某建材购销站沼气爆炸隐患治理

2022-09-12

大丰市某建材购销站租赁16.3亩已封场13年的垃圾填埋场堆放砂石建材, 从事砂石建材及码头装卸经营。由于该垃圾填埋场填埋平均厚度不超过3m, 填埋的垃圾总量不超过100万吨, 规模较小, 当时没有采取沼气有效地排放, 存在沼气爆炸的事故风险, 因此行业主管部门未能发放相关经营许可证件, 企业不能正常经营。为此该企业委托我单位进行隐患治理, 本人承担项目组的负责人, 提出治理方案, 实现沼气的安全排放, 排除沼气爆炸的事故风险, 并通过专家组的验收, 得到了上级主管部门的认可, 最终该企业顺利地办理了相关经营许可证照。

一、治理项目基本情况

该垃圾填埋场垃圾处理量为80t/d, 填埋平均厚度不超过3m, 填埋期为1995年-2000年底, 截止2000年底封场, 整个填埋场实际填埋面积约220亩, 填埋的垃圾总量不超过100万吨。2011年1月1日, 某建材购销站租赁垃圾填埋场封场后16.3亩的场地用于砂石等建筑材料堆放, 该企业租赁的垃圾场采用厚度达1米的淤泥进行封场, 该地块填埋的垃圾总量不超过5万吨, 填埋场封场至今已近13年。

二、垃圾填埋场沼气火灾、爆炸的原因分析

沼气爆炸必须具备三个条件:甲烷浓度达到爆炸极限, 一般在5.3%~15%之间, 最强烈的爆炸发生在甲烷浓度为9.5%左右。其次是甲烷引火温度, 甲烷的引燃温度为538℃。明火、电气火花、吸烟甚至撞击磨擦产生的火花等, 都可以引燃甲烷。甲烷浓度不同, 引火温度也有所差异, 在浓度6.58%时最易引燃。第三是氧气浓度, 沼气爆炸界限与氧气浓度有密切关系, 氧气浓度增加, 爆炸极限范围扩大, 尤其是上限提高得更快, 当氧气浓度降低时, 沼气爆炸下限缓慢增高, 上限则迅速下降, 氧气浓度降低到12%, 甲烷混合气体即失去爆炸性, 遇火也不爆炸。沼气爆炸影响因素实质上是爆炸极限的影响因素。爆炸极限不是一个固定值, 它随各种因素而变化。

沼气与空气的混合物原始温度越高, 则爆炸极限范围越大。趋势是爆炸下限降低而爆炸上限增高。原因是系统温度升高其分子内能增加, 使原来不燃的混合物变为可燃可爆系统。因而温度升高使爆炸危险性增大。

沼气的原始压力对爆炸极限影响也很大。趋势是压力增大, 爆炸极限范围扩大, 尤其是爆炸上限显著提高。原因是系统压力增高, 使得分子间距离小, 分子与分子的碰撞几率增大, 使得燃烧的最初反应以及反应的进行更为容易。

若沼气中所含惰性气体的百分数增加, 则爆炸极限范围缩小, 若惰性气体的百分数提高到某一数值, 可使沼气不爆炸。

另外, 垃圾中还可能带有哑炮、发令纸等易燃易爆物质, 这些物质如果受到摩擦、挤压, 可能自燃, 积聚热量发生爆炸。如果砂石场作业人员在场内吸烟、砂石场内电气不防爆、生活用火、山火、燃放鞭炮、施工人员使用铁器工具碰撞产生火花、雷击等均可形成点火源, 引燃垃圾沼气或垃圾中的易燃易爆物质。垃圾场发生火灾爆炸事故, 将伤害到砂石场的作业人员, 以及其他人员。垃圾爆炸可分为物理爆炸和化学爆炸两种。

1.物理爆炸的危险性

首先, 物理爆炸是由于甲烷在垃圾层中大量积聚, 形成了强大的能量, 当积聚的压力大于覆盖层压力时, 在瞬间将垃圾以迅猛速度突出, 发生减压的膨胀。发生物理爆炸事故, 除垃圾产生甲烷是必要条件外, 填埋的厚度、覆盖层的厚度和层数, 以及覆盖层的透气性都是影响爆炸的因素。如果垃圾层上面不进行覆盖, 一般情况下由于垃圾的透气性较好, 甲烷的迁移会垂直向上进入大气中 (见图1-1) , 在垃圾层中不会积累大量甲烷, 其气体压力不足以将垃圾层顶起。如果垃圾上覆盖土层或填埋深度增加, 透气性受到影响, 垃圾中容易积累甲烷而增加爆炸的危险性。见图1-2) 。

其次, 即使填埋条件都相同, 但在一些特定条件下, 也会大大影响爆炸的危险性。比如, 我国城市生活垃圾中灰土比例较高, 在连续阴雨天, 上面的垃圾层会变得非常泥泞, 其透气系数急剧降低, 而垃圾在高温和湿润条件下的产气速率又变得很大, 这时就可能发生垃圾爆炸。在寒冷的冬天, 由于覆盖层结冰, 透气性变得很低, 而垃圾层中的温度还没有降到产气终止温度之下, 这时也可能发生垃圾物理爆炸。

最后, 垃圾填埋场封场后未按照相关标准或规范要求进行管理, 未经过相关检验检测验收合格后交付, 违章使用, 对垃圾填埋场地表进行硬化, 透气系数急剧降低, 有可能发生垃圾物理爆炸。

