大中型沼气工程安全生产风险及防范措施

石建松，赵明智，徐霄

[1.中国节能环保集团有限公司，北京 100082；2.中国环境保护集团有限公司，北京 100082；3.中节能（行唐）环保能源有限公司，河北 石家庄 050000]

0 引言

中国节能环保集团有限公司（简称“中国节能”）多家所属企业从事餐厨（厨余）垃圾处理、污泥集中处理、有机废弃物（酒糟）资源化利用业务，主要工艺过程中产生大量沼气作为产品或中间产品，部分项目将沼气进行提纯压缩后制得生物天然气。截至2022 年3 月，中国节能已建成大型沼气工程十余个，设计沼气总产能近40万Nm/d。本文以某大型餐厨（厨余）垃圾处理项目为例，重点分析了沼气工程的主要安全风险，提出了切实可行的风险防范措施，为同类项目安全运营提供一定的参考。

1 项目概述

某餐厨（厨余）垃圾处理项目建设规模为800 t/d，其中餐饮垃圾处理建设规模为400 t/d，厨余垃圾处理建设规模为400 t/d，废弃油脂处理规模为20 t/d。生产过程中间产品为沼气，沼气产量约72 000 m/d，设4 000 m的双膜沼气柜2 个，产生的沼气经脱硫净化后，部分用于厂内锅炉燃料，剩余部分用于发电，并设有应急火炬装置。废弃油脂经离心机分离出粗油脂，送入毛油罐储存并外售。

2 生产工艺中主要安全生产风险

2.1 火灾、爆炸

沼气主要成分为CH（含量50%～80%），还有一定量的CO、HS 及少量SO、H等物质。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6%～20.8%（按体积计）的沼气时，就会形成爆炸性混合气体，在下列情况下极易发生火灾、爆炸事故：

1）厌氧罐、沼气输送管道、沼气柜、沼气锅炉、沼气发电机等设备，如因制造、安装质量差，运行维护不佳，接头处密封不严，受外力损坏等原因发生沼气泄漏，在局部空间内积聚，遇明火、高温、电火花、静电、雷电或其他点火源，极易发生火灾、爆炸。

2）沼气发电机、火炬等未设置防回火装置或装置损坏，在沼气或助燃空气压力不稳定时会产生回火现象，引起沼气管道、沼气柜内的沼气燃烧，发生火灾、爆炸事故。

3）粗油脂为可燃液体，预处理设备、油脂暂存箱或毛油罐发生泄漏，遇点火源将会引发火灾。

4）对厌氧罐、沼气柜、发电机房、锅炉房、除臭系统等进行检修动火作业时，若未严格落实工作许可制度，未按照“先隔离、通风，再检测，后作业”的要求落实防火安全措施，违规动火作业，极易导致火灾、爆炸事故。近年来行业内发生的厌氧罐爆炸事故，大多属于此类。

5）秸秆沼气工程的秸秆粉碎或储存过程中，若以适当浓度悬浮于空气中形成秸秆粉尘云，达到爆炸极限，遇火即可爆炸。秸秆粉尘爆炸极限为40 ～80 mg/m，起火点为430 ～5 700 mg/m。

2.2 中毒、窒息

1）沼气泄漏后可在一定范围内形成高浓度的HS、SO等有毒气体聚集区域，同时沼气中的CH、CO会降低空气中的氧含量，人员此时进入沼气泄漏区则可能发生中毒和窒息事故。

2）沼气发电机在燃料燃烧不充分时产生CO、SO等有毒气体。进料车间、脱水车间运行中会产生臭气，若因烟道或除臭系统密封不严、臭气输送管道泄漏，车间内通风不畅等造成有毒有害气体富集，可能导致巡检人员中毒。

3）火炬因沼气供气系统压力不稳定而点火失败或熄火，供气系统未自动切断供气，沼气大量排出形成高浓度沼气区域，人员进入该区域可能导致中毒和窒息事故；若遇到点火源还将引起火灾、爆炸事故。

4）废弃物储坑、料仓、破碎机，厌氧罐、沼气柜、锅炉炉膛内、排水沟、凝水井及其他窨井，以及污水处理系统中的各类反应池均属于有限空间，有毒气体极易在这些部位积聚，若在检修作业时安全措施不当，极易发生中毒窒息事故。

2.3 机械伤害、起重伤害、触电、高处坠落等

沼气工程按照工艺技术要求，安装大量传动、转动机械设备，起重设施，电气设备设施及其他设备。厌氧罐、沼气柜、脱硫设备均设置钢爬梯及操作平台。如果机械设备缺少可靠的安全保护装置，电气线路、电气设备绝缘性能或保护失效，安全通道或临边安全防护缺失以及违规作业等，则发生机械伤害、起重伤害、触电、高处坠落等事故的概率将大大增加。

