毕业设计（论文）-川钻16#天然气井安全距离研究.doc

西安石油大学本科毕业设计（论文） I 目目 录录 1 绪论.1 1.1 课题研究的意义.1 1.2 国内外研究现状.1 1.2.1 国外研究现状.2 1.2.2 国内研究现状.3 1.3 所采用的方法、手段以及步骤.5 2 天然气钻井井场安全距离的理论基础.6 2.1 事故因素分析.6 2.1.1 可能发生的事故类型.6 2.1.2 事故发生的破坏程度.6 2.2 有害气体 2 H S排放环境安全距离估算模式.6 2.2.1 硫化氢的物理化学性质.6 2.2.2 硫化氢对人体的危害.7 2.2.3 硫化氢监测仪器.8 2.2.4 2 H S排放环境安全距离估算模式.11 2.3 蒸气云爆炸危害模型.16 2.3.1 蒸气云爆炸后果预测模型.16 2.3.2 蒸气云爆轰产生的爆炸波效应.17 2.3.3 蒸气云爆轰产生的爆炸波效应.18 2.3.4 爆炸的伤害分区.18 2.4 蒸气云爆炸的爆炸火球大的伤害效应模型.19 2.4.1 爆炸火球模型.19 2.4.2 爆炸火球的伤害距离.19 2.5 噪声影响环境安全距离估算模式.20 2.5.1 噪声来源及对人体的危害.20 2.5.2 噪声影响环境安全距离估算模式.22 2.6 甲烷泄漏环境安全距离.23 2.6.1 甲烷泄漏检测及泄漏原因.24 2.6.2 不同因素对甲烷泄漏浓度的影响.25 3 川钻16H安全距离的计算及分析.29 3.1 川钻16H井的概况.29 3.1.1 地形及人口分布.29 3.1.2 气象资料.30 西安石油大学本科毕业设计（论文） II 3.2 川钻16H井安全距离的计算.30 3.2.1 蒸气云爆炸的爆炸波伤害范围计算.30 3.2.2 蒸气云爆炸的爆炸火球的伤害范围计算.31 3.2.3 有害气体 2 H S排放环境安全距离的计算.32 3.2.4 噪声影响环境安全距离的计算.40 4 结论.42 参考文献.44 致 谢.46 西安石油大学本科毕业设计（论文） 1 1 绪论绪论 1.1 课题研究的意义课题研究的意义 随着国家能源需求的飞速增长，油气田的开发和生产规模不断扩大。与此同时， 由于城市发展和建设的要求以及环境保护标准的提高，使得在原本依托油田建成的 城市中城市规划建设与油田开发和生产之间的矛盾日益突出。例如，在某些城市的 规划和建设过程中，地方政府有时会勒令油田企业搬迁生产设施或忽视油田设施的 潜在危险而紧邻建设，由此造成油气田企业蒙受巨大经济损失，同时也给市政建设 埋下了事故祸根。 再加上我国是一个油气开采条件复杂的国家，且天然气藏一般都具有较高的压 力，常常形成某些高压和超高压层段。由于气藏的压力系数很高，液柱压力一旦与 之失去平衡，则其释放速度非常迅猛，将会造成强烈井喷，天然气又是一种易燃， 易爆性气体，与空气混合在爆炸极限范围内，若遇明火会引起爆炸。我国的江汉， 华北等油田区含有很高浓度的,气体不仅对设备具有严重的腐蚀性，而且 2 H S 2 H S 对人和牲畜会造成毒害作用，当浓度超过时，人类的嗅觉器官因受到伤 3 150/mg m 害而失去嗅觉功能，接触浓度达到时，即会发生“闪电型”死亡。所以 3 1000/mg m 一旦这些含硫气井发生井喷，气体的浓度往往会导致人重伤甚至死亡。天然气 2 H S 钻井井场安全距离是气田开发的安全规划中的一个重要参数，它的合理确定可避免 天然气井开采过程中发生井喷事故时造成重大人身伤亡。为了保护油田生产设施周 围的环境安全，居民的人身财产安全和协助城市规划与油田生产之间的矛盾，识别 不同生产设施的环境影响及其程度与范围，并在油田设施和周围不同环境功能区之 间设置科学，合理的安全距离，是一种经济，有效地环境保护与安全管理的选择。 通过本论文的研究，将为气田开发的安全规划和天然气井井场的合理布局提供理论 基础和有价值的参考数据。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 自 1983 年第二次全国环境保护工作会议至今，油田环境保护工作取得了较大 发展。