城市天然气工程环境风险评价

第6卷第5期安全与环境学报Vol 6 No 52006年10月Journal of safety and EnvironmentOct,2006reduction[J]. Progress in Geography(地理科学进展),文章编号:1009-6094(2005002004,x4):28-34[6] ZHANG Peng(张鹏), MA Xiaohong马小红) Research on the rela城市天然气工程环境风险评价onship of China economy development and circumstance pollutior JJJournal of Hunan University of Science and Engineering(湖南科技学院学报),2005,孓5):264-268刘芳文,韩保新,颜文[7] QIAN Zhenwei(钱振为). Energy consumption per GDP and economy(I国家环境保护总局华南环境科学研究所广州510655growth patter[ J]. China energy(中国能源),2005,5):10-142中国科学院南海海洋研究所广州510301)[8] BIRDCALL N, Another look at population and global warming[MIWPS1020 World Bank, Washington D. C., 1992摘要:结合广州、深圳、东莞、佛山等城市的天然气工程情况,对城9] SHAFIK N, BANDYOPADHYAY S. Economic growth and市天然气工程的环境风险评价进行了讨论,并采用穆尔哈斯environmental quality ? M]. Time Series and Cross-Country Evidence,( Moorhouse厢和普里恰特 Prichard濃提出的热辐射预测模式和爆炸冲击WPS, World Bank, Washington D. C., 1992波预测模式对城市天然气工程进行了风险评价。结果表明如果发生10] HE Jiankun(何建坤),LUBi(刘滨). Analysis of Carbon emission天然气泄漏并引起火灾假设在10min以内城市门站、调压站和城市intensity as the main index for greenhouse gas emission mitigation commegaton com高中压管道的火球对建筑物和设备的严重损害范围(A级)最远距离mitments[J]. Journal of Tsinghua University: Science and分别为35.8m、18.0m和28.7m爆炸冲击波严重损害范围C1级)分别为距事故处54.8m、27.8m和44.4m。最后从城市门站、调压站选[] HE Jiankun(何建坤), SU Mingshan(苏明山). Global climat址及输气管道选线、安全防范距离、作业过程中的风险控制与管理以China Environmental Protection industry(9h214mn:[J.及事故应急对策四方面提出了风险事故的防范措施与对策。change and China energy development strategy in环保产业),2002,关键词:安全管理工程;环境风险评价;风险控制;事故应急对策I(2):30天然气[12] LIU Bin(刘滨). Primary research into scenario on carbon emission in-中图分类号:X932文献标识码:Aensity[J. Climate Change Newsletter(气候变化通讯),2003,6(4):20210引言Economic growth and its effects on carbon自20世纪80年代开始,天然气(LNG〕就是世界上发emission in China快的燃料之一年贸易增加率为8%。引进LNG对改善城WANG Zhong-ying, WAN市的能源结构提高用能水平、特别是用能安全性减少环境Indo污染加快城市发展具有极为重要的意义。但液化天然气属1 Institute of Geographical Sciences and Natural Resources re-于甲类易燃、易爆危险品在输送、储存、使用等过程中有可search, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China能发生泄漏,当泄漏数量较大、达到天然气在空气中的爆炸极2 Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing1000限或遇明火时就会发生爆炸2给周围环境和生j造成严重的破坏。因此城市天然气工程运行的可靠性直接Abstract: This paper intends to present the authors' analysis of the影响该城市的经济发展。