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第五模块 气田安全生产第一章 天然气生产各环节的安全生产第一节 天然气井、站安全生产1.1天然气开采工人作业环境调查1.1.1调查内容与方法（1）调查项目及检测方法根据企业存在的职业病危害因素，选择测定项目为：粉尘、毒物、噪声。粉尘检测采用DFC一3BT型粉尘采样器，按工作场所空气中粉尘测定第1部分：总粉尘浓度(GBZT1921-2007)的规定进行；毒物采用XQC一15E大气采样仪，按工作场所空气中有毒物质测定(GBZT1602007)的规定进行；噪声按工作场所物理因素测量第8部分：噪声(GBZ18982007)用SoundProDL一211精密声级计进行检测。（2）评价依据依据工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素(GBZ 2.12007)、工作场所有害因素职业接触限值第2部分：物理因素(GBZ2.22007)进行评价。1.1.2 调查结果粉尘、毒物、噪声仍是油气开采业危害广大职工身体健康的职业病危害因素。油气开采过程中还可遇到甲烷等易燃易爆气体，是发生事故的主要原因。噪声检测结果强度在7291 dB(A)之间，高噪声作业点主要分布在油气的加压外输及净化过程中，应引起重视，在生产过程中，尽管各种防护用品发放齐全，但工人佩戴个体防护用品意识淡薄。另外，不良气象条件也是影响作业环境的主要因素，在夏季作业时受太阳辐射产生的高温影响，冬季作业时受到环境低温等不良环境条件的影响，油气开采中的单调作业、长时间作业均能影响广大职工的生理、心理健康 。通过对油气开采业劳动环境调查，噪声是危害工人的主要职业病危害因素，该行业粉尘污染状况也不容乐观。近几年噪声治理工作尽管有很大进展，由于在工程技术上噪声很难控制，所以加强个人防护显得更为重要。根据以上存在的问题，以后企业还应做如下工作：(1)建议在生产过程中定期检修设备，随着科技发展，不断改进生产工艺、生产设备，加强防噪声工程技术措施，改善作业环境，防止职业病发生。(2)根据职业病防治法的有关规定，对工人进行上岗前、在岗期间及离岗时职业性健康体检。(3)定期对作业场所进行作业环境监测，确保良好作业环境，预防职业病发生。(4)要注意低浓度职业病危害因素对生产工人健康的远期影响及多种有害因素对人体的联合作用。(5)建立健全职业卫生制度，完善健康监护档案；提高个人职业卫生防护意识及注意个人防护用品合理应用。1.2天然气站场的安全动火工业动火是指在天然气站场内的各种输气设备、管网等易燃易爆介质的容器上、输气管道上以及易燃易爆生产场所内，使用直接或间接明火的施工作业。根据动火部位危险程度及影响范围，工业动火可分为三级。在生产运行中，新改扩建设备的安装、设备维修、技改更换，往往离不开动火作业，且往往又是一边生产，一边动火稍有不慎很容易发生火灾爆炸事故，给站场造成巨大的经济损失。可以说分输站场的动火作业是一项技术性强、要求高、难度大、颇具风险的特殊作业。因此，做好天然气站场的安全动火工作，是至关重要的大事情。1.2.1隔离介质将要动火的设备、管道及其附件和相关联的运行系统作有效的隔离，如在管道上加堵盲板，砌筑黄油墙等，隔绝天然气进入动火作业点。流程切换进行放空置换，并要测试阀门是否有内漏现象。同时还要注意周边是否有天然气渗漏，特别是上风处，如果有，应禁止动火。1.2.2设置警戒动火期间现场设立警戒区，严禁交叉作业，现场施工人员控制在最小范围，严禁无关人员进入施工现场，现场应标有逃生路线标识。1.2.3现场清理动火前要清理现场，这是最基本的要求。对离动火作业现场周围至少10米范围内，包括任何隔离或障碍物的另一边，进行检查，工作范围内不得有任何易燃物品。1.2.4氮气置换分离器罐、储气罐及站场内非主要工艺设备、在盛装过油、气及其它易燃易爆介质并已清理干净的容器及管网上的置换动火(如排污、放空、燃料气、生活气系统等)，都必须在动火作业前进行氮气置换。1.2.5分析监测氮气置换，要干净彻底不留死角。动火点的可燃气体经检测含量小于其爆炸下限的20 ， 环境氧含量大于20的情况下方可进行动火作业。动火作业期间每3O分钟进行一次比对检测确认无误后方可继续施工。1.2.6检查确认做好相关准备工作后一定要认真检查确认这一关很重要。检查确认一般由申请动火单位的负责人、HSE监督员、动火施工单位负责人、动火执行人和安全员等人参加，检查是否按规定进行了现场清理、隔离介质、氮气置换的同时，还应检查：（1）检查现场灭火器的配置和摆放、人员防护用具或其它安全设备。（2）动火工具是否符合安全要求。焊接作业的工具要符合质量标准，焊炬、控制阀要严密可靠氧气减压器要灵敏有效：电焊机要设置独立的电源开关；氧气、乙炔气皮管要连接牢固，无破损、无漏气；电焊机二次线圈及外壳必须妥善接地(接零)进行保护。电焊工具要绝缘良好，禁止使用破损的焊炬和电缆及失灵的减压器。（3）是否做好了相应的抢救后备措施。如在密闭的空间作业时，应备有空气呼吸器(氧气呼吸器)、安全带(绳)等救生器材。