油气站场天然气泄漏应急处置若干问题探讨.pdf

★ 石 油 化 工 安 全 环 保 技 术 ★ 2 0 1 5年 第 3 1卷第 l期P E T R O C H E MI C A L S A F E T Y A N D E N V I R 0 N ME N T A L P R O T E C T I O N T E C H N O L O G Y 油气站场天然气泄漏应急处置若干问题探讨 王洪明，潘永东 中国石油天然气股份有 限公 司华北油田分公 司，河北 任丘 0 6 2 5 5 2 摘 要 天然气具有 易燃 易爆 、有毒 等危 险特性 ，一旦发 生泄漏 ，处置不 当，极 易引发 火灾爆炸、中毒 窒息等恶性事故，造成重大人 身伤亡和财产损失。因此 ，正确 处置天然 气泄 漏是防止事故扩大的关键。通过分析天然 气泄漏扩散过程、运动规律及其事故危害后 果，剖 析油气站场天然气泄漏应急处置过程 中的安全风险，提 出天然气泄漏应急处置要点及油气站场 系统 自救与防护能力建设的相关建议 ，藉此推动油气站场天然气泄漏应急处置工作的不断完善。 关键词 天然气泄漏应急处置 问题探讨 天然气作为一种清洁优质能源 ，在改善能源 结构 ，推动低碳经济发展过程 中有着举 足轻重 的 作用 。根据国家能源局发布 的 天然气发展 “ 十 二五”规划 ，“ 十二五”期间我国管道建设总长 度将超过 4万公里。到 2 0 1 5年 ，城市和县城天然 气用气人 口数 量将 达 到 2 ． 5亿 ，约 占总人 口的 1 8 ％ ，这势必对天然气生产提 出更高 的需求。然 而 ，天然气具有易燃 易爆 、有毒等危险特性 ，一 旦发生泄漏 ，处置不当 ，极易引发火灾爆炸 、中 毒窒息等恶性事故，造成重大人身伤亡和财产损 失。因此 ，正确处置 天然气泄漏是 防止事故扩大 的关键。 1 天然气危险特性 J 天然气属无色气体 ，不溶于水 ，主要成分 是 甲烷。天然 气气体密度 0 ． 7～0 ． 7 5 g ／ L ，较空气 轻。爆炸极 限 5 ％ 一1 5 ％ ，自燃 温 度 4 8 2～6 3 2 ℃ ，属易燃气体 ，其危险性较强。当} 昆 有硫化 氢 时 ，有强烈 的刺鼻臭味 ，并伴随硫化氢浓度的提 高 ，表现出很强 的毒性 ，其危 害更大 。 1 ． 1 天然气 1 ． 1 ． 1 易燃 、易爆性 根据 石油天然气工程设计防火规范 G B 5 0 1 8 3 --2 0 0 4 标准 ，天然气属 甲 B类火灾危险性 物质 液化天然气属 甲 A类火灾危险物质 ，其闪 点很低 ，在 空气 中只要很 小 的点火 能量 就会 引 1 5 燃 ，且燃烧 速率 很快 ，是火 灾危 险性 很大 的物 质。天然气爆炸下 限较低 ，遇 明火 、高热极 易发 生爆炸。 天然气的燃烧与爆炸是同一个序列 的化学过 程 ，但在反应强度上爆炸 比燃烧更为剧烈 。天然 气的爆炸是在一瞬 间 数千分 之一秒 产生高压 、 高温 2 0 0 0 3 0 0 0℃ 的燃烧过程 ，爆炸波速可 达 3 0 0 0 m ／ s ，具有很大破坏力 。 1 ． 1 ． 2 易扩散性 一 般来讲 ，天然气 干 气 的密度 比空气小 ， 泄漏后易扩散，不易造 成可燃气体积聚。但重组 分 比例较高的天然气 湿气 泄漏后 ，其中的重组 分很可能在低洼处积聚，形成爆炸性混合气体。 另外 ，当大量的天然气 泄漏 时，若 遇适合 的天气 如无风或雾天 ，也可造成天然气 聚集 ，有形成 爆炸气云的危险。 