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        沼氣工程安全生產風險及防范淺探

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        沼氣工程安全生產風險及防范淺探

        摘要:本文以某大型餐廚(廚余)垃圾處理項目為例,重點分析了沼氣工程的主要安全風險,提出了切實可行的風險防范措施。

        關鍵詞:沼氣工程;安全生產風險防范措施

        0引言

        中國節能環保集團有限公司(簡稱“中國節能”)多家所屬企業從事餐廚(廚余)垃圾處理、污泥集中處理、有機廢棄物(酒糟)資源化利用業務,主要工藝過程中產生大量沼氣作為產品或中間產品,部分項目將沼氣進行提純壓縮后制得生物天然氣。截至2022年3月,中國節能已建成大型沼氣工程十余個,設計沼氣總產能近40萬Nm3/d。本文以某大型餐廚(廚余)垃圾處理項目為例,重點分析了沼氣工程的主要安全風險,提出了切實可行的風險防范措施,為同類項目安全運營提供一定的參考。

        1項目概述

        某餐廚(廚余)垃圾處理項目建設規模為800 t/d,其中餐飲垃圾處理建設規模為400 t/d,廚余垃圾處理建設規模為400 t/d,廢棄油脂處理規模為20 t/d。生產過程中間產品為沼氣,沼氣產量約72 000 m3/d,設4 000 m3的雙膜沼氣柜2個,產生的沼氣經脫硫凈化后,部分用于廠內鍋爐燃料,剩余部分用于發電,并設有應急火炬裝置。廢棄油脂經離心機分離出粗油脂,送入毛油罐儲存并外售。

        2生產工藝中主要安全生產風險

        2.1火災、爆炸

        沼氣主要成分為CH4(含量50%~80%),還有一定量的CO2、H2S及少量SO2、H2等物質。其特性與天然氣相似。空氣中如含有8.6%~20.8%(按體積計)的沼氣時,就會形成爆炸性混合氣體,在下列情況下極易發生火災、爆炸事故:1)厭氧罐、沼氣輸送管道、沼氣柜、沼氣鍋爐、沼氣發電機等設備,如因制造、安裝質量差,運行維護不佳,接頭處密封不嚴,受外力損壞等原因發生沼氣泄漏,在局部空間內積聚,遇明火、高溫、電火花、靜電、雷電或其他點火源,極易發生火災、爆炸。2)沼氣發電機、火炬等未設置防回火裝置或裝置損壞,在沼氣或助燃空氣壓力不穩定時會產生回火現象,引起沼氣管道、沼氣柜內的沼氣燃燒,發生火災、爆炸事故。3)粗油脂為可燃液體,預處理設備、油脂暫存箱或毛油罐發生泄漏,遇點火源將會引發火災。4)對厭氧罐、沼氣柜、發電機房、鍋爐房、除臭系統等進行檢修動火作業時,若未嚴格落實工作許可制度,未按照“先隔離、通風,再檢測,后作業”的要求落實防火安全措施,違規動火作業,極易導致火災、爆炸事故。近年來行業內發生的厭氧罐爆炸事故,大多屬于此類。5)秸稈沼氣工程的秸稈粉碎或儲存過程中,若以適當濃度懸浮于空氣中形成秸稈粉塵云,達到爆炸極限,遇火即可爆炸。秸稈粉塵爆炸極限為40 ~80 mg/m3,起火點為430 ~5 700 mg/m3。

        2.2中毒、窒息

        1)沼氣泄漏后可在一定范圍內形成高濃度的H2S、SO2等有毒氣體聚集區域,同時沼氣中的CH4、CO2會降低空氣中的氧含量,人員此時進入沼氣泄漏區則可能發生中毒和窒息事故。2)沼氣發電機在燃料燃燒不充分時產生CO、SO2等有毒氣體。進料車間、脫水車間運行中會產生臭氣,若因煙道或除臭系統密封不嚴、臭氣輸送管道泄漏,車間內通風不暢等造成有毒有害氣體富集,可能導致巡檢人員中毒。3)火炬因沼氣供氣系統壓力不穩定而點火失敗或熄火,供氣系統未自動切斷供氣,沼氣大量排出形成高濃度沼氣區域,人員進入該區域可能導致中毒和窒息事故;若遇到點火源還將引起火災、爆炸事故。4)廢棄物儲坑、料倉、破碎機,厭氧罐、沼氣柜、鍋爐爐膛內、排水溝、凝水井及其他窨井,以及污水處理系統中的各類反應池均屬于有限空間,有毒氣體極易在這些部位積聚,若在檢修作業時安全措施不當,極易發生中毒窒息事故。

        2.3機械傷害、起重傷害、觸電、高處墜落等

        沼氣工程按照工藝技術要求,安裝大量傳動、轉動機械設備,起重設施,電氣設備設施及其他設備。厭氧罐、沼氣柜、脫硫設備均設置鋼爬梯及操作平臺。如果機械設備缺少可靠的安全保護裝置,電氣線路、電氣設備絕緣性能或保護失效,安全通道或臨邊安全防護缺失以及違規作業等,則發生機械傷害、起重傷害、觸電、高處墜落等事故的概率將大大增加。