在易燃易爆的环境中作业时，应备有灭火器、水带等消防器材。此外，还应备有相应的急救用品，以便急时备用。1.2.7办动火票经检查确认各项准备工作正确无误后办理“动火作业票”。（1）“动火作业票”由申请动火单位指定的动火负责人或安全员负责办理，动火作业票应写清楚动火地点、动火对象、动火方式(内容)、动火执行人、动火负责人、动火起止时间、动火前应落实的安全防范措施、动火级别、监火人，对复杂项目还应有组织实施人、动火分析人和岗位值班长等详细内容。然后根据动火等级按规定进行审批。（2）动火作业票的签发和管理动火作业票按照动火级别分别由公司、地区管理处及站场主管生产领导或安全总监签发。各级安全、生产管理人员及部门负责人只有在核实下述工作内容之后才可以针对具体的动火级别、地点、工作时间、工作类型、作业方案及作业的情况，按照审批的动火方案办理动火作业票。（3）落实所要处理的设备已经按照动火方案及安全标准中有关规定的方式妥善地做好了准备和隔离工作 该工作区已经做好开始作业的准备。在吊管机作业和其它高空作业时，要检查作业区情况，指定的施工监护人员采取适当的预防措施以控制隐患。（4）确保所有作业人员已了解全部安全和健康预防措施，并在动火前召开一次作业前碰头会以确保所有参加作业人员都明确理解全部要求和预防措施。（5）动火作业票按动火等级的不同。由站场或地区管理处申请办理，审批部分应填写全各级审查人、审批人，不得漏填或误填。（6）动火结束后，动火作业票应分别保存在地区管理处及公司安全主管部门，分级建立动火档案，动火作业票的保存期限为三年。（7）动火证应一式二份，一份交动火执行人一份由安全主管部门留存。一份动火证只准在一个动火点规定的范围内使用。不准转让、涂改和异地使用或扩大使用范围。动火证的有效期一般为24小时，超过时间的应重新办理1.2.8专人监护（1）现场动火监护人应经过输气安全专业培训，具有较强的责任心；有一定的生产实践经验，了解生产工艺过程和方案实施过程。（2）能正确处理异常情况和熟练使用消防器材及其它救护用具并能指挥处理异常情况。（3）熟悉动火实施方案的内容并在现场监督动火单位按照动火实施方案进行作业。（4）对离动火作业现场周围至少1O米范围内，包括任何隔离或障碍物的另一边，进行检查，工作范围内不得有任何易燃物品。（5）检查现场灭火器的配置和摆放、人员防护用具或其它安全设备；在动火作业f明火、打磨、切割或焊接)开始前3O分钟直至结束后的3O分钟内持续监视该作业区。（6）在施工过程中施工单位或生产单位未按动火方案执行或安全措施不落实，消防设施不到位，监护人有权责令整改或暂停作业。在发现火花、火焰或热辐射扩散到许可区以外的地方或怀疑可燃气体出现时，有权停止动火作业。（7）监护人要佩戴明显标志，并配备专用安全检测仪器，坚守岗位；动火点的可燃气体含量小于其爆炸下限的20，环境氧含量大于20的情况下方可进行动火作业。提醒进人许可区的人员密切注意区内存在的危险因素，如电弧光、打磨、切割或高空作业等情况。（8）检查落实现场检查表中的相关内容并签字确认。1.2.9各司其责现场清理、隔离遮盖、清洗置换及动火前应落实的相关防范措施等，由动火单位负责；动火工具的安全性能、器具好坏及按规定作业由动火执行人负责；动火准备工作是否到位。相应的防范措施是否落实的检查确认工作由动火单位负责人和动火项目负责人负责；动火结束后的现场清理由动火执行人和监火人负责；动火过程中的安全作业由安全员负责监督；动火作业票的批准人对整个动火作业的安全负责。1.2.10其它事项（1）严格执行“五不动火”原则，即：动火作业票未经签发不动火；动火作业票的安全措施没有落实不动火；动火部位、时问与动火作业票不符不动火；监护人不在场不动火；主管领导不到场不动火(一级动火，公司主管领导或安全总监须到现场，特殊情况下可进行委托：二级动火，管理处主管领导或安全总监须到现场；三级动火。站长须到现场)。持有效的动火作业票实施动火作业。（2）按动火作业票及方案上签署的任务、地点、时间作业。（3）动火前应确认安全措施是否符合要求。（4）按规定摆放动火设备，正确穿戴劳动保护服装。使用防护器具。（5）熟悉应急预案，掌握应急处理方法。(6)高处作业时，不准上下层同时动火；不准将)氧气瓶、乙炔气瓶放在电火花溅及的地方，不准放在正在生产的设备、管道、输电线的垂直下方和放在烈日下爆晒。(7)氧气瓶、乙炔瓶之间应有5m以上的安全间距,不得接近热源，与明火应保持l0m以上的距离。1.2.11善后保障动火结束后的现场清理，往往容易被人忽视。动火结束后，动火执行人应关掉电源、气源，搬离动火设备同监火人或安全员一起检查清理现场，熄灭余火。凡电火花可能涉及到的地方都要进行过细的检查，确认无残留火种后，方可离开。动火时间过长，中途休息间断、离开时也要进行现场检查不要忽视。具体操作必须严格执行西气东输动火作业管理规定，结合实际谨慎操作，千万不可麻痹大意，违章蛮干，冒险作业。只有严格遵守动火作业管理规定，做好认真过细的防范工作，才能杜绝和预防可能发生的事故，确保分输站场生产安全。