陳 偉 彭啟兵 徐元梅

南京特種氣體廠股份有限公司 （江蘇南京 211113）

近幾年，我國氣瓶充裝行業(yè)得到了快速的發(fā)展，在快速發(fā)展的同時，也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于氣體大多數(shù)具有令人窒息、易燃、易爆、腐蝕等危險性質(zhì)，再加上氣瓶充裝過程中涉及高壓操作，稍有不慎極易引發(fā)安全生產(chǎn)事故。通過有效的安全設(shè)計，提升氣瓶充裝過程的安全性，對推動氣瓶充裝行業(yè)安全、穩(wěn)定、健康、快速地發(fā)展具有重要意義。

1 氣瓶充裝系統(tǒng)中安全預(yù)警、安全控制系統(tǒng)

氣瓶充裝系統(tǒng)包括原料儲罐、充裝泵（壓縮機）、汽化器、充裝管道以及安全附件等。要確保氣瓶充裝活動的安全，就必須通過設(shè)計將安全預(yù)警、安全控制系統(tǒng)引入氣瓶充裝系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。

1.1 原料儲罐超裝聯(lián)鎖系統(tǒng)

原料儲罐是用來儲存氣體原料的裝置，常見的有盛裝液化石油氣、液氨的一般壓力容器和盛裝液氧、液氮的真空絕熱壓力容器。為了避免原料儲罐超裝引發(fā)的安全隱患，我國對原料儲罐最大充裝量有著嚴(yán)格的限制。GB/T 18442.3—2011《固定式真空絕熱深冷壓力容器 第3部分：設(shè)計》規(guī)定：充裝非易爆介質(zhì)的液相容積應(yīng)不大于內(nèi)容器幾何容積的95%，充裝易爆介質(zhì)的液相容積應(yīng)不大于內(nèi)容器幾何容積的90%。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：儲存液化氣體的壓力容器應(yīng)當(dāng)規(guī)定設(shè)計存量，裝量系統(tǒng)不得大于0.95%，建議預(yù)警液位設(shè)置不高于內(nèi)幾何容積的90%。

在安全設(shè)計階段，會在原料儲罐進(jìn)料系統(tǒng)上加裝高液位報警功能，同時針對液化石油氣、液氨等有毒和易燃介質(zhì)儲罐設(shè)置高高液位自動聯(lián)鎖切斷裝置，一旦原料儲罐液位到達(dá)設(shè)定預(yù)警液位，在觸發(fā)高液位報警的同時，將卸料泵或卸料壓縮機聯(lián)鎖停機，由此來杜絕原料超裝引發(fā)的安全生產(chǎn)事故。[1]

1.2 汽化器出口低溫聯(lián)鎖系統(tǒng)

汽化器是深冷液化氣體在其中加熱至汽化的設(shè)備。汽化器通常利用吸收的外界大氣環(huán)境的熱量，將深冷液化氣體汽化后充裝進(jìn)入氣瓶。當(dāng)環(huán)境溫度較低或汽化器長時間使用后，深冷液化氣體在汽化器中無法有效地汽化后，深冷液化氣體會直接進(jìn)入鋼瓶中。由于深冷液化氣體氣液比較大。以液態(tài)氧為例，1體積的液態(tài)氧可轉(zhuǎn)換為800體積的氣態(tài)氧，因此，當(dāng)深冷液化氣體進(jìn)入鋼瓶后會迅速汽化膨脹，導(dǎo)致鋼瓶超壓爆炸。

我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對汽化器出口溫度均有嚴(yán)格要求，如： GB 16912—2008《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：低溫液體汽化器出口應(yīng)設(shè)有溫度過低報警聯(lián)鎖裝置，汽化器出口的氣體溫度不低于-10℃；GB 27550—2011《氣瓶充裝站安全技術(shù)條件》要求“汽化器的出口溫度低于-30℃”；GB/T 14194—2017《壓縮氣體氣瓶充裝規(guī)定》要求“汽化器氣體出口至充裝管道的溫度不得低于-30℃”。

在安全設(shè)計階段，會在汽化器出口管道上加裝溫控模塊與充裝泵聯(lián)鎖。當(dāng)汽化器出口溫度達(dá)到設(shè)定的安全預(yù)警值時，低溫泵聯(lián)鎖停運，確保深冷氣體有效汽化后進(jìn)入鋼瓶。

1.3 壓縮氣體氣瓶超壓切斷系統(tǒng)

常見的氧氣、氮氣、氬氣、氫氣、氦氣均屬于壓縮氣體。壓縮氣體充裝過程中均使用壓力來計量氣瓶的充裝量，一旦壓縮氣體氣瓶充裝壓力過高（超過其設(shè)計壓力），就存在爆炸的風(fēng)險。GB/T 14194—2017要求“（壓縮氣體）充裝壓力不大于氣瓶水壓試驗壓力的三分之二”。

在安全設(shè)計階段，會在汽化器出口管道上安裝電接點壓力表，當(dāng)充裝管道壓力達(dá)到設(shè)定的安全預(yù)警值時，電接點壓力表輸出信號，低溫泵聯(lián)鎖停運，確保氣瓶無超裝危險。

1.4 液化氣體氣瓶超裝切斷系統(tǒng)

常見的液氨、液氯和液化石油氣均屬于液化氣體，液化氣體充裝量通常不得大于氣瓶容積與充裝系數(shù)乘積的計算值。因液化氣體可壓縮性較小而膨脹性又較大，所以氣瓶因超裝造成氣瓶內(nèi)“滿液”時，滿液鋼瓶的溫度只要上升1℃，瓶內(nèi)壓力就可增加1～2 MPa，若溫度升高 5～15℃，則瓶內(nèi)壓力會急劇增加，導(dǎo)致鋼瓶爆炸。