在天然气利用工程的规划、选址、施relationship between the GDP growth and carbon emission in工和使用过程中必须注意天然气风险事故的环境影响和安oday with the correlative analytical method(R2=0.9581).The全性。oncnt pattert广东LNG项目于1999年底经国务院批准立项,期工程mainly dependentvestment and structural expansion of sec-将建设370万T/a的LNG接收站以及广州、深圳、东莞、佛山ondary industry hasemission increase of green等四城市的天然气工程项目其气源供应方为澳大利亚西北house gas. The investment rate of China exceeds35%-40%of大陆架天然气项目(NWSGDP during the period of 1980 to 2003, which is higher than otherountries. As a result, China has brought about tremendous develop-本文旨在结合广州、深圳、东莞、佛山等四城市利用广东ment of its heavy industry with ever increasing consumption of energyLNG项目情况对城市天然气工程的环境风险进行评价。resources.Such a consequence on the one hand has led to hig1工程概况proportion of secondary industry to the whole50%) On the other hand, its energy consumption has to be depen-1.1天然气组分及物化特性参数dent heavily on coal( over 60%), which emits large amounts of gases广州、深圳、东莞、佛山等四城市天然气均来源于广东han oil or natural gas.Thus, it will be inevitable to consume more LNG项目液化天然气因产地不同其组分也有所不同典型energy and increase the emission of greenhouse gases in future. HowLNG及广东LNG项目推荐组分的物化特性参数见表ever, under the background of globalization our economic growthshould depend more on technological improvement, scientific and in.1.2城市天然气工程内容及工艺流程stitutional innovation. With the high efficient use of renewable energy城市天然气工程主要包括城市门站、调压站、城市高中压and environment-friendly technology, China can and is sure to make管道等其工艺流程见图1。contributions to global efforts to prevent global warming. Therefore,it1.3危险物质识别be predicted that the carbon emission intensity will gradually slo城市天然气工程的主要工艺是在密闭的系统内输送易燃down with the economic development and the adjustment of its indus-易爆的天然气江工艺过程涉及物料明确整个过程中存在着大trial structural systemKey words: ecological economics; economIc growth; the structure of量的易燃品——一天然气其危险性主要包括储存过程中的沸industries carbon emissionCLC number F0622Document code: A收稿日期:2006-0417Article id:1009-60942006)5-0088-04作者简介∵刘芳文顽士冮程师,从事海洋环境科学和环境影响Vol 6 No 5安全与环境学报第6卷第5腾与翻滚、低温冻伤、泄漏、低温麻醉、窒息、火灾以及爆炸注:1)广东LNG接收站和输气干线工程项目可行性研究报告。7方面4。因此天然气是该项目的主要危险物质,其主要物的经验公式计算热辐射通量化性质见表2。火灾的最大半径R(m)为根据《建筑设计防火规范》GBJ16-874997年版)及《石R1=2.665×M油化工企业设计防火规范》(GB50160-92,1999年局部修订)天然气爆炸下限<10%(体积分数)其火灾危险性属于式中M为可燃物质释放的质量kg甲类火球持续时间t(s)为天然气是一种混合气,其主要成分是CH4、CO2及N2另tn=1.089×M0327(2)外含有少量C2~G6等烃类物质等。