低压页岩气井临时集输工艺风险分析.docx

低压页岩气井临时集输工艺风险分析 杨 威韩 松( 重庆科技学院安全工程学院，重庆 401331)摘 要: 页岩气开发受到技术、成本和环境的多重影响，并且页岩气开发的标准和规范存在诸多空白。在技术不成熟，输气管线不到位，采气站、天然气处理站建设滞后的情况下，页岩气集输工艺存在诸多的安全隐患。对 x 低压页 岩气井临时集输工艺进行风险分析，通过 safeti 软件进行模拟，发现该临时集输工艺存在的风险，根据“for safety” 理论提出安全防护措施。关键词: 页岩气; 低压页岩气井; 临时集输工艺; 风险分析; for safety中图分类号: te866文献标识码: a文章编号: 1673 1980( 2013) s1 0021 04x 气井所处页岩气区块气井数量较少，cng 拉气点尚未建成，因此，采用长管拖车进行临时 集 输。 此类集输方式在其他页岩气井中 也 有 运 用，但 是 x 气井属于低压气井，需要经过天然气压缩机来加压 充装进气瓶。该临时集输工艺存在着临时用 电、天 然气压缩等风险。为了保证该井后续页岩气井开发的集输安全，有必要对其进行风险分析并提出防护措施。1x 气井临时集输工艺1. 1临时集输工艺流程图x 气井临时输气工艺流程见图 1。1 采气管线; 2 井口截断阀; 3 加热炉; 4 节流阀; 5 气液分离器; 6 孔板流量装置; 7 输气截断阀; 8 排气过滤器;9 压缩机; 10，13 流量计; 11 cng 长管拖车( 半挂车) ; 12 液位控制自动放液阀; 14 液体截断阀; 15 水管线图 1 x 气井临时输气工艺流程图x 气井来气采气管线 1 通过井口截断阀后到加热炉 3，加热后的天然气经节 流 阀 4 降 压 节 流 进 入 到气液分离器分别分离出汽、水，天然气经气液分离 器顶部进入脱水装置，经过孔板流量装置计量后，经 节流阀 7 降压后进入到排气 过 滤 器 8，过 滤 掉 天 然 气组分当中的固体杂质后，进入到压缩机 9 加压至20 25 mpa，通过流量计 10 充装至长管拖车 11 所 携带的高压气瓶当中。1. 21. 2. 1x 气井临时集输工艺主要设备天然气压缩机( 1) cng 压缩机x 页岩气井采用的是往复型压缩机。该压缩机 是一种全平衡型、往复活塞式可变工况压缩机，采用 最新压缩机设计制造技术，具有转速高、结构 紧 凑、 使用经济、操作简易、维修方便等优点。驱动方式灵 活，可根据需要选用柴油机、电动机和天然气发动机收稿日期: 2013 08 20作者简介: 杨威( 1989 ) ，男，湖北麻城人，重庆科技学院在读硕士研究生，研究方向为石油安全。21杨威，等: 低压页岩气井临时集输工艺风险分析组成，长管拖车到达加氢站后，车头和管束拖车可分离，所以管束也可用作辅 助 储 氢 容 器。x 井 地 处 偏 远，加之 cng 输气站尚未建立起来，通过 cng 长管 拖车进行天然气的集输工既经济又实惠。x 气井采 用 8 管长管拖车进行充装，cng8 管长管拖车性能 参数见表 2。等。该系列压缩机可广泛应用于油气田的轻烃回 收、增压、输气以及 cng 汽车加气站的标准站、子站 和母站中。该压缩机列数为 4，集体功率为 420 kw， 最大允许气 体 力 为 45 kn，进 气 压 力 范 围 0. 1 20mpa，排量在 300 5 000 nm3 h 之间。为了提高压缩机压缩效率，该压缩 机 在 压 缩 单 元之前设计了三级进气气液分离罐和过滤器。三级 进气气液分离罐的作用是防止经过分离器和脱水装 置之后剩余的液体影响压缩效果，将部分液体冷凝 下来排走，同时也用于管路的保温。而过滤器 的 作用是为了防止天然气当中存在的少量固体颗粒杂质对压缩机性能的影响。三级进气气液分离罐压力容器类 别 为 类，设 计压力 20 mpa，耐压试验压力为 27. 4 mpa，工作压 力 17. 19 mpa，设 计 温 度 10 180 ，容 积 0. 027m3 ，工作介质为净化天然气。过滤器壳体压力容器类别为类，设计压力 27. 5 mpa，耐压试验压力 36mpa，最高允许工作压力 27. 5 mpa，设计温度 80 ， 容积 0. 003 m3 ，工作介质为天然气。排气过滤器工作温度小于 80 ，公 称 流 量 为 12 nm3 min，设 计 压 力 27. 5 mpa。( 2) cng 压缩机配电柜该压缩机由 pxk 系列正压型防爆配电柜供电， 该配电柜主要参数见表 1。