沼氣工程安全生產(chǎn)風(fēng)險及防范淺探

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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(fēng)險，提出了切實可行的風(fēng)險防范措施。

關(guān)鍵詞：沼氣工程；安全生產(chǎn)風(fēng)險；防范措施

0引言

中國節(jié)能環(huán)保集團有限公司（簡稱“中國節(jié)能”）多家所屬企業(yè)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(yè)務(wù)，主要工藝過程中產(chǎn)生大量沼氣作為產(chǎn)品或中間產(chǎn)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(jié)能已建成大型沼氣工程十余個，設(shè)計沼氣總產(chǎn)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(fēng)險，提出了切實可行的風(fēng)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(shè)規(guī)模為800 t/d，其中餐飲垃圾處理建設(shè)規(guī)模為400 t/d，廚余垃圾處理建設(shè)規(guī)模為400 t/d，廢棄油脂處理規(guī)模為20 t/d。生產(chǎn)過程中間產(chǎn)品為沼氣，沼氣產(chǎn)量約72 000 m3/d，設(shè)4 000 m3的雙膜沼氣柜2個，產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫凈化后，部分用于廠內(nèi)鍋爐燃料，剩余部分用于發(fā)電，并設(shè)有應(yīng)急火炬裝置。廢棄油脂經(jīng)離心機分離出粗油脂，送入毛油罐儲存并外售。

2生產(chǎn)工藝中主要安全生產(chǎn)風(fēng)險

2.1火災(zāi)、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(zhì)。其特性與天然氣相似?？諝庵腥绾?.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(fā)生火災(zāi)、爆炸事故：1）厭氧罐、沼氣輸送管道、沼氣柜、沼氣鍋爐、沼氣發(fā)電機等設(shè)備，如因制造、安裝質(zhì)量差，運行維護不佳，接頭處密封不嚴(yán)，受外力損壞等原因發(fā)生沼氣泄漏，在局部空間內(nèi)積聚，遇明火、高溫、電火花、靜電、雷電或其他點火源，極易發(fā)生火災(zāi)、爆炸。2）沼氣發(fā)電機、火炬等未設(shè)置防回火裝置或裝置損壞，在沼氣或助燃空氣壓力不穩(wěn)定時會產(chǎn)生回火現(xiàn)象，引起沼氣管道、沼氣柜內(nèi)的沼氣燃燒，發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。3）粗油脂為可燃液體，預(yù)處理設(shè)備、油脂暫存箱或毛油罐發(fā)生泄漏，遇點火源將會引發(fā)火災(zāi)。4）對厭氧罐、沼氣柜、發(fā)電機房、鍋爐房、除臭系統(tǒng)等進行檢修動火作業(yè)時，若未嚴(yán)格落實工作許可制度，未按照“先隔離、通風(fēng)，再檢測，后作業(yè)”的要求落實防火安全措施，違規(guī)動火作業(yè)，極易導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故。近年來行業(yè)內(nèi)發(fā)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(dāng)濃度懸浮于空氣中形成秸稈粉塵云，達(dá)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(nèi)形成高濃度的H2S、SO2等有毒氣體聚集區(qū)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(qū)則可能發(fā)生中毒和窒息事故。2）沼氣發(fā)電機在燃料燃燒不充分時產(chǎn)生CO、SO2等有毒氣體。進料車間、脫水車間運行中會產(chǎn)生臭氣，若因煙道或除臭系統(tǒng)密封不嚴(yán)、臭氣輸送管道泄漏，車間內(nèi)通風(fēng)不暢等造成有毒有害氣體富集，可能導(dǎo)致巡檢人員中毒。3）火炬因沼氣供氣系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定而點火失敗或熄火，供氣系統(tǒng)未自動切斷供氣，沼氣大量排出形成高濃度沼氣區(qū)域，人員進入該區(qū)域可能導(dǎo)致中毒和窒息事故；若遇到點火源還將引起火災(zāi)、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(nèi)、排水溝、凝水井及其他窨井，以及污水處理系統(tǒng)中的各類反應(yīng)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(yè)時安全措施不當(dāng)，極易發(fā)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(shù)要求，安裝大量傳動、轉(zhuǎn)動機械設(shè)備，起重設(shè)施，電氣設(shè)備設(shè)施及其他設(shè)備。厭氧罐、沼氣柜、脫硫設(shè)備均設(shè)置鋼爬梯及操作平臺。如果機械設(shè)備缺少可靠的安全保護裝置，電氣線路、電氣設(shè)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(guī)作業(yè)等，則發(fā)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(tǒng)中設(shè)置多個反應(yīng)池，以及消防系統(tǒng)中設(shè)置消防水池。若這些場所未設(shè)置防護欄桿、封蓋或防護設(shè)施不符合要求，容易發(fā)生落水淹溺。

