大中型沼氣工程安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)及防范措施

石建松，趙明智，徐霄

[1.中國(guó)節(jié)能環(huán)保集團(tuán)有限公司，北京 100082；2.中國(guó)環(huán)境保護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 100082；3.中節(jié)能（行唐）環(huán)保能源有限公司，河北 石家莊 050000]

0 引言

中國(guó)節(jié)能環(huán)保集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱“中國(guó)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(jī)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(xiàng)目將沼氣進(jìn)行提純壓縮后制得生物天然氣。截至2022 年3 月，中國(guó)節(jié)能已建成大型沼氣工程十余個(gè)，設(shè)計(jì)沼氣總產(chǎn)能近40萬(wàn)Nm/d。本文以某大型餐廚（廚余）垃圾處理項(xiàng)目為例，重點(diǎn)分析了沼氣工程的主要安全風(fēng)險(xiǎn)，提出了切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)防范措施，為同類項(xiàng)目安全運(yùn)營(yíng)提供一定的參考。

1 項(xiàng)目概述

某餐廚（廚余）垃圾處理項(xiàng)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 m/d，設(shè)4 000 m的雙膜沼氣柜2 個(gè)，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(jī)分離出粗油脂，送入毛油罐儲(chǔ)存并外售。

2 生產(chǎn)工藝中主要安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)

2.1 火災(zāi)、爆炸

沼氣主要成分為CH（含量50%～80%），還有一定量的CO、HS 及少量SO、H等物質(zhì)。其特性與天然氣相似?？諝庵腥绾?.6%～20.8%（按體積計(jì)）的沼氣時(shí)，就會(huì)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(jī)等設(shè)備，如因制造、安裝質(zhì)量差，運(yùn)行維護(hù)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(diǎn)火源，極易發(fā)生火災(zāi)、爆炸。

2）沼氣發(fā)電機(jī)、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(shí)會(huì)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(diǎn)火源將會(huì)引發(fā)火災(zāi)。

4）對(duì)厭氧罐、沼氣柜、發(fā)電機(jī)房、鍋爐房、除臭系統(tǒng)等進(jìn)行檢修動(dòng)火作業(yè)時(shí)，若未嚴(yán)格落實(shí)工作許可制度，未按照“先隔離、通風(fēng)，再檢測(cè)，后作業(yè)”的要求落實(shí)防火安全措施，違規(guī)動(dòng)火作業(yè)，極易導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故。近年來(lái)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(chǔ)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/m，起火點(diǎn)為430 ～5 700 mg/m。

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HS、SO等有毒氣體聚集區(qū)域，同時(shí)沼氣中的CH、CO會(huì)降低空氣中的氧含量，人員此時(shí)進(jìn)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(jī)在燃料燃燒不充分時(shí)產(chǎn)生CO、SO等有毒氣體。進(jìn)料車間、脫水車間運(yùn)行中會(huì)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(diǎn)火失敗或熄火，供氣系統(tǒng)未自動(dòng)切斷供氣，沼氣大量排出形成高濃度沼氣區(qū)域，人員進(jìn)入該區(qū)域可能導(dǎo)致中毒和窒息事故；若遇到點(diǎn)火源還將引起火災(zāi)、爆炸事故。

4）廢棄物儲(chǔ)坑、料倉(cāng)、破碎機(jī)，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(shí)安全措施不當(dāng)，極易發(fā)生中毒窒息事故。

2.3 機(jī)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(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)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(tái)。如果機(jī)械設(shè)備缺少可靠的安全保護(hù)裝置，電氣線路、電氣設(shè)備絕緣性能或保護(hù)失效，安全通道或臨邊安全防護(hù)缺失以及違規(guī)作業(yè)等，則發(fā)生機(jī)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(gè)反應(yīng)池，以及消防系統(tǒng)中設(shè)置消防水池。若這些場(chǎng)所未設(shè)置防護(hù)欄桿、封蓋或防護(hù)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(jī)、鍋爐運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)噪聲，對(duì)人體聽覺器官和神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不同程度傷害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，對(duì)人體造成傷害。

