天然气采气厂集气站火灾爆炸危险性分析

天然气采气厂集气站火灾爆炸危险天然气采气厂集气站火灾爆炸危险 性分析性分析 一 概述 运用定性与定量分析的方法 从天然气及甲醇的性质 主 要生产设备和生产过程三个方面对天然气采气厂集气站的火灾 爆炸危险性进行评价 天然气采气厂集气站是气田集输生产最基本的单元 它的 主要任务是将气田中采出的油气混合物收集起来 经初步处理 后输送到用户或储存 集气站内的主要生产设备有 脱水橇 器 天然气加热炉 计量分离器 油气分离器 油气输送泵 储油 罐 通球清管设施 输气管道及 slc503 和 scan3000 生产自控 系统一套等 二 生产工艺简述 1 天然气组分 油气田所在的地埋位置不同 开采和处理后的天然气组分 也各不相同 大体上甲烷组分占天然气组分体积的 90 以上 其他轻烃极少 h2s 含量在 20 1600mg m3 之间 安全管理 2 生产工艺 集气站生产工艺流程主要有天然气加热 节流 分离 脱 水 计量等处理过程 集气站采用高压集气 集中注醇 多井 加热 间隔计量 加醇脱水 天然气发电等艺 利用 scada 系 统进行数据采集 通过一点多址通讯网向气田调度中心传输数 据资料 实现生产自动化管理 由集气站所管辖的气井井口采出的高压天然气 经采气管 线输入到站内 采用多井式加热炉以提高节流前的天然气温度 防止节流后温度低而形成水化物堵塞 加热后的高压天然气经 针形阀节流后 压力降到所要求的值后 经总机关 阀门 合理分 配后进入生产分离器或计量分离器 将天然气中的凝析油 污 水和机械杂物等进行初步分离 再通过脱水橇利用三甘醇的亲 水性和天然气逆流接触脱水后 生产出合格的天然气 3 辅助生产工艺 3 1 注醇流程 采用高压集中注醇工艺 利用高压柱塞泵 将计量后的甲 醇通过注醇管线注入到井口及采气管线 防止油管和采气管线 中形成天然气水化物 对东北和西北等冬季寒冷地区 每年 10 月至来年 4 月期间需要在生产流程中加入甲醇 3 2 放空流程 为防止系统超压及根据生产工艺的要求 站内部分设备设 有安全泄压放空管 汇聚至放空总管后燃烧排空 3 3 计量 气井产量采用周期性间歇计量 计量周期至少 2 天 每次 计量时间不少于 8h 单井产量和外输均采用孔板流量计计量 3 4 排污流程 工艺设备产生的污水经排污总管汇聚后 输往地下污水罐 收集储存 不定期拉至净化厂净化回注地下 4 主要生产设备及工艺条件 长庆油田某集气站的主要生产设备及工艺条件见表 1 表 1 主要生产设备及工艺条件 三 火灾爆炸危险性分析 1 天然气及甲醇火灾爆炸特性 天然气是以低分子量烷烃碳 甲烷 为主组成的气体混合物 硫化氢含量也较高 天然气无色 无臭 易燃 在常温常压下 呈气态 属于甲类火灾危险性物质 天然气的火灾爆炸危险特 性见表 2 表 2 天然气及甲醇的火灾爆炸特性表 序号物质名称闪点 组别引燃温度 爆炸极限 v 火灾 危险性类别 上限下限 1 2 3 4 天然气 甲烷 硫化氢 甲醇 11t1 t1 t3 t1482 632 538 260 4555 0 5 3 4 0 5 514 0 15 0 46 0 36 0 甲 甲 甲 甲 1 1 甲烷 甲烷是天然气中最主要的成分 呈气态 比空气轻 易燃 易爆 属于甲类火灾危险性物质 与空气混合能形成爆炸性混 合物 遇热源和明火有燃烧爆炸的危险 燃烧分解产物为一氮 化碳 二氧化碳 1 2 硫化氢 硫化氢是无色有臭鸡蛋味的易燃性气体 比空气重 长庆 油田的天然气组分中 硫化氢的含量大体在 0 3 v v 左右 硫 化氢属于甲类火灾危险性物质 与空气混合能形成爆炸性混合 物 遇高热和明火能引起燃烧爆炸 燃烧分解产物为氧化硫 硫化氢是强烈的神经毒物 硫化氢及其燃烧生成的产物二氧化 硫有毒性 危害人体 硫化氢对钢材可引起氢脆和硫化物应力 腐蚀 1 3 甲醇 甲醇是甲类火灾危险性有毒液体 与空气混合能形成爆炸 性混合物 遇明火 高热能引起燃烧爆炸 其蒸气比空气重 能在较低处扩散到相当远的地方 遇明火会引着回燃 甲醇的火灾爆炸特性见表 2 2 生产设备火灾爆炸危险性 按照 石油化工企业设计防火规范 中对生产工艺装置火 灾危险性分类 集气站生产装置为甲类火灾危险性工艺装置 其生产设施大多具有能够引发火灾爆炸的危险特征 2 1 加热炉 加热炉属于明火炉 集气站加热 募尤冉橹屎腿剂衔 烊黄 餮沽 跗诳纱 0mpa 以上 加热炉燃料系统的压力控制 气水分离设施 燃料气进炉前管线阻火器的工作状态 加热炉 的压力表 