2.5噪聲

沼氣處理中各種泵、發(fā)電機、鍋爐運行中會產(chǎn)生較強噪聲，對人體聽覺器官和神經(jīng)系統(tǒng)會產(chǎn)生不同程度傷害，嚴(yán)重時會造成職業(yè)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(chǎn)生大量粉塵，粉塵漂浮會對環(huán)境造成污染，對人體造成傷害。

2.7發(fā)電機事故、鍋爐事故、電氣事故等

沼氣發(fā)電機、沼氣鍋爐、配電設(shè)備等如果因產(chǎn)品質(zhì)量、安裝質(zhì)量、運維不當(dāng)、違章操作等原因，會造成發(fā)電機燒缸、拉瓦，鍋爐爆管、爐膛爆炸、缺水、滿水、水擊、結(jié)垢、汽水共騰，以及電氣設(shè)備火災(zāi)、短路、惡性誤操作等事故。

3安全風(fēng)險防范措施

3.1增強安全防范意識

目前，國內(nèi)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(jié)能環(huán)保企業(yè)投資和運營。相關(guān)企業(yè)要引導(dǎo)廣大干部職工樹立正確的安全意識，組織沼氣生產(chǎn)、維修、監(jiān)測人員參加國家職業(yè)技能培訓(xùn)，開展沼氣安全教育和宣傳，增強從業(yè)人員的安全素質(zhì)。