1 ． 1 ． 3 中毒与窒息 天然气的毒性因其 组成不 同而异 ，若天然气 的主要成分是 甲烷 ，仅 起窒息作用 ，当空气 中的 收稿 日期 2 0 1 41 01 8 。 作者简介王洪明，男，2 0 0 3年毕业于中国石油大 学 华东 石油工程专业，长期从事油气田安全生产 监督管理工作，现任技术监督检验处副处长，国家 注 册 安 全 工 程 师。 电 话0 3 1 7 2 7 8 1 1 5 2 ，E m a i l j J J w h mp e t r o c h i n a ． c o rn ． c n ★ 石油化工安全环保技术★ 2 0 1 5年第 3 1 卷第 1 期 甲烷含量达到 2 5 ％ ～ 3 0 ％时，将使人出现缺氧症 状 ，可 以引起 头 痛、头 晕、乏 力 、注 意力 不集 中、呼吸和心跳加快等。若不及时脱 离现场 ，可 窒息死亡。 1 ． 1 ． 4 热膨胀性 天然气的体积会随着 温度 的升高而膨胀 ，当 设备、管道靠近高温热源时，可导致设备、管道 内压增大 ，引发容器破裂 ，造成天然气泄漏⋯。 1 ． 2 含硫天然气 顾名思义 ，所有含有 固体硫 、硫化氢或其它 硫化物的天然气都称为含硫天然气 。当天然气含 有硫化氢时，由于硫化氢 的有毒特性 ，使含硫天 然气不仅具有普通天然气 的危险特征 ，同时表现 出硫化氢 的有毒性 ，其 毒性依其含量不 同而异 ， 所引起的中毒表现也有所不同。 含硫油 气 田 硫化氢监测与人身安全防护规程 S Y ／ T 6 2 7 7 2 0 0 5 附录 A列 出了空气中各种浓度的硫化氢对 人体的危害情况。见表 1 。 表 1 硫化氢对人体的危害 在空气 中的浓度／ m g mI 3 生理影响及危害 5 ． 0 有强烈臭味 7 ． 5 有不快感 1 5 刺激眼睛 3 5 4 5 强烈刺激粘膜 7 5～1 5 0 刺激呼吸道 1 5 O～ 3 0 0 嗅觉在 1 5 mi n麻痹 3 0 0 暴露时间长则有中毒症状 3 0 0～ 3 7 5 暴露 1 h引起亚急性 中毒 3 7 5～ 5 2 5 4～ 8 h有生命危险 5 2 5～ 6 0 0 1 4 h有生命危险 9 0 0 暴露 3 0 mi n会引起致命危 险 l 5 0 o 引起呼吸道麻痹 ，有生命危 险 l 5 0 0～ 2 2 5 0 在数分钟内死亡 2 天然气泄漏及应 急处置安全风 险分析 2 ． 1 天然气泄漏扩散规律 天然气泄漏后 ，管道或设备 中的天然气在气 体压力的作用下呈 近似椎体状 向大气环境 喷射 。 由于与周围大气之间存 在速度差 ，将 吸卷周围大 气并不断移动 ，逐渐 向周 围发展形成 自由紊动的 混合层 ，速度不断降低 ，并 随着 时间的延迟 ，扩 散范围不断扩大。 天然气泄漏扩散 主要受天然气 密度 、压力 、 泄漏 孔径 、泄漏 时 间、泄漏位 置 以及 其地 理 环 境 、大气环境等因素 的影响。稳定 的大气不利于 天然 气 的扩散 ，其 扩散 范 围较小 ，停 留时间 较 长。反之 ，不 稳定大气有利 于气 体的混合稀释 ， 扩散范围较大 ，留置时问较短。 风速大小决定了大气稀释作用 的强弱 以及 天 然气扩散距离 的远近。实验显示 ，当天然气管道 直径 6 6 0 m m，管 内压力 4 ． 5 MP a ，泄漏孔径比为 0 ． 