??????? 1? 引言
??????? 壓縮天然氣（Compress Natural Gas），簡稱CNG。CNG是我國近年來以至在新世紀(jì)開發(fā)綠色汽車的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。CNG汽車由于具有節(jié)能、環(huán)保、低成本等許多優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界汽車工業(yè)發(fā)展的重要方向。目前我國的CNG汽車總數(shù)約10萬輛，且據(jù)專家預(yù)測CNG汽車在5-10年內(nèi)更有猛增10-15倍的趨勢，預(yù)計在15年內(nèi)將達(dá)到國內(nèi)汽車的50%。
??????? CNG技術(shù)的工藝流程為：低常壓(0.3-0.5MPa)下的原料氣自低壓儲氣罐或低壓天然氣管網(wǎng)送至加濕器，增大其濕度，之后氣體進(jìn)入脫硫塔。使得其中的硫化氫氣體與塔內(nèi)氧比鐵反應(yīng)，去掉對金屬密器腐蝕較大的硫化氫氣體，天然氣脫硫后被送人壓縮機(jī)進(jìn)行加壓，使其壓力達(dá)到25MPa，自壓縮機(jī)出來的氣體進(jìn)入脫水機(jī)進(jìn)行脫水，然后氣體通過順序控制盤到達(dá)終點(diǎn)站售氣機(jī)或貯氣井，作為汽車燃料。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：
??????? 1.1環(huán)保性與效益性
??????? CH４作為氣體燃料比固體燃料燃燒得更完全更徹底，單位熱值所產(chǎn)生的CO２，比石油低30％，比煤碳低43％。廢氣排放總量是汽油燃料的1／5，因此能有效地減少對大氣的污染和溫室效應(yīng)的形成，有利于對人類生存環(huán)境的保護(hù)。據(jù)測試，CNG汽車與汽油車相比較，尾氣污染物有大幅度的明顯下降，檢測結(jié)果如表l所示：
??????? CNG的效益性具體表現(xiàn)為：1Ｍ３天然氣可代替1.1L汽油，與燃油汽車相比較，行駛相同里程可節(jié)約燃料費(fèi)近1／3；與此同時，CNG汽車較普通汽車的維護(hù)成本費(fèi)也可下降40%以上。
??????? 1.2 先進(jìn)性與實(shí)用性
??????? CNG技術(shù)的另-大優(yōu)點(diǎn)，是且接用CH４作燃料，不僅可大大降低汽車機(jī)械摩擦的耗損，延長使用壽命，而且運(yùn)行操作簡單方便，噪音也比燃油汽車降低了40%。
??????? 我國天然氣儲藏十分豐富，總量為10萬億M3以上。至少可供開采70年以上。此技術(shù)的推廣應(yīng)用，將促進(jìn)我國21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，并有效地改變貧油富氣地區(qū)能源緊缺的被動局面。
??????? CNG技術(shù)在世界許多發(fā)達(dá)國家己越來越引起政府及有關(guān)方面的重視，并且趨顯示出強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?。?0年代以來，在美國的許多州和地方政府，正大力提倡或積極鼓勵公用及私人車輛以天然氣作燃料。汽車廣家也開始大規(guī)模生產(chǎn)以天然氣作動力的轎車和輕型卡車。估計到2005年，英國使用CH4作照料的汽車將達(dá)到400萬輛。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界已擁有CNG汽車800萬輛，有40多個國家在大力實(shí)施以氣代油的戰(zhàn)略計劃，預(yù)計10年內(nèi)，全球CNG汽車將超過1500萬輛，其中美國300萬輛，意大利50萬輛，日本20萬初，中國15萬輛，與此同時，美國、日本、俄羅斯．新西蘭等國家主產(chǎn)的天然氣壓縮機(jī)、售氣機(jī)以及貯氣鋼瓶等配件，在安全性、實(shí)用性、先進(jìn)性等方面都具有成熟領(lǐng)先的技術(shù)，并已開始進(jìn)入中國市場。