3.2強化本質(zhì)安全設(shè)計

大中型沼氣工程設(shè)計和安全管理應(yīng)依據(jù)現(xiàn)行GB/T 51063—2014《大中型沼氣工程技術(shù)規(guī)范》、NY/T 1220《沼氣工程技術(shù)規(guī)范》、NY/T 1704—2009《沼氣電站技術(shù)規(guī)范》和NY/T 3437—2019《沼氣工程安全管理規(guī)范》等國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及本地區(qū)出臺的地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提高沼氣系統(tǒng)的本質(zhì)安全水平。3.2.1 總平面布置及防火間距。沼氣站內(nèi)總平面布置應(yīng)考慮功能分區(qū)明確，使噪聲、可燃?xì)怏w、有毒氣體產(chǎn)生源集中布置、集中監(jiān)控和防護，合理規(guī)劃垃圾運輸車行駛路線，火炬應(yīng)設(shè)置在全年主導(dǎo)風(fēng)向下側(cè)，有利于安全生產(chǎn)。主要設(shè)施的防火間距應(yīng)滿足現(xiàn)行GB/T 51063—2014《大中型沼氣工程技術(shù)規(guī)范》中表4.1.5、表4.1.8，GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范（2018年版）》表3.4.3和GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范（2020年版）》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定。3.2.2 爆炸危險區(qū)域安全。大中型沼氣工程應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行GB/T 51063—2014的規(guī)定，對爆炸危險區(qū)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(nèi)，至器頂最高點以上7.5 m內(nèi)的范圍內(nèi)，爆炸危險區(qū)域等級為2區(qū)。2）膜式沼氣柜的內(nèi)外膜之間爆炸危險區(qū)域等級設(shè)為1區(qū)，外膜最大直徑外4.5 m以內(nèi)，至柜頂以上7.5 m的范圍設(shè)為2區(qū)。在爆炸危險類別為2區(qū)的區(qū)域內(nèi)所有電氣設(shè)備應(yīng)按照現(xiàn)行GB 50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》要求，選用保護級別不低于ExIIAT1（CH4）Gb型。3.2.3 可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測系統(tǒng)。大中型沼氣工程應(yīng)依據(jù)現(xiàn)行GBZ/T 223—2009《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設(shè)置規(guī)范》、GB/T 50493—2019《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在易發(fā)生氣體泄漏和積聚釋放源周圍設(shè)置可燃?xì)怏w和有毒氣體監(jiān)測儀表及配套報警控制器。本項目固定式可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測儀表設(shè)置見表1。同時，在可能產(chǎn)生可燃?xì)怏w和有毒氣體的地點，應(yīng)設(shè)置安全標(biāo)志牌。進入上述區(qū)域的從業(yè)人員應(yīng)攜帶便攜式“四合一”氣體檢測儀（H2S、O2、CO、可燃?xì)怏w），隨時檢測氣體的濃度。3.2.4 通風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)各工藝段產(chǎn)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(yīng)設(shè)置機械排風(fēng)系統(tǒng)，其通風(fēng)能力按工作期間換氣次數(shù)為10次/h，非工作期間3次/h計算。事故排風(fēng)與平時通風(fēng)風(fēng)機合用，平時開啟一臺運行滿足通風(fēng)要求，事故排風(fēng)兩臺同步開啟運行。3.2.5 自動控制系統(tǒng)。沼氣工程應(yīng)采用自動控制系統(tǒng)來完成生產(chǎn)過程監(jiān)控。厭氧罐、沼氣柜、凈化脫硫設(shè)施、沼氣管道等重要裝置現(xiàn)場中遠(yuǎn)傳儀表采集的工藝參數(shù)直接送至集中控制室，實時監(jiān)控各項工藝參數(shù)，調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程，實現(xiàn)裝置本質(zhì)安全。3.2.6 消防設(shè)計大中型沼氣工程應(yīng)按照現(xiàn)行GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范（2018年版）》、GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、GB 50140—2005《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)置室內(nèi)、外消防系統(tǒng)。秸稈粉碎車間、沼氣柜等區(qū)域可考慮增加自動滅火系統(tǒng)。3.2.7 噪聲控制。大中型沼氣工程應(yīng)按照現(xiàn)行GBZ 1—2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50040—2020《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行防噪聲、防振動設(shè)計，對動荷載較大的機器設(shè)備，采取隔振、減振措施，將噪聲較大的設(shè)備及工序分區(qū)布置，采用隔離、屏蔽的方法降噪。

3.3加強工程建設(shè)管理

將沼氣提純壓縮可制得生物天然氣，該類建設(shè)項目需嚴(yán)格按照現(xiàn)行《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》《危險化學(xué)品安全管理條例》《危險化學(xué)品建設(shè)項目安全監(jiān)督管理辦法》《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化學(xué)品名錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2011〕95號）、《國家安全監(jiān)管總局辦公廳關(guān)于印發(fā)公布首批重點監(jiān)管的危險化學(xué)品安全措施和應(yīng)急處置原則的通知》（安監(jiān)總廳管三〔2011〕142號）以及《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布第二批重點監(jiān)管危險化學(xué)品名錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2013〕12號）等法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求進行設(shè)計和建設(shè)。