项目的天然气中硫化氢燃烧时能量的释放率((J/s)为质量分数<1×10-6其他组分没有毒性因此该项目不存在毒Q=nh,M/(3)性风险。天然气中的甲烷属于易燃易爆气体因此,城市天然式中H为燃烧热J/kg;为燃烧效率随物质的饱和蒸气气工程存在的主要风险为天然气泄漏引起的火灾、爆炸事故。压而变化具体为=0.27P0.32(4)2事故风险分析式中P为饱和蒸气压1.01×10°Pa2.1事故后果预测模式距火球中心r处的辐射通量Wm-2),为2.1.1火球热辐射预测模式H=Q/T4r(5)采用穆尔哈斯( Moorhouse和普里恰特 Prichard)6提出式中T为传导系数无量纲,般取T=0.15。2.1.2爆炸冲击波预测模式表1典型LNG组分及物化特性参数爆炸是突发性的能量释放,会造成大气中破坏性的冲击Table 1 Components and physical and chemical characteristic波爆炸造成的损害半径为parameters of typical LNGR=C(NE y3组分及特性典型LNG组分3广东LNG轻组分重组分推荐组分式中R,为损害半径m;E。为爆炸总能量,ECI摩尔分数/%为燃烧热J/kg;M为易燃物的排放量kg;N为效率因子,N84.67C2摩尔分数=N×Nn,N为燃料浓度所造成损耗的比例,般取30%C3摩尔分数/%λ为燃料燃烧旳机械能效率对限制爆炸可取33%非限制0.87iC4摩尔分数/%0.48性爆炸可取18%;C为经验常数m/J。nC4摩尔分数/%.942.2火灾及爆炸危害级别划分iC5摩尔分数/%00,040.01火球危害级别划分及不同辐射通量对应的损害情况见表C5摩尔分数/%0.000.0037爆炸冲击波危害级别划分及C.和损害水平的关系见表N2摩尔分数/%47。分子质量( kgt kmol-1)17,23819,34917.9182.3城市门站、调压站的事故风险分析汽化温度T(1.066×105Pa)℃-162.32.3.1事故统计资料及概率气相密度(kgm-3)0.7710.8660.802城市天然气工程的甲类生产单元或构筑物主要有调压计华白指数(kNm-3)量区调压计量区发生火灾爆炸事故的概率可类比石化行业大然气长输管4.0 MP4.0 MPa38-44Ma城市门站计量如复城市中压管道「→用户0MP清管器发球装置过滤计量加臭城市中压管道城市高压管道调压站04MPa量清管器发球装置4.0 MPa调压七十燥」一加气母站图1城市天然气工程工艺流程图表2天然气主要物理化学性质Table 2 Primary physical and chemical character of natural gas项目组FCH4其余有CH、N2、O2、CO2、H2O及惰性气体等相对密度(P空气=1)引燃温度/℃爆炸极限(体积分数%3.6-6.5上限最大爆炸压力/102kPa8灭火方法切断气源用水降温用干粉隔绝空气危险性分类006年10月刘芳文等城市天然气工程环境风险评价006的甲类生产装置发生火灾爆炸的概率进行确定漏释放速率分别为10000m3/h和1250m3/h。在事故预测中根据对14个炼油厂23a发生的247起火灾爆炸事故的计算泄漏1min、5min和10min的火灾爆炸后果不同泄漏时统计分析结果表明:甲类工艺装置发生火灾爆炸的比例最间事故源强见表5。蠃(140次),占火灾和爆炸总次数的56.7%其发生事故的概2.3.3预测结果及分析率为6.5%3以此类比可知城市门站、调压站调压计量区发城市门站、调压站的调压计量区火灾爆炸事故的影响预生火灾爆炸事故的概率为0.065次/a平均事故周期为15a。测火球危害结果及爆炸冲击波危害结果分别见表6和72.3.2可信事故源评定根据表6和7的预测结果对照表3和4的损害级别可知广城市门站、调压站调压计量区的危险物质为天然气潜在州、深圳、东莞、佛山四城市的门站、调压站的调压计量设备ξ事故形式为调压计量设备密封破坏天然气快速泄出遇明火生天然气泄漏并引起火灾假设在10min以内火球对建筑物引燃爆炸形成火球和设备的严重损害范围(A级)最远距离分别为:距城市门站由于调压计量操作集中在门站、调压站撬装设备中整个35.8m、距调压站180m(B级)最远距离分别为:距城市门工艺过程密闭并采用了检测、报警仪表和联锁控制系统,因站43.4m、距调压站21.9m;冲击波对建筑物和设备的严重此,旦发生天然气泄漏能及时报警并关闭阀门切断气源。损害范围(C1级)最远距离分别为:距城市门站54.8m距调根据四城市天然气工程的规模门站的最大设计规模为20万压站27.8mC2级)最远距离分别为:距城市门站104.1m、m3/h调压站的最大设计规模为2.5万m3h假设天然气泄距调压站52.8m漏的速率为气体在系统流动速率的1/20则门站、调压站泄表3火球危害级别划分及不同辐射通量对应的损害表Table 3 Grade of fireball damage and the risk at different radiate flux危害级别射通量(kWm-2)对设备的损害对人的损害操作设备全部损坏1%死亡/10s,100%死亡/1min在无火焰、长时间辐射下木材燃烧的最小能量重大损伤死亡/10s0%死亡/lmin在火焰时木材燃烧、塑料熔化的最低能量度烧伤/10s,%死亡/lmin以上感觉疼痛长期辐射无不舒服感表4C.