海上油气生产平台硫化氢气体泄漏风险评估

海上油气生产平台硫化氢气体泄漏风险评估

0总结氢氯仿气体是一种有毒气体，对人类健康和生命的危害程度为142mg。1重要的硫气体扩散理论和分析1.1硫化氢气体扩散影响因素硫化氢气体在大气中的扩散受诸多因素影响，根据不同的环境条件和实际情况，可选择多种扩散模型进行计算分析式中：ρ（x,y,z,H）为当排放源高度为H时，坐标为（x,y,z）空间点的气体质量浓度；Q为排放源强度；u为平均风速，即环境风速；σ由式（1）～式（3）可知，影响硫化氢气体在大气中扩散的参数主要分为如下几类：（1）排放源参数，包括源强度、几何高度、孔口直径、气体温度、气体速度；（2）环境参数（气象参数），包括平均风速、环境温度、大气稳定度（σ1.2设备释放工况优化海上油气生产平台上的硫化氢气体扩散主要考虑如下3个场景：平台火炬熄灭产生的气体扩散；平台冷放空产生的气体扩散；管道和设备泄漏产生的气体扩散。在正常情况下，平台上多余的天然气或系统紧急释放的天然气进入火炬进行燃烧，当火炬由于故障熄灭时，硫化氢气体将与多余气体一起通过火炬头释放至大气中。火炬熄灭产生的气体扩散须考虑连续释放工况、安全阀（PressureSafetyValve,PSV）释放工况和应急泄压阀（BlowDownValve,BDV）释放工况。连续释放工况是指持续数小时以上的释放，该工况考虑主工艺流程出现故障，部分设备的天然气需通过火炬放空。比如当天然气生产平台上的闪蒸气压缩机出现故障时，分离器分离出的闪蒸天然气需通过火炬放空。PSV释放工况考虑在平台发生火灾或者设备发生堵塞后，设备或者管线内压力增加，PSV启动释放气体进入火炬。BDV释放工况考虑当设置BDV的设备在紧急情况下启动时，降低设备内的压力，保证设备不会发生超压破坏。在上述3种工况下应分别计算释放的硫化氢气体质量浓度和总质量，按照硫化氢气体释放质量浓度最高、总质量最大的工况进行计算分析。冷放空用于释放平台上低压或常压工艺设备内的天然气或闪蒸气。工艺物流中的硫化氢气体也会随着天然气从冷放空释放。在通常情况下，冷放空作为释放源是间歇的，在放空量较大的情况下会持续一段时间。部分海上油气生产平台上存在连续放空工况。以冷放空作为释放源的硫化氢气体扩散模拟与火炬熄灭工况类似，其重点在于放空工况的识别和放空量的确定。管道和设备泄漏场景考虑的是在工艺流程中含硫化氢气体的设备或管道由破裂导致的硫化氢气体泄漏。设备管道的泄漏场景导致的气体扩散与泄漏孔径大小、泄漏点位置、泄漏方向、周边设备布置、气象条件等密切相关。根据目前行业的成熟做法，泄漏孔径大小可分为小孔径、中孔径、大孔径和全破裂等4个工况，不同工况可采用对应的孔径进行描述。泄漏点位置和泄漏方向需根据具体情况进行优化。考虑的原则是保证工况的代表性以及模拟计算时间和成本的可接受性。1.3气体扩散分析实践感受点是指硫化氢气体的存在可能带来严重后果的地方。在分析计算过程中，感受点以该位置的空间坐标进行标识。感受点选择的重要原则是硫化氢气体的存在是否会对人员的操作、逃生和生活带来危害和影响。根据海上油气生产设施硫化氢气体扩散分析实践，推荐选择如下地点作为感受点：（1）火炬（冷放空）臂的根部，在火炬或冷放空释放场景下，该感受点是平台上距离释放源最近的点，若该感受点处的计算质量浓度可接受，则平台上所有点的质量浓度不会超标；（2）起重机操作室，考虑硫化氢气体的存在对起重机操作人员的影响；（3）中控室、生活楼的通风或空调吸气口，考虑硫化氢气体进入有人房间的风险；（4）救生艇集合区，考虑硫化氢气体对人员撤离的影响；（5）直升机甲板，与集合区类似，考虑硫化氢气体对人员撤离的影响；（6）释放源附近的逃生通道；（7）其他距离释放源较近的设备、操作平台等。在单次分析计算中，上述感受点并不需要全部进行计算，具体的感受点选择需根据实际需求、项目特点等进行筛选和甄别。1.4影响标准硫化氢气体对人体有害的质量浓度为142.0mg/m1.5分析点的相对位置存在硫化氢气体泄漏风险的设施在设计阶段须充分考虑硫化氢气体的特性和危害。硫化氢气体质量浓度扩散分析结果在海洋平台上应用主要有如下几方面：（1）指导海上油气生产平台的总体布置。