煤制天然气装置设计安全规范
编制说明
1、标准编制的必要性
煤制天然气装置设计安全规范作为行业设计的重要技术标准，在为企业安全生产提供科学依据的同时，也为部门安全生产监督管理提供决策依据。设计安全直接或间接地影响到企业安全生产。
编制《煤制天然气装置设计安全规范》是本着煤制天然气装置安全设计标准化原则，坚持在设计中贯彻“坚持以人为本、推进安全发展“以及”安全第一、预防为主、综合治理”的方针，目的是提高新建煤制天然气装置的安全设计水平、提高煤制天然气装置的本质安全化程度、保障装置建成后能安全稳定的运行，同时发挥标准在安全生产和建设中的支撑作用。 2、工作简况 2.1任务来源
根据全全生产标准化技术委员会化学品安全分技术委员会制修订化学品安全生产技术标准项目的安排，赛鼎工程有限公司为《煤制天然气装置安全设计规范》的主编单
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位，中国天辰工程有限公司为协作单位。 2.2主要工作过程
2012年8月~2012年10月：接受标准编制任务，组建编制机构，确定主要起草人和各专业负责人，制定标准框架及章节目录。
2012年10月~2014年3月：收集煤制天然气的相关资料，调研实际运行的煤制天然气装置，与参编单位沟通交流，明确标准的初步内容；
2014年3月~2014年12月：按专业分工进行标准起草、编制，完成标准的初稿，进行标准的内部征求意见、修改，形成标准的第一次征求意见稿。
2015年1月~2015年10月：收集河南义马气化厂、大唐克旗煤制气有限公司、天辰工程有限公司等相关生产厂家和设计单位对规范的意见，收集安标委对标准的修改意见和要求。
2015年10月~2016年4月：就收集到的意见与相关人员进行沟通协商，并对标准进行修改，形成第二次的征求意见稿。
3、标准编制的原则和主要内容 3.1标准编制原则
本标准结构和文字依据GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》、GB/T 20000.1-2002
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《标准化工作指南第1部分：标准化和相关活动的通用词汇》、GB/T 20000.3-2003《标准化工作指南第3部分：引用文件》、GB/T 20001.1～4-2003《标准编写规则》等规定的要求进行编写。 3.2标准主要内容 3.2.1“1范围”
范围中主要明确了煤制天然气装置安全设计规范的适用范围为以煤为原料生产天然气的新建、改建和扩建项目，不适用于固定床的间歇气化。 3.2.2“2规范性引用文件”
《危险化学品重大危险源辨识》GB18218，主要引用重大危险源的辩识和监控的相关内容
《建筑抗震设计规范》GB50011，主要引用抗震设防的分类和设防要求；
《建筑设计防火规范》GB50016，主要引用生产类别、安全疏散、防火防爆的相关内容；
《供配电系统设计规范》GB50052，主要引用供电负荷的分类，
《建筑物防雷设计规范》GB50057，主要引用了建筑物的防雷设计要求；
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058，引用了爆炸危险区域的划分和防爆电气设备的要求等。
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此外，也引用了《建筑灭火器配置设计规范》GB50140、《石油化工企业设计防火规范》GB50160、《工业企业总平面设计规范》GB50187等规范的相关内容。 3.2.3“3术语和定义”