1.3天然气集输井站安全系统设置1.3.1设置集输井站安全系统应考虑的问题除设备材料选型外，通常井站安全系统包括：井口安全截断装置，站内放空系统(手动或气液动放空、安全阀泄放)，紧急截断阀等。（1）总体考虑因素天然气集输工艺系统的安全设计除考虑系统本身的安全外，还应考虑周围环境对系统的影响，应从以下方面考虑： 根据天然气组分(是否含H2S、CO2以及含量的多少)和产量确定工艺流程，选择适当的材料(管材、设备用材料)； 站场工艺管道、设备的强度应符合有关标准规范； 站场的总图布置应符合有关标准规范； 天然气集输系统应采用必要的安全保护装置和措施。（2）安全保护装置设置为确保井站高压系统在事故状态不超压，特别是对含硫气井，井口采用安全截断阀。站内其他发生天然气压力变化的地方，采用先导式安全阀及手动放空管。对站内主要压力容器(分离器)、增压设备后端设置先导式安全阀及手动放空阀。对集输气进站及燃料气进、出站，缓蚀剂注入系统的高压泵出口及中压集输加注口设置防止超压的安全阀及物动放空阀。对集输井站出站口设紧急截断阀或止回阀，并设手动放空阀。1.3.2集输工艺系统安全的基本要求（1）基本要求气井井口应安装井口高低压紧急截断阀气井井口节流阀之后应装设井口高低压安全截断阀。当采气管道出现超高压或超低压的情况时，高低压安全截断自动关闭，气井关井。当采气管道中水合物堵塞或集气站发生意外事故，下游脱水站、净化厂发生故障时，为了避免或减少天然气的放空，通过站内自控连锁系统关断高低压安全截断阀，同时关闭采气管道出站截断阀。超低压截断可保护井站设备和管道，防止管道和设备破损后天然气的大量流失而造成爆炸、火灾、中毒等事故。设置出站紧急截断阀或止回阀。当站内出现火灾等事故时，防止下游天然气倒流进站内。设置放空阀。主要目的是停产检修时放掉管道和设备中的天然气，以预防火灾和中毒事故的发生。泄压气体的排放应就近引入同级压力的放空管线。对带有液烃的气体放空管线，在进入火炬之前应设有分液罐。站场内的天然气系统设置紧急放空系统应符合石油天然气工程设计防火规范GB50183的有关规定。站场的火炬及放空管宜位于站场生产区最小频率风向的上风侧，火炬及放空管宜布置在站外地势较高处，其与站场的距离由计算确定。放空管与站的距离：当放空量小于等于1.2104m3/h时，不应小于10 m；当放空量1.21044104m3h时，不应小于40m。设置安全阀，防止工艺流程中超压现象出现。集气站灭火最重要的措施是迅速截断气源，为此在进出集气站的天然气管道上应设置截断阀，在管道发生水合物堵塞、检修管道或管道超压时对采气管道和集气管道进行放空。截断阀宜具有自控功能和手动功能，并应设置在操作方便、在事故发生时能迅速截断气源的地方，当天然气站发生火灾或泄漏事故时，操作人员能够迅速靠近并及时关闭阀门，截断气源。集气站宜在进站截断阀之前和出站截断阀之后设置泄压放空设施。紧急截断阀宜配置自动及远程控制系统以便事故时迅速关闭阀门。单井集气站在井场、站场事故时井口高低压安全阀将启动，气井事故时止回阀将阻断站内天然气回流，所以单井集气站进站管道可设止回阀，不另设截断阀。对站内主要压力容器(分离器)、增压设备后端设置防止超压的先导式安全阀及手动放空阀。安全阀的定压应小于或等于受压设备和容器的设计压力。安全阀的定压(P0)应根据操作压力(P)确定，并应符合下列要求：当P1.8MPa时，P0=P+0.18MPa；当1.8MPa7.5MPa时，P。=1.05P0不同压力等级应分别设置安全阀；同一压力等级的几台设备，当与其相连的管段上无截断阀隔开时，可只在该管段上装设安全阀。站内需要检修一组(套)设备应设置与其他组(套)设备隔开的截断阀和检修放空阀。放空阀口径一般不大于50 mm。当站内有可能分组检修的，各组之间应设隔断阀。一般采用8字盲板，双阀中间加放空管等可靠有效的隔断措施。(2)目前常用的安全防护措施站内采用远程终端装置RTU，对主要工艺参数进行监视、控制、报警、数据采集、计算。采用井口高低压安全截断阀及其控制系统，对天然气加热炉进行火焰监视、熄火报警和熄火保护；分离器和污水计量罐设液位检测、显示和报警系统及液位自动控制；对于容易泄漏的放空、排污系统采用双阀以减少天然气漏失。对含硫气井，在井口和出站集气管道分别加注缓蚀剂，防止酸气对管道腐蚀。在单井站实现有效的气水分离，并使集气管道的天然气流速保持在规定限度以上，增加清管频率减少对管道内壁的腐蚀和提高管线输气效率。对含硫单井站，除选用密封较好的阀门外，在含H2S较高井场关键部位设固定式有毒气体检测报警装置(各单井站原设有固定式可燃气体检测报警装置)。1.3.3生产中需要注意的问题(1)安全放空系统和集输站的其他安全措施应配合使用。(2)高、低压安全放空应分别引放空管至放空末端，直接与放空火炬(立管)连接，特别是含硫气不得与燃料用低压气放空连接。防止放空管末端由于含硫气在阻火器形成析硫堵塞，造成高压放空含硫气反窜燃料气低压系统，损坏低压设备的事故。1.4输气场站天然气泄漏检测及分析天然气的主要成分甲烷对温室效应的作用仅次于二氧化碳。