表 2cng8 管长管拖车性能参数项目参数dot 3aax，dot e8009dot 3aax 2900d = 559 mm，l = 10. 98 mcr mo steel4130 x2. 250 m3 8 根18 m34 000 l3 190 kg20 mpa 40 60 33. 33 mpa执行标准钢瓶规格 钢瓶尺寸 钢瓶材质 钢瓶水容积 总容积 单根容积 核载质量 工作压力 工作温度水压试验x 气井临时集输工艺风险分析通过现场照片和实地调研，发现 x 临时集输工 艺存在很多问题。首先，结合安全检查表的方 式 发 现表观问题，然后，通过 safeti 软件对长管拖车泄 漏风险进行模拟，发现潜在风险。2. 1 临时用电存在的风险x 气井临 时 集输工艺的压缩机原动机需要由 420 v 高压交流电供电，因此，其在井场护栏外围搭 建了一条临时用电线路。在有火灾爆炸危险场所临 时用电，没有办理临时用电许可证。通过对该井 用电情况进行危害识别，天然气站场为危险爆炸区 域开展临 时 作 业; 施工现场临时用电安 全 技 术 规 范jgj46 2005 规定防爆场所需要选用具有 一 定 防爆等级的元件，但是该临时用电线路采用了一半 电源线; 该临时用电线路为架空线，国标规定“临时 用电线路架空线最大弧垂与地面距离在施工现场不 小于 2. 5 m，架空线严禁架设在树木和脚手架上”， 该临时用电线路绑扎在外围的金属网上，其高度不 仅低于 2. 5 m 的国家规定，而且没有做任何的防爆 绝缘措施。2表 1pxk 系列正压型防爆配电柜主要参数项目参数适用场所1 区、2 区危险场所iia、iib、iic 类，温 度 组 别 为 t1 t4 的 爆 炸 性 气 体环境适用环境gb3836. 1 2000、gb3836. 2 2000、gb3836. 3 2000、iec60079执行标准防爆标志防护等级 工作压力气源压力expdeiict4ip6560 1 000 pa0. 2 0. 8 mpa1. 3 cng 长管拖车长管拖车运输 cng 技术最早源于 美 国 cpi 公 司，其 cng 加 气 站用成套设备在美国及其以外的 1 000多座 cng 加气站上得到应用。其运输及储存 设备于 1995 年被应用于吉林油田及中原油田等引 进的 cng 加气站中1。随后中国从美国和韩国等 陆续进口了大量长管拖车。长管拖车由车头和拖车222. 2移动式压力充装工艺存在的风险2. 2. 1 压缩机单元的风险该压缩机由于压缩的是易燃易爆 的 天 然 气，因杨威，等: 低压页岩气井临时集输工艺风险分析此，pxk 正 压 型 配 电 柜可能产生电火花而发生爆 炸。正压腔内装元件的工作热量可随气路带 走，具 有很好的散热功能，适用于解决大功率防爆变频器 的散热问题。原装风机没有携带，而临时调用 了 一 个风机为配电柜提供稳定的气流。由于是临时匹配 的风机，送风管道与配电柜原有的管道不相符合，因 此，将配电柜打开来进行鼓风。电气设备通风 要 求 风机吸入的气体不含易燃易爆物质，且保证气体清 洁，通风正压不低于 0. 196 kpa，废气不 应 排 入 危 险 爆炸区域。该工艺中临时风机均满足上述条件。2. 2. 2 cng 长管拖车泄漏风险cng 长管拖车在充装过程和行驶在路面时，一 旦发生泄漏，遇到火源容易发生火灾甚至爆 炸。通 过 safeti 软件模拟，已知 d = 559 mm，以全部气瓶 发生爆炸为例，气 瓶 压 力 20 mpa，气瓶充装系数为 0. 9，容积 v = 4 000 l，泄漏气瓶点离地高度 1 m，大 气环境为常温常压，风速 1. 5 ms。单根 cng 气 瓶 泄漏模拟结果如图 2 所示。8 根 cng 气瓶整体发生爆炸后所带来的后果，这里进行了 tnt 当 量 计 算，并 对 死 亡、重伤和轻伤半径 进行了计算，结果如图 3 所示。表 3 cng 气瓶爆炸后果模拟结果面积 m3序号类别半径 m1死亡15. 1716. 32重伤42. 35 621. 23轻伤78. 719 458. 14财产损失44. 86 305. 3从 x 气 井 半 径 5 km 内 人 文 情 况 示 意 图 看 出，500 m 范围内没有居民居住，然而实际调查发现，在 距井口大约 50 m 处有村民居住，这些居民处于轻伤 半径当中，存在潜在风险。3基于 for safety 的安全防护措施for safety 理论是近代安全科学与 工 程 学 科 领域内基于失效系统运动方向的理论。当系统内的某一个元件失效，系统的能量移动方向朝着不危害人 的生命健康的方向移动。