值与爆炸损害等级间的关系Table 4 Relationship between C, value and the grade of explosion damage爆炸损害特性损害等级C.(mJ-3)对设备的损害的损害重创建筑物和设备%死亡肺部损害,>5%耳膜损害,>50%被拋射物严重砸伤对建筑物造成外表性损伤或可修复的破坏1%耳膜破裂,%被抛射物严重砸伤0.15玻璃大部分破碎被飞溅的玻璃划伤10%玻璃破碎表5城市门站、调压站不同泄漏时间事故源评定结果Table 5 Results of risk resources assessing of city gate stations and pressure regulatingstations in the period of different leak time释放速率(m3h1000释放时间/min释放量/833.331666,67104.17208.33释放量/k133.346661333.34166.66表6城市门站、调压站站场火球热辐射危害表Table 6 Fireball hot radiation risk of city gate stations and pressure regulating stations调压站释放速率(m3h1释放时间/min释放量/kg666.661333.34166.66球半径危害范围,A级28,435.818.0B级半径C级14.4Vol 6 No 5安全与环境学报第6卷第5期表7城市门站、调压站站场爆炸冲击波危害表Table 7 Explosion blast wave risk of city gate stations and pressure regulating stations城市门站调压站释放速率(m3h-1)250释放时间/minl666.6727,8损害CC3=0.15122.161.9DC4=0.40325.50l.4355.72.4城市高中压管道的事故风险分析表8城市天然气高中压管道火球热辐射危害2.4.1事故统计资料及概率Table 8 Fireball hot radiation risk of city natural gas由于目前还没有关于城市管道燃气系统发生泄漏、引起medium-pressure and high-pressure delivery pipelines火灾爆炸事故的详细统计资料,因此本次环评参考长距离输释放速率(m3h1)5000气管线输气干管的事故概率给出城市高中压管线的事故概释放时间/min率释放量/kg67.18335.97通常干线管道事故率定义为每年每千km管线上发生火球半径/m事故的平均次数A级危害范围13.228.7半径C级式中λ为管线上发生事故率次/103kma;r为管道运行时表9城市天然气高中压管道爆炸冲击波危害间A;n为第i年所统计的输气管道上发生的事故次数次Table 9 Explosion blast wave risk of city natural gasL为第i年所统计的输气管道长度km。medium-pressure and high-pressure delivery pipelines我国输气管道集中于四川而且管线运行时间长管道事释放速率(m3h-1)故实例多。因此在干线管道事故统计中选四川石油管理局释放时间/min输气公司经营的14条输气管线为研究对象取其多年运行资释放量/m383.3416.6833.33料作为对输气管道事故率计算的原始资料A(C1=0.03)34,9四川石油管理局输气公司经营的14条输气管线是:中损害B(C2=0.06)3866.3青线、石亭江一广汉管线、广汉一清白江管线、威成线、成德半径/mC(C3=0.15)98.0167.5211.1线、威内线、威五线、沪威线、付纳线、佛两线、越溪一兰家坝管D(C4=0.40)261.2线、东兴一越溪管线、北干线和付安线。14条管线总长1513km从171年投产到199年其运行管长42.36×10kma,建筑物和设备的严重损害范围A级、B级)分别为距事故处管线上共发生了136次事故3因此可得输气管线干线管287m34.8m以内的范围。爆炸冲击波严重损害范围(C1道平均事故率为3.21次/103kma。类比可知城市输气管网级、C2级分别为距事故处444m83.6m以内的范围。干线管道平均事故率为3.21次/103kma2.4.2可信事故源评定3风险事故防范措施与对策天然气输送管道泄漏量的计算是一个比较复杂的问题,3.1城市门站、调压站选址及输气管道选线分析现有的计算模型只能考虑小孔泄漏和管道完全破裂泄漏这两1减城市门站、调压站选址分析。种极端情況。由于城市ING工程采用先进的泄漏检测系城市门站、调压站应选在有较便利的交通、供电、供水及统和投加臭剂在发生事故、导致较大流量天然气泄漏时从通讯等公用基础设施的地段其位置应符合该城市的总体发发现大的泄漏到采取措施制止泄漏一般需I~lσπin此时间展规划以及整个城市的市域城镇发展规划特别是城市门站即可假设为管道风险事故的天然气泄漏时间。假定在最不利还要考虑符合上游输气管道总体走向。