运用事故树分析CNG加气站售气系统风险

2023-01-04

一、CNG加气站工艺系统组成

常见的CNG加气站按照附近是否有管线天然气, 可分为标准CNG加气站、CNG母站、CNG液压子站、CNG常规子站四类。在工艺上, 母站、常规子站使用的设备与标准站基本相似, 工艺上可分为调压计量系统、增压系统、净化系统、储气系统、售气系统、高压管道系统、控制系统, 常见装置一般为计量装置、调压装置、脱硫装置、缓冲罐、压缩机脱水装置、回收罐、程序控制盘、储气设置、加气机、压缩机控制设备和冷却装置。其中售气系统主要设备是加气机, 包括拉断阀、加气软管、计量控制设备、防撞柱。

二、CNG加气站事故分析

根据某公司关于CNG加气站的课题研究, 对川内共调研CNG加气站68座, 北京和天津市3座。在68座CNG加气站中, 事故站35座。调研发现:

1.基于其中被调研CNG加气站发生的101起安全事故, 笔者发现通常事故的直接原因源自于站场设计不合理、卡套脱落、气源质量问题、管道冰堵等因素, 其中关于加气机设备隐患的有45起, 关于卡套脱落的质量问题有12起, 储气瓶问题的有4起, 19起因地下储气井施工水泥质量不合格导致泄漏、窜管, 2起管道冰堵, 2起设计问题 (压缩机、加气机) , 4起压缩机控制箱高压管线质量问题, 安全拉断阀故障导致高压软管泄漏或拉断事故占较大比重。

2.如果从设备、人、环境三方面来评估气站安全风险, 引发安全事故的三方面因素中, 站内设备故障发生的次数最多。由于现实中人员责任导致的安全事故不易统计, 从设备、环境两方面来评估气站安全风险, 设备引发的安全事故将占到事故总数的94%。进一步分析的结果:虽然环境要素 (如出租车气瓶) 对加气站的安全事故频率影响不大, 但其损失和社会影响是巨大的。

因此, 加气站事故发生概率最高的分别是售气系统 (占事故总数56%) 、储气系统 (占事故总数22%) 、增压系统 (占事故总数12%) 。

三、危险因素分析方法

1.事故树来历

1962年, 美国贝尔电话实验室开发的事故树分析 (FTA) 技术采用逻辑的方法, 直观、清晰地反映出被评价单位的风险, 是现下流行的主要安全评价方法之一, 也是适用于CNG加油站基于危险因素分析结果建立危险因素台帐。

2.事故树分析原理

事故树分析是通过对可能造成系统失效的各种因素 (包括硬件、软件、环境、人为因素) 建立逻辑关系判断, 画出逻辑框图 (即事故树) , 从而确定系统失效原因的各种可能组合方式及发生概率, 以计算系统失效概率, 采取相应的纠正措施, 从而提高系统可靠性的一种方法。

事故树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图, 它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的“因”, 逻辑门的输出事件是输入事件的“果”。在FTA中, 各种故障状态或不正常情况皆称为事件。

四、CNG加气站售气系统失效事故树与危险因素分析

1.售气系统常见风险隐患

(1) 设备本身安全故障

设备老化未按规定养护、更换, 甚至带病运行, 构成了常见的事故隐患。在调研的35个事故站中, 售气系统发生事故占事故总数的56%。其中, 设备故障引起的安全事故占到90%以上。可见, 设备的安全运行对于加气站的安全性极为重要, 下面就售气系统设备安全隐患进行分析。

(1) 售气系统主要易损部件隐患

售气系统的过滤器、电磁阀、安全阀、质量流量计、加气枪是主要易损部件。过滤器经常会出现堵塞、滤网损坏的情况, 过滤器堵塞主要与气质中含有杂质、油污有关, 是杂质长期积于过滤器滤网上的结果。因此, 要求工作人员定期清洗过滤器是必要的, 而且需保证满足国家标准GB18047-2000《车用压缩天然气》中规定了压缩天然气中固体颗粒直径应小于5μm。

电磁阀、安全阀、质量流量计、加气枪 (高压球阀) 主要发生泄漏和部件失效的故障。泄漏是非常危险的, 因为CNG是一种易燃、易爆的气体, 以CH4为主, 而CH4与空气混合后, 当其浓度在5%~15%范围内时, 遇火源即会发生燃烧或爆炸。加气枪装于加气机上, 与汽车用压缩天然气加气口连接, 给车用气瓶充装天然气的手工操作专用装置, 由加气嘴、三通阀和连接件组成。GB/T19236-2003《压缩天然气加气机加气枪》中规定加气枪零件采用的材料应与使用的气体介质、工作寿命、环境温度等要求相适应;加气嘴本体和加气嘴卡爪应选用擦碰时不起火花的铜材料, 其含铜量不高于70%, 硬度不低于134HB。可以说, 如果加气枪材质不能满足要求, 就有造成安全隐患的可能性。