针对油田生产从钻井到集输各过程的污染源，污染物危害防治，综合治理和 环境监测等均进行了广泛和深入的研究，并取得了大量研究和应用成果，油气田生 产的环境保护管理也趋于成熟。 包括我国在内的很多国家都有关于石化企业的卫生防护距离，防火间距等的规 定。例如，在我国的建设项目环境保护设计规定和工业企业设计卫生标准( )中规定，为保护人体健康，必须在石油化工企业与居民区之间设置一定3679TJ 的卫生防护距离。 石油化工企业卫生防护距离 （）中也规定：“卫3093 1999SH 西安石油大学本科毕业设计（论文） 2 生防护距离是指工厂在正常生产状况下由无组织排放源散发的有害物质，对工厂周 围的居民健康不致造成危 害的最小距离。 ”这些规定多以设施，建筑，企业，居民区等为保护对象，未见针对 环境功能区质量要求的安全距离规定。 目前油气设施安全距离研究，主要集中在卫生防护距离和液化石油气泄漏事故 安全距离及液化石油气储罐爆炸火灾安全距离方面给，且往往不针对油田生产设施。 特别是在油气田生产设施的环境安全距离研究方面，从目前查阅的文献来看无论在 理论还是应用上均属少见。 1.2.1 国外研究现状国外研究现状 国外在早期天然气的开采过程中，由于缺乏经验，对事故的统计数据不足，没 有对天然气钻井井场与周围居民及其他公共设施之间的距离给予明确严格的规定。 直到 19 世纪 50 年代，石油工业开始在加拿大阿尔伯达的 油气田和ncherPriCreek 油气田、美国阿肯色州的-油气田以及法国的 JumpingPoundMcKamiePattonLacq 油田开展勘探开发工作，这些油气田都含有大量的气体。从那时起含Superieur 2 H S 硫气体(Sour Gas)开始被看做是一种重大的安全隐患，天然气开采业也慢慢认识到了 气体的扩散将对公众和牲畜造成严重的影响。 2 H S 当美国西得克萨斯州由于气体导致人员伤亡事故后，得克萨斯州铁路委员 2 H S 会要求所有的油气公司严格遵守 1976 年 3 月 15 日生效的 RCT36 号规范 36：uleR 。该规orGasOil,GeothermalsourceReOperationinHydrogenSulfideAreas 范中明确规定:浓度为气体的爆炸半径超过 50mile，除了公路以 6 100ppm( 10 ) 2 H S 外不应含任何公共区;浓度为气体的爆炸半径比 50mile 大得多， 6 500ppm( 10 ) 2 H S 该范围内不能含任何公共区:浓度为气体的爆炸半径超过 6 1000ppm( 10 ) 2 H S 3000mile。可见，对天然气钻井井场安全距离研究，是从对含气体爆炸危害的 2 H S 认识开始的。 美国石油组织(API)于 1987 年 4 月 15 日颁布了含硫井安全钻进的推荐做法 标准，在这个标准中提供了含硫油气井在钻井和开采之前进行安全设计和制定应急 预案的指南。在美国密歇根州，石油公司在实施勘探和开采气井之前，必须基于对 油气井中岩石组成的分析，来判断该井出现硫化氢气体的可能性，并保证油气井距 离公众居所或者公共场所的距离不能少于 300ft；在已开采的油气井边上必须建有警 示牌；每年须组织居民举行防硫化氢的演习。 1982 年在阿尔伯达省的的一个小城附近发生了一起重大的高含硫气odgepoleL 西安石油大学本科毕业设计（论文） 3 田井喷事故，井喷以很高的泄漏速度持续了 6 天，对当地的居民健康和牲畜产生了 严重的影响，两名从得克萨斯州请去的井控专家死亡。在这次重大的井喷事故发生 后，阿尔伯达能源保护局(AERCB)认为当时的规程已经不足以规范天然气开采业的 安全生产了，因此聚集了天然气行业的各相关方讨论如何进行重大的技术改进。 1987 年 6 月颁布了一个过渡性指令，强调并涉及了含硫井的注册、开采和钻探 的具体条件，其中对天然气井的安全距离有了初步的规定。 于 1995 年由能源保护局(AERCB)和公共设施局(PUB)合并成为能源与公共设施 局(EUB)，EUB 于 2003 年 6 月颁布了 56 号指南能源开发申请程序 ，其中明确 提出了按照释放速度分级的各级天然气钻井井场的安全距离(如表)。可以 2 H S1 1 说该标准对安全距离的制定考虑的因素还是较全面的，很值得借鉴。 