情况下某段高中压管道发生大的破裂或其上接口断裂天然2腧输气管道选线分析气泄漏高、中压管道平均流量为5000m3/h。高、中压天然气城市高、中压管道选线应从城市规划、环保及安全方面进管道发生风险事故泄漏1min、5min及10min时天然气泄行考虑。管道布线服从城市总体规划并应严格执行规范中漏量分别为83.3m3、416.6m3和833.3m3。的有关各项安全间距的规定,沿线环境敏感点与管线有一定2.4.3预测结果及分析防护距离沿线没有规模较大的生产和储存有毒化学品的企以广州、深圳、东莞、佛山四城市高、中压天然气管道发生业防止一旦管线沿线天然气泄漏引起火灾爆炸发生毒气风险事故泄漏1min、5min及10min的天然气泄漏量为源毒液释放而引发二次污染强分别预测不同泄漏量下发生火灾和爆炸时火球及爆炸冲3.2安全防范距离击波的影响范围其预测结果分别见表8和9l减城市门站、调压站的安全防范距离。根据表8和9的预测结果对照表3和4的损害级别可城市门站、调压站设有散发比空气轻的可燃气体的甲类知如果某段城市高、中压管道发生大的破裂或其上接口断「房按照GBJ16—87《建筑设计防火规范X1997年版)规定006年10月刘芳文等城市天然气工程环境风险评价ct,2006m;厂外铁路缄中心线)-30m;厂外道路(路边)-15m。重损害范围C1级)分别为距事故处54.8m、27.8m和4.4根据风险事故分析结果火球对建筑物和设备的严重损m。最后根据预测结果提岀了风险事故的防范措施与对策害范围A级)分别距门站、调压站调压计量设备35.8m、18.0有助于城市天然气工程的安全运营。m以内的区域,冲击波对建筑物和设备的严重损害范围(C级)分别距门站、调压站调压计量设备548m278m以内区 References(参考文献)域。因此建议城市门站、调压站与其他装置和建筑物的安全[1 KESTEN D A. Clean fuel-LNG J1. Messer-SA/C,200058):27防范距离应分别大于60m、30m。[2] WANG Zhichang(王志昌). Gas transportation pipeline engineering2減城市高、中压天然气管道的安全防范距离。输气管道工程IM]. beijing: Petroleum Industry press,1997根据风险事故分析结果火灾对建筑物和设备的严重损[3] HAN Box韩保新), LIU Fanger(刘芳文), YANG Jing(杨静)害范围A级)为距事故处28.7m以内的范围;爆炸冲击波严Enrironmental impact assessment( EIA report of the city natural gehigh-pressure delivery pipelines projects in Foshan(佛山市天然气高重损害范围(C1级)为距事故处以内的范围。因此压管网工程环境影响报告书IR]. Guangzhou: South china inst i-建议高、中压管道的铺设与周围环境敏感点的安全防范距离tute of Environmental Sciences, State Environmental Protection Adminis应大于50m。tration of China, 200)5[4] LIU Yond x9). Dangers and safeguards of LNG[J]. Natural Gas3.3作业过程中的风险控制ndustry(天然气工业)24(7):105-107风险事故的发生往往是由于管理不当、操作失误等引起[5] XU Wenyuan徐文渊), JIANG Chang'an(蒋长安). Handbook on的。因此要从管理、操作方面着手防范事故的发生建立健utilizing natur(天然气利用手册IM]. Beijing: China petrochemieal press, 2003全制度采取各种措施设立报警系统杜绝事故发生。主要[6] HU Erlang(胡二邦). Practical technologies and methods of从以下2方面进行风险控制:1)建立健康、安全和环境管理vironmental risk assessment(环境风险评价实用技术和方法)责任制度;2腱建立和维护健康、安全和环境管理体系[M]. Beijing: China Environmental Sciences Press, 2000[7] WANG Yuanhu汪元辉). Security system engineering(安全系统工3.4风险事故应急对策tE I M]. Tianjin: Tianjin University Press,1999首先应确定城市门站、调压站事故及城市管道系统泄漏[8] XIANG Qigui向启贵), XIONG Ju(军). Environmental risk as事故的事故级别然后根据不同级别确定相应的协同合作单smission pipelines J J. Chemical位建立应急联系方织事故应急演习等。