管输系统天然气泄漏包括内漏、外漏和事故性泄漏，运用680HVM 型碳氢化合气体分析仪，通过对川西北平丹输气管线上4个场站设备的天然气泄漏进行检测，利用FEMS泄漏管理软件，得到了天然气泄漏率、泄漏量、严重泄漏点等资料，为生产运行、安全管理、环境保护提供可靠依据。1.4.1试验部分(1)检测仪器及校准680HVM 仪器的校准方法分为零气和低浓度标气校准、零气和高浓度标气校准以及零气和低、高浓度标气校准3种方法。通过试验三点法校准仪器时，不论是测试低浓度或是测试高浓度标气，其相对误差均比较小。因此对680HVM 仪器校准，在整个测试范围内，推荐选择三点法校准，以保证测试浓度的准确性。(2)试验方法图5-1-1 甲烷泄漏检测模拟试验装置示意图通过静态和动态试验测定设备的泄漏速率，同时在测试距离、风向、风速相同的情况下，用680HVM 检测仪测试设备泄漏浓度，然后将检测数据输入到FEMS软件中，按上述4种模式进行泄漏速率计算，其结果再与实测的泄漏速率(即实测值)进行比较，根据相对误差的大小来确定天然气泄漏速率计算模式。静态试验静态试验装置见图5-1-1，采用排水法收集泄漏的天然气量，甲烷钢瓶气释放出一定速率的气体，通过一个装满水的密封瓶，将瓶中的自来水压至计量装置，在计量的同时用秒表记录释放甲烷气体的时间，然后根据排出自来水的量和排放时间，计算甲烷的释放速率；接着用680HVM 烃蒸气检测仪，在不同条件下测试甲烷的释放浓度，最后用FEMS软件计算甲烷的释放速率。动态试验根据气田的实际情况，选择具有测试条件的站场设备，采用袋子试验方法进行研究，将测定的不同浓度值，代入SOCMI法、泄漏不泄漏法、分层系数法、相关曲线法进行计算来确定计算模式，将其与实测的泄漏速率所得到的年泄漏量进行比较，具体试验方法和步骤如下。a.用袋子将设备泄漏点(如阀门、法兰、连接器等)包好，并于上端接一小管子(袋子和连接处不能泄漏)，连接计量器(如转子流量计或泡沫流量计)，测试泄漏点的泄漏速率(mL/min)，用秒表记录时间。b.流量测试完毕取下袋子，用680HVM 仪器测试泄漏点浓度(测点距泄漏点1 cm 左右，取最大值)。c.根据测试流量，计算设备泄漏点的实际泄漏速率(m3h)。d.将测试的泄漏浓度(ppm)输入FEMS软件中，按上述4种模式分别计算泄漏速率。e.将设备的实际泄漏速率与计算泄漏速率相比较，计算相对误差(%)。f.选择相对误差最小的模式作为天然气泄漏速率计算模式。(3)积分方法的选择FEMS释放泄漏管理软件有两种积分方法可供选择，即直线积分和折线积分法。两种积分方法中，直线积分是以相邻两个检测日期释放速率较高的一个画直线而得出的，其积分结果偏大；而折线积分是以每个检测日期的释放速率划折线积分而得出，其结果较能反映设备泄漏的真实情况。因此，在计算天然气泄漏量时选择折线积分法。1.4.2检测情况通过对川西北气矿平丹输气管线上的4个场站，即：平落总站、大二井、大塘站、丹陵站的输气设备进行了天然气泄漏调查检测(上、下半年各一次)。监测设备的分类如下。(1)法兰：包括单纯的连接法兰，球阀两边的法兰、闸阀两边的法兰和阀盖、孑L板计量装置两边的法兰。(2)阀门：包括闸阀的阀心、针型阀的阀心。(3)加脂孔：包括闸阀和球阀上的加脂孔。(4)接头：包括单纯的连接头、温度计上的接头、压力表上的接头以及针型阀两边的接头。在现场测试中，对每个闸阀测试4个部位，即：闸阀的阀心、闸阀的阀盖、闸阀两边的法兰。如果有加脂孔也要进行测试。对针型阀等小阀门，要测试3个部位，即：一是它的阀心，另两个是两边的接头。1.4.3天然气泄漏情况分析选择川西北气矿平丹输气干线上4个输气站上的设备先后两次进行对比检测，获取数据3146个(上半年1682个、下半年1464个)。其中发现严重泄漏点48个，泄漏率为1.53 ，天然气泄漏总量为11066.38 m3/a(上半年按2852.76 m3/a计、下半年按19280m3a计)。分析得出：全年共检测点数3144个，其中平落总站1913个、大塘站215个、大二井站671个、丹陵站345个，其中法兰1560个；接头966个；阀心618个。从被测设备点数由多到少的顺序是：平落总站、大二井站、丹陵站、大塘站。这说明平落总站是平丹输气干线的检测重点，它的设备检测点为1913个，占全部的60.80%；其次是大二井站，它的设备检测点671个，占全部的21.33%；丹陵站，它的设备检测点为345个，占全部的10.97；最少的是大塘站，检测设备点为215个，占全部的6.83%。被检测的设备点数由多到少的顺序是：法兰、接头、阀心。这说明在天然气集输场站，法兰是天然气泄漏监测的主要部位，其次是接头，然后是阀心。4个输气场站中，全年两次检测共检测出严重泄漏点48个。结果发现，法兰是主要的严重泄漏部位，其次是接头、阀心，造成这些设备泄漏的主要原因是：由于安装质量问题、密封材料质量问题，另外一些阀门在经常使用后接头松动未及时发现，这些都会产生泄漏情况。从48个严重泄漏点泄漏情况与测点进行对比，可以看出严重泄漏点占测点总数(3144个)的1.53%，严重泄漏点的天然气泄漏将是场站天然气泄漏的主要原因。