2.4 淹溺

污水处理系统中设置多个反应池，以及消防系统中设置消防水池。若这些场所未设置防护栏杆、封盖或防护设施不符合要求，容易发生落水淹溺。

2.5 噪声

沼气处理中各种泵、发电机、锅炉运行中会产生较强噪声，对人体听觉器官和神经系统会产生不同程度伤害，严重时会造成职业性耳聋。

2.6 粉尘伤害

秸秆沼气工程或混合原料沼气工程中的秸秆粉碎过程中产生大量粉尘，粉尘漂浮会对环境造成污染，对人体造成伤害。

2.7 发电机事故、锅炉事故、电气事故等

沼气发电机、沼气锅炉、配电设备等如果因产品质量、安装质量、运维不当、违章操作等原因，会造成发电机烧缸、拉瓦，锅炉爆管、炉膛爆炸、缺水、满水、水击、结垢、汽水共腾，以及电气设备火灾、短路、恶性误操作等事故。

3 安全风险防范措施

3.1 增强安全防范意识

目前，国内餐厨（厨余）垃圾处理、污泥集中处理、有机废弃物资源化利用等大中型沼气工程主要由节能环保企业投资和运营。相关企业要引导广大干部职工树立正确的安全意识，组织沼气生产、维修、监测人员参加国家职业技能培训，开展沼气安全教育和宣传，增强从业人员的安全素质。

3.2 强化本质安全设计

大中型沼气工程设计和安全管理应依据现行GB/T 51063—2014《大中型沼气工程技术规范》、NY/T 1220《沼气工程技术规范》、NY/T 1704—2009《沼气电站技术规范》和NY/T 3437—2019《沼气工程安全管理规范》等国家和行业标准，以及本地区出台的地方标准规范，提高沼气系统的本质安全水平。

3.2.1 总平面布置及防火间距

沼气站内总平面布置应考虑功能分区明确，使噪声、可燃气体、有毒气体产生源集中布置、集中监控和防护，合理规划垃圾运输车行驶路线，火炬应设置在全年主导风向下侧，有利于安全生产。

主要设施的防火间距应满足现行GB/T 51063—2014《大中型沼气工程技术规范》中表4.1.5、表4.1.8，GB 50016—2014《建筑设计防火规范（2018 年版）》表3.4.3 和GB 50028—2006《城镇燃气设计规范（2020 年版）》等有关标准规范的规定。

3.2.2 爆炸危险区域安全

大中型沼气工程应根据现行GB/T 51063—2014 的规定，对爆炸危险区域等级和范围进行划分。

1）厌氧消化器外部罐壁上半部外4.5 m 以内，至器顶最高点以上7.5 m 内的范围内，爆炸危险区域等级为2 区。

2）膜式沼气柜的内外膜之间爆炸危险区域等级设为1 区，外膜最大直径外4.5 m 以内，至柜顶以上7.5 m的范围设为2 区。

在爆炸危险类别为2 区的区域内所有电气设备应按照现行GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》要求，选用保护级别不低于ExIIAT1（CH4）Gb 型。

3.2.3 可燃气体和有毒气体检测系统

大中型沼气工程应依据现行GBZ/T 223—2009《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》、GB/T 50493—2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》等标准规范，在易发生气体泄漏和积聚释放源周围设置可燃气体和有毒气体监测仪表及配套报警控制器。本项目固定式可燃气体和有毒气体检测仪表设置见表1。

表1 某餐厨（厨余）垃圾处理项目固定式可燃气体和有毒气体检测仪表设置

同时，在可能产生可燃气体和有毒气体的地点，应设置安全标志牌。进入上述区域的从业人员应携带便携式“四合一”气体检测仪（HS、O、CO、可燃气体），随时检测气体的浓度。

3.2.4 通风、排风系统

根据各工艺段产生的有毒有害气体种类，沼气工程中地下或半地下建筑物及其他有爆炸危险的封闭建筑物应设置机械排风系统，其通风能力按工作期间换气次数为10 次/h，非工作期间3 次/h 计算。事故排风与平时通风风机合用，平时开启一台运行满足通风要求，事故排风两台同步开启运行。

3.2.5 自动控制系统

沼气工程应采用自动控制系统来完成生产过程监控。厌氧罐、沼气柜、净化脱硫设施、沼气管道等重要装置现场中远传仪表采集的工艺参数直接送至集中控制室，实时监控各项工艺参数，调节生产过程，实现装置本质安全。

3.2.6 消防设计

大中型沼气工程应按照现行GB 50016—2014《建筑设计防火规范（2018 年版）》、GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》、GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》、GB 50140—2005《建筑灭火器配置设计规范》等标准规范，设置室内、外消防系统。秸秆粉碎车间、沼气柜等区域可考虑增加自动灭火系统。