2.7 發(fā)電機(jī)事故、鍋爐事故、電氣事故等

沼氣發(fā)電機(jī)、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(yùn)維不當(dāng)、違章操作等原因，會(huì)造成發(fā)電機(jī)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(xiǎn)防范措施

3.1 增強(qiáng)安全防范意識(shí)

目前，國(guó)內(nèi)餐廚（廚余）垃圾處理、污泥集中處理、有機(jī)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(yùn)營(yíng)。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(shí)，組織沼氣生產(chǎn)、維修、監(jiān)測(cè)人員參加國(guó)家職業(yè)技能培訓(xùn)，開展沼氣安全教育和宣傳，增強(qiáng)從業(yè)人員的安全素質(zhì)。

3.2 強(qiáng)化本質(zhì)安全設(shè)計(jì)

大中型沼氣工程設(shè)計(jì)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(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及本地區(qū)出臺(tái)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(hù)，合理規(guī)劃垃圾運(yùn)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(jì)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(jì)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(xiǎn)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(duì)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)和范圍進(jìn)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(diǎn)以上7.5 m 內(nèi)的范圍內(nèi)，爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)為2 區(qū)。

2）膜式沼氣柜的內(nèi)外膜之間爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)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(xiǎn)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(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，選用保護(hù)級(jí)別不低于ExIIAT1（CH4）Gb 型。

3.2.3 可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)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(chǎng)所有毒氣體檢測(cè)報(bào)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(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)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(cè)儀表及配套報(bào)警控制器。本項(xiàng)目固定式可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)儀表設(shè)置見表1。

表1 某餐廚（廚余）垃圾處理項(xiàng)目固定式可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)儀表設(shè)置

同時(shí)，在可能產(chǎn)生可燃?xì)怏w和有毒氣體的地點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置安全標(biāo)志牌。進(jìn)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(cè)儀（HS、O、CO、可燃?xì)怏w），隨時(shí)檢測(cè)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(xiǎn)的封閉建筑物應(yīng)設(shè)置機(jī)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(jì)算。事故排風(fēng)與平時(shí)通風(fēng)風(fēng)機(jī)合用，平時(shí)開啟一臺(tái)運(yùn)行滿足通風(fēng)要求，事故排風(fēng)兩臺(tái)同步開啟運(yùn)行。

3.2.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)

沼氣工程應(yīng)采用自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)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(chǎng)中遠(yuǎn)傳儀表采集的工藝參數(shù)直接送至集中控制室，實(shí)時(shí)監(jiān)控各項(xiàng)工藝參數(shù)，調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)裝置本質(zhì)安全。

3.2.6 消防設(shè)計(jì)

大中型沼氣工程應(yīng)按照現(xiàn)行GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50140—2005《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50040—2020《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行防噪聲、防振動(dòng)設(shè)計(jì)，對(duì)動(dòng)荷載較大的機(jī)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(qiáng)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(xiàng)目需嚴(yán)格按照現(xiàn)行《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》《危險(xiǎn)化學(xué)品建設(shè)項(xiàng)目安全監(jiān)督管理辦法》《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2011〕95 號(hào)）、《國(guó)家安全監(jiān)管總局辦公廳關(guān)于印發(fā)公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)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(hào)）以及《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布第二批重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2013〕12 號(hào)）等法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。

3.4 規(guī)范安全運(yùn)營(yíng)維護(hù)

3.4.1 加強(qiáng)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(xiǎn)突出，危險(xiǎn)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(jī)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(shí)和管理經(jīng)驗(yàn)的人員從事安全操作與管理。同時(shí)，廠區(qū)內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)較為復(fù)雜，自動(dòng)化水平較高，檢測(cè)報(bào)警、連鎖、防爆電氣等關(guān)鍵設(shè)備點(diǎn)多面廣，應(yīng)適當(dāng)增加專業(yè)技術(shù)管理、維護(hù)人員的數(shù)量，保障設(shè)備系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.4.2 強(qiáng)化設(shè)備巡檢維護(hù)，消除跑冒滴漏

