鉆井施工硫化氫警示器的研制與應(yīng)用

王洪臣 姚成龍 陳凱

摘 要：無(wú)色、易燃、急性劇毒的硫化氫氣體是鉆井施工過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，給鉆井施工作業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重威脅，為減少和規(guī)避硫化氫在鉆井施工作業(yè)過程中風(fēng)險(xiǎn)，除配備移動(dòng)的和固定的檢測(cè)、防護(hù)設(shè)備外，還必須配置標(biāo)準(zhǔn)要求的硫化氫警示器。本文按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)硫化氫環(huán)境鉆井作業(yè)的警示器進(jìn)行研究，對(duì)鉆井施工硫化氫警示器進(jìn)行了研制。

關(guān)鍵詞：硫化氫；警示器；研制應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.066

1 研制硫化氫警示器的的背景及意義

（1）硫化氫是一種無(wú)機(jī)化合物，正常情況下是一種無(wú)色、易燃的酸性氣體，濃度低時(shí)帶惡臭；濃度高時(shí)反而沒有氣味。它能溶于水，是一種急性劇毒氣體，吸入少量高濃度硫化氫可于短時(shí)間內(nèi)致命，低濃度的硫化氫對(duì)眼、呼吸系統(tǒng)及中樞神經(jīng)都有影響。我國(guó)陸上西南、西北油區(qū)及東部勝利油區(qū)都含硫化氫。為了消減硫化氫給鉆井施工作業(yè)帶來(lái)潛在的巨大的風(fēng)險(xiǎn)，不管是已知的或是未知的鉆井施工作業(yè)，2005年5月1日實(shí)施的《含硫化氫油氣井安全鉆井推薦做法》（SY/T5087-2005）石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)可能有硫化氫的作業(yè)井場(chǎng)應(yīng)有明顯、清晰的警示器，來(lái)杜絕或降低硫化氫環(huán)境作業(yè)者的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）2017年8月1日實(shí)施的《硫化氫環(huán)境人身防護(hù)規(guī)范》（SY/T6277-2017）對(duì)2005年5月1日實(shí)施的《含硫化氫油氣井安全鉆井推薦做法》（SY/T5087-2005）石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做了修訂，《硫化氫環(huán)境人身防護(hù)規(guī)范》（SY/T6277-2017）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：（1）空氣中硫化氫濃度小于閾限值[15mg/m3（10ppm）]時(shí)，白天掛標(biāo)有硫化氫字樣的綠牌、夜晚亮綠燈。（2）空氣中硫化氫濃度超過閾限值[15mg/m3（10ppm）]且小于安全臨界濃度[30mg/m3（20ppm）]時(shí)，白天掛標(biāo)有硫化氫字樣的黃牌、夜晚亮黃燈。（3）空氣中硫化氫濃度超過臨界濃度[30mg/m3（20ppm）]且小于危險(xiǎn)臨界濃度[150mg/m3（100ppm）]時(shí)，白天掛標(biāo)有硫化氫字樣的紅牌、夜晚亮紅燈。（4）空氣中硫化氫濃度超過臨界濃度[150mg/m3（100ppm）]時(shí)，白天掛標(biāo)有硫化氫字樣的藍(lán)牌、夜晚亮藍(lán)燈要求的警示器。

（3）按照《圖形符號(hào) 安全色和安全器 第一部分：安全器和安全標(biāo)記的設(shè)計(jì)原則》（GB/T2893.1-2003）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和《硫化氫環(huán)境人身防護(hù)規(guī)范》（SY/T6277-2017）石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硫化氫警示器屬于安全狀況器，勝利工程公司所屬143支在運(yùn)行的鉆井隊(duì)的硫化氫警示器各型各異，有的沿用舊標(biāo)準(zhǔn)三種顏色、長(zhǎng)條形式設(shè)置，有的使用圓形三種顏色設(shè)置，各種硫化氫限值的顯示需要進(jìn)行張貼，無(wú)法準(zhǔn)確的顯示鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施硫化氫環(huán)境限值，既不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的形狀要求，也不符合新標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前全國(guó)各個(gè)油田鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用的硫化氫警示器也是三種顏色、多種形狀，不符合《圖形符號(hào) 安全色和安全器 第一部分：安全器和安全標(biāo)記的設(shè)計(jì)原則》（GB/T2893.1-2003）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全狀況器和《硫化氫環(huán)境人身防護(hù)規(guī)范》（SY/T6277-2017）石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硫化氫警示器。

2 硫化氫警示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硫化氫警示器必須滿足《圖形符號(hào) 安全色和安全器 第一部分：安全器和安全標(biāo)記的設(shè)計(jì)原則》（GB/T2893.1-2003）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和《硫化氫環(huán)境人身防護(hù)規(guī)范》（SY/T6277-2017）石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硫化氫警示器設(shè)計(jì)要求