1 ，风速等于 1 m ／ s ，3 m ／ s ，5 m ／ s 时 ，连续性 泄漏源下风 向的爆炸下 限浓度最大扩散距离分别 为 7 5 ． 2 5 m，6 5 ． 7 5 m，5 0 ． 9 2 m。当泄漏孔径 比 d ／ D 0 ． 5，相对应风速下风 向的爆炸下限浓度最 大扩散距离分别为 1 3 2 ． 5 4 m，1 1 5 ． 7 9 m，8 9 ． 6 3 m。 表明在同等泄漏条件下，风速越大，天然气爆炸下 限浓度最大扩散距离越短，危害面积越小 ；而同等 风速下，泄漏点孔径越大，危害范围越大。 地面的地形地物既会改变泄漏天然气 的扩散 速度 ，又会改变天然气扩散方向，从而表现 出泄 漏危害影响的复杂性。设备 、管道 、建构筑物等 会加大地表大气的湍流程度 ，从而增加空气 的稀 释作用 ，但同时也可能提高局部窝风地带环境 中 的天然气浓度 。 2 ． 2 天然气泄漏事故危害分析 天然气着火必须具备两个条件 一是环境 中 的可燃气体浓度达到或超过天然气 的爆炸下 限 ； 二是环境中存在达到或超过天然气最小点火能量 的点火源。 油气站场有禁火要求 ，天然气泄漏之初一般 不会被点燃。泄漏的天然气会在风 的作用下 ，不 断地被稀释 、扩散 ，如不及 时控制泄漏 ，其危险 性将逐渐增大。对于含硫天然气 而言，当天然气 中的硫化氢浓度超过 8 ％ 1 2 0 0 0 0 m g ／ m 时 ，即 便天然气在 大气 中的浓 度低于爆 炸下 限的 2 5 ％ 固定式可燃气体报警器的报警浓度 ，也将引起 呼吸道麻痹，有生命危险。 若天然气在泄漏之初短时间内被点燃 ，泄漏 出的天然气将在泄漏点形成稳定 的喷射火焰 。若 火焰区域或附近有人员停留或存在设备设施及其 它可燃物 ，将 会造 成人 身伤 害、物体 损 坏或损 毁 ，甚至引发更大 的次生灾害。如果在扩散过程 2 0 1 5年第3 l卷第 l 期 ★ 王洪明等．油气站场天然气泄漏应急处置若干问题探讨 ★ 中延迟点燃 ，泄漏的天然气可与空气混合形 成爆 炸气云 ，若该 气 云的可 燃气 体浓 度达 到爆 炸极 限 ，遇点火源就会 发生燃爆 ，爆炸冲击波将对周 边人员 、设备设施及建构筑物造成重大危害。 2 ． 3 油气站场天然气泄漏应急处置中的安全风险 一 般来讲 ，天然气泄漏应急处置 内容包 括以 下几点 1 消除火种 ，切断气源 ； 2 保护火场设备 ，降低事故损失 ； 3 扑灭火灾 ，抢险补漏。 应该说 ，上述活动基本可以满足天然气 泄漏 应急处置的要求 ，但同时面临以下风险 1 消除火种 ，切 断气源 ，是 预防火灾 、避免 人身伤亡和财产损失的关键 。但 由于油气站场中 非防爆 区域还 存 在诸 多明火设 备 如 加 热炉 、 焚烧炉等 或可散发 电火花 的设施 如 控制室 、 消防泵房等 ，而这些设施 在应急状 态下却不 能 关 闭，若天然气扩散到这些 区域 ，将带来爆 炸气 云燃 爆 的风 险。高 含硫 天 然 气 还 可 导 致 人 员 中毒 。 2 保护火场设备 ，可降低事故损失 ，防止设 备由于温度 、压力升高而导致物理爆炸。但在 油 气站场 ，由于现场设备情况较 为复杂 ，如 设备 内部介质 、保温状 况 、设 备材质不 同等 ，若处 置 不当，有可能引发被保护设备迅速破裂 ，进 而导 致事故扩大。 3 火 灾扑 灭后 ，火 灾现 场温 度很 高 ，而管 道 、设备 中的余气将会继续泄漏 ，存在复燃 或爆 炸气云燃 爆风险 ，抢 险人员往 往通过 喷水 降温 、 驱散爆炸气体 的方法来 消减 。