1）在工程設(shè)計(jì)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(qiáng)設(shè)備保護(hù)，嚴(yán)防車輛行駛時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)跑冒滴漏。對(duì)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(diǎn)設(shè)備要加密巡檢頻次，實(shí)施特巡特護(hù)，避免跑冒滴漏出現(xiàn)或擴(kuò)大。

4）嚴(yán)格按照運(yùn)行檢修規(guī)程進(jìn)行設(shè)備維保和檢修，保持設(shè)備完好。對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的漏點(diǎn)，要掛漏點(diǎn)牌，建立整改臺(tái)賬，實(shí)行銷號(hào)處理，及時(shí)消除泄漏源。

3.4.3 嚴(yán)抓消防管理，嚴(yán)控動(dòng)火作業(yè)

1） 劃分防火重點(diǎn)部位。要對(duì)全廠進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，按照風(fēng)險(xiǎn)程度劃分防火重點(diǎn)部位，張貼“防火重點(diǎn)部位”牌，明確屬地責(zé)任人。防火重點(diǎn)部位至少應(yīng)包括厭氧罐、沼氣柜、鍋爐房、發(fā)電機(jī)房、消防水泵房等區(qū)域。

2）控制點(diǎn)火源。應(yīng)對(duì)可能產(chǎn)生點(diǎn)火源的部位和設(shè)施進(jìn)行嚴(yán)格管理。做好電氣設(shè)備系統(tǒng)的維護(hù)，消除電氣火花；加強(qiáng)防爆設(shè)備、防靜電設(shè)施的檢維修，定期進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，確保其滿足安全要求。

3） 嚴(yán)控動(dòng)火作業(yè)。應(yīng)按照現(xiàn)行GB 30871—2022《危險(xiǎn)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(dòng)火作業(yè)安全制度規(guī)程，對(duì)動(dòng)火實(shí)行分級(jí)管控，明確各級(jí)動(dòng)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(dòng)火作業(yè)。

4）加強(qiáng)消防設(shè)施維護(hù)。應(yīng)制定消防設(shè)備設(shè)施運(yùn)行、檢修和試驗(yàn)規(guī)程，將其納入重要設(shè)備進(jìn)行管理，確保設(shè)備時(shí)刻處于完好的備用狀態(tài)。

3.4.4 加強(qiáng)有限空間作業(yè)管理

運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)對(duì)有限空間進(jìn)行辨識(shí)并建立臺(tái)賬，建立并落實(shí)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(cè)儀表、氧表、通風(fēng)設(shè)備等安全防護(hù)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(cè)，再作業(yè)”等規(guī)定。

3.5 提高應(yīng)急處置能力

運(yùn)營(yíng)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(yíng)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(diǎn)及同類型項(xiàng)目事故案例，編制應(yīng)急預(yù)案。

同時(shí)，還應(yīng)針對(duì)一些具體的裝置、場(chǎng)所或設(shè)施制定相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)講機(jī)、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(dòng)應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行緊急處置，避免事故擴(kuò)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)模化推進(jìn)，由于沼氣生產(chǎn)工藝的事故風(fēng)險(xiǎn)和危害程度較高，大中型沼氣工程安全運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)不足，需要增強(qiáng)安全防范意識(shí)，在安全風(fēng)險(xiǎn)分析、本質(zhì)安全設(shè)計(jì)、工程建設(shè)管理、安全運(yùn)行維護(hù)、應(yīng)急處置能力等方面進(jìn)行深入研究。這樣才能保證大中型沼氣工程的安全運(yùn)行，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為人民群眾的美好生活增光添彩，為建設(shè)美麗中國(guó)添磚加瓦。