3.4規(guī)范安全運營維護

3.4.1 加強安全生產(chǎn)和專業(yè)技術(shù)人員配備。大中型沼氣工程火災(zāi)爆炸、中毒窒息等事故風(fēng)險突出，危險程度高，應(yīng)按照現(xiàn)行NY/T 3437—2019《沼氣工程安全管理規(guī)范》的規(guī)定設(shè)置安全生產(chǎn)管理機構(gòu)，配備專職安全生產(chǎn)管理人員，任用具有沼氣工程安全知識和管理經(jīng)驗的人員從事安全操作與管理。同時，廠區(qū)內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)較為復(fù)雜，自動化水平較高，檢測報警、連鎖、防爆電氣等關(guān)鍵設(shè)備點多面廣，應(yīng)適當(dāng)增加專業(yè)技術(shù)管理、維護人員的數(shù)量，保障設(shè)備系統(tǒng)正常運行。3.4.2 強化設(shè)備巡檢維護，消除跑冒滴漏。1）在工程設(shè)計和建造階段，嚴(yán)格控制設(shè)備及其安裝質(zhì)量，消除和減少泄漏的可能性。2）加強設(shè)備保護，嚴(yán)防車輛行駛時或其他外力撞擊管線、管架橋及其他設(shè)備。3）提高巡檢質(zhì)量，確保及時發(fā)現(xiàn)跑冒滴漏。對厭氧罐、沼氣柜、凈化脫硫設(shè)施、輸配管線等易泄漏部位和重點設(shè)備要加密巡檢頻次，實施特巡特護，避免跑冒滴漏出現(xiàn)或擴大。4）嚴(yán)格按照運行檢修規(guī)程進行設(shè)備維保和檢修，保持設(shè)備完好。對已經(jīng)出現(xiàn)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(yán)抓消防管理，嚴(yán)控動火作業(yè)。1） 劃分防火重點部位。要對全廠進行火災(zāi)風(fēng)險辨識，按照風(fēng)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(zé)任人。防火重點部位至少應(yīng)包括厭氧罐、沼氣柜、鍋爐房、發(fā)電機房、消防水泵房等區(qū)域。2）控制點火源。應(yīng)對可能產(chǎn)生點火源的部位和設(shè)施進行嚴(yán)格管理。做好電氣設(shè)備系統(tǒng)的維護，消除電氣火花；加強防爆設(shè)備、防靜電設(shè)施的檢維修，定期進行檢測試驗，確保其滿足安全要求。3） 嚴(yán)控動火作業(yè)。應(yīng)按照現(xiàn)行GB 30871—2022《危險化學(xué)品企業(yè)特殊作業(yè)安全規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定動火作業(yè)安全制度規(guī)程，對動火實行分級管控，明確各級動火作業(yè)審批程序和安全措施、技術(shù)措施、組織措施和應(yīng)急措施，嚴(yán)禁違規(guī)私自動火作業(yè)。4）加強消防設(shè)施維護。應(yīng)制定消防設(shè)備設(shè)施運行、檢修和試驗規(guī)程，將其納入重要設(shè)備進行管理，確保設(shè)備時刻處于完好的備用狀態(tài)。3.4.4 加強有限空間作業(yè)管理。運營單位應(yīng)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(yè)許可制度，配備防毒面具、可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測儀表、氧表、通風(fēng)設(shè)備等安全防護用品，并按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定要求執(zhí)行“先隔離、通風(fēng)，后檢測，再作業(yè)”等規(guī)定。

3.5提高應(yīng)急處置能力

運營單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行《生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案管理辦法》、GB/T 29639—2020《生產(chǎn)經(jīng)營單位生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》等規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本單位特點及同類型項目事故案例，編制應(yīng)急預(yù)案。同時，還應(yīng)針對一些具體的裝置、場所或設(shè)施制定相應(yīng)的現(xiàn)場處置方案，編制崗位應(yīng)急處置卡，并在廠區(qū)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(dān)架、安全繩、安全梯等應(yīng)急物資，開展應(yīng)急演練和培訓(xùn)。一旦發(fā)生異常情況立即啟動應(yīng)急預(yù)案，進行緊急處置，避免事故擴大或蔓延。

4結(jié)論

隨著節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，沼氣工程得到了規(guī)?；七M，由于沼氣生產(chǎn)工藝的事故風(fēng)險和危害程度較高，大中型沼氣工程安全運營經(jīng)驗不足，需要增強安全防范意識，在安全風(fēng)險分析、本質(zhì)安全設(shè)計、工程建設(shè)管理、安全運行維護、應(yīng)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(chuàng)造更好的經(jīng)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(shè)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(jié)能環(huán)保集團有限公司 中國環(huán)境保護集團有限公司 中節(jié)能（行唐）環(huán)保能源有限公司