為杜絕液化氣體超裝，我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對液化氣體充裝計量衡器均有嚴(yán)格要求：GB 14193—2009《液化氣體氣瓶充裝規(guī)定》要求“衡器應(yīng)設(shè)置有氣瓶超裝報警或自動切斷氣源的聯(lián)鎖裝置”；GB 27550—2011要求“液化石油氣、液氯和液氨氣體充裝站應(yīng)配備具有在超裝時自動切斷功能的計量衡器”。

在安全設(shè)計階段，瓶裝液化氣體充裝應(yīng)優(yōu)先選擇具有自動切斷功能的整套計量衡器。在無法進(jìn)行設(shè)備選型時，也可以采用計量衡器與充裝泵或自動閥進(jìn)行聯(lián)鎖的方式，當(dāng)液化氣體充裝達(dá)到設(shè)定的安全預(yù)警值時，計量衡器會發(fā)出聲光報警，并輸出信號使充裝系統(tǒng)聯(lián)鎖停機，從而有效避免液化氣體超裝現(xiàn)象。

1.5 遠(yuǎn)程緊急切斷系統(tǒng)

緊急切斷裝置一般由緊急切斷閥、過流控制、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以及易熔自動切斷裝置組成，在遇到突發(fā)情況時，可以遠(yuǎn)程操作控制閥門關(guān)閉或者打開，避免事故擴大。

氣瓶充裝站原料儲罐介質(zhì)具有令人窒息、易燃、易爆、腐蝕等危險性質(zhì)，一旦發(fā)生安全事故，人員無法有效靠近。GB/T 18442.6—2011《固定式真空絕熱深冷壓力容器第6部分：安全防護(hù)》和GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》對遠(yuǎn)程緊急切斷系統(tǒng)具有嚴(yán)格的要求。

在安全設(shè)計階段，通常會在原料儲罐上安裝緊急切斷裝置。一旦發(fā)生安全生產(chǎn)事故，可由手控、自控、過流或周圍溫度超過易熔合金元件使其自動熔斷等方式關(guān)閉緊急切斷閥，確保原料儲罐介質(zhì)能遠(yuǎn)程關(guān)閉，降低原料的儲存風(fēng)險。

1.6 氣體泄漏報警聯(lián)鎖系統(tǒng)

常見有毒氣體有液氯、氨氣；可燃?xì)怏w有液化石油氣、氫氣、溶解乙炔；氧化性氣體有氧氣、氧化亞氮；可窒息氣體有氮氣、氬氣、二氧化碳等。這些氣體一旦大面積泄露且集聚，極易引發(fā)安全生產(chǎn)事故。GB 50493—2009《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》要求“液氨儲存、裝卸的場所區(qū)域內(nèi)應(yīng)按照要求設(shè)置有毒氣體檢測報警儀”。GB 27550—2011也要求“有毒可燃?xì)怏w的充裝站和氧氣及可窒息氣體的充裝站，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的氣體危險濃度檢測報警裝置”。

在安全設(shè)計階段，通常要根據(jù)氣體不同的性質(zhì)，在場所中設(shè)置相應(yīng)的氣體濃度報警儀。一旦發(fā)生泄漏，現(xiàn)場氣體濃度報警儀將立即啟動聲光預(yù)警，有效縮短應(yīng)急時間。同時，針對涉氨和易燃?xì)怏w的場所，應(yīng)設(shè)置用于消防滅火和液氨泄漏稀釋吸收的消防噴淋系統(tǒng)，并與場所內(nèi)氣體泄漏報警儀聯(lián)鎖。當(dāng)局部氣體濃度達(dá)到安全預(yù)警值時，氣體泄漏報警儀發(fā)出聲光報警的同時，聯(lián)鎖自動噴淋控制閥開啟，消防水通過管道和噴淋頭噴灑水霧，有效吸收氨氣和滅火，避免突發(fā)情況下事故進(jìn)一步擴大。

1.7 控制參數(shù)、預(yù)警信息遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)

氣瓶充裝站中涉及的控制參數(shù)和預(yù)警信息主要包括場所液位、溫度、壓力、濃度、現(xiàn)場視頻及事故預(yù)警信息等。根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40號）和《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)遏制危險化學(xué)品和煙花爆竹重特大事故工作意見的通知》（安監(jiān)總管三〔2016〕62號）等文件要求，應(yīng)對重點監(jiān)管的危險化學(xué)品及重大危險源配備重點控制參數(shù)（溫度、壓力、液位、流量、組分等信息）不間斷采集和監(jiān)測系統(tǒng)，配備可燃?xì)怏w和有毒氣體泄漏檢測報警裝置以及火災(zāi)自動檢測及報警系統(tǒng)，并具備信息遠(yuǎn)傳、連續(xù)記錄、事故預(yù)警、信息存儲等功能。

在安全設(shè)計階段，從企業(yè)安全生產(chǎn)管理的要求出發(fā)，將原料儲罐液位、溫度、壓力、濃度、現(xiàn)場視頻及事故預(yù)警功能遠(yuǎn)傳至24 h值班室，確保值班室對現(xiàn)場實現(xiàn)無間斷信息采集、記錄和遠(yuǎn)程操控，提升氣瓶充裝站現(xiàn)場安全管理。

2 結(jié)語

在設(shè)計階段，只有將安全預(yù)警、安全控制系統(tǒng)有效地引入氣瓶充裝的各個環(huán)節(jié)中，運用先進(jìn)的手段和技術(shù)，才能有效提升氣瓶充裝單位的安全管理水平，避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。