1.4.4测试结果分析(1)在两次对监测的4个场站中，第二次有2个井站(大塘站、大二井站)没有出现严重泄漏点，说明平丹输气管线的管理工作得到了提高和加强，但针对出现的严重泄漏点，在现场还应该有针对性地加以整改。值得说明的是，监测人员在发现有严重泄漏点的地方都与场站的管理人员取得了联系。例如：在丹陵站的一个严重泄漏点(阀门的阀心)，发现泄漏异常，仔细检查原来是该阀门未关到位造成的，就及时要求场站人员整改，从而使泄漏得到控制，避免了不必要的损失。(2)要做好监测工作，操作人员必须对该井站的工艺流程熟悉，同时也要有统一的监测标准。从两次对相同的4个场站的设备进行的测点数来看，存在测点数很不吻合，主要原因是：有的场站设备发生了变化、工艺流程也发生了变化，从而导致监测点数两次的差异。(3)作为监测人员应随时对场站的设备进行泄漏检测，及时提供可靠的泄漏数据，促进输气场站对严重泄漏的法兰、接头、阀门等及时了解、修复和更换，从而减少天然气泄漏，实现安全、清洁生产无害化的管理，保护我们生存的环境。(4)在检测某一设备泄漏情况时，例如检测一个闸阀，它所检测的部位就有闸阀的阀心、闸阀 阀盖、闸阀两边的法兰等，如果阀心严重泄漏，我们在检测其组成部分的法兰、法盖等时，同样有可能检测出严重泄漏点，那么统计出的泄漏点、计算出的泄漏量无形中就会增加了。例如平落站下半年所检测出的严重泄漏点比上半年增多，有的就属该情况。1.5 LNG储罐孔洞泄漏扩散危险区域分析在石油化工企业中，化工设备是承受高温、高压，低温、高真空和处理易燃易爆、腐蚀性、有毒有害介质，完成复杂工艺过程的工具。由于介质的腐蚀性和设备的自身缺陷、腐蚀疲劳和机泵部件断裂等，极易造成介质的泄漏，发生燃烧爆炸中毒事件。目前国内天然气的单罐储存量已经达到16m3，这种大型的储罐一旦发生泄漏，造成火灾爆炸的事故后果非常严重，不仅可能造成人员伤亡、财产损失，还会对环境造成污染。为了能够让工作人员在短时间内对储罐发生的孔洞泄漏所造成的危害做出快速判断，并及时采取相应的措施，必须对储罐泄漏后的扩散方式及影响范围进行研究，以便掌握其规律1.5.1危险气体泄漏扩散常见模型国外学者从20世纪6O年代就开始了对危险气体泄漏扩散的试验和理论研究，并提出了许多计算模型，如高斯模型、BM 模型、FEM3模型、三维现象传递模型 、浅层模型、UDM 模型等，国内学者在国外学者研究的基础上不断进行修正，如提出了板块模型，周培源首次建立了一般湍流的雷诺应力所满足的输运微分方程组 。所有的这些模型都能够较好地模拟气体泄漏扩散，但也存在一定的缺陷。（1）高斯模型简单、易于理解、运算量小，可模拟连续性泄漏和瞬时泄漏两种泄漏方式，由于提出的时间较早、实验数据多，加之计算结果与试验值能较好的吻合等特点致使该模型得到了广泛的应用，但它只适用于中性气体，模拟精度较差。（2）BM模型只适用于重气的扩散，对于喷射或二相释放的近源区是不合适的，另外该模型只能用作基准的筛选模型，而不能用于超出其导出范围的情形，如城市或工业区，这些地方表面粗糙度大。（3）FEM3模型适用于处理连续源泄漏及有限时间的泄漏，但其计算大，模拟较为困难，只适用于重气的扩散。箱及相似模型具有概念清晰、计算量较小等优点，特别适合危险评价，其结果可作为应急咨询、应急措施和其他决策的依据，但模型也存在一定的局限性，即必须假定速度和浓度的自相似分布，并且通常涉及不连续的界面，因此在模拟一些特殊的扩散过程时具有不确定性。（4）三维现象传递模型是通过建立各种条件下的基本守恒方程(包括质量、动量、能量及组分等)，结合一些初始和边界条件加上数值计算理论和方法，从而实现预报真实过程各种场的分布，如流场、温度场、浓度场等，以达到对扩散过程的详细描述，但建模复杂，需要专业人员才能计算，也是只能适用于重气的扩散。（5）UDM模型适用于任何泄漏方式，无论是连续泄漏还是瞬时泄漏，泄漏气体是重气还是中性气体、浮性气体，都可采用PHAST软件描述气体泄漏扩散的过程以及造成的影响，由于模拟结果与现实场景接近，目前得到了广泛的关注。1.5.2 LNG储罐泄漏扩散计算实例某LNG储罐，体积为100 000m3，储罐内存放的LNG组分为甲烷98%、乙烷1.5%、丙烷0.4%、丁烷0.1 ，具体理化参数如表5-1-1所示。表5-1-1 LNG储罐的理化参数参数燃烧极限/（10-6）临界温度/临界压力/(MPa)沸点/最大燃烧率/（kJmol-1）最大表面辐射能量/（kWm-2）上限下限数值16440043720-81.344.6-161.40.1409219从表中1可以看出，储罐LNG具有很低的燃烧下限、沸点，发生泄漏时，易挥发成气体扩散到空气中，同时具有很高的表面辐射通量，燃烧时对周围具有较大的破坏性。（1）实验数据PHAST在对各个泄漏失效模式进行分析前，要设置各个失效的模型，针对泄漏类型分为连续泄漏和瞬时泄漏，API581推荐0.25in、1in、4in一组不连续的孔径尺寸进行风险计算。本实验采取孔洞直径为0.25in，4in，每隔0.25in取一个值，运用PHAST软件模拟孔洞泄漏扩散，得出不同孔径泄漏接地时的最大易燃易爆区域的面积。具体模型参数输入见表5-1-2。