但也可能由此造成 泄漏 源 内部形 成负 压 ，外 部 空气进 入 ，引 发设 备 、 管道爆炸。 3 油气站场天然气泄漏应急处置 应急处置 ，重 在预防。油气站场天然气泄漏 应急处置不仅需要完善 的处置程序和强大 的处置 能力 ，更需完善的应急响应机制和系统 自身保 障 能力。 3 ． 1 应急处置要点 油气 站场 特别 是 天然 气净 化装 置 ，现 场设 备 、管道及 建 构筑 物较 多 ，一 旦发 生 天然 气泄 漏 ，极有可能引发火灾爆炸 ，酿成重大人身伤亡 1 7 和财产损失 。因此 ，预 防火灾爆炸是油气站场天 然气泄漏应急处置的关键。 3 ． 1 ． 1 切断气源 切断气源应从两个方 面考虑 一是关闭泄漏 源的进出口阀门，切断泄漏气体供给 ，从而达到 缩小气体扩散范 围，降低泄漏环境可燃气体浓度 的 目的。二是打开系统放空 ，降低泄漏源 的气体 容量和内部 压力 ，同时为封堵 泄漏点创造条件 。 当受火焰威胁 ，难以接近控制 阀门时 ，可在落实 堵漏 措 施 及 防 复燃 措 施 的 前 提 下 ，先 灭 火 后 关阀。 关阀断气时 ，应充分考虑阀门关 闭后是否会 造成系统超温超压而发生爆炸事故。 3 ． 1 ． 2控制点火源 控制点火源应重 点考虑三个方面 一是及时 关停危险区域 内的加 热炉 、焚烧 炉等 明火设 备 ， 关闭进风口。二是用消防水 喷射泄漏点 ，防止天 然气流与空气摩擦导致静 电打火 ；关 闭不能断 电 的控制室 门窗，禁止使用 、开关 用电设备 ，防止 电气接触打火。三是严格杜绝抢 险作业过程 中的 电火花和机械火花。 3 ． 1 ． 3火灾扑救 干粉灭火剂是一种 同时具有物理灭火和化学 灭火功能的高效灭火剂，可有效扑救天然气初期 火灾 。一旦发生天然气着火 ，现场人员可使用干 粉灭火剂迅速扑灭初起火灾。与此 同时 ，为防止 设备 、管道所泄漏余气发生复燃 ，抢 险人员应使 用消防水枪对泄漏点及大火烘烤 部位进行喷水降 温 ，同时利用高压细水雾驱散天然气 ，降低泄漏 环境温度和可燃气体浓度 ，防止爆炸气云爆燃 。 3 ． 1 ． 4抢险 补漏 抢险补漏是天然气泄漏应 急处置 中的临时措 施 ，不同于正常的设备维修 ，其 目的是消除或减 缓天然气泄漏 ，降低危 险区域爆炸气体浓度。抢 险补漏不求质量 ，只求速度和安全。抢险补漏宜 采用机械方法 ，并严格执行操作规程。作业过程 中，抢险人员应利用高压细水雾及 时吹散泄漏的 天然气 ，防止形成爆炸气云。若事故现场 已完全 达到安全作业条件 ，应按照正常的设备维修开展 作业活动 。 3 ． 1 ． 5保护 火场 设备 设施 由于油气站场管道 、设备较多 ，一旦发生天 1 8 ★ 石油化工安全环保技术★ 2 0 1 5年第3 1 卷第1 期 然气着火 ，极易引发二次事故。现场应急处置人 员应及时关闭泄漏点周边特别是火焰喷射方向的 管道 、设备，打开放空系统，降低 系统压力。气 相设备应保持微正压，液相或气液两相设备，则 应排空液相，保持气相微正压。同时 ，抢 险人员 迅速增加 消防水枪 ，对被 大火 烘烤 和灼烧 的设 备 、管道 以及 建构 筑物进 行冷 却降 温 ，防止 设 备 、管道物理爆炸和建构筑物坍塌。冷却降温过 程中要避免对设备特别是经过热处理的设备上 的 角焊缝 、连接件直接喷射 降温 ，以防设备高温遇 冷后产生局部尺寸变化 ，形成应力集 中，导致设 备破裂 ，进而引发事故扩大。