足量的可燃气体检测报警装置，以使消防系统能够第一时间对合建站内部发生的气体泄漏等问题形成应答，并发出警报，从而将事故风险降至可接受水平；并注意在日常工作中定期维护检修报警装置。当监测到的天然气泄漏或天然气泄漏程度无法有效阻止时，应当启动紧急切断系统从而及时停止气体输送阀门，并自动切断电源以最大限度地降低事故的危险等级[7]。

2.3 落实埋地管道防腐及保护工作

根据合建站内外的具体环境特点，因地制宜，灵活选用不同类型的防腐涂层材料；严格把关防腐涂层的涂敷施工作业，避免产生弯头等处的局部死角；严格净化处理接收到的天然气，脱除其中的含硫组分等腐蚀性物质，防止发生管道、设备腐蚀失效；合理选用适当的阴极保护方式与阴极电流，并进行定期检查与维护，避免产生电流漏失或因电火花引发事故；定期维护阴极地床，在阴极保护位点应当设置阳极电缆走向及阳极地床位置的指示标志；注重绝缘法兰的维护，法兰应满足防雨防浸泡要求，且定期检测绝缘接头两侧电位，提高其附属设备(如：过压保护装置、限流电阻等)的可靠性[8]。

注重管道日常保护，避免管道承受较高的外加载荷；对管道焊缝应定期采用X光、超声波等探伤手段进行裂纹检测，并及时修补处理薄弱位置。规范人工操作以减小人为因素对管道完整性的影响。依据自然灾害的历史数据，采取必要的抗洪、抗震防护，以降低自然因素对管道的潜在破坏。

2.4 防微杜渐，做好防护

培养员工规范操作与正确穿戴防护用品的意识，合理规范地转动设备的安装位置；在机器裸露的齿轮、联轴器等旋转部位安装必要的防护罩，防止对工作人员造成人身伤害；全方位安装可燃气体泄漏报警装置以及视频监控设施，结合人工智能与大数据技术开发智能故障模式识别、危险行为识别与预警系统，实现超前预警、可视化监测[9]以及信息化集中管理；以数字孪生技术为牵引，进行各类设备与管道全生命周期的完整性管理，对联合站内的薄弱环节开展重点监控与安全排查；严格控制防静电接地设备、防雷设备及其附件的质量，防止合建站出现静电放电或雷击造成的设备失效，并确保系统可靠性；建议运营单位加强对第三方施工的管理，及早介入、参与施工方案的制定，全面考查施工存在的潜在影响，做好各类事故的处理预案，施工时安排专人监护。

3 结语

天然气作为我国经济社会发展的重要能源支撑以及实现“双碳”目标的关键助力，系统地识别出天然气合建站内的风险因素并提出安全管理方法是实现安全、经济、高效利用天然气资源的基础所在。根据合建站建筑面积相对较小、涉及各类工艺更加繁多的特点，系统分析了安全间距不足、消防设施不足、管道错综复杂、排污罐容量不足以及天然气放空能力不足等主要风险源易导致的潜在事故及后果，需要运用各类安全系统分析方法，加深对其风险因素的识别与控制能力，消除潜在威胁、提高设备可靠性、增强员工安全意识和应急处置能力，从而维持站场安全运行，切实保障工作人员人身安全，提高天然气的经济与社会效益。