??????? 我國CNG技術(shù)，尚處于起步階段，總體上看，主要是改車品種單一，未形成CNG汽車整車設(shè)計的生產(chǎn)規(guī)模，以及建站、氣質(zhì)和貯氣鋼瓶生產(chǎn)的安全技術(shù)規(guī)范化、系統(tǒng)化等。但目前政府對此項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用極為重視，并大力倡導(dǎo)，包括制定遠(yuǎn)、近期發(fā)展計劃和出臺一系列優(yōu)惠扶持政策。由于CNG汽車有明顯的環(huán)保效益，目前政府已將這一技術(shù)的發(fā)展作為改善環(huán)境污染的重要舉措之一。**曾經(jīng)指出：用天然氣代替汽油、柴油做汽車的燃料，技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，只要在產(chǎn)氣地區(qū)建立起分布在城市和公路兩旁的換氣站系統(tǒng)，以氣代油逐步可以推廣。
??????? 2. CNG加氣站的火災(zāi)爆炸危險性
??????? 2.1燃爆因素
??????? CNG場所及其鋼瓶易于發(fā)生燃燒爆炸的主要因素：一是CH4介質(zhì)本身屬于一級可燃?xì)怏w，甲類火災(zāi)危險，爆炸濃度極限為5-15％，最低點(diǎn)火能量僅為0.28mj，對空氣的比重0.55，擴(kuò)散系數(shù)為0.196。說明易燃燒，易爆炸并且擴(kuò)散能力強(qiáng)，火勢蔓延快；二是CH4氣體處于高壓狀態(tài)，CNG技術(shù)要求充裝站的壓縮機(jī)加壓必須達(dá)到20MPa以上，儲存壓力通常在20-25MPa之間，才能有效地保證鋼瓶的充裝和儲存，這是目前國內(nèi)可燃?xì)怏w的最高壓力貯存容器。如果CNG的氣質(zhì)或鋼瓶質(zhì)量、制造工藝及加壓設(shè)備等不能滿足規(guī)定的技術(shù)要求，稍有疏忽，便可發(fā)生爆炸或火災(zāi)事故；三是CNG技術(shù)在我國尚屬新興技術(shù)，汽車加氣站的相關(guān)規(guī)范也剛出臺不久，在這個發(fā)展階段，CNG充裝站的建設(shè)過程中，有關(guān)單位為降低建設(shè)成本，不嚴(yán)格按照現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計、施工，甚至偷工減料或使用劣質(zhì)材料建設(shè)劣質(zhì)工程，致使埋下先天隱患；四是企業(yè)內(nèi)部的操作人員因不熟悉CNG新技術(shù)和未參與上崗前的系統(tǒng)培訓(xùn)，導(dǎo)致違章作業(yè)或違反安全操作規(guī)程留下隱患；五是一些企、事業(yè)單位和主管部門沒有認(rèn)真落實(shí)安全組織、規(guī)章制度以及各項(xiàng)安全管理措施造成的事故隱患。
??????? 2.2天然氣加氣站的系統(tǒng)組成及火災(zāi)危險性分析
??????? 加氣站通常由五部分組成，即氣體處理系統(tǒng)．氣體壓縮系統(tǒng)，氣體儲存系統(tǒng)，設(shè)備控制系統(tǒng)和售氣系統(tǒng)。
??????? ⑴氣體處理系統(tǒng)此系統(tǒng)主要包括調(diào)壓、除塵、脫硫、脫水、干燥等工序。氣體在處理過程中應(yīng)防止閥門、法蘭盤及焊縫處出現(xiàn)泄漏。
??????? ⑵氣體壓縮系統(tǒng)該系統(tǒng)主要是通過壓縮機(jī)進(jìn)行多綴壓縮，將天然氣的壓力提高至25MPa，然后通過管線送至儲氣瓶。氣體在壓縮時，處于受壓、受熱狀態(tài)，工藝管網(wǎng)易造成泄露，遇火源就會發(fā)生火災(zāi)和爆炸。
??????? ⑶氣體儲存系統(tǒng)無論是那種形式的儲氣系統(tǒng)都屬于高壓容器，因此，氣瓶的質(zhì)量問題就非常重要，目前我國現(xiàn)有的天然氣加氣站的儲氣瓶基本部是鋼質(zhì)耐壓瓶，由于受腐蝕或存在先天性缺陷，如不按時檢查維護(hù)，極易造成氣瓶或零部件損壞，引起爆炸和火災(zāi)事故。
??????? ⑷設(shè)備控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要是對站內(nèi)各種設(shè)備實(shí)施手動或自動控制。因此，加氣站內(nèi)存在著潛在的點(diǎn)火源，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)防靜電接地不良或者各種電器設(shè)備、電氣線路不防爆、接頭封堵不良，在天然氣稍有泄露時就易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。
