李乾,陳永生,武小英,賈麗曼

(中國石化勝利油田分公司技術(shù)檢測中心,山東 東營 257000)

1 引言

對于石油天然氣行業(yè)來說,在勘探、開發(fā)、提煉、輸送、儲存、精煉的各個生產(chǎn)過程都存在易燃易爆和有毒有害氣體危險,因此,在各個階段都需要隨時監(jiān)控易燃易爆和有毒有害氣體的泄漏和逸出。氣體報警器作為氣體泄露檢測報警儀器,可在有可燃或有毒氣體泄露且濃度達(dá)到爆炸或中毒報警器設(shè)置的臨界點時發(fā)出報警信號,提醒采取安全措施,并驅(qū)動排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng),防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故,保障安全生產(chǎn)[1]。

報警器在石油石化行業(yè)應(yīng)用主要包括以下兩個方面:

1.1 在勘探中的應(yīng)用

在石油天然氣勘探階段,需要監(jiān)控隨時可能從勘探鉆孔現(xiàn)場泄漏或逸出的爆炸性氣體和有毒氣體。尤其是對于含硫量高的油氣田,除了需要監(jiān)測可燃性和爆炸性氣體外,還需要監(jiān)測有毒的H2S等氣體,必要的情況下還應(yīng)監(jiān)測CO等其他氣體。

1.2 在開采中的應(yīng)用

石油天然氣的開采階段,應(yīng)根據(jù)勘探的實際情況,在陸地礦井或海上平臺配備可燃?xì)怏w報警器以監(jiān)控可能從鉆井平臺泄漏或逸出的爆炸性氣體和有毒氣體。此外,鉆井平臺還需要配備必要的有毒氣體報警器,對H2S、CO等氣體進(jìn)行檢測,避免出現(xiàn)人員中毒。

本文以油田范圍各單位氣體報警器現(xiàn)場調(diào)研、檢測情況為依據(jù),對集輸站庫、單井拉油現(xiàn)場報警器應(yīng)用情況、存在問題進(jìn)行分析總結(jié),為油田報警器安裝、使用提供支持。

2 概況

2.1 工作標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)

本論文中氣體報警器的主要檢測對象涉及可燃?xì)怏w、有毒氣體和爆炸氣體,可燃?xì)怏w種類繁多,常見的有氫氣、甲烷、天然氣、城市煤氣、液化石油氣等;有毒氣體指的是在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用或產(chǎn)生的對人體有害并能引起慢性或急性中毒的氣體或蒸氣,石化行業(yè)常見的有硫化氫、一氧化碳、氨、氯氣、苯、氰化氫、丙烯腈等[2-5]。

目前已頒布實施的氣體檢測報警器檢定規(guī)程及校準(zhǔn)規(guī)范包括:

JJG 693—2011 可燃?xì)怏w檢測報警器檢定規(guī)程;

JJG 695—2019 硫化氫氣體檢測儀檢定規(guī)程;

JJG 915—2008 一氧化碳?xì)怏w檢側(cè)儀檢定規(guī)程;

JJG 551—2003 二氧化硫氣體檢測儀檢定規(guī)程;

JJG 365—2008 電化學(xué)電極氧分析器檢定規(guī)程;

JJG 1105—2015 氨氣檢測儀檢定規(guī)程;

JJG 635—1999 一氧化碳、二氧化碳紅外線氣體分析器檢定規(guī)程;

JJG 1022—2007 甲醛氣體檢測儀檢定規(guī)程;

JJF 1433—2013 氯氣檢測報警儀校準(zhǔn)規(guī)范;

JJG 1125—2016氯乙烯氣體檢測報警儀檢定規(guī)程;

JJF 1674—2017 苯氣體檢測報警器校準(zhǔn)規(guī)范。

2.2 整體情況

對集輸站庫、單井拉油現(xiàn)場開展可燃?xì)怏w報警器現(xiàn)場落實。期間,完成對三家單位總計14座集輸站庫,35處單拉井現(xiàn)場的可燃?xì)怏w報警器調(diào)研工作。

對各類型氣體報警器檢定情況進(jìn)行分析,具體情況如表1所示。

表1 報警器檢定情況統(tǒng)計表

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 站庫可燃?xì)怏w報警器應(yīng)用情況

共對3家單位14座集輸站庫開展分析,依據(jù)《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50493—2019)、《石油天然氣工程可燃?xì)怏w檢測報警系統(tǒng)安全規(guī)范》(SY 6503—2016)、《石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》(SH 3063—1999)等標(biāo)準(zhǔn),對站庫易燃易爆、易泄漏風(fēng)險開展分析,主要包括井排閥組、分離器、油罐區(qū)、油泵房、配氣區(qū)、脫硫塔流量計區(qū)、污水罐區(qū)、污水泵區(qū)、收油泵區(qū)、過濾罐區(qū)、流量計區(qū)、地下罐區(qū)等。各風(fēng)險區(qū)域總計安裝可燃?xì)怏w報警器245臺,具體安裝數(shù)量如表2所示。