温度表 液位计 防爆门 防风口 火焰观察孔是 巡回检查的重点部位 加热炉排气烟囱也是易被雷击的对象 2 2 脱水橇 器 脱水橇 器 是由多种设备组合而成的 处理的介质为天然 气 吸收塔 闪蒸罐 燃料分配罐的压力在 0 3 6 6mpa 之间 属于承压设备 闪蒸罐 重沸器的温度较高 同时重沸器用天然气 作加热燃料 属于明火设备 吸收塔为集气站最高的设备 是防 雷的重点设备 脱水橇 器 尾阀控制着整个系统的压力 是监控的重点 燃 料分配罐排污阀 过滤器压差 控制器及减压阀 重沸器火焰 以及设备的压力 温度及液位是巡回检查的重点 2 3 总机关及单井入口管组 由于从上游来的天然气在压力 温度及流量等方面缺乏严 格控制 进站阀门的操作 流量分配 开启压力 阀门密封状况 很重要 集气总机关闸门盘根泄漏将是重大危险源 2 4 甲醇罐 集气站多采用高压集中注醇工艺 利用高压柱塞泵 将计 量后的甲醇通过注醇管线注入到井口采气管线 防止油管和采 气管线中形成天然气水化物 站内设的甲醇罐为露天地上卧式 布置 容量大多在 10m3 以上 已构成重大危险源 2 5 污水罐 污水罐为地下布置 污水罐内存有残留的天然气 硫化氢 机油及其他烃类有机混合物 这些物质或是易燃易爆的 或是 有毒的 在通气口中会不断排出含有烃类和硫化氢的混合气体 在排污车装运污水时 污水罐区附近空气中含有烃类和硫化氢 的混合气体浓度会更大些 重点是预防不正常状态下硫化氢气 体在污水罐地面长期 大量地积聚 它将是急性中毒的主要危 险源 2 6 燃气发电机 天然气的存在和电力的产生 使燃气发电机成为重大火灾 爆炸危险源之一 同时 由于燃气发电机位于封闭的厂房内 一旦出现天然气泄漏 不利于及时通风换气 机油油位 冷却 液液位 燃气供给压力及电瓶接线是保障发电机在外电源发生 事故时及时投入安全运行的重点 2 7 压力容器 依据 gb150 1998 钢制压力容器 按设计压力分类 加 热炉 闪蒸塔 燃料分配罐 分离器 清管收球装置的操作压 力都大于 0 1mpa 属于中 低压类压力容器 上述生产设备承受 各种静 动载荷 还有附加的温度载荷 同时大多数容器容纳 压缩气体或易燃易爆气 液 体 若容器破裂 导致介质突然泄压 膨胀 瞬间释放出来的破坏能量极大 加上压力容器多数系焊 接制造 容易产生各种焊接缺陷 一旦检验 操作失误 易发 生爆炸破裂 容器内的易燃 易爆有毒的介质将向外泄漏 势 必造成极具灾难性的后果 3 生产过程火灾爆炸危险性 油气集输生产不同于油田物深 钻井 测井 修井作业及 采油生产等作业 它既具有油田点多 线长 面广的生产特性 又具有石油化工炼制企业高温高压 易燃易爆 工艺复杂 压 力容器集中 生产连续性强 火灾危险性大的生产特点 生产 中 任一环节出现问题或操作失误 都会造成恶性的火灾爆炸 事故及人身伤亡事故 其危险性主要体现在以下几个方面 1 由于天然气无色无味 扩散在大气中不易察觉 容易 引起火灾 2 天然气是非常容易燃烧的 在常温下接触高温 明火 就会燃烧或爆炸 并产生大量的热 3 由于天燃气在输送过程中能够产生静电 放电时产生 火花 极易引起火灾或爆炸 4 天然气比重比空气小 一旦泄漏 能在空气中广泛传 播 这样就形成较大范围的火灾隐患 5 在天然气集输生产过程中 需要采用加热炉 重沸器 等明火设备 需要用电气设备 这就更增加了火灾爆炸的危险 性 四 火灾爆炸危险性定量分析 1 评价方法选择 针对天然气集输站处理的油气具有火灾 爆炸和有毒的特 点 选用国际上通用的 dow ici 蒙德危险指数评价法 以长庆 油田某集气站为例对天然气集气站的火灾爆炸危险性做进一步 分析 2 评价单元划分 根据集气站的生产情况和 dow ici 蒙德法确定评价单元的 原则 可确定以下评价单元 1 脱水橇 器 2 生产分离器 3 多井式加热炉 4 甲醇罐 3 评价单元各系数的确定及危险性计算 3 1 初期危险性评价 按照 dow ici 蒙德法 将脱水橇 器 生产分离器 加热 炉和甲醇罐的初期火灾 爆炸及毒性危险性系数汇总列入表 3 以脱水橇 器 单元为例计算出其火灾 爆炸及毒性危险性 计算过程和结果本文略 其他单元在本文中省略 各项指标包 括有以下内容 火灾负荷 f 内部爆炸指标 e 气体爆炸指标 a 总 体危险性评价分 r 计算公式及计算过程本文省略 表 3 各评价单元初期火灾 爆炸及毒性危险性结果汇总 表 评价单元 dfucear 危险性范畴 脱水橇 418 94 高度灾难性的 5577 93 