表5-1-2 典型事故模型参数输入泄漏形式泄漏孔径工作条件储罐参数周围环境状况持续泄漏0.25in、4in每隔0.25in取一个值饱和液体温度：-152.2压力：1.013105Pa体积：80000m3(80%充装系数)储存量：32910t风速：3m/s，5m/s大气稳定度：D、F空气湿度：70%（2）计算结果分析孔径的影响气体浓度为（1000000，164400)10-6，为准危险区域；气体浓度为（43720，164400）10-6，为易燃易爆区域，该区域内一旦出现点火源，则气体会发生火灾爆炸；气体浓度为(43720，21853)10-6，为安全区域。孔径越大危险区域越大。由于孔径(即孔洞直径)的大小直接影响泄漏量的大小，因此孔洞越大泄漏物质越多、危险区域越大。以3F(风速/大气稳定度)为例，孔径为1in时泄漏后相对危害最轻，易燃易爆区域面积为537.345m2；孔径为4in时泄漏危害程度最重，易燃易爆区域面积为13719.99 m2；孔径为2in、3in的泄漏危害程度居中，易燃易爆区域面积分别为2918.73m2、7387.246 m2。周围大气的影响改变周围天气情况，考虑周围风速、大气稳定度对扩散产生易燃易爆区域面积的影响。在相同孔径下的泄漏，比较3D和5D可以得出风速对泄漏气体扩散有显著的影响。风速较大时，下风向气体浓度较小，风速越小，危险区域大，也就是说高的风速有利于气体的扩散。这主要是由于：一方面风加剧了气云的平流输送作用，对气云有向下风向输送的作用，风速越大，输送作用越显著，使下风向处的气体浓度降低；另一方面风速增大引起脉动速度增大，易使泄漏气体发生湍流，气越容易被稀释，同时湍流运动的加剧也使得气云与周围环境的热交换变得剧烈，使扩散的过冷气体温度迅速上升，气体云密度下降，从而导致气体云浓度下降，危害程度降低。在相同孔径下的泄漏，比较3/D和3/F可见泄漏气体的扩散与大气稳定情况密切相关，大气越稳定，云团的宽度越大。由此可以推测：下风向的扩散，风速起着支配作用，而大气稳定程度对扩散的影响可以忽略；水平向上的扩散，大气稳定度对扩散的影响显著。1.6现场甲烷泄漏现状调查（以重庆市天然气集输系统为例）1.6.1 680型测试仪器方法原理 680型仪器是检测单一泄漏源的有机气体分析仪， 根据氢火焰离子检测有机物的原理设计制造。当气体样品经过检测室时，样品经过燃烧的氢火焰发生电离，样品产生的C+在电场驱动下到达一个电极的吸收板，当C+被收集时，产生一种收集速度一致的电流，这种电流被输送到放大器， 经过调节放大后显示在记录仪上，根据不同浓度的样品产生电流的大小不同，就达到了测试目的。 1.6.2 现场监测点的选定 重庆市内天然气集输管网分两个部分，主要是西南油气田重庆气矿所管辖气田，其次是重庆市天然气公司管辖配气管网，后者站场设备少，经实际检测得知泄漏量少。 重庆气矿所辖重庆市内天然气井站约200多个，主要分布在二、三、四、五厂。为了达到调查目的，充分体现重庆市天然气集输管网的生产面，根据生产部门提供的集输管网分布及各站场的技术资料分析，确定了两大技术路线。一是选择了重庆市近郊归口于重庆气矿五厂36个具有代表性意义的井站进行甲烷泄漏检测，意在详细掌握重庆市近郊天然气泄漏情况；二是选择13条生产主干线所属的2O个场站进行甲烷泄漏检测，目的是了解重庆市东西走向、南北干线的甲烷泄漏全貌。 1.6.3 现场监测质量管理 为确保监测质量，提高监测数据的可信度，现场检测时制定了详细的泄漏监测实施细则，严格质量控制管理，使监测结果真实地反映泄漏状况。 (1)规定监测路：从天然气进站端开始根据流程图沿气流方向测定，(2)规定监测对象和法兰：包括站场、仪表间的所有阀门、接头。(3)规定检测次序：阀门 3个测点依次为上阀兰、下阀兰、阀芯；接头测点依次为上接头、下接头、盘根； (4)制定泄漏标准：由于目前国内尚无甲烷泄漏标准定义，参照北美地区国家的使用标准，确定浓度值10000ppm即为泄漏，对泄漏源挂警示牌，便于生产部门检查整改 。 (5)规定测试校准方案：进行零浓度、低浓度、高浓度3点校准，同时都强调每个井站以清洁背景值作参照，增加测试结果的准确性。 (6)对浓度测定值20000ppm的漏点，接上稀释探头重新测定，测得确定值。 1.6.4 计算模式选择 把680型测试仪测得的每一个浓度值输入到FEMS泄漏管理软件，选择参数和方法进行泄漏量的计算。 （1）FEMS泄漏管理软件进行泄漏量计算时提供了四种计算模式：SOCMI方式、泄漏/不泄漏方式、分层计算方式、相关曲线法。 四种模式都用公式物质流动速率(kgh)=A(浓度)B十C(其中，A、B、C为各设备恒定常数)， 前三种计算方式是把检测结果分为不同区段，不能体现不同泄漏浓度的泄漏量，计算结果与真实值差异较大，而相关曲线法可计算不同浓度的泄漏量，是较完善的计算模式。 （2）FEMS泄漏管理软件中，数据处理积分方式有直线和折线两种，通过学习和比较，折线积分方式更能表示不同测点、不同日期的泄漏汇总，所以，选择折线积分方式对数据进行处理。1.6.5 甲烷泄漏分析 调查共监测56个井站，获数据12272个，总泄漏量为34188954kg/年，漏失的甲烷价值人民币约386257.5万元/年。