(2) 拉断阀、压力-温度补偿系统隐患

加气机设备必须具备两项最重要安全措施, 也是必检项目。即在连接加气机和加气嘴的软管上是否安装具有 (可恢复) 拉断阀;是否有压力-温度补偿系统。其安全故障主要是泄漏、失效。

拉断阀安装在加气机和加气嘴的软管上, 它的作用是在加气嘴还没有取下汽车就开走的情况下, 可以防止加气机发生灾难性的事故。如果不采用拉断阀, 汽车可能会拉倒加气机, 拉断气体管线, 造成很危险的事故。拉断阀的目的就是使得对加气机的损坏降到最低程度, 防止将加气机拉离底座。

拉断阀被拉断后, 在进行重新连接之前, 必须由一个有资质的服务人员对整个拉断阀和软管组件进行检查。

尽管采用了所有可能的预防措施, 拉断阀仍然存在失效的可能。一定要保证加气机底座上或附近没有障碍物缠上软管。如果软管绕住加气机或附近的其他物体, 拉断阀也可能不会正常工作。不管在汽车突然开走时拉断阀是否成功地工作, 都会对软管、加气嘴和拉断阀甚至加气机造成损害, 造成巨大的财产损失。因此, 必须对司机采取一切预防措施, 包括对司机进行足够的培训, 以保证这种情况不会发生。

CNG加气机另一个重要的安全措施是压力-温度补偿系统, 也被称做防止过充系统。

像所有气体一样, 天然气会随温度变化而膨胀和收缩。当气体带压力时, 就会导致压力作相应的变化, 有时这种变化是非常大的。例如, 假设气瓶中相对密度为0.6的天然气在20.7℃时储存压力是20MPa。如果气瓶中气体的温度降低到-40℃, 那么气体的压力大约会降到11.0MPa。与之相反, 如果温度升高到49℃, 那么气体压力将大约为24.8MPa。由此可看出, 尽管气瓶中的气体质量没有变化, 但压力可以从11.0MPa变到24.8MPa。因此, 必须根据环境温度调整充气结束时的加气压力, 这就是防止过充系统的功能。

(3) 气路系统安全隐患

气路系统主要的安全隐患是:管路腐蚀、管路堵塞、卡套故障。管路腐蚀、堵塞主要与气质有关, 管路腐蚀, 是气质中含水、硫, 形成酸性物质, 对金属设备腐蚀;管路堵塞, 是气质中含杂质、油。卡套松动、爆裂是加气站中经常发生的事故, 其严重会造成大量气体泄漏, 以至爆炸。为避免事故的产生, 值班人员应严格的执行巡检制度观察压力表, 闻是否有异常气味, 听是否有异常声音;采用移动式可燃气体检测仪检测是否有漏气或采用传统涂抹肥皂泡的办法、化学原理检测是否有漏气。

(2) 设计缺陷

加气机附近设置防撞柱 (栏) , 加气机良好防静电、防雷电, 防爆设计规范是加气站必要的安全防护措施。然而, 有些加气站这些安全防护设施并不齐全, 就将此作为影响安全性的因素。

(3) 安全管理

当前, CNG加气站的安全管理和定期检查制度仍然存在着不同程度的问题, 这些问题由于没有及时地解决, 以至发生不同程度的恶性事件从根本上来说, 都有这方面的原因。

(1) 某些CNG加气站的安全管理制度流于形式, 不具备可操作性, 安全管理条例上的很多内容不能或没有执行。

(2) 部分CNG加气站管理人员仍将安全放在次要位置, 忽视安全管理的首要性, 以至整个加气站在安全管理方面出现混乱。

(3) 由于部分地区的CNG加气站基本上属于一站一公司, 不利于集中管理, 也不利于提高整体安全意识。且由于资金成本等原因, 无法提高自身的安全防范措施与技术能力, 无法提高自身的安全风险抵抗能力。

(4) 某些地区的CNG办公室对当地的CNG加气站的管理不足, 对于不规范的这些站缺乏约束力, 无法将其他地区的好的经验应用推广下去。

(5) 人员素质不高, 缺乏责任感。员工文化水平普遍较低, 缺乏安全常识, 不经专业岗前培训直接上岗。这些人进入加气站工作, 构成了加气站安全隐患的一部分。

(4) 外界环境

汽车进入加气站加气, 气瓶作为外界因素, 它的安全性将直接影响到整个加气站的安全性。例如:2004年7月10日下午4-7时, 成都市鲁能永丰CNG加气站发生出租车气瓶爆炸事故, 两辆出租车损坏。其中一辆报废, 一辆损坏。加气站部分设施及平房损坏, 造成人员二伤一死的严重事故。