站庫可燃?xì)怏w報警器安裝存在的主要問題是安裝配備標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況不統(tǒng)一,且未實現(xiàn)對風(fēng)險區(qū)域的全覆蓋,以甲采油廠為例,該廠共有6座主力聯(lián)合站,各風(fēng)險區(qū)域可燃?xì)怏w報警器安裝情況如表3所示。

表2 集輸站庫可燃?xì)怏w報警器安裝情況

表3 甲采油廠聯(lián)合站風(fēng)險區(qū)域可燃?xì)怏w報警器安裝情況統(tǒng)計表

由以上表格,甲采油廠各聯(lián)合站可燃?xì)怏w報警器的安裝并未實現(xiàn)對風(fēng)險區(qū)域的全覆蓋,同類型風(fēng)險點報警器安裝數(shù)量也存在較大不同。

3.2 報警儀類型

本次分析的集輸站庫的245臺報警器中,生產(chǎn)廠家主要有8家,涉及型號12種。具體情況如表4所示。

表4 報警器廠家型號統(tǒng)計表

表4(續(xù))

對集輸站庫揮發(fā)性氣體組分進(jìn)行分析,其主要成分如圖1所示。

圖1 集輸站庫揮發(fā)性氣體主要成分圖

經(jīng)調(diào)研分析,現(xiàn)場安裝的報警器存在以下兩個方面的問題:一是廠家和型號繁多,報警器結(jié)構(gòu)不一致,零部件不通用,造成后期維護(hù)、維修過程復(fù)雜;二是功能針對性不足,揮發(fā)性有機(jī)物成分較為復(fù)雜,但現(xiàn)場安裝的部分報警器為單一型,檢測、報警對象僅能涵蓋甲烷、異丁烷。無法全面滿足現(xiàn)場可燃?xì)怏w監(jiān)測、預(yù)警要求。

3.3 單井拉油氣體報警器應(yīng)用情況

共完成單井拉油現(xiàn)場可燃?xì)怏w調(diào)研35口,均未安裝固定式氣體報警器,選取了兩處多功能罐現(xiàn)場對揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行監(jiān)測,對逸散特點進(jìn)行分析。

3.3.1 實驗方案

選取A采油廠兩座單井拉油現(xiàn)場,以儲油罐為排放源,調(diào)查所在區(qū)域的主力風(fēng)向,以排放源主力風(fēng)向的上風(fēng)向為參照點,在下風(fēng)向2,5,10 m分別設(shè)置采樣線,并布設(shè)采樣點,具體如圖2。

圖2 監(jiān)測現(xiàn)場布點圖

3.3.2 核算方法

采用的核算方法為基于無組織排放實測法的地面濃度反推法。該方法的理論基礎(chǔ)為大氣擴(kuò)散理論,根據(jù)該理論,排放源下風(fēng)向地面大氣有害物質(zhì)濃度與排放源強(qiáng)成正比,已知影響有害物質(zhì)擴(kuò)散稀釋的各項主要因素,即可根據(jù)在下風(fēng)向測得的有害物質(zhì)的地面濃度反推出排放量。其計算公式如式1:

(1)

式中:Q—無組織排放量,kg/h;

C0—無組織排放源的地面濃度,mg/m3;

U—地面平均風(fēng)速,m/s;

H—無組織排放源的平均排放高度,m;

σz—鉛直(Z方向)擴(kuò)散參數(shù),m;

σy0—初始擴(kuò)散參數(shù),m;

σy—垂直于平均風(fēng)向(X方向)水平橫向(Y方向)擴(kuò)散參數(shù),m。

3.3.3 結(jié)果及分析

依據(jù)檢測、核算結(jié)果,繪制了各井場揮發(fā)性有機(jī)物逸散情況等高線圖,具體如圖3～4:

圖3 1號井場揮發(fā)性有機(jī)物逸散情況分析圖

圖4 2號井場揮發(fā)性有機(jī)物逸散情況分析圖

通過監(jiān)測分析,單井拉油現(xiàn)場揮發(fā)性有機(jī)物濃度受氣溫、風(fēng)速影響較大,具體表現(xiàn)為:1)現(xiàn)場揮發(fā)性有機(jī)物濃度值大小與風(fēng)速呈反比,與氣溫呈正比;2)氣溫對揮發(fā)性有機(jī)物濃度影響大于風(fēng)速。

通過對揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測及特點分析發(fā)現(xiàn),空間中可燃?xì)怏w分布受環(huán)境影響較大。安裝報警器可在一定程度上降低安全風(fēng)險水平,但受現(xiàn)場復(fù)雜性影響,并不能全面實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)警與消除。