表表 EBU56 号指南中钻井井场安全距离的规定号指南中钻井井场安全距离的规定1 1 等级 释放速度（） 2 H S 3 /ms 安全距离规定 一级0.3 距离最近的居民区和商业区 100m；没有其他距离限制。 二级0.32 距最近的居民区和商业区 100m；距最近的公共设施 （公共礼堂，学校，医院等） 500m；没有离市中心距离的 限制。 三级（易出问题的井）26 距最近的居民和商业区 100m; 距最近的公共设施（公共礼堂， 学校，医院等）500m；距最； 近的市中心 1500m. 四级（易出问题的井）6 EBU 将根据特殊情况在三级 井的基础上提出附加距离条件。 1.2.2 国内研究现状国内研究现状 我国石油天然气行业的安全生产一直采用国家监督、行业自律、企业负责的管理 模式，该行业有关设计、技术和设备的规范要求，基本是通过行业推荐性的标准形 式颁布的，我国始终没有颁布有关天然气钻井井场安全距离的国家强制性标准，因 此，天然气钻井开采业对井场安全距离没有给予充分的重视。而且，要使天然气井 钻井井场安全距离的规定在生产中贯彻落实，首先应建立科学的井场安全距离计算 模型和计算方法，制定相应的强制性安全标准，并通过安全规划、安全审批程序等 予以强制执行。我国的石油天然气行业的推荐性标准中，有 7 个标准涉及了井口与 西安石油大学本科毕业设计（论文） 4 居民区及铁路等设施的安全距离，见表 1 一 2。 表表 1-2 石油行业推荐性标准中有关井口安全距离的内容石油行业推荐性标准中有关井口安全距离的内容 标准号标准名称涉及安全距离的条款 /527291SY T 常规钻井安全技术规程3.2.4b 井口距居民住宅 不小 于 100m /5466 1997SY T钻前工程技术条件 3.1.5 井口距民房 100m 以外， 井场边缘距铁路，高压线及其 他永久性设施不得小于 50m。 /595894SY T井场布置原则和技术要求 5.1.3 高压油气井，井口距民 房 150m 以外；井场 边缘距 铁路，高压输电线路，地下电 缆及其他永久性设施不得小于 50m。 /6426 1999SY T钻井井控技术规程 5.1.3 高压油气井，井口距民 房 150m 以外；井场边缘距铁 路，高压输电线路，地下电缆 及其他永久性设施不得小于 100m。 5.1.4 含硫油气田的井，井口 距民房的距离应以使其不受硫 化氢扩散影响为准则。 5225 1994SY 石油与天然气钻井，开发， 储运防火防爆安全生产管理规 定 3.9a 井口距民房 500m 以上 587693SY石油钻井队安全生产检查规 定 3.1.6.1 井口应距民房 100m 以 外； 3.1.6.2 井场边缘距铁路，高压 线及其他永久性设施不小于 40m。 /65862003SY T 石油钻机现场安装及检验5.5c 井口应距民房 500m 以外 2004 年 3 月全国石油钻采设备和工具标准委员会与石油安全专业标准化技术委 员会讨论清理和修改了以上标准中的井口安全距离，统一修改为：油气井井口距铁 路、高速公路不少于 200m；距学校、医院和大型油库等人口密集性场所不小于 500m；距高压线及其它永久性设施不小于 75m。在钻井作业期间，应撤离距油气井 井口 100m 范围内的居民；对含硫油气井(硫化氢浓度大于等于)、高压油 3 20/mg m 气井和区域探井，在钻开油气层前 2 天到完井期间，应撤离距油气井井口 500m 范 围内的居民。此条规定是一般性、通行性的技术条件，对特殊情况，应进行安全风 西安石油大学本科毕业设计（论文） 5 险评估，并采取或增加相应的安全保障措施，然后调整技术条件。随后颁布了钻 前工程及井场布置技术要求 （） ，该标准是对井场布置原则和/54662004SY T 技术要求( )和钻前工程技术条件()修订后/5958 1994SY T/5466 1997SY T 的整合。新的井口安全距离的规定按 照不同的功能区确定了不同的安全距离值，也对含硫油气井(浓度) 2 H S 3 20/mg m 做了统一的规定，但并没有根据硫化氢含量的不同设定井场安全距离。 