2.化学爆炸的危险性

(1) 对排放的沼气未进行定期浓度检测, 沼气遇引火源有可能导致火灾、爆炸事故。

(2) 因排放的沼气与空气形成爆炸性混和物, 遇引火源有可能导致火灾、爆炸事故。

(3) 因排放的沼气排放管排放口高度低于2m, 沼气沿地面排放至非防爆区域, 遇引火源有可能导致火灾、爆炸事故。

(4) 因排放的沼气排放管排放口高度低于2m, 沼气在堆场低洼处积聚, 遇引火源有可能导致火灾、爆炸事故。

(5) 排放的沼气已达到爆炸极限, 未采取相应的安全措施, 遇引火源有可能导致火灾、爆炸事故。

(6) 因排放的沼气与空气形成爆炸性混和物, 输变电线路距散发易燃、易爆气体场所的安全距离不足, 有可能导致火灾、爆炸事故。

(7) 操作人员在进行沼气排放时, 未采取防火措施, 有可能导致火灾、爆炸事故。

(8) 因施工动土, 金属工具与垃圾中的金属碰撞产生火花, 引发爆炸事故。

(9) 检修时, 未能执行安全动火制度, 违章动火, 排放的沼气有可能发生火灾、爆炸事故。

(10) 外来人员未及时进行安全告知, 在沼气排放区内吸烟, 有可能导致火灾、爆炸事故。

⑾现场办公室每天未定期打开门窗通风, 沼气等可燃气体有可能导致火灾、爆炸事故。

⑿未制订沼气爆炸事故应急救援措施, 一旦发生爆炸事故有可能使事故后果扩大。

三、治理方案

为了进一步提高砂石等建材堆放场和码头经营的本质安全性, 该购销站消除沼气爆炸的事故隐患, 计划在砂石堆放场的中央, 按照边长45m的正方形, 在正方形每个顶点处设置1个沼气被动导排导气井, 共设置4个沼气被动导排导气井, 具体布置见图2-1。采用钻孔法设置导排导气井, 钻孔深度为垃圾填埋厚度的1m-1.5m (根据覆土层厚度变化现场确定) , 导排导气井直径 (Φ) 600mm, 垂直度偏差不大于1%;导排导气井中心多孔管采用高密度聚乙烯等高强度耐腐蚀的管材, 管内径为100mm, 采用长条形孔, 在保证多孔管强度的前提下, 多孔管开孔率大于2%, 排放管的排放口高于地面2m以上, 当导排导气井水位过高时, 采用防爆型的抽水设备进行降水。具体见下图2-2。

四、验收评估

1.由于该垃圾填埋场填埋的垃圾总量不超过100万吨且填埋厚度不超过10m, 根据《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》 (CJJ 133-2009) 的要求, 该企业填埋垃圾产生的填埋气可以采取被动导排导气方式排除沼气, 符合规范要求。

2.在砂石堆放场的中央, 按照边长45m的正方形, 在正方形每个顶点处设置1个沼气被动导排导气井, 共设置4个沼气被动导排导气井, 被动导排导气井设置符合《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》 (CJJ 133-2009) 30-50m的要求。

3.填埋气实现高空排放, 被动导排气排放管的排放口高于地面2m以上, 减少可燃气体积聚, 有效地防止爆炸事故的发生, 符合《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》 (CJJ 133-2009) 的要求。

4.被动导排气排放管北侧距10KV高压线35m横向布置, 东侧距10KV高压线30m, 安全间距均符合《建筑设计防火规范》 (GB50016-2006) 的要求。

5.在中午, 气温较高时, 使用精度为1%的便携式可燃气体浓度检测仪现场检测, 甲烷浓度为0。

6.该企业所在地填埋场封场年限已达13年, 设置四个被动导排导气井, 并定期进行检测甲烷、二氧化碳浓度, 且将排放气控制在:甲烷浓度<1%, 二氧化碳<1.5%, 对照《生活垃圾填埋场稳定化场地利用技术要求》 (GB/T25179-2010) 表1, 符合“封场年限、堆体中填埋气”指标, 达到“高度利用 (一般仓储或工业厂房) ”的利用方式, “封场年限、堆体中填埋气”指标符合标准要求。

7.导气井降水所用抽水设备选用防爆型的, 能够有效地防止沼气爆炸事故的发生。

最后专家组一致同意该治理方案, 达到了预想目标, 排除沼气爆炸隐患, 实现安全经营的目的。

结语

通过该项目的隐患治理, 我们提供了切实可行的解决方案, 排除沼气爆炸风险, 为企业解决了困扰多年的难题, 挽回二百多万元的损失, 企业顺利地办理了相关经营许可证照, 实现了依法、安全经营。

摘要：由于垃圾填埋场中的生活垃圾中含有大量的有机物, 它们大多数可以被微生物厌氧消化、降解, 产生大量的垃圾填埋沼气体, 其主要成分为CH4和CO2, 以及其他一些微量成分如N2、H2S、H2、NH3、CO和挥发性有机气体等, 其中CH4、H2S、H2、NH3、CO等具有易燃易爆等危险特性, 本文根据某建材购销站利用已封场的垃圾填埋场堆放砂石建材的现状进行分析, 通过有害因素分析, 隐患排查, 采取针对性的安全措施, 排除沼气爆炸隐患, 以实现安全经营的目的。

关键词：垃圾填埋场利用,沼气爆炸,隐患治理