（1）56个场站主要分布在13条输气干线9大气田和重庆市近郊，从监测结果看，泄漏严重的主干线依次为万卧线、金达线、达卧线，泄漏较重的气田构造依次为：大池干、卧友河、沙罐坪。 （2）从泄漏超标率看，把气矿各厂部分井站的甲烷泄漏统计可知，三厂的泄漏 比较严重。 （3）从泄漏点看，把阀门、法兰、接头泄漏监测结果统计可知，三大类设备泄漏点：阀门接头法兰 。 （4）从泄漏点看，单一井站漏点多的井站依次为罐六井、汝溪站、巴营站、黄金站、申亚口站，重庆市近郊井站80无漏点。 （5）从泄漏量看，排在前几位的井站依次为集气总站、申垭口站、汝溪站、高峰站、三号站年泄漏量为11966lkg，占了总泄漏量的35%。（6）从井站年输气量与泄漏量的比率指标看，各井站日输气量均在（1.5O800）104m3内，日泄漏甲烷量为2l680kg。主干线2O个井站、近郊36个配气站其年泄漏量与输气量比率均分别为 2.1、1.2kg/104m3。1.7天然气压气站事故淋浴和洗眼站的设置天然气压气站主要是对低压天然气采取除液(采用段塞流捕集器)、除杂(采用各种过滤器)、增压(采用压缩机)、降温(采用空冷器)和脱水(采用三甘醇)等操作，使出站天然气满足下游用户对天然气的温度、压力、含水量等参数的要求。由于在除液除杂以及降温等操作中会有大量凝液析出，而天然气中往往含有一定量的二氧化碳和硫化氢，因此凝液的析出会导致输气碳钢管道严重腐蚀，此时往往需要向输气管线内喷射大量的腐蚀抑制剂，以抑制二氧化碳和硫化氢对碳钢管的腐蚀。腐蚀抑制剂是一种会对人的皮肤、眼睛产生严重腐蚀和烧伤的化学物质，而操作者在实际操作和使用过程中如果没有采取必要的防护措施难免会有腐蚀抑制剂溅洒到皮肤或眼睛上，此时如不及时采取冲洗措施，往往会造成不可治愈的严重后果，因此在天然气压气站设置事故淋浴和洗眼站对于确保操作者的人身安全是很有必要的 。目前，在国内尚缺乏冲洗装置设置方面的详细标准和规定，使得设计者在设计冲洗装置过程中缺乏参考依据，结合国外相关规范，就实际工作中天然气压气站事故淋浴和洗眼站的设置，详细阐述了这类装置在设计时需要考虑的具体要求。1.7.1 腐蚀抑制剂的性质目前国际上生产腐蚀抑制剂的著名厂商是英国的Nalco公司，该公司可提供多种腐蚀抑制剂，其中在天然气压气站中应用较多的是代号为ECl392A的腐蚀抑制剂。Nalco对这类腐蚀抑制剂的危害及采取的措施描述为：(1)吸入危害和采取的措施吸入高浓度腐蚀抑制剂会对眼睛、鼻子、嗓子和肺部产生强烈刺激。采取的措施是赶紧转移到有新鲜空气的位置，并及时医治。(2)溅到眼睛里的危害和采取的措施会产生烧灼或永久性眼部组织损坏。采取的措施是及时用清水冲洗眼睛15min，冲洗时要用手 把眼皮拉开，并及时医治。(3)皮肤接触危害和采取的措施会对皮肤产生强烈的刺激或永久性皮肤组织损坏。采取的措施是立即用清水冲洗15min，如果是大面积的皮肤接触需要用喷淋头对全身进行冲洗，并脱掉衣服，及时地用清水冲洗受污染地面，扔掉受污染的衣物或洗后才可穿用。(4)溅到嘴里的危害和采取的措施溅到嘴里会对口腔、嗓子和胃产生强烈烧灼，会恶心和呕吐，并会危害到中枢神经系统。采取的措施是不要强制呕吐，应及时地采用清水冲洗口腔，饮用大量的纯净水，并及时医治。由此看出，腐蚀抑制剂对人体的皮肤和眼睛的危害是巨大的，而在实际操作中难免有腐蚀抑制剂溅洒到操作者的皮肤和眼睛上，因此为了保证操作人员的安全，需要在天然气压气站设置事故淋浴和紧急洗眼站。1.7.2 事故淋浴和洗眠站的设置目前事故淋浴和洗眼站执行的标准主要有：化工部标准HGT20570.141995；美国标准ANSIZ358.12004；Occupational Safetyand and Healh Act(Amended1998)；Occupational Safety and Health Administration，29 CFR1910.151；欧洲标准 DIN12899。目前，国内国际上大多数著名洗眼器生产企业(如国内的斯壮格STG、国外的Bradley、Spe akman、Guardian、Haws、Pratt等厂家)一般都采用美国洗眼器标准 ANSIZ358.12004，且 ANSIZ358.12004本身就是由 Guardian、 Bradley、Speakman、Haws等厂家合作起草。因此，参照 ANSIZ358.12004对事故淋浴和洗眼站的设置给出详细阐述 。图5-1-2复合式冲淋洗眼设备示意图（1）事故淋浴和洗眼站种类目前，广泛流行的事故淋浴和洗眼设备主要有：洗眼洗脸器、冲淋器、复合式冲淋洗眼设备、便携式洗眼和冲淋设备、软管式喷淋器、洗眼瓶。洗脸洗眼器可以同时冲洗面部和眼睛，冲淋器主要是冲洗全身用，将二者功能结合起来，既可以洗眼、洗脸，又可以冲洗全身，且节省了占地面积，因此实际应用中多采用复合式冲淋洗眼设备，如图5-1-2所示 。图5-1-3 复合式冲淋洗眼设备正视图（2）复合式冲淋洗眼设备的基本尺寸规定按照 ANSIZ358.12004的规定，复合式冲淋洗眼设备尺寸如图5-1-3、图3和图4所示。