1.3 所采用的方法、手段以及步骤所采用的方法、手段以及步骤 （1）到图书馆查阅国内外资料，分析天然气钻井井场安全距离的研究现状。对 天然气井钻井事故中最严重的、波及范围最广的井喷事故进行分析，调研 井喷失控后可能发生的火灾、爆炸及硫化氢扩散中毒等事故伤害范围的理 论计算方法和实验数据资料，蒸气云爆炸的爆炸波效应模型、爆炸火球的 效应模型及毒气扩散的浓度分布模型和噪音影响。 （2）选取合适的火灾、爆炸及硫化氢扩散的伤害范围计算模型，选择井场周围 居民的伤害程度指标，计算出死亡、重伤和轻伤半径，从而给出发生井喷 事故时的伤害范围以及根据钻井常用设备噪声值计算安全距离。 （3）建立天然气钻井井场安全距离的计算模型，确定不同等级的天然气钻井井 场的安全距离。 （4）采用川钻井的现场真实数据资料，分析计算川钻井发生井喷时的16#16# 伤害范围，通过对居民分布情况和伤害范围的分析，说明川钻井井喷16# 事故的危险性。 西安石油大学本科毕业设计（论文） 6 2 天然气钻井井场安全距离的理论基础天然气钻井井场安全距离的理论基础 2.1 事故因素分析事故因素分析 2.1.1 可能发生的事故类型可能发生的事故类型 钻井的操作对象是底层，即使在钻井之前已经进行了地质研究和地球物理勘探， 但由于很难了解钻具在井下的工作情况，给钻井的设计和施工带有极大的盲目性， 而且油气层往往伴有异常压力，使用的成套机械设备大都高大复杂，这样造成了钻 井作业中存在着许多危险因素。常发生的事故包括井喷后（主要是气体）的火 2 H S 灾，爆炸和中毒，以及噪声，其中钻井噪声主要来自柴油机，发电机组，钻机，钻 井泵等机械设备的运转钻井常用设备噪声值见表。2 1 表表 钻井常用设备噪声值钻井常用设备噪声值2 1 序号设备名称噪声值/kg h 1柴油机100 120 2钻井泵97 100 3发电机组100 110 /2.1.2 事故发生的破坏程度事故发生的破坏程度 研究安全距离就是要确定事故发生后对周围居民和公共设施等能产生多大的影响， 具体包括冲击波，热辐射，噪音和毒性的影响。如井喷失控后发生的典型灾害形式 有：喷射燃烧，蒸气云爆炸及硫化氢毒气扩散。 2.2 有害气体有害气体排放环境安全距离估算模式排放环境安全距离估算模式 2 H S 2.2.1 硫化氢的物理化学性质硫化氢的物理化学性质 硫化氢是一种无色，有臭鸡蛋味，剧毒，可燃和具有爆炸性的气体，其主要的物 理化学性质如下： （1）一种无色气体，沸点为()。60.2 C 76.4 F （2）在的低浓度时，可闻到臭鸡蛋味；当浓度高于时，人0.3 4.6ppm4.6ppm 的嗅觉迅速钝化而感觉不出它的存在，因此气味不能用作警示措施。 （3）毒性较一氧化碳大倍，几乎与氰化氢的毒性相同。5 6 （4）燃点为（） ，燃烧时呈蓝色火焰，产生有毒的二氧化硫，危260 C 500 F 害人的眼睛和肺部。 西安石油大学本科毕业设计（论文） 7 （5）在（） ，（）下相对密度为 1.189，比空气略15 C 59 F 0.10133MPa1atm 重，极易在低洼处聚集。 （6）其与空气混合浓度达时将形成一种爆炸混合物。4.3% 46% （7）易溶于水和油，在，1 个大气压下，1 体积的水可溶解 2.9 体积的硫20 C 化氢。溶解度随溶液温度升高而降低。 （8）含硫化氢的水溶液对金属具有强烈的腐蚀作用。 2.2.2 硫化氢对人体的危害硫化氢对人体的危害 危害的生理过程： 硫化氢只有进入人体并与人体的新陈代谢发生作用后，才会对人体造成伤害。硫 化氢侵入人体的途径有三条： （1）通过呼吸道吸入； （2）通过皮肤吸入； （3）通过消化道吸入。 硫化氢主要通过人的呼吸器官对人产生伤害，只有少量经过皮肤和胃进入人的肌 体。吸入的硫化氢大部分滞留在呼吸道里。硫化氢与呼吸道粘膜的表面接触时与碱 反应生成，具有刺激和腐蚀作用。但硫化氢对人体的危害主要在于对肌 2 Na S 2 Na S 体总的伤害上。 硫化氢是一种神经毒剂，亦为窒息性和刺激性气体，可与人体内部某些酶发生作 用，抑制细胞呼吸，造成组织缺氧。硫化氢进入人体，将与血液中的溶解氧发生化 学反应。