??????? ⑸售氣系統(tǒng)售氣系統(tǒng)工作時，易產(chǎn)生靜電，此外違章操作也容易造成安全事故，例如工作人員違章穿釘子鞋、化纖服，或裝卸工人野蠻作業(yè)，也易造成事故。在加氣時汽車不按照規(guī)定戴熄火罩、熄火加氣，還有尤為常見的搭載乘客在車輛加氣時吸煙的現(xiàn)象，都為CNG生產(chǎn)安全埋下了重大隱患。
??????? 2.3 CNG燃爆事故的分析
??????? 目前已建成CNG充裝站的運(yùn)行過程中，因安全管理、安全檢測手段和安全技術(shù)措施尚不到位，自1994年以來，已先后發(fā)生了多起火災(zāi)爆炸事故，發(fā)生燃爆事故的充裝站占充裝站總數(shù)的13.3％：如1994年9月12日，綿陽CNG充裝站的2只鋼瓶發(fā)生爆炸，幸無人員傷亡；1995年3月31日，綿陽地方天然氣公司的CNG充裝站，在給鋼瓶充氣時，因脫水處理不凈，導(dǎo)致爆炸并起火成災(zāi)；1995年9月26日，自貢富順華油公司CNG充氣站因鋼瓶泄漏燃?xì)獍l(fā)生爆炸，造成重大經(jīng)濟(jì)損失；1995年10月7日，遂寧CNG充裝站因鋼瓶質(zhì)量問題發(fā)生爆炸，將一鋼瓶炸飛70多米之遠(yuǎn)，并引起實(shí)瓶庫的15只鋼瓶發(fā)生噴射燃燒，焰柱高達(dá)20余米，造成直接經(jīng)濟(jì)損失18萬余元。1997年7月24日，瀘州納溪加氣站在給川E00296號大客車加氣時，由于駕駛員未關(guān)閉防漏閥，使天然氣在車內(nèi)泄露，遇乘客點(diǎn)火吸煙閃燃起火，燒傷18人，其中3人重度燒傷。在檢查一些其它的CNG充裝站時，有的也存在較為嚴(yán)重的事故隱患苗頭。
??????? 總結(jié)事故教訓(xùn)和檢測試驗(yàn)表明，CNG鋼瓶發(fā)生燃燒爆炸的直接或間接原因，主要產(chǎn)生于以下幾個方面：
??????? ⑴鋼瓶的材質(zhì)問題。首先，通過對CNG鋼瓶的抽樣檢驗(yàn)和對爆炸鋼瓶的宏觀檢查，斷口掃描、電子探針和X射線質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)，鋼瓶材料的抗拉強(qiáng)度值偏高，屈強(qiáng)比偏大，塑性指標(biāo)偏低，說明強(qiáng)度高而塑性差。其次，通過對鋼瓶材質(zhì)的純凈度分析得知，部分CNG鋼瓶材質(zhì)中的有害雜質(zhì)元素(如S、P、0)的含量超過了安全技術(shù)要求的控制指標(biāo)，即S、P含量＞0.0l％。第三，鋼瓶在制造工藝上的精度問題，由于目前尚無此類鋼瓶生產(chǎn)的專門廠家和CNG專用鋼瓶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一些鋼瓶的表面氣泡、裂紋、結(jié)疤、折疊、分層、夾雜、光潔度、麻點(diǎn)和凹坑等較為組糙。表明這些鋼瓶生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)工藝和制造精度難以滿足技術(shù)要求，更不可能與美國、日本等發(fā)達(dá)國家的同類鋼瓶相提并論。
??????? ⑵CH4的氣質(zhì)問題。實(shí)際上是介質(zhì)中的H2S和游離水問題，天然氣有深層和淺層兩種，無論使用未經(jīng)脫硫的淺層天然氣還是使用經(jīng)過脫硫的深井天然氣，H2S的含量一般都控制在20mg／Nm3以下，而總硫化物的含量則控制在270mg／Nm3左右。研究指出，這個控制指標(biāo)僅適合于工業(yè)與民用燃?xì)獾妮斉錃庀到y(tǒng)，而不適合于CNG技術(shù)的運(yùn)行設(shè)備。這是因?yàn)?，若CH4中的游離水尚未脫凈(實(shí)際也不可能脫凈)的情況下，硫化物中的H2S則是導(dǎo)致鋼瓶積水腐蝕的禍根，從已被炸裂鋼瓶的檢查情況看，瓶內(nèi)積存伴有刺鼻氣體的黑水，有的達(dá)到了2.5-5kg／只(其中積水里的H2S含量超過了8.083mg／L)。從理論上講，這種H2S的水溶液(即氫硫酸)在高壓狀態(tài)下對鋼瓶或容器的腐蝕，比在4MPa以下的管網(wǎng)中進(jìn)行得更快，更容易。