1、CNG儲(chǔ)氣裝置及CH₄介質(zhì)的燃爆特性

　　1.1　加氣站儲(chǔ)氣裝置與技術(shù)。
　　在各種CNG加氣站里，通過壓縮機(jī)加壓壓縮，強(qiáng)行將天然氣儲(chǔ)存在固定場(chǎng)所設(shè)置的特制容器內(nèi)，專供汽車加氣的備用裝置或系統(tǒng)，稱為儲(chǔ)氣裝置或儲(chǔ)氣技術(shù)。該裝置因具有25-30MPa的高壓以及介質(zhì)易燃易爆的危險(xiǎn)性質(zhì)，所以儲(chǔ)氣裝置在CNG加氣站當(dāng)屬特別重要的核心部位，尤其是對(duì)儲(chǔ)氣設(shè)施設(shè)備布置方式的選擇、安全可靠性評(píng)價(jià)、工藝制造以及材質(zhì)等方面的安全技術(shù)考慮，都有許多特殊要求。
　　我國(guó)的CNG加氣站，經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的開發(fā)研究，迄今儲(chǔ)氣瓶、儲(chǔ)氣罐和儲(chǔ)氣井技術(shù)工藝，目前正在逐步趨于成熟與完善，有的已初具規(guī)模?，F(xiàn)將三類不同裝置的加氣站簡(jiǎn)介如下：
　?、倨?jī)?chǔ)加氣站。是將若干儲(chǔ)氣瓶按不同壓力分級(jí)布置的加氣站，單瓶水容積通常為60L或80L居多，材質(zhì)采用無縫優(yōu)質(zhì)鋼或具有防火功能的樹脂纖維纏繞技術(shù)制造。儲(chǔ)氣瓶的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)，靈活，建設(shè)成本較低。缺點(diǎn)是供氣系統(tǒng)阻力大，管閥連接處泄漏點(diǎn)多，增加了不安全因素。此外，每年支付的維護(hù)費(fèi)用多，增加了后期供氣成本。
　?、诠迌?chǔ)加氣站。是將壓縮天然氣儲(chǔ)存在球型或園柱型儲(chǔ)氣罐中的加氣站，其儲(chǔ)罐水容積主要有2m³、3m³、4m³或6m³的幾種規(guī)格，一般每站設(shè)置3～6罐為宜。這種儲(chǔ)氣罐是90年代后期較為廣泛使用的CH₄高壓儲(chǔ)存容器，其優(yōu)點(diǎn)主要是：氣體集中儲(chǔ)存，管閥連接點(diǎn)較少，泄漏因素降低，恰好彌補(bǔ)了儲(chǔ)氣瓶的不足，具有較好的安全性。缺點(diǎn)是：爆炸事故發(fā)生時(shí)，地面沖擊波的輻射范圍大、強(qiáng)度大等。是較受歡迎的儲(chǔ)氣裝置。
　　③井儲(chǔ)加氣站。顧名思義，是將壓縮天然氣儲(chǔ)存在地下儲(chǔ)氣井的加氣站，儲(chǔ)氣井是四川石油管理局自80年代中期開始在不斷實(shí)踐探索的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)的新型儲(chǔ)氣技術(shù)。這種儲(chǔ)氣裝置是在加氣站一定位置開鉆3～6口地下井，每口井的深度約100m，上小下大口徑不等，單井水容積為2m³左右，采用進(jìn)口材質(zhì)的套管和鋼筋混凝土固井技術(shù)，具有安全牢固、節(jié)約維護(hù)費(fèi)用、節(jié)約土地資源以及減少地面沖擊波放射范圍和強(qiáng)度等許多優(yōu)點(diǎn)，是很受歡迎、安全可靠的高壓CH₄儲(chǔ)氣裝置。以上三種儲(chǔ)氣裝置的基本情況現(xiàn)列表如下：

?

1.2 CH₄介質(zhì)的理化質(zhì)及燃爆參數(shù)

　　我國(guó)車用壓縮天然氣主要分為"干氣"和"濕氣"兩大類，氣質(zhì)狀況視CH₄產(chǎn)地不同而有區(qū)別，四川、重慶、海南、陜西、新疆等地的氣田氣通常為干氣，CH₄含量一般在95%以上；而河北、吉林、遼寧、甘肅、湖北、山東等地的油田伴生氣通常為濕氣，CH₄含量一般在80%左右。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果證明，"干氣"不僅有利于安全，而且更有益于作為CNG汽車的燃料介質(zhì)使用。處于高壓狀態(tài)下的CH₄，無論管理人員或操作人員，都要對(duì)其性質(zhì)、技術(shù)參數(shù)和特殊要求作全面了解和掌握?，F(xiàn)將對(duì)CH₄研究測(cè)試及查驗(yàn)的主要理化性質(zhì)及燃爆參數(shù)列于表-2：

?