当硫化氢浓度极低时，它将被氧化，会压迫中枢神经系统，对人体威胁不 大；中等浓度硫化氢会刺激神经；而硫化氢浓度较高时，将夺去血液中的氧，会引 起神经麻痹，使人体器官缺氧，造成人中毒，甚至死亡。 硫化氢对血液的氧化作用最初表现为红血球数量升高然后下降，血红蛋白的含量 下降，血液的凝固性和粘度上升。硫化氢中毒时，人体血红蛋白对氧气的呼吸能力 将大幅下降，致使血液中氧气的饱和能力降低。 硫化氢被吸入人体，通过呼吸道，经肺部，由血液运送到人体各个器官。首先刺 激呼吸道，使嗅觉钝化，引发咳嗽，严重时呼吸道被灼伤；接着眼睛被刺痛，严重 时将失明；刺激神经系统，导致头晕，丧失平衡，呼吸困难；心脏跳动加速，严重 时心脏缺氧导致死亡。 硫化氢中毒发病机理： （1）血液中高浓度硫化氢可直接刺激颈动脉和主动脉区的化学感受器，导致反 射性呼吸抑制。 （2）硫化氢可直接作用于脑，低浓度时起兴奋作用；高浓度时起抑制作用，引 西安石油大学本科毕业设计（论文） 8 起呼吸中枢和血管运动中枢麻痹。 （3）硫化氢引起呼吸暂停，肺水肿以及血氧含量降低，可致继发性缺氧，从而 导致中毒人员发生多器官功能衰竭。 （4）硫化氢遇到眼睛和呼吸道粘膜表面的水分后分解，对粘膜有强刺激和腐蚀 作用，引起不同程度的化学性炎症反应。对组织损伤最严重，易引起肺水 肿。 （5）硫化氢可使冠状血管痉挛，心肌缺血，水肿，炎性浸润及心肌细胞内氧化， 造成心肌损害。 中毒症状：中毒症状： 慢性中毒：慢性中毒： 人体暴露在低浓度硫化氢环境（如）下，将会慢性中毒，症状是：50 100ppm 头痛，晕眩，兴奋，恶心，口干，昏睡，眼睛剧痛，连续咳嗽，胸闷及皮肤过敏等。 长期在低浓度硫化氢条件下工作，也可能造成人员窒息死亡。 长期与低浓度硫化氢接触，常出现神经衰弱综合症和植物神经功能紊乱。硫化 氢主要作用于中枢神经系统和呼吸系统，亦可伴有心脏等多器官损害。 急性中毒：急性中毒： 吸入高浓度的硫化氢气体会导致气喘，脸色苍白，肌肉痉挛；当硫化氢浓度大 于时，人很快失去知觉，几秒钟后就会窒息，心脏停止工作，若果未及时700ppm 抢救，会迅速死亡。而当硫化氢浓度大于时，只要吸一口气，就会立即死2000ppm 亡。 硫化氢急性中毒后，会引起肺炎，肺水肿，脑膜炎和脑炎等疾病。经硫化氢中 毒后，人对其敏感性将提高，如人的肺在硫化氢中毒后，即使空气中的硫化氢浓度 较低时，也会引起新的中毒。 2.2.3 硫化氢监测仪器硫化氢监测仪器 国内外硫化氢监测方面的仪器和器具类型较多，着重介绍 型，Pac 型和型便携式硫化氢监测仪。87HS114SP （1） 型便携式气体检测仪Pac 1）技术性能： 检测原理：电化学。 检测气体：有毒气体（,等）和氧气（需要更换不同的传感器） 。 2 H S 2 SOCO 检测范围：，。 2 H S0500ppm 指示方式：液晶显示。 报警方式：声光报警，预警是有规律间断的单音信号声，主警是有规律间断的双音 西安石油大学本科毕业设计（论文） 9 信号声。 运行温度：。-20+55 C 工作时间：碱性电源以上，镍铬电源以上，锂电源以上。600h200h1000h 电源低电压 报警：蜂鸣器发生连续声及显示特殊符号。 尺寸：。6711632mmmmmm 质量：约。200g 爆炸级别：本质安全设计。 2）使用方法： 开机之前：按“”键，显示仪器 ID 和传感器所监测的气体类型。 开机：按“”键，显示所监测的气体类型，浓度和测量单位。 关机：同时按“”和“”键至少 1 秒。 报警：报警后按“”键确认报警。 信息模式：按“”键显示下一屏。 菜单模式：按“”键 3 秒以上，显示菜单选项。 照明：按住“”键，显示屏背景照明将开启 10 秒。 日常应用菜单操作：按“”键翻页；按“”或“”键换行；光 标指在字位上时，按“”或“”键加或减数字，：按“”键右移 光标或确认；选择并确认“ACCEPT”菜单行即确认所选的数值，若选择并确认 “CANCEL”,菜单行则不接受已更改的数值。 （2）型便携式硫化氢监测仪87HS 1）技术性能： 检测原理：电化学，二电极传感器。 检测气体：空气中的硫化氢。 检测范围：基本范围：；030.0ppm 提供范围：。099.9ppm 指示方式：数字液晶显示 3 位；具有暗处自动照明功能。 检测误差：( 指满量程)。