        2.4淹溺

        污水處理系統中設置多個反應池,以及消防系統中設置消防水池。若這些場所未設置防護欄桿、封蓋或防護設施不符合要求,容易發生落水淹溺。

        2.5噪聲

        沼氣處理中各種泵、發電機、鍋爐運行中會產生較強噪聲,對人體聽覺器官和神經系統會產生不同程度傷害,嚴重時會造成職業性耳聾。

        2.6粉塵傷害

        秸稈沼氣工程或混合原料沼氣工程中的秸稈粉碎過程中產生大量粉塵,粉塵漂浮會對環境造成污染,對人體造成傷害。

        2.7發電機事故、鍋爐事故、電氣事故等

        沼氣發電機、沼氣鍋爐、配電設備等如果因產品質量、安裝質量、運維不當、違章操作等原因,會造成發電機燒缸、拉瓦,鍋爐爆管、爐膛爆炸、缺水、滿水、水擊、結垢、汽水共騰,以及電氣設備火災、短路、惡性誤操作等事故。

        3安全風險防范措施

        3.1增強安全防范意識

        目前,國內餐廚(廚余)垃圾處理、污泥集中處理、有機廢棄物資源化利用等大中型沼氣工程主要由節能環保企業投資和運營。相關企業要引導廣大干部職工樹立正確的安全意識,組織沼氣生產、維修、監測人員參加國家職業技能培訓,開展沼氣安全教育和宣傳,增強從業人員的安全素質。

        3.2強化本質安全設計

        大中型沼氣工程設計和安全管理應依據現行GB/T 51063—2014《大中型沼氣工程技術規范》、NY/T 1220《沼氣工程技術規范》、NY/T 1704—2009《沼氣電站技術規范》和NY/T 3437—2019《沼氣工程安全管理規范》等國家和行業標準,以及本地區出臺的地方標準規范,提高沼氣系統的本質安全水平。3.2.1 總平面布置及防火間距。沼氣站內總平面布置應考慮功能分區明確,使噪聲、可燃氣體、有毒氣體產生源集中布置、集中監控和防護,合理規劃垃圾運輸車行駛路線,火炬應設置在全年主導風向下側,有利于安全生產。主要設施的防火間距應滿足現行GB/T 51063—2014《大中型沼氣工程技術規范》中表4.1.5、表4.1.8,GB 50016—2014《建筑設計防火規范(2018年版)》表3.4.3和GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范(2020年版)》等有關標準規范的規定。3.2.2 爆炸危險區域安全。大中型沼氣工程應根據現行GB/T 51063—2014的規定,對爆炸危險區域等級和范圍進行劃分。1)厭氧消化器外部罐壁上半部外4.5 m以內,至器頂最高點以上7.5 m內的范圍內,爆炸危險區域等級為2區。2)膜式沼氣柜的內外膜之間爆炸危險區域等級設為1區,外膜最大直徑外4.5 m以內,至柜頂以上7.5 m的范圍設為2區。在爆炸危險類別為2區的區域內所有電氣設備應按照現行GB 50058—2014《爆炸危險環境電力裝置設計規范》要求,選用保護級別不低于ExIIAT1(CH4)Gb型。3.2.3 可燃氣體和有毒氣體檢測系統。大中型沼氣工程應依據現行GBZ/T 223—2009《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》、GB/T 50493—2019《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》等標準規范,在易發生氣體泄漏和積聚釋放源周圍設置可燃氣體和有毒氣體監測儀表及配套報警控制器。本項目固定式可燃氣體和有毒氣體檢測儀表設置見表1。同時,在可能產生可燃氣體和有毒氣體的地點,應設置安全標志牌。進入上述區域的從業人員應攜帶便攜式“四合一”氣體檢測儀(H2S、O2、CO、可燃氣體),隨時檢測氣體的濃度。3.2.4 通風、排風系統。根據各工藝段產生的有毒有害氣體種類,沼氣工程中地下或半地下建筑物及其他有爆炸危險的封閉建筑物應設置機械排風系統,其通風能力按工作期間換氣次數為10次/h,非工作期間3次/h計算。事故排風與平時通風風機合用,平時開啟一臺運行滿足通風要求,事故排風兩臺同步開啟運行。3.2.5 自動控制系統。沼氣工程應采用自動控制系統來完成生產過程監控。厭氧罐、沼氣柜、凈化脫硫設施、沼氣管道等重要裝置現場中遠傳儀表采集的工藝參數直接送至集中控制室,實時監控各項工藝參數,調節生產過程,實現裝置本質安全。3.2.6 消防設計大中型沼氣工程應按照現行GB 50016—2014《建筑設計防火規范(2018年版)》、GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》、GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》、GB 50140—2005《建筑滅火器配置設計規范》等標準規范,設置室內、外消防系統。秸稈粉碎車間、沼氣柜等區域可考慮增加自動滅火系統。3.2.7 噪聲控制。大中型沼氣工程應按照現行GBZ 1—2010《工業企業設計衛生標準》、GB 50040—2020《動力機器基礎設計標準》等標準規范進行防噪聲、防振動設計,對動荷載較大的機器設備,采取隔振、減振措施,將噪聲較大的設備及工序分區布置,采用隔離、屏蔽的方法降噪。