当发现设备钢材表 面呈红色时，此时钢材温度已达 6 0 0 o C以上 ，其 钢材屈服极限仅 为常温下 的 1 ／ 3 ，抢险人员应迅 速撤离至安全地带。 3 ． 1 ． 6 严防设备形成负压 当抢险人员对泄漏源或其周边易燃 易爆设备 进行喷水降温时，应仔细观察泄漏源余气喷射状 况及周边设 备 、管 道本体 或各 联结 点 的泄 漏情 况 ，当泄漏源或被保护设备 内部压力 已接近大气 压力时 ，若泄漏源或被保护设备 温度依然很高 ， 应在继续实施降温的同时，适当补充气体介质， 以防系统 内部形成负压 ，导致空气进入 ，引发 系 统爆炸。 3 ． 1 ． 7安全防护 抢险人员 必须 正确穿 着 防静 电服和 防静 电 鞋 ，使用防爆设备和工具 。严禁在危险区域穿脱 外衣。进入天然气扩散区域 的抢险人员 ，必须正 确使用正压空气呼吸器 ，以防中毒窒息。严禁任 何人员在无防护措施和保护措施的情况下进入危 险区域 ，从事危险作业活动。 3 ． 2 提升系统 自身保障能力 提升系统 自身保障能力可提高油气站场的 自 救能力 ，更是现场应急处置的基础。 1 完善气体泄漏监测系统。油气站场应按国 家及行业标 准设 置可燃 气体和有毒气体检测器 ， 加强 日常检查与维 护保养 ，定期开展检验 ，并按 照 计量器 具检 验周期 确定 原则 和方法 J J F 1 1 3 9 及 时调 整检 定 周期 ，确保 检 测 仪器 运 行 可靠。 2 提升油气站场系统 自救与防护能力。油气 站场防火设计应严格执行国家及行业 有关消 防设 计标准 ，并在此基础上 ，适 当增设蒸汽吹扫灭火 系统 、氮气置换系统，配备干粉炮和高压细水雾 灭火装 置。在平面布置 方面，以广泛应用 D C S ， S C A D A、R T U等控制 系统为基础 ，将 消防泵 房、 中心控制室远离潜在 的天然气泄漏危险 区域 ，所 有近地控制系统采用防爆设计 ，消除泄漏危险 区 域 内的点火源。在工艺设计上 ，重要容器 、关键 工艺设 备 在设置 安全 阀的基础 上 ，适 当增设 手 动、电动或手、电两用 紧急放空 阀，确保 紧急状 态下应急放空。关键部位联结件尽量采用螺纹连 接，关键部位金属法兰尽量使用金属垫片 ，降低 高温状 态 下 的泄 漏 风 险，提 升 系 统 本 质 安 全 水平。 4 结 语 油气生产企业岗位应急 自救是天然气泄漏应 急处置成败的关键 ，可以迅速抢 占先机 ，防止事 故扩大，为专业抢险救援 队伍赢得宝贵 时间。应 急处置必须 以系统 自救和 自我保 障能力 为基础 ， 不仅需要高效、适用的应急处置程序 ，完善 的应 急组织 ，充沛的应急物资，更需要应急人员丰富 的应急知识 ，审时度势 的现场判断能力和应急处 置能力 。因此 ，建立完善天然气泄漏应急处置程 序，强化应急培训 ，定期开展应急演练是确保企 业安全生产的制度保障和技术保障。国家相关部 门应加强天 然气泄漏 应急处 置 的理论 和技 术研 究 ，并将研究成果应用于应急制度建设和相关标 准完善 ，以此推动我国油气生产企业应急能力的 提升 。 参考文献 [ 1 ] 潘永东 ．陆上油 气 田油气集输 系统安全 风险与控 制 [ M] ．北京 中国石化 出版 社 。2 0 0 9 ． 8 7 ． [ 2 ] 王新 ．天然气管道泄漏扩散 事故危 害评价 [ D ] ．哈尔滨哈 尔滨工业大学，2 0 1 0 ．