5% .F S .F S 报警设置及方式：报警预设点（）间歇声；10ppm 过量程报警（）持续声；100ppm 低电压报警持续声； 蜂鸣器和报警灯属非制锁式。 报警精度：优于预置标准。30% 响应时间：以上在 20 秒内响应。90% 运行温度：。-10+40 C 电源：碱电池或镍镉电池任选 2 节。 西安石油大学本科毕业设计（论文） 10 连续使用：至少 250 小时。 尺寸：。6811225.6mmmmmm 质量：约。180g 爆炸级别：本质安全设计。 使用方法： 使用前的顺序检查:电源开关值“ON” ，检查电池电压。此时仪表读数低于 ，而蜂鸣器持续报警时，表示电压过低，必须更换电池。50ppm 调整零点，检查传感器。用调零旋钮调整数字显示读数为 00.0（即在清洁空气中 的读数，通过调零旋钮使读数从00.0 慢慢调向（+）向，直至显示 00.0，这样可使 调整更准确） 。 电源正常，调零完成后仪器即可用于检测。当仪器检测硫化氢超过 99.9ppm 时， 读数将显示 1，此时蜂鸣器响，发光二极管灯亮。出现这种过量程显示时， 可将仪器带到清洁的空气中，使其读数自动恢复到 00.0. 当环境变暗时，该仪器的显示部位有自动照明功能；当环境嘈杂，难以听到本 仪器的蜂鸣声时，建议使用外接蜂鸣报警器。 （3）型便携式硫化氢监测仪114SP 1）技术性能： 检测原理：电化学。 检测气体：空气中的硫化氢。 检测范围：。0200ppm 指示方式：3 位半数字液晶显示。 检测误差：。5% .F S 报警设置：。10ppm 报警方式：蜂鸣器断续急促声音，报警指示灯闪亮。 报警误差：。8% 响应时间：以上在 30 秒内响应。90% 运行温度：。-5+45 C 电源电压：4.8V。 电源低电压报警：蜂鸣器发出连续声及显示“LOBAT”字样，报警指示灯连续发光。 连续使用：开泵4 小时，扩散10 小时。 吸气泵抽气量：。0.5 / minL 传感器寿命：2 年。 尺寸：。20014060mmmmmm 质量：约 820g. 西安石油大学本科毕业设计（论文） 11 爆炸级别：本质安全设计。 使用方法： 开启电源：按下电源“开机”触摸键即可接通电源，此时电源指示灯发红光，仪器 将有显示。 检查电源电压：电源接通后或在仪器工作过程中，如果蜂鸣器发出连续声，同时液 晶显示“LOBAT”字样，报警指示灯连续发光时，说明电源电压不足，应立即关机 充电 1416 小时，充电必须在安全场所进行。 零点校正：如果在新鲜清洁的空气中数字显示 不为 000。 ，则用螺丝刀调整调零电 位器“” ，使显示为 000；如果达不到零点或数字跳动变化较大，则说明传感器可 1 Z 能出现问题，应与厂家联系修理或更换。 正常测试：开机并在空气中调节 000 显示后，即可进行正常测试。如果需要测试硫 化氢含量而操作人员不能进入该区域时，可将本机采样管接入吸气嘴，将采样管口 伸到被测地点，按动“开泵”触摸键，开泵指示灯发出红光，此时测试的气体是从 吸气嘴吸入的硫化氢。 关泵及关机：用两个手指同时按下“开泵”及“关”触摸键，即可停泵；用两个指 头同时按下“开机”及“关”触摸键，即可关机。 2.2.4 排放环境安全距离估算模式排放环境安全距离估算模式 2 H S 井喷失控事故造成硫化氢或天然气等气体泄漏情况下的环境安全距离估算，可选 用环境影响评价技术导则 大气环境 （）推荐的非正常排放扩散计2.2 1993HJ 算其地面浓度场，然后根据不同环境质量要求下的浓度限值确定针对不同环境功能 要求的环境安全距离。具体模式如下： （1） 有风情况（） 10 1.5/Um s 以发生井喷失控的井口地面位置为原点，设井深和喷流高度之和为有效源高，设为 ，平均风向轴为轴，井喷源强为（） ，非正常排放时间即井喷持续时 e HXQ/mg s 间为，则 时刻地面任一点的浓度应按下式计算：Tt(, )X Y 22 1 22 exp(). 