根据标准的内容，在本章节中定义了煤制天然气装置、甲烷合成、固定床气化、流化床气化、气流床气化、两重点一重大、本质安全设计、安全仪表系统。
甲烷合成通用的名称为甲烷化，在化肥生产装置中，甲烷化装置用于少量的CO、CO2气体的净化装置，为避免引起歧议，定义了甲烷合成装置即一氧化碳、二氧化碳在一定的温度和催化剂的作用下，与氢气反应甲烷的过程。
为与安全监管部门的规定更好地接轨，煤制天然气装置中涉及到了重点监管的危险化学品、重点监管的危险化工工艺和重大危险源，因此，定义了两重点一重大。 3.2.4“3安全设计管理”
安全设计的管理是一个装置设计安全的保障，本章明确了安全设计管理的一般要求，如危险源分析、安全对策措施的设计、安全审查等，分别明确了前期工程、基础工程设计、详细工程设计阶段的安全设计的重点，并着重提出了对两重点一重大的相关设计要求。 3.2.5“5厂址选择和总平面布置”
煤制天然气装置的厂址选择应满足现行国家标准《工业
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企业总平面设计规范》GB 50187和《化工企业总图运输设计规范》GB 504的有关规定，除外，根据煤制天然气装置规模化、大型化的特性，规定了煤制天然气的厂址距离大型城市规划区边缘不宜小于20公里，距离中型城市规划区边缘不宜小于10公里，距离小城市规划区边缘不宜小于5公里。调查了下列煤制天然气装置的选址情况：
序号 1 内蒙古大唐国际克克什克腾旗经棚镇 什克腾煤制天然气 2 浩来呼热（乡）镇 新邱区 80㎞ 10㎞ 4㎞ 15㎞ 10㎞ 5.5㎞ 12㎞ 2㎞ 60㎞ 60㎞ 16㎞ 项目名称 周边城镇 至厂区边界距离 大唐阜新煤制天然阜新市市中心 气 阜新市城市边缘 阜新蒙古族自治县县城 3 庆华煤制天然伊宁县 气 曲鲁海乡驻地 鄂尔多斯市东胜区 伊金霍洛旗阿勒腾席热镇 纳林陶亥镇驻地 4 汇能煤制天然气 考虑到现有煤制天然气装置均为分期建设，每期装置均可单独运行，为防止各期生产装置在发生事故时的相互影响，规定了不同生产序列之间甲乙类生产装置之间应有30
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米的防火间距，主要是参考《石油化工企业设计防火规范》中的间距进行确定的。 3.2.6“6工艺和布置”
工艺和布置章节分为气化、变换、气体净化、甲烷合成、气化工艺水处理、硫回收、布置和备煤几部分的内容。
煤气化是在高温高压下进行反应，在反应过程中，如氧气超标则会形成爆炸性混合物、气化炉超温超压可能引起爆炸事故、余热回收系统可能会引发超压事故，因此，气化的安全设计中明确了气化装置安全设计的通用要求，并针对不同的气化炉型如固定床气化、气流床气化提出有针对性的安全设计，要求设置氧含量的分析报警、气化炉出口设置安全阀、设置不间断的冷却水等安全设施。
变换为强放热的化学反应，主要是对变换反应过程中的温度控制、防止高压窜低压、超压泄放等方面进行要求。
气体净化为物理吸收的过程，操作工况极为复杂，高温、高压、低温等工况并存，危险物料较多，因此，规定了净化装置中应设置必要的氮气保护、液位调节保护、安全放空系统等。
甲烷合成装置是煤制天然气装置的核心，在合成的过程中会放出大量的反应热，若控制不当，则会发生超温超压的事故，因此，在设计中对甲烷合成反应器温度的控制以及在超温时的紧急处理措施均作了相应的规定，以确保甲烷合成
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装置的安全运行。
硫回收装置为气体净化装置的配套设施，气体净化的酸性气经硫回收装置生产硫磺或硫酸，根据不同的产品的工艺特点，主要从硫化氢的燃烧转化、制硫磺和制硫酸方面作了相应的安全设计要求，尤其是酸性气的燃烧系统，存在硫化氢、燃料气、氧气等危险介质，硫化氢、燃料气与氧气、空气混合均能形成爆炸性混合物，因此，对燃烧系统的温度、压力、比值等重要的工艺参数的控制均作了明确规定。