3.2.7 噪声控制

大中型沼气工程应按照现行GBZ 1—2010《工业企业设计卫生标准》、GB 50040—2020《动力机器基础设计标准》等标准规范进行防噪声、防振动设计，对动荷载较大的机器设备，采取隔振、减振措施，将噪声较大的设备及工序分区布置，采用隔离、屏蔽的方法降噪。

3.3 加强工程建设管理

将沼气提纯压缩可制得生物天然气，该类建设项目需严格按照现行《中华人民共和国安全生产法》《危险化学品安全管理条例》《危险化学品建设项目安全监督管理办法》《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》（安监总管三〔2011〕95 号）、《国家安全监管总局办公厅关于印发公布首批重点监管的危险化学品安全措施和应急处置原则的通知》（安监总厅管三〔2011〕142 号）以及《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化学品名录的通知》（安监总管三〔2013〕12 号）等法规、标准规定的要求进行设计和建设。

3.4 规范安全运营维护

3.4.1 加强安全生产和专业技术人员配备

大中型沼气工程火灾爆炸、中毒窒息等事故风险突出，危险程度高，应按照现行NY/T 3437—2019《沼气工程安全管理规范》的规定设置安全生产管理机构，配备专职安全生产管理人员，任用具有沼气工程安全知识和管理经验的人员从事安全操作与管理。同时，厂区内设备系统较为复杂，自动化水平较高，检测报警、连锁、防爆电气等关键设备点多面广，应适当增加专业技术管理、维护人员的数量，保障设备系统正常运行。

3.4.2 强化设备巡检维护，消除跑冒滴漏

1）在工程设计和建造阶段，严格控制设备及其安装质量，消除和减少泄漏的可能性。

2）加强设备保护，严防车辆行驶时或其他外力撞击管线、管架桥及其他设备。

3）提高巡检质量，确保及时发现跑冒滴漏。对厌氧罐、沼气柜、净化脱硫设施、输配管线等易泄漏部位和重点设备要加密巡检频次，实施特巡特护，避免跑冒滴漏出现或扩大。

4）严格按照运行检修规程进行设备维保和检修，保持设备完好。对已经出现的漏点，要挂漏点牌，建立整改台账，实行销号处理，及时消除泄漏源。

3.4.3 严抓消防管理，严控动火作业

1） 划分防火重点部位。要对全厂进行火灾风险辨识，按照风险程度划分防火重点部位，张贴“防火重点部位”牌，明确属地责任人。防火重点部位至少应包括厌氧罐、沼气柜、锅炉房、发电机房、消防水泵房等区域。

2）控制点火源。应对可能产生点火源的部位和设施进行严格管理。做好电气设备系统的维护，消除电气火花；加强防爆设备、防静电设施的检维修，定期进行检测试验，确保其满足安全要求。

3） 严控动火作业。应按照现行GB 30871—2022《危险化学品企业特殊作业安全规范》等标准规范制定动火作业安全制度规程，对动火实行分级管控，明确各级动火作业审批程序和安全措施、技术措施、组织措施和应急措施，严禁违规私自动火作业。

4）加强消防设施维护。应制定消防设备设施运行、检修和试验规程，将其纳入重要设备进行管理，确保设备时刻处于完好的备用状态。

3.4.4 加强有限空间作业管理

运营单位应对有限空间进行辨识并建立台账，建立并落实有限空间作业许可制度，配备防毒面具、可燃气体和有毒气体检测仪表、氧表、通风设备等安全防护用品，并按照标准和规定要求执行“先隔离、通风，后检测，再作业”等规定。

3.5 提高应急处置能力

运营单位应根据现行《生产安全事故应急预案管理办法》、GB/T 29639—2020《生产经营单位生产安全事故应急预案编制导则》等规定和标准，结合本单位特点及同类型项目事故案例，编制应急预案。

同时，还应针对一些具体的装置、场所或设施制定相应的现场处置方案，编制岗位应急处置卡，并在厂区建立微型消防站，配备防爆对讲机、防爆照明灯、防火服、防毒面具、正压式空气呼吸器、三脚架、担架、安全绳、安全梯等应急物资，开展应急演练和培训。一旦发生异常情况立即启动应急预案，进行紧急处置，避免事故扩大或蔓延。

4 结论

随着节能环保产业的发展，沼气工程得到了规模化推进，由于沼气生产工艺的事故风险和危害程度较高，大中型沼气工程安全运营经验不足，需要增强安全防范意识，在安全风险分析、本质安全设计、工程建设管理、安全运行维护、应急处置能力等方面进行深入研究。这样才能保证大中型沼气工程的安全运行，创造更好的经济效益和社会效益，为人民群众的美好生活增光添彩，为建设美丽中国添砖加瓦。