2.最小割集与主要危险因素分析

选取“CNG售气系统安全故障”作为顶事件, 经过分析建立如图4所示的CNG售气装置失效事故树。

最小割集中有任何一个事件不发生, 则顶事件就不会发生。采用“自上而下”的代换方法求出事故树的所有最小割集, 将事故树转化为等效的布尔代数方程。见下式:

由布尔代数方程知, CNG售气装置失效事故树由35个一阶最小割集, 2个二阶最小割集组成。

结构重要度系数:

重要度顺序为:

I (1) =I (2) =I (3) =I (4) =I (5) =I (6) =I (7) =I (12) =I (13) =I (14) =I (15) =I (16) =I (17) =I (18) =I (19) =I (20) =I (21) =I (22) =I (23) =I (24) =I (25) =I (26) =I (27) =I (28) =I (29) =I (30) =I (31) =I (32) =I (33) =I (34) =I (35) =I (36) =I (37) >I (8) =I (9) =I (10) =I (11)

注:图中个符号所代表的事件分别说明如下:

Q售气系统安全故障;F1设备安全故障;F2安全设计缺陷;F3安全管理差;F4外界环境差;F5质量流量计安全故障;F6加气枪安全故障;F7气路系统安全故障;F8过滤器安全故障;F9电磁阀安全故障;F10拉断阀安全故障;F11安全阀安全故障;F12压力-温度补偿系统安全故障;F13无防护措施;F14防护措施不符合要求;F15管理制度差;F16加气枪泄漏;F17管路腐蚀;F18管路堵塞;F19卡套故障;F20过滤器堵塞;F21管理制度不健全;X1职工素质差;X2领导才能差;X3质量流量计失效;X4质量流量计泄漏;X5高压球阀磨损老化;X6O型密封圈损坏X7加气枪零件材质差;X8气质含水;X9气质含酸性物质;X10气质含杂质;X11气质含油;X12卡套松动;X13卡套爆裂;X14滤网损坏;X15电磁阀失效;X16电磁阀泄漏;X17拉断失效;X18拉断阀泄漏;X19安全阀失效;X20安全阀泄漏;X21压力-温度补偿系统失效;X22压力-温度补偿系统泄漏;X23无防护栏;X24无防静电设施;X25无防雷电设施;X26防爆设计差;X27接地不合格;X28无加气机操作规程;X29无防雷防静电制度;X30无安全宣传教育;X31无防火制度;X32无气质安全管理制度;X33无应急处置预案;X34管理制度不落实;X35社会环境差;X36车载气瓶事故;X37防火间距不符合标准

结论

通过分析可知事故树有35个最小割集, 其中任何一个发生都可能导致顶事件的发生。可见, 设备安全、安全设计、安全管理、外界环境因素之间的重要度是相同的。

因此, 管好CNG加气站安全, 可以从人的安全管理和对物的安全管理入手。

1.对人的安全管理:一是制定安全操作规程及作业标准, 规范人的行为, 让人员安全而高效地进行操作;二是坚持不断地对员工进行教育和应急演练, 使人员自觉地遵守安全操作规程及作业标准。

2.对物的安全管理:一是生产经营设施、设备和工艺的设计、制造、安装等应该符合有关的设计规范和安全规范的要求, 其必要的安全防护装置应该齐全、可靠;二是经常进行检查和维修保养, 使设备处于完好状态, 防止由于磨损、老化、疲劳、腐蚀等原因降低设备的安全性;三是消除生产作业场所中的不安全因素, 创造安全的生产作业条件。

摘要：天然气作为清洁环保的优质能源, 以应用技术成熟、安全可靠、经济可行的特点, 在CNG汽车行业中得到了大力推广。但CNG加气站大多位于城镇, 一旦发生事故, 极易造成人员伤亡和财产损失。近年多起CNG加气站事故表明, CNG加气站事故主要集中在售气系统。因此, 找准CNG加气站危险因素, 并在日常管理中加以预防控制, 对于CNG加气站安全管理有着重大意义。本文运用事故树分析方法, 结合课题中现场调研情况, 查找CNG加气站售气系统存在的风险, 验证事故树方法可以查找确定CNG加气站运行管理中的薄弱环节。

关键词：CNG加气站,售气系统,风险分析,事故树