装置布置主要是依据《石油化工企业设计防火规范》、《建筑设计防火规范》的要求，再结合煤制天然气装置的特性进行了具体的规定。
固定床碎煤加压气化装置的常规布置中，气化厂房中设置有煤锁控制室、灰锁控制室和办公室等房间，在本次标准编制中，明确规定了气化厂房中不允许设置控制室、办公室等场所。
气体净化、工艺水处理等在开停工、检修过程中，可能有可燃液体泄漏、漫流，因此，规定这类区域的地坪应做防渗周围应设置不低于150mm的围堰。宜设置不少于1个的车辆通行坡道。既防止物料的无组织漫流，又根据实际操作检修时的需要，增设了车辆通行坡道，方便了车辆的出入。
备煤是为煤气化配套的装置，主要危险存在于褐煤和高挥发性煤种的贮存和煤粉的制备，高挥发性煤种在贮存的过
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程中，会散发甲烷、一氧化碳等可燃气体，容易自燃。因此，要求高挥分性煤种的筒仓应设置温度、可燃气体的检测报警装置，设置处理煤自燃的灭火措施，并设置充氮保护，防止煤系统发生事故。煤粉制备过程中产生的细小粉尘与空气混合可能形成爆炸性混合物，因此，防止制粉过程中煤粉尘的泄漏是至关重要的，对于褐煤和高挥分煤种的煤粉制备系统，要求必须设置负压吸尘清扫设施，而且处理煤粉的机械设备选用气密性好的设备，机身还应设置氮气保护措施，防止粉尘的外泄。
参考类似装置的安全设计规范，还规定了煤粉制备系统防爆门的设计要求等。 3.2.7“7设备”
设备主要从结构设计、设备选材等方面的安全性进行规定。
所有非标容器的结构设计应遵循相应的规范要求，对于符合《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR004监督检查的所有压力容器，应当按照国家相关规定，对设计、制造、安装、使用等接受国家的全过程监督管理。
在设备选材方面，对主要装置的操作介质和操作工况进行了具体的划分，对存在氢腐蚀、湿硫化氢腐蚀、低温环境的选材作了详细的规定，装置的操作工况如下：
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序号 1 装置名介质 称 气化 操作工况 备注 氢气、一氧化碳、甲烷、高温、高压、疲劳破坏、磨蚀、 氧气、水蒸汽、煤、油 氢腐蚀、卤族腐蚀、碱金属腐蚀 2 变换 氢气、一氧化碳、水蒸高温、高压、氢腐蚀、高温硫 汽 腐蚀 3 气体净氢气、一氧化碳、硫化高压、低温、湿硫化氢腐蚀 化 氢 4 甲烷合氢气、一氧化碳、二氧高温、高压、氢腐蚀 成 化碳、甲烷、水蒸汽 5 工艺水酸性气、氨、酚、固体磨蚀、酸性气腐蚀、氯离子腐 处理 颗粒 蚀、氰根腐蚀、氨腐蚀、酚腐蚀 6 硫回收 硫化氢、二氧化硫、硫高温、湿硫化氢、高温硫腐蚀、 酸、硫磺、硫铵、氢氧硫露点腐蚀、硫酸腐蚀、硫铵化钠 腐蚀、碱腐蚀 针对已运行的气化炉在运行过程中出现腐蚀的情况，规定了气化炉材料的使用，应当在取得详细煤质分析报告基础上，对煤质进行充分研究，并根据气化炉的气化特点，对材料进行充分研究，确定使用材料，必要时进行试验论证。 3.2.8“8土建”
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依据《建筑设计防火规范》的要求，对煤制天然气的各装置的火灾危险性分类进行了明确，其耐火等级、燃烧性能和耐火极限满足《建筑设计防火规范》的要求。
在厂房的防火防爆设计中，结合现有所有炉型气化炉的高度和实际布置，并经过详细的论证，明确了煤气化厂房的层数和高度可按工艺及设备布置的要求确定。这个规定突破了建规的要求，但与将出台的煤化工企业设计防火规范相吻合。