3.4 報警器檢定數(shù)據(jù)分析

3.4.1 總體情況

如表5檢定報警器4 917臺件,其中檢定結(jié)果為合格的3 495臺件,合格率71.1%。

表5 2022年報警器檢定數(shù)量統(tǒng)計表

由以上數(shù)據(jù),報警器的總檢定合格率基本維持在70%左右,其原因在于各單位普遍重視安全生產(chǎn),報警器配備完善,配備數(shù)量也越來越多,但是因為報警器使用年限長,電池、探頭、按鍵等硬件老化嚴(yán)重,造成檢定不合格數(shù)量逐年增加。

3.4.2 類別分析

2022年報警器類別分布情況如圖5～6所示。

圖5 2022年報警器類型占比圖

通過報警器類型占比圖5可以看出,便攜式硫化氫氣體檢測儀數(shù)量最多,達(dá)到了全年2 137臺件,占比43.46%。便攜式復(fù)合氣體檢測儀檢定數(shù)量次之,為994臺件,占比20.22%,固定式可燃?xì)怏w報警器和固定式硫化氫氣體檢測儀占比分別為18.85%和15.11%。便攜式可燃?xì)怏w報警器和數(shù)量占比最少,只有2.36%。

通過比較2021年和2022年度各類型報警器占比圖6可以看出,便攜式硫化氫氣體檢測儀、便攜式復(fù)合氣體檢測儀檢定數(shù)量明顯上升。固定式可燃?xì)怏w報警器和固定式硫化氫氣體檢測儀數(shù)量有明顯下降,便攜式可燃?xì)怏w報警器數(shù)量維持在較低水平,其原因在于該類報警器功能較為單一,現(xiàn)場配備率較低。

圖6 2021年和2022年度各類型報警器占比圖

3.4.3 歷史數(shù)據(jù)分析

2021年、2022年各類氣體報警器檢定數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況如表6和圖7所示。

表6 2021年度和2022年度報警器檢定合格率比較表

圖7 2021年、2022年報警器檢定合格率統(tǒng)計圖

通過表6和圖7,2022年固定式可燃?xì)怏w報警器和便攜式硫化氫氣體檢測儀檢定合格率有所上升,其他類型的報警器檢定合格率都有所下降,固定式硫化氫氣體檢測儀檢定合格率下降最多,降低了6.7%,主要原因是由于報警器使用年限長以及受安裝環(huán)境條件影響造成的。

3.4.4 不合格原因分析

檢定不合格的報警器有1 422臺,占比約28.9%,針對這些不合格的報警器,從使用年限(>5年)對其在報警器合格有否的占比上進(jìn)行分析(表7)。

表7 2022年報警器使用壽命統(tǒng)計表

從圖8～9和表7中可以看出,使用年限大于5年的報警器合格率大部分低于50%,尤其是復(fù)合氣體報警儀和固定式硫化氫報警儀低于10%;而使用年限超過5年的報警器不合格率普遍大于70%,由此可以認(rèn)為報警器使用5年以后更新替換頻率變大。

圖8 2022年合格報警器數(shù)量占比圖

通過2022年合格報警器數(shù)量占比圖可以看出,使用年限超過5年的合格報警器占比普遍較少,最低的占比只有2.62%。最高的為58.62%。說明隨著使用年限的加長,報警器老化明顯,合格率降低。

圖9 2022年不合格報警器數(shù)量占比圖

通過2022年不合格報警器數(shù)量占比圖可以看出,使用年限超過5年的報警器不合格率普遍較大。最高的便攜式可燃?xì)怏w檢測報警器使用年限超過5年不合格率達(dá)到了100%。

4 結(jié)論及認(rèn)識

1)現(xiàn)有集輸站庫各流程安裝了可燃?xì)怏w報警器,但存在安裝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不統(tǒng)一的問題,具體表現(xiàn)在安裝覆蓋率不足、報警器功能針對性不強(qiáng)等方面?，F(xiàn)有單井拉油現(xiàn)場并未配備可燃?xì)怏w報警器,且通過對揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測及特點分析發(fā)現(xiàn),空間中可燃?xì)怏w分布受環(huán)境影響較大。安裝報警器可在一定程度上降低安全風(fēng)險水平,但受現(xiàn)場復(fù)雜性影響,并不能全面實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)警與消除。

2)從現(xiàn)場檢測情況看,報警器不合格原因主要是故障、無警示動作、有聲無光、有光無聲等,部分類別報警器檢定合格率呈現(xiàn)降低趨勢,反映出使用單位對報警器維護(hù)不到位、維修不及時。

3)為提升油田甲烷生產(chǎn)現(xiàn)場安全風(fēng)險管理水平,應(yīng)統(tǒng)一報警器安裝配備。加強(qiáng)現(xiàn)場可燃?xì)怏w泄漏風(fēng)險識別,在油田范圍內(nèi)統(tǒng)一可燃、硫化氫氣體報警器選型、安裝標(biāo)準(zhǔn),提升安裝覆蓋率及針對性,同時對報警器廠家進(jìn)行優(yōu)選,提升報警器品質(zhì)。