低 14 04 非常高 77 22 中等 5 40 高 510 36 非常高 6519 13 非常高 分离器 298 07 高度灾难性的 1678 95 轻 12 35 非常高 12 35 轻 4 75 高 21 26 低 430 20 中等 加热炉 277 12 潜在灾难性的 20513 31 高 11 83 中等 118 30 低 4 55 中等 191 32 非常高 430 67 非常高 甲醇罐 119 46 非常极端的 131200 强的 4 88 中等 175 68 中等 3 05 中等 4 12 轻 458 73 中等 从计算的结果来看 在没有采取任何预防措施的情况下 dow ici 总指标 d 值 单元毒性指标 u 值 内部单元爆炸指标 e 值及总危险性系数 r 值大多处于危险性较大的范畴内 而脱 水橇 器 加热炉因其操作温度高 工作压力大 天然气处理量 大 工艺条件相对复杂和明火作业的特点 在整体上火灾爆炸 和毒性危害程度较其他 2 个单元严重 3 2 安全性补偿评价 由于在设计上和日常生产过程中对集气站采取了防火防爆 措施 并建立了较为完善的安全生产规章制度和岗位操作规程 为实现安全生产提供了较好的安全保障条件 为了取得正确的 安全特性 考虑到接受上述的总危险性 r 及其他指标的可能性 需进一步进行安全性补偿评价 采取减少事故频率补偿的一些 有效措施包括以下几个方面 容器危险性 工艺管理 安全的态度 防 火 物质隔离 灭火活动 按照 ici 蒙德法对降低事故频率补偿系数选取的原则 结 合集气站的实际情况 合理选择上述 6 个方面的安全性补偿系 数 依据 4 个评价单元的安全补偿系数表 4 重新计算各评价 单元的实际危险程度 得到各指标的安全补偿指标 补偿火灾 负荷 f 补偿内部爆炸指标 e 补偿气体爆炸指标 a 补偿总体危 险性 r 计算结果见表 5 表 4 4 个评价单元的安全补偿系数汇总表 单元 k1k2k3k4k5k6 脱水橇 分离器 加热炉 甲醇罐 0 408 0 408 0 350 0 4370 316 0 334 0 281 0 3230 689 0 689 0 689 0 6890 47 0 47 0 47 0 470 68 0 68 0 68 0 680 772 0 772 0 772 0 660 表 5 安全补偿系数计算后的危险性评价结果 评 单 价 结 元 果 dow ici 总指标 d 火灾负荷 f f btu ft 2 内部爆炸指数 f 环 境气体爆炸指标总危险性系数 r 脱水橇 418 941782 711 15263 20142 88 高度灾难性的轻低高中等 分离器 298 07536 591 0911 1610 01 高度灾难性的轻低轻缓和 加热炉 277 126556 050 88100 4471 95 潜在灾难性的低轻微非常高 甲醇罐 119 464193 520 651 859 41 非常极端的非常高轻微轻缓和 4 评价结论 4 1 能过对集气站脱水橇 分离器 加热炉和甲醇罐 4 个 单元的 dow ici 评价可知 在未采取任何安全防护措施的情况 下 其火灾 爆炸事故 将会产生灾难性的后果 如果在工程 设计 建设施工 生产运行 安全管理 人员培训以及事故应 急预案等多方面采取有效的安全保障措施 脱水橇 分离器 加热炉和甲醇罐 4 个单元的火灾 爆炸及毒性的危险度会大幅 度降低 dow ici 中的总危险系数 r 值大多低于 100 脱水橇 r 142 88 处于 低 或 缓和 范畴 属于较为安全的状态 4 2 dow ici 总指标 d 值表示评价单元火灾 爆炸危险性潜 能的大小 在对集气站的 4 个评价单元中 d 值都处于高度危 险的范畴内 尤其脱水橇 分离器 加热炉处于灾难性范畴 这说明集气站的火灾 爆炸危险性潜能较高 4 3 甲醇罐的火灾负荷 f 值初评为 强 经安全措施补偿 降为 非常高 程度 说明甲醇罐潜在的火灾危险性相对较高 这与甲醇罐的容量 火灾特性 露天布置以及装卸方式都有直 接的原因 天然气的火灾爆炸特性和严格的密闭作业条件 使 其他 3 个单元的火灾负荷相对较低也是合理的 4 4 装置内部爆炸指标 e 是物料的危险性和工艺条件因素 的综合反映 4 个单元经安全措施补偿后均处于 低 或 轻微 的 范畴以下 说明在正常工作状态下 较完善的安全保障条件能 使集气站的内部爆炸危险性的幅度降低 4 5 脱水橇和加热炉经安全措施补偿后 其环境气体爆炸 指标 a 仍处于 高 和