对于密闭的气化厂房，依据《建筑设计防火规范》的要求，结合煤气化厂房的工作介质为氢气与一氧化碳的混合物，氢气含量为40%左右，一氧化碳含量18%左右，甲烷10%左右，并含有二氧化碳、氮气等惰性气体，计算其爆炸极限低于乙炔和氢的爆炸极限，因此，规定了煤气化厂房的泄压比为0.16。
建构筑物的抗爆设计中，明确了煤制天然气装置的中心控制室应设置，并采取抗爆结构形式，当取得了安全分析允许，且控制室距离爆炸危险区域大于200米时，控制室允许采用非抗爆结构。200米主要是根据爆炸危险性装置的爆炸冲击力的计算得出的。
抗震设防中对各建构物进行了抗震设防的分类，气化厂房或框架、变换冷却、气体净化、甲烷合成、煤气水分离、黑水处理/灰水处理、酚氨回收、制冷站、硫回收等易燃易爆
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的生产装置抗震设防类别为乙类，备煤、排渣等装置抗震设防类别为丙类，并依据规范进行抗震设防的设计。 3.2.9“电气”
煤制天然气装置的供电连续性要求较高，规定了应采用双重电源供电，但结合供电电网的实际情况，从一座220KV区域变电站引出的双回路电源也可视为双重电源，220kV区域变电站本身的供电可靠性较高。
煤制天然气装置爆炸危险区域的划分，主要是依据《爆炸危险环境电力装置设计规范》的要求，按主导专业提供具体工程的危险场所释放源资料，电气专业进行划分，并应满足下面的要求：
序号 1 备煤 破碎厂房、筛分 煤尘 煤转运通廊 煤尘 贮煤单元 煤尘 非爆炸危险区宜提高电气域 设备安全等装置 区域 危险源 区域 备注 非爆炸危险区级，选择防域 爆型 非爆炸危险区 域 水煤浆制备 非爆炸危险区域 磨煤单元 第11页
爆炸危险区域 序号 2 装置 区域 危险源 区域 备注 气化 气化厂房 煤尘、煤爆炸危险区域 气 加煤处视气体或粉尘的危险特性进行具体的划分 气柜 3 4 变换 净化 变换炉 脱硫塔、脱碳塔 煤气 煤气 爆炸危险区域 爆炸危险区域 煤气、甲爆炸危险区域 醇 装置泵房 燃料气压缩厂房 二氧化碳压缩厂房 甲醇 煤气 爆炸危险区域 爆炸危险区域 非爆炸危险区 域 制冷 5 合成 反应器 氨/丙烯 爆炸危险区域 CO、H2、爆炸危险区域 甲烷 压缩厂房 CO、H2、爆炸危险区域 甲烷 6 工艺水膨胀闪蒸气提 处理 CO、H2、爆炸危险区域 甲烷、第12页
序号 装置 区域 危险源 区域 备注 氨、硫化氢 7 硫回收 酸性气燃烧 硫化氢、爆炸危险区域 燃料气 工艺气转化 尾气焚烧 液硫贮存 造粒包装贮存 硫化氢 燃料气 硫化氢 爆炸危险区域 爆炸危险区域 爆炸危险区域 硫磺粉爆炸危险区域 尘 主要着重于备煤单元的爆炸区域的划分，只有煤粉制备生产过程中存在微米级的煤粉尘，可能形成爆炸性混合物，划分为爆炸危险区域，其余贮煤、煤转运输送煤的粒度较大，不会形成爆炸性混合物，因此，可划分为非爆炸危险区域，但为提高安全性等级，建议电气设备可按粉尘防爆型选择。 3.2.10“10自动控制”
自动控制中规定了煤制天然气应采用DCS控制系统，由于煤气化、甲烷合成、硫回收属重点监管的危险化工工艺，因此，规定其停车保护应采用安全仪表系统。
设置安全仪表系统应进行安全完整性等级的评估，但如果已成熟应用的装置如碎煤加压气化等，也可不进行安全完
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整性等级的评估，而是根据经验使用原则，设置相应的检测仪表和最终元件。
对于煤气化、净化、合成等可能散发有害气体的场所应设置可燃气体和有毒气体检测报警仪，气体检测报警的设置应符合《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493的要求。 3.2.11“11消防”