        3.3加強工程建設管理

        將沼氣提純壓縮可制得生物天然氣,該類建設項目需嚴格按照現行《中華人民共和國安全生產法》《危險化學品安全管理條例》《危險化學品建設項目安全監督管理辦法》《國家安全監管總局關于公布首批重點監管的危險化學品名錄的通知》(安監總管三〔2011〕95號)、《國家安全監管總局辦公廳關于印發公布首批重點監管的危險化學品安全措施和應急處置原則的通知》(安監總廳管三〔2011〕142號)以及《國家安全監管總局關于公布第二批重點監管危險化學品名錄的通知》(安監總管三〔2013〕12號)等法規、標準規定的要求進行設計和建設。

        3.4規范安全運營維護

        3.4.1 加強安全生產和專業技術人員配備。大中型沼氣工程火災爆炸、中毒窒息等事故風險突出,危險程度高,應按照現行NY/T 3437—2019《沼氣工程安全管理規范》的規定設置安全生產管理機構,配備專職安全生產管理人員,任用具有沼氣工程安全知識和管理經驗的人員從事安全操作與管理。同時,廠區內設備系統較為復雜,自動化水平較高,檢測報警、連鎖、防爆電氣等關鍵設備點多面廣,應適當增加專業技術管理、維護人員的數量,保障設備系統正常運行。3.4.2 強化設備巡檢維護,消除跑冒滴漏。1)在工程設計和建造階段,嚴格控制設備及其安裝質量,消除和減少泄漏的可能性。2)加強設備保護,嚴防車輛行駛時或其他外力撞擊管線、管架橋及其他設備。3)提高巡檢質量,確保及時發現跑冒滴漏。對厭氧罐、沼氣柜、凈化脫硫設施、輸配管線等易泄漏部位和重點設備要加密巡檢頻次,實施特巡特護,避免跑冒滴漏出現或擴大。4)嚴格按照運行檢修規程進行設備維保和檢修,保持設備完好。對已經出現的漏點,要掛漏點牌,建立整改臺賬,實行銷號處理,及時消除泄漏源。3.4.3 嚴抓消防管理,嚴控動火作業。1) 劃分防火重點部位。要對全廠進行火災風險辨識,按照風險程度劃分防火重點部位,張貼“防火重點部位”牌,明確屬地責任人。防火重點部位至少應包括厭氧罐、沼氣柜、鍋爐房、發電機房、消防水泵房等區域。2)控制點火源。應對可能產生點火源的部位和設施進行嚴格管理。做好電氣設備系統的維護,消除電氣火花;加強防爆設備、防靜電設施的檢維修,定期進行檢測試驗,確保其滿足安全要求。3) 嚴控動火作業。應按照現行GB 30871—2022《危險化學品企業特殊作業安全規范》等標準規范制定動火作業安全制度規程,對動火實行分級管控,明確各級動火作業審批程序和安全措施、技術措施、組織措施和應急措施,嚴禁違規私自動火作業。4)加強消防設施維護。應制定消防設備設施運行、檢修和試驗規程,將其納入重要設備進行管理,確保設備時刻處于完好的備用狀態。3.4.4 加強有限空間作業管理。運營單位應對有限空間進行辨識并建立臺賬,建立并落實有限空間作業許可制度,配備防毒面具、可燃氣體和有毒氣體檢測儀表、氧表、通風設備等安全防護用品,并按照標準和規定要求執行“先隔離、通風,后檢測,再作業”等規定。

        3.5提高應急處置能力

        運營單位應根據現行《生產安全事故應急預案管理辦法》、GB/T 29639—2020《生產經營單位生產安全事故應急預案編制導則》等規定和標準,結合本單位特點及同類型項目事故案例,編制應急預案。同時,還應針對一些具體的裝置、場所或設施制定相應的現場處置方案,編制崗位應急處置卡,并在廠區建立微型消防站,配備防爆對講機、防爆照明燈、防火服、防毒面具、正壓式空氣呼吸器、三腳架、擔架、安全繩、安全梯等應急物資,開展應急演練和培訓。一旦發生異常情況立即啟動應急預案,進行緊急處置,避免事故擴大或蔓延。

        4結論

        隨著節能環保產業的發展,沼氣工程得到了規模化推進,由于沼氣生產工藝的事故風險和危害程度較高,大中型沼氣工程安全運營經驗不足,需要增強安全防范意識,在安全風險分析、本質安全設計、工程建設管理、安全運行維護、應急處置能力等方面進行深入研究。這樣才能保證大中型沼氣工程的安全運行,創造更好的經濟效益和社會效益,為人民群眾的美好生活增光添彩,為建設美麗中國添磚加瓦。

        參考文獻

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        作者:石建松 趙明智 徐霄 單位:中國節能環保集團有限公司 中國環境保護集團有限公司 中節能(行唐)環保能源有限公司

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