（3）复合式冲淋洗眼设备参数设置冲淋器 的参数设置按照ANSIZ358.12004的规定，冲淋器的流量至少为75.7升min，且供水压力为206. 8 kPa，冲洗全身时间至少保证15mi n。为了保证 喷淋下来的水柱能够覆盖人的全身，而不仅仅是只冲洗到人的头部，要求在距离地面高度为152cm处，水柱的直径至少要达到50.8cm；喷淋头距离地面的高度范围为208.3243.8cm；喷淋头拉环启动动作时间不大于1秒钟，且当拉环拉下松手以后，拉环连接阀门能始终处于打开状态，拉环底部距离地面高度为173.3cm，如图5-1-3和图5-1-4所示 。图5-1-4 复合式冲淋洗眼设备左视图洗眼器的参数设置洗眼器有两种类型即只用来冲洗眼睛的洗眼器和用来冲洗眼睛、脸部的洗眼洗脸器。对洗眼器而言，其冲洗流量至少为1.5升min，且供水压力为206.8kPa，冲洗时间至少要保证1min；对于洗眼/洗脸器而言，其冲洗流量至少为11.4升/min，且供水压力为2068kPa，冲洗时间至少要保证15min，洗眼器喷头距离地面的高度范围为83.8114.3cm，且喷头与墙壁 (或其他障碍物)之间的距离至少保证15.3cm。喷淋头阀门启动动作时间不大于1秒钟，且松手后，阀门能始终处于打开状态。在冲洗眼睛时，要用手扒开眼皮，使整个眼部都能被清水冲洗到；喷头在不用时要用盖子盖好，以防止空气中的污染物污染喷头，且要保证当洗眼器启动时，盖子能自动打开。 如图5-1-3和、5-1-4、5-1-5所示 。（4）复合式冲淋洗眼设备材料的选择冲淋和洗眼设备必须符合卫生要求的性能、具有抗环境化学性物质腐蚀的性能和具有一定的使用寿命年限。基于以上三点，冲淋和洗眼设备可以采用不锈钢、铜和塑料。图5-1-5 复合式冲淋洗眼设备俯视图常用的不锈钢材料主要有：304不锈钢，该材料符合卫生要求，同时具有抗酸、碱、 盐和油类等化学品物质的腐蚀；316、317不锈钢，这两个牌号的不锈钢符合卫生要求，除了具有304不锈钢抗一般性化学品物质的腐蚀外，同时还可以抗氯化物的腐蚀，特别适用于危险源在海边的环境。黄铜材料也符合相关卫生要求，但是必须对黄铜材料进行外表面处理，达到抗化学品的腐蚀要求。塑料材料符合卫生要求，也具有抗化学品物质腐蚀的能力。但是塑料材料的使用寿命没有不锈钢材料和黄铜材料那么好，在做洗眼器通水管的时候，刚度明显不行，在国外现在已经采用高强度塑料材料(如 ABS塑料和HDPE塑料等)做洗眼器的通水管，但是在国内还没有任何厂家有这个能力生产 。（5）冲淋和洗眼设备的安装当人的眼睛或皮肤接触到危险物质时最初的1015s是最关键的，如果在这段时间内没能及时处理的话，可能会对眼睛和皮肤造成严重伤害，因此ANSIZ358.12004 推荐将冲淋和洗眼设备安装在危险化学品附近，保证使用者到达 冲淋和洗眼设备的时间不多于10s，且考虑到如果使用者眼睛受伤造成视力低下，因此要保证冲淋和洗眼设备距离危险源的直线距离在1530m之间。在冲淋和洗眼设备上要安装极其醒目的标识牌，要保证即使是不会读写的操作人员都能理解。 其他的安装要求还包括：危险源和冲淋/洗眼设备之间不能有隔断；危险源和冲淋洗眼设备之间不能有障碍物；危险源与冲淋洗眼设备要安装在同一楼层，不可越层安装；在冲淋洗眼设备周围 11.5m半径范围之内不能有电气设备，以防止冲洗时漏电发生危险。 （6）冲淋和洗眼设备水源规定 对冲洗水源质量的规定冲淋和洗眼设备用的水源必须是饮用水，其水源质量可参考ISO5667和国标GB57492006(生活饮用水卫生标准)中的规定。 冲洗水源的温度ANSIZ358.12004并没有对水温给出明确规定，只是推荐使用“温水”， 即温度低于38、高于15.5的水源。由于不同的受伤情况冲淋时需要采用不同的水温，因此在选择水温时，可向化学品厂家咨询最佳冲淋水温，在选择水温时，可向化学品厂家咨询最佳冲淋水温，且如果条件允许，可向化学专家咨询。为了保证冲洗水温能够稳定在某一数值，可采用以下两种方法加以解决 ： 将供水系统分为冷水和热水两个系统，并且在冲淋和洗眼设备冲洗清水入口处安装一个温度调节阀，该调节阀能自动调节冷水和热水混合后的温度稳定在某一具体数值。选用电加热式冲淋和洗眼设备。 （7）冲淋和洗眼设备冲洗时间规定 ANSIZ358.12004规定冲洗皮肤和眼睛的时间至少要保证15min，但是这个时间不是硬性的规定，还有其他很多关于冲洗时间的规定，如：对于微刺激性化学品，冲洗时间为5min；对中度和极度刺激性化学品冲洗时间为20min；对非穿透型腐蚀剂冲洗时间为20min；对穿透型腐蚀剂，冲洗时间为6Omin。大多数的酸类物质均属于非穿透性腐蚀剂，这类腐蚀剂只会与皮肤表面组织发生反应并形和洗眼站的设置一层疤，从而阻止了深度腐蚀；而像碱类物质、氢酸和石碳酸这类化学品会深度腐蚀皮肤或眼睛，因此需要冲洗的时间就特别长。在确定冲洗时间时，可向化学品厂家咨询，如果条件允许，也可以向化学专家咨询。 （8）冲淋和洗眼设备废水排放规定在ANSIZ358.12004中没有提到废水的处理定，