常见的有接地保护和联锁 保护装置 等。但 是，目前的生产经 营 活 动 中，基 于 for safety 的设计较少。3. 1临时用电的 for safety 安全防护设想当人体接触强电流瞬间，如果能够 迅 速 摆 脱 或使电网断电，都能保住生命。井场临时用电最 主 要的是预防人体触电和火花引燃天然气。在防止人体 触电方面，除了人自身要提高安全防护外，如擦干操 作的手 指，释 放 静 电 等，另 外 还 有 2 种 安 全 防 护 设 想，第一，在主要用电器旁边加装除了总开关之外的 紧急断电按钮，该按钮可设置为类似机械设备的紧 急停车按钮，颜色为红色，蘑菇型按钮，直径大于 30 mm，按钮凸出无边框，另外为了防止紧急切断电源 的电火花，采用空气开关并加装密封装置，将按钮裸 露即可; 第二，将临时用电区域内的常用电器形成单 独的用电闭环电路，设计最高接入电阻，当人体触电 接入该闭环电路时，此时人体超过最高设计电阻，用 电系统将自动断电。3. 2 天然气压缩机 for safety 安全防护设想天然气压缩机原油的安全防护主 要 有，配 电 柜 的正压型能够防止天然气气体进入及配电柜的防爆 性能等。但天然气压缩机其 他 组 件 ( 鼓 风 机，气 液 分离罐和 过 滤 器 等) 的 安 全防护措施缺失。首 先， 在鼓风机吸风口处加装一个空气净化装置，在配电23图 2 单根 cng 气瓶泄漏足迹图单根气瓶 cng 气瓶泄漏以后，泄漏半径最大达到 18 m。甲烷浓度为 22 000 mg /l 的面积为 926. 5 m2 ，甲烷浓度为 44 000 mg /l 的面积为 533. 554 m2 。 图 3 显示的是单根 cng 气瓶完全泄漏后影响的范 围。其中中部椭圆形区域的天然气与空气混合极易 产生爆炸性混合物。图 3 单根 cng 气瓶泄漏最大影响范围为了考虑 cng 长管拖车的最大风险情况，考虑杨威，等: 低压页岩气井临时集输工艺风险分析柜中加装一个天然气浓度报警装置，报警浓度设置为天然气爆炸下限浓度的 20% 30% 左右。其次， 气液分离罐，要设置液位报警装置，液位过高或过低 都能触发连锁装置启动，使压缩机停机; 最后，对压 缩机的过滤器设置灵敏称重装置，当过滤器的过滤 片质量超过一定范围时，自动提示需要更换滤芯，防 止过滤器内蹩压。水稀释泄漏天然气，在救援力量到场之前控制事故影响范围。4结论页岩气开发在我国仍然处于起步 阶 段，其 中 存在很多与常规天然气开采不同的情况和环节，在开 展新工艺时，要注意从安全的角度进行作业，防止盲 目施工而造成危险。同时，基于 for safety 的安全防 护措施，可降低暴露时间和控制能量释放途径，随着 科技的发展，在页岩气开发领域内将发挥其理论指 导作用。3. 3cng 长管拖车 for safety 安全防护设想cng 长管拖车在临时集输工艺中，接受井口天然气后，由于井场所在位置一般较为偏远，且路面颠簸可能遇到以前没有的路况等。第一，设置紊 乱 度 报警器，cng 压缩天然气在平整路面行驶和在颠簸 路面行驶气体的紊乱程度不一样，为此，通过紊乱度 探测仪的测量，将紊乱情况反应到驾驶司机的表盘 上，以提醒司机注意驾驶速度和平稳度; 第二，设置 自动牵引销拆除装置，半挂车的车体与车头是通过 牵引销链接，普通牵引销需要人力来拆除，可以设计 自动拆除装置，在紧急情况下让车头与车体分离，不 仅能保证驾驶司机的安全，而且还能提供更多的救 援时间; 第 三，在挂车车体框架上加装水雾喷洒装 置，在车体上附带一个大型水箱，在紧急情况下，抽参考文献1 梁瑞，邵松伟，颜鹏飞 . cng 气瓶 泄 漏 爆 炸 后 果 评 价 模 型对比分析j. 压力容器，2009( 1) : 29-31.2 赵生孝，何长瑾，李进秀，等 . 低压低产气井采气工艺技术研究j. 青海石油，2009( 1) : 31-35.3 郭卫江 . cng 气瓶安装监督检验风险控制j. 宁夏工 程技术，2012( 3) : 271-274，279.4 王丽娜 . 压缩天然气运输和长管拖车制造及检验j.河北工业科技，2011( 1) : 52-54.the isk analysis of temporary gathering technique inlow pressure shale gas wellyang weihan song( school of safety engineering ，chongqing university of science and technology，chongqing 40