消防包括水消防、泡沫消防、移动式灭火器材和消防站的配置。
消防用水量应按同一时间内的火灾处数和相应处的一次灭火用水量确定。
对于占地面积大于100000m3的厂区，《石油化工企业设计防火规范》和《消防给水及消火栓系统技术规范》出现了分歧，主要内容如下：
厂区占地面同一时间火灾处数（石化规） 同一时间火灾处数（水规） 积（m2） 小于等于1处：厂区消防水量最大处 1000000 大1000000 于2处：一处为厂区消防用水量2处：工厂、堆场、储罐区应按需最大处，另一处为厂区辅助生水量最大的二座建筑（或堆场、储产设施 罐）各计一起 1处：厂区消防水量最大处 考虑到规范的先后性，煤制天然气装置的消防用水量按
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新出版的《消防给水及消火栓系统技术规范》进行计算。 3.2.12“12安全和职业卫生”
主要包括个体防护设施、应急救援设施、气体防护站的设置要求。
根据煤制天然气装置可能接触的危险有害因素，为操作工、巡检工配备相应的个体防护器材和应急救援设施，个体防护器材包括防尘口罩、防毒面具、便携式有毒气体检测仪、防喷溅面罩等，应急救援设施包括空气呼吸器、气密防化服、防辐射服、急救箱、洗眼淋浴器、堵漏工具等，应按操作人数或最大班操作人数进行配置。
煤制天然气装置在生产过程中产生一氧化碳、硫化氢等有毒气体，因此，要求设置气体防护站，同时考虑到煤制天然气装置的厂址周边协作环境较差，而一氧化碳中毒的救护又有其特殊性，因此，有条件时在气防站内设置高压氧仓治疗室。
根据装置的危险特性，对安全标识、职业病危害警示标识、人体导除静电设施、风向标的设置进行了明确的规定。 4、技术论证与效果
煤制天然气装置以煤为原料，经气化、变换、净化、甲烷合成生产出以甲烷为主要成份的天然气，在生产过程中，既涉及至一氧化碳、氢气、甲烷等重点监管的危险化学品及重点监管的新型煤化工工艺，装置还构成了重大危险源，由
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于物质本身的危险特性及生产过程中的高温、高压、低温等苛刻的操作工况，因此，煤制天然气装置的固有危险程度较高，在生产过程中，可能由于安全设计的不完善而引起泄漏、火灾爆炸、中毒等事故的发生。因此，如何达到一个本质化的安全设计，从设计的源头上实现装置的安全生产成为重中之重。
煤制天然气装置设计安全规范在编制过程中，参考同类安全规范的要求，结合装置本身的特性以及实际运行装置中反映出的问题，对天然气装置的厂址选择、总图布置、工艺和布置、电气和自动控制等方面均做了具体规定，在设计中贯彻执行本标准，可有效地降低装置的运行风险，达到安全运行的目的。 5、对标情况
本标准属新编制标准，不存在国际采标的情况，至标准编制之日尚未发现与本标准相同或类似的标准，本标准发布实施后，将达到国内先进水平。 6、需要说明的主要问题
本标准为新编制标准，与有关现行法律、法规和强制性标准没有冲突。 7、相关建议
《煤制天然气装置安全设计规范》为推荐性标准； 为了更好的贯彻执行本标准，使其有效发挥作用，建议
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标准发布后，应通过有关部门组织学习和培训，并在煤制天然气行业进行宣传与贯彻。
建议管理部门将该标准作为煤制天然气装置设计和验收的参考依据。
8、征求意见的反馈和处理情况
待定。 9、标准审查情况
待定。
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