　　除以上重要參數(shù)外，按照國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，CH₄生產(chǎn)儲(chǔ)存場(chǎng)所的火災(zāi)危險(xiǎn)性確定為甲類，一級(jí)易燃?xì)怏w；火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)度為：

H=(R-L)/L=(15-5)/5=2；危險(xiǎn)貨物統(tǒng)一名稱編號(hào)煤礦：21007。
　　2、高壓容器的爆炸沖擊波及其危害
　　2.1　爆炸沖擊波及特性。
　　CNG加氣站儲(chǔ)氣裝置由于高壓和介質(zhì)可燃爆兩大事故因素，無論發(fā)生何種事故，都可能引發(fā)泄漏、火災(zāi)、化學(xué)爆炸和物理爆炸。如果事故得不到有效控制，還可相互作用，相互影響，促使事故擴(kuò)大蔓延及至產(chǎn)生巨大的沖擊波危害，其主要特征是：①化學(xué)爆炸沖擊波。在輸送CH₄的管閥連接處、運(yùn)行過程的誤操作以及高壓容器破損等事故因素發(fā)生時(shí)，可導(dǎo)致其介質(zhì)泄漏于空氣中，當(dāng)濃度達(dá)到5.15%，或量超過15%但

很快又降至上限與下限之間，尤其是處于9.5-9.8%的濃度范圍時(shí)，只需0.28ml以上點(diǎn)火能量的作用，便可產(chǎn)生氣體混合物爆炸(亦稱為化學(xué)爆炸)。這種化學(xué)爆炸所產(chǎn)生的沖擊波能量，可直接對(duì)建、構(gòu)筑物和人體造成不同程度的危害，其強(qiáng)度主要與CH₄氣體混合物的空間體積(即參與反應(yīng)的CH₄總量)有關(guān)，可采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：
　　Lh=V·H·427
式中：
　　Lh-CH₄沖擊波或爆炸力　　(Kgf.m)；
　　V-參與應(yīng)的CH₄氣體總量(Nm³)；
　　H-CH₄的高燃燒熱值　(Kcal/m³)；
　　427-轉(zhuǎn)換常數(shù)，1Kcal相當(dāng)于427Kgf.m之功。
　　②物理爆炸沖擊波。壓力容器破裂時(shí)，容器內(nèi)的高壓氣體解除了外殼的約束，迅速膨脹并以很高的速度釋放出內(nèi)在能量，造成壓力裝置瞬間破壞并產(chǎn)生巨大聲響的現(xiàn)象。即為通常所說的物理爆炸。CNG裝置因?qū)儆诟邏喝萜鳎纱艘l(fā)的爆炸事故更具典型的物理爆炸特征?？梢哉J(rèn)為此類膨脹爆炸是在絕熱狀態(tài)下進(jìn)行的，而爆炸的沖擊波能量則是在絕熱膨脹時(shí)所作的功。根據(jù)氣體熱力學(xué)原理，理想氣體在絕熱膨脹狀態(tài)下所作之功可表示為：
　　Ug=PV/K-1·[1-(1/P)^K-1/K]·10⁴
式中：
　　Ug--氣體膨脹所作的功　　(Kgf.m)；
　　P--容器內(nèi)氣體絕對(duì)壓力　　(MPa)；
　　V--容器水容積　　(m³)；
　　K--氣體的絕對(duì)指數(shù)
　　由于CH₄及常見氣體多為雙原子分子，其絕對(duì)指數(shù)K=1.4，則絕熱膨脹所作之功即為：
　　Ug=PV/K-1·[1-(1/P)^K-1/K]
　　=PV/1.4-1·[1-(1/P·10⁴)^1.4-1/1.4]·10⁴
　　=2.5PV·[1-(1/P)^0.2857]·10⁴
　　=2.5PV·[1-(1/P)^0.2857]·10⁴
令　Cg==2.5P·[1-(P)^-0.2857]·10⁴
簡(jiǎn)化后用如下公式表示：
　　Ug=CgV
式中：
　　Ug--氣體膨脹所作的功或CH₄的的爆炸能量　　(Kgf.m)；