22 e yzyz HQY CG U 式中， 1 ()() 1() ()()() t xx tt xx UXX tT G UXUUTX tT 2/21 ( ) 2 S t Sedt 西安石油大学本科毕业设计（论文） 12 11xy X 22x X 式中， ，为水平和垂直扩散系数，取值见表，表；为下 y z m2223X 风向距离，；为 时刻地面任一点污染物浓度值，；mCt(, )X Y 3 /mg m ，为油气井的深度，；为喷流抬升高度，；为排放口风 e HHHHmHmU 速，；，分别为有风条件下的扩散参数系数。/m s 1 2 1 2 表表 横向扩散参数幂函数表达式数据（取样时间横向扩散参数幂函数表达式数据（取样时间）220.5h 扩散参数 稳定度等级 ( . )P S 1 1 下风距离/m A0.901074 0.850934 0.425809 0.602052 01000 1000 B0.914370 0.865014 0.281846 0.396353 01000 1000 BC0.919325 0.875086 0.229500 0.314238 01000 1000 C0.924279 0.885157 0.177154 0.232123 01000 1000 CD0.926849 0.886940 0.143940 0.189396 01000 1000 D0.929481 0.888723 0.110726 0.146669 01000 1000 DE0.925118 0.892794 0.0985631 0.124308 01000 1000 E0.920818 0.896864 0.086001 0.124308 01000 1000 1 1y X F0.929481 0.888723 0.0553634 0.073348 01000 1000 西安石油大学本科毕业设计（论文） 13 表表 垂直扩散参数幂函数表达式数据（取样时间垂直扩散参数幂函数表达式数据（取样时间）230.5h 扩散参数 稳定度等级 ( . )P S 2 2 下风距离/m A1.12154 1.5260 2.10881 0.0799904 0.00854771 0.000211545 0300 300500 500 B0.941015 1.09356 0.127190 0.0570251 0500 500 BC0.941015 1.00770 0.114682 0.0757182 0500 500 C0.9175950.1068030 CD0.838628 0.756410 0.815575 0.126152 0.235667 0.136659 02000 200010000 10000 D0.826212 0.632023 0.555360 0.104634 0.400167 0.810763 11000 100010000 10000 DE0.776864 0.572347 0.499149 0.104634 0.400167 1.03810 02000 200010000 10000 E0,788370 0.565188 0.414743 0.0927529 0.433384 1.73241 11000 100010000 10000 2 2z X F0.78440 0.525969 0.322659 0.0620765 0.370015 2.40691 11000 100010000 10000 （2） 小风和静风情况 10 (1.5/0.5/ )m sUm s 10 (0.5/ )Um s 时刻地面任一点的浓度为：t(, )X Y 3 3/22 01 02 2 (2) . QA CG 2 2 1212 1 1 2 21212 1 2 112 1 2111 exp()12()() 111 exp()exp() 211 2()2()() A AAAAtT AttA GAAAA AttT A AAAtT tTtA 222 01 1 2 0102 1 () 2 e AXYH 西安石油大学本科毕业设计（论文） 14 222 01 2 02 ()/() e AXuYvXYH 2222 222 01 3 22 010202 ()1 () exp/() 2 ee vuHHuYvX AXY 式中， 分别为,方向的风速；扩散参数，uvXY 01( ) xy tt ，的取值见表；为烟团排放时的时间。 