根据各感受点的硫化氢气体质量浓度大小可指导调整平台上释放源和各感受点的相对位置，保证各感受点的硫化氢气体暴露风险在可接受水平之下。（2）用于海上油气生产平台上硫化氢气体泄漏风险评估的输入。硫化氢气体扩散分析可提供泄漏源、泄漏量、影响范围和质量浓度分布，为硫化氢气体泄漏后果评估提供依据。（3）指导硫化氢气体探头布置。根据不同区域硫化氢气体质量浓度分布，优化硫化氢气体探头布置，避免探头过多造成浪费或者探头过少导致探测失败。（4）指导个人防护用品的配备与使用。规范要求对于不同的硫化氢气体暴露质量浓度需要配备不同种类的呼吸防护用品。根据硫化氢气体质量浓度分布，可预测不同区域的人员潜在暴露质量浓度，从而选择合适的个人防护用品。（5）指导海上油气生产平台应急响应程序编制和操作程序编制。硫化氢气体质量浓度的分布、持续时间、各感受点可能的质量浓度等是平台应急响应程序和日常操作程序编制的重要输入。2分析致密气体扩散2.1直升机甲板物流该项目是一个无人井口平台，平台上有15个井口，设置直升机甲板，如图1所示。平台物流通过海底管道输送至附近平台进行处理后外输。在平台物流中硫化氢气体的体积分数为0.67%(9500mg/m2.2尾气气体扩散分析硫化氢气体扩散分析采用行业内的成熟商业软件PHAST7.11。对平台生产系统进行分析和识别，硫化氢气体影响最大的场景是在火炬熄灭工况下，工艺系统BDV放空和PSV释放产生的气体扩散。在火炬燃烧工况下，由于硫化氢气体全部燃烧，因此不再考虑火炬燃烧尾气的气体扩散分析。该平台为无人平台，没有生活楼，设置直升机甲板。据此确定分析的感受点如下：（1）火炬臂根部；（2）火炬臂附近的逃生通道；（3）直升机甲板；（4）直升机甲板上部空间（考虑直升机高度所占的空间，选择直升机甲板以上27m);(5）起重机操作室。在确定甲板上的感受点坐标时，考虑人员高度，增加垂直坐标2m。各感受点的相对位置如图2所示。对于无人平台，硫化氢气体扩散分析的主要应用是指导硫化氢气体探头布置。确定硫化氢气体扩散分析的质量浓度标准为14.2mg/m环境数据如风速、风向、气温、湿度等根据项目的基础数据选取。风向选择吹向感受点的风向。气体组分根据生产平台上的物料平衡数据确定。2.3平台包络线增设硫化氢气体浓度软件模拟计算结果如图3和图4所示。图3和图4中曲线包络线表示质量浓度为14.2mg/m计算结果表明，在模拟计算的条件下，平台上不会出现硫化氢气体质量浓度超过14.2mg/m2.4不同风速下大气稳定度对计算结果的影响根据当地气象条件的统计数据，风速和大气稳定度的选择具有不确定性。其他参数如泄漏点位置、排放源强度等可根据项目设计参数进行确定。因此，有必要对风速和大气稳定度对计算结果的影响进行模拟计算和分析。根据国际通行标准，大气稳定度分为A、B、C、D、F等5个等级，稳定度依次升高。稳定度越低，对其他扩散越有利。选择2m/s、5m/s和10m/s等3个风速条件和D、F这2个大气稳定度等级。根据工程实践，将上述5个参数组合成3种计算工况：风速2m/s，稳定度F(2F）；风速5m/s，稳定度D(5D）；风速10m/s，稳定度D(10D）。3种计算工况的模拟结果如图5～图7所示。计算结果表明，风速和大气稳定度对计算结果影响较大。风速降低，大气稳定度增加，气体扩散的距离增加（由1200m增加至5300m），气团高度降低（由100m降低至60m）。在大气稳定度相同的条件下，风速增加对扩散结果影响不显著。但是在最不利的气象环境条件（2F）下，气团的高度高于平台上的所有感受点，平台上的硫化氢气体质量浓度满足要求，不需要额外的防护措施。3硫化氢气体扩散分析场景选择硫化氢气体是对人员有毒的气体，对人员健康有害的浓度较低。在海上油气生产平台上由于空间限制，硫化氢气体发生泄漏后的影响更加严重。对存在硫化氢气体泄漏风险的海上石油生产平台进行硫化氢气体扩散分析，对于硫化氢气体泄漏风险评估、平台总体布置、硫化氢气体探测、个人防护设备配置等具有指导和借鉴意义。在气体扩散分析理论的指导下，采取合理假设，简化模拟分析的场景和工况，在保证满足