Engineering of Oil and Gas Special Issue of The 30th Anniversar石油与天然气化工:创刊30周年专辑),2002:71-75城市门站、调压站及城市管道系统一旦岀现突发事故须「9] LIN Yuen(蔺跃武),Uυ jamming刘典明). Calculation of leakag∈按事先拟定的应急方案进行紧急处理。应急对策为:1城成rate of naturalakind J ]. Process equipme立事故应急对策指挥中心;2)建立事故应急通报网络和智能Piping(化工设备与管道),2003,405):4447监控系统;3)制定天然气泄漏事故应急对策;4)制定火灾事 Environmental risk assessment of city natural故应急对策。风险事故应急对策见图2。gas projectLIU Fang-wen, HAN Bao-xin', YAN Wen现场操作人处或监控屮心同时立即向119报警发现泄漏、火灾」故源(1 South China Institute of Environmental Sciences, State Environ即mental Protection Administration of China, Guangzhou 510655, Chi-各工艺站场确足事故源拟警厂古应急消防na :2 South China Sea Institute of Oceanology Chinese Academy of负责人位置、性质指挥中心Sciences, Guangzhou 510301, ChinaAbstract: Combining the operational circumstances of the natural gas救扩'部门projects in four big cities in Guangdong ,i.e. Guangzhou, ShenzhenDongguan and Foshan, the present paper makes an introduction anddetailed discussions to the environmental risk assessment on the city应怎程序、切出提交书面natural gas projects. In addition, it also introduces the prediction断供气阀事故报告鬥场modes of hot radiation and explosion blast wave by Moorhowse and紧急疏散Prichard to heighten the assessment quality. The results show that, if救护受伤人员the natural gas leaks and causes a fire which is supposed to last 10minutes, the biggest radius( grade A)of the fireball of city gas gate后动内部消防者塞泄漏口、控制火势stations, pressure regulating stations and gas delivery pipelines would应急系统蔓延并扑灭uffer serious human casualty and material loss respectively in 35.8m, 18.0 m and 28.7 m areas. The biggest radius( grade C,)of theexplosion waves will be respectively 54.8 m, 27.8 m and 44. 4 m. In图2风险事故应急对策图conclusion, some suggestions and countermeasures for accidental riskFig 2 Emergency trouble counter plan to keep away accidental risk prevention are brought about for the site selection of city gate stations, pressure regulating stations and gas delivery pipelines the结论guard against of safety distance, the risk control and managementduring the operation as well as the emergeney counter-planning本文通过对城市天然气工程内容及工艺流程进行分析引用火球热辐射预测模式和爆炸冲击波预测模式对城市天然nt; risk control emergency trouble counterplan气工程进行了风险预测和评价。结果表明如果发生天然气natural泄漏并引起火灾假设在10min以内城市门站、调压站和城 CLC number:X9Document code: A市高、中压管道的火球对建筑物和设备的严重损害范围( g Article ID:1009-6094(2000105