02( ) z tt 01 02 24 t 表表 扩散参数的系数扩散参数的系数，的取值的取值24 01 02 01 02 稳定 度 ( . )P S 10 0.5/Um s 10 1.5/0.5/m sUm s 10 0.5/Um s 10 1.5/0.5/m sUm s A0.930.760.151.57 B0.760.560.470.47 C0.550.350.210.21 D0.470.270.120.12 E0.440.240.070.07 F0.440.240.050.05 （3）的确定 e H 将油气井视为地下排气筒，出口与地面持平，则,可用环境影响评0H e HH 价技术导则 大气环境推荐的烟气抬升模式来估算井喷气体喷出高(2.2 1993)HJ 度。 1）当喷流气体热释放率大于或等于，且气流温度与环境温度的差值 h Q2100/kJs 大于或等于时，采用下式计算:T35KH 12 1 0 nn h Hn Q H U 0.35 hv S T QP Q T s TTT 式中，为井喷气流热状况及地表系数；为井喷气流热释放率指数；为油气 0 n 1 n 2 n 西安石油大学本科毕业设计（论文） 15 井高度指数；为井喷气流热释放率，；为大气压力，；如无实测值， h Q/KJsP a kP 可取邻近气象台季或年平均值；为实际气流排出率，；为井喷气流出口 v Q 3 /msT 温度与环境温度差，；为井喷气流出口温度，；环境大气温度，如无K s TKTK 实测值，可取邻近气象台季或年平均值；为油气井出口处平均风速，。U/m s ，的取值可参照烟气热状况及地表系数，烟气热释放率指数，排气筒高度 0 n 1 n 2 n 指数的取值，见表。25 表表 ，取值参照表取值参照表25 0 n 1 n 2 n /(/ ) h QkJs 地表状况 （平原） 0 n 1 n 2 n 农村或城市 远郊区1.4271/32/3 2100/(/ ) h QkJs 城市及近郊 区1.3031/32/3 农村或城市 远郊区0.3323/52/5 2100/21000/ h kJsQkJs 且35TK城市及近郊 区0.2923/52/5 2）当时，1700/2100/ h kJsQkJs 121 1700 () 400 h Q HHHH 1 2(1.50.01)/0.048(1700)/ shh HV DQUQU 式中为井口处气流喷出速度，；为油气井直径，；按式计算；， s V/m sDm 2 H 0 n ，按表中值较小的一类选取。 1 n 2 n1 5 h Q 3）当或者时，1700/ h QkJs35T 2(1.50.01)/ sh HV DQU 4)有风时，稳定条件，按下式计算喷流有效高度：2/3 1/31/31/3 (0.0098) h dT HQU dZ 5)静风和小风时，按下式计算喷流有效高度：H 西安石油大学本科毕业设计（论文） 16 ，取值宜小于。 1/43/8 5.50(0.0098) h dT HQ dZ dT dZ 0.01/K m 2.3 蒸气云爆炸危害模型蒸气云爆炸危害模型 天然气在世界能源构成中占有重要的地位，也是我国增长最快的能源之一。 它具有易燃，易爆等特性，一旦发生大量泄漏，极易与周围空气形成爆炸性蒸气云。 如果遇到明火源将会引起火灾及爆炸，所产生的爆炸冲击波伤害性极大。对可燃蒸 气云的伤害范围进行有效评估，预知距离爆炸源不同位置的危险程度，划分安全距 离，并根据伤害范围提出预防措施，对天然气的生产，使用，储存等具有重要意义。 2.3.1 蒸气云爆炸后果预测模型蒸气云爆炸后果预测模型 蒸气云爆炸后果的预测模型主要有树枝模型，物理模型和关系模型。其中关系 模型比较方便应用，从而得以广泛使用。关系模型主要有当量模型，多能法，TNT 模型等。kerBaStrehlow 2.3.1.1 当量模型当量模型TNT 蒸气云爆炸的能量用当量描述，即将参与爆炸的可燃气体释放的能量折合TNT 为能释放相同能量的炸药的量，这样就可以利用有关爆炸效应的实验数据TNTTNT 预测蒸气云爆炸效应。对于蒸气云，当量模型的计算通常有以下步骤：TNT （1）确定蒸气云中可燃气体的质量。比如，可以通过爆炸上，下限的