（1）符合《圖形符號(hào) 安全色和安全器 第一部分：安全器和安全標(biāo)記的設(shè)計(jì)原則》（GB/T2893.1-2003）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全狀況器和《硫化氫環(huán)境人身防護(hù)規(guī)范》（SY/T6277-2017）石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硫化氫警示器，包括：支架、警示牌、警示燈、遙控器四大部分。

（2）能夠清晰、醒目的全天候傳遞硫化氫狀況信息。

（3）防爆、安全、耐用，適應(yīng)頻繁搬遷的作業(yè)環(huán)境。

3 硫化氫警示器的結(jié)構(gòu)和工作原理

（1）硫化氫警示器的結(jié)構(gòu)，支架。由于鉆井施工作業(yè)流動(dòng)性較強(qiáng)，頻繁進(jìn)行搬遷，野外井場(chǎng)放置，以穩(wěn)固性和耐用性為主，以方便移動(dòng)和放置后穩(wěn)固為第一要素。圓鋼單立柱伸縮支架、圓鋼雙立柱伸縮支架雖然重量輕、成本較低，但是需要進(jìn)行埋設(shè)和加裝一定重量的底盤。雖然圓鋼（管）三叉伸縮支架重量上多一些，成本相對(duì)來(lái)說(shuō)較高，但是，方便移動(dòng)和放置后穩(wěn)固上有較大優(yōu)勢(shì)，不需要埋設(shè)和加裝一定重量的底盤，選擇圓鋼（管）三叉伸縮支架。

（2）硫化氫警示器的結(jié)構(gòu)，電源。如果長(zhǎng)期使用220V交流電源，按照規(guī)定需要進(jìn)行架設(shè)，離地面至少2.5米，這樣就增加了施工的工作量，既浪費(fèi)人力又浪費(fèi)物力。220V交流電源不是安全電壓，存在較大的安全隱患，易發(fā)生觸電的危險(xiǎn)，一旦遇到井噴等緊急情況需要切斷引起燃爆的電源，硫化氫警示器夜間就無(wú)法正常顯示。根據(jù)我們的資源調(diào)查，雖然可充電電源容量較小，但完全能滿足該裝置設(shè)計(jì)的功率及使用時(shí)間要求，且成本較低，根據(jù)上述分析，選取可充電電源裝置作為該工具的供電電源。

（3）硫化氫警示器的結(jié)構(gòu)，燈具。通過調(diào)查分析，由于白熾燈和日光燈不能通過電路控制色彩，需要在燈罩或燈的外部涂抹色彩層，需要四種燈源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，色彩差，亮度差，易損毀。故采用直流驅(qū)動(dòng)的超低功耗器件，抗震、耐沖擊、無(wú)熱輻射、安全、穩(wěn)定、可靠，無(wú)需考慮散熱，燈體靈巧，安裝簡(jiǎn)便的15CM遙控全彩LED燈盤。它功耗和維護(hù)費(fèi)用較低，壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，環(huán)境要求不高，10年更換一次的LED燈，既省電又可避免頻繁換燈之苦。

（4）硫化氫警示器的結(jié)構(gòu)，警示牌。為保證器牌的使用強(qiáng)度，并且降低研制成本，采用鋁合金板材，按照《安全器及其使用導(dǎo)則》（GB2894-2008）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，器牌的外層涂抹四色磷光材料或粘貼反光面紙，形狀為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)*寬400mm。采用鋁合金板材既減輕裝置重量，又滿足了器的使用要求。

（5）硫化氫警示器工作原理。

1）將支架移動(dòng)至鉆井井場(chǎng)大門前面，伸開支架，白天根據(jù)鉆井施工硫化氫空氣中的濃度含量選取四色中的一種顏色面板，將面板放置在最外面。a.空氣中硫化氫濃度小于閾限值[15mg/m3（10ppm）]時(shí)，白天掛標(biāo)有硫化氫字樣的綠牌。b.空氣中硫化氫濃度超過閾限值[15mg/m3（10ppm）]且小于安全臨界濃度[30mg/m3（20ppm）]時(shí)，白天掛標(biāo)有硫化氫字樣的黃牌。c.空氣中硫化氫濃度超過臨界濃度[30mg/m3（20ppm）]且小于危險(xiǎn)臨界濃度[150mg/m3（100ppm）]時(shí)，白天掛標(biāo)有硫化氫字樣的紅牌。d.空氣中硫化氫濃度超過臨界濃度[150mg/m3（100ppm）]時(shí)，白天掛標(biāo)有硫化氫字樣的藍(lán)牌。

2）將支架移動(dòng)至鉆井井場(chǎng)大門前面，伸開支架，夜晚根據(jù)鉆井施工硫化氫空氣中的濃度含量，打開電源開關(guān)，操作遙控器，選取四色中的一種顏色按鈕。a.空氣中硫化氫濃度小于閾限值[15mg/m3（10ppm）]時(shí)，夜晚亮綠燈。b.空氣中硫化氫濃度超過閾限值[15mg/m3（10ppm）]且小于安全臨界濃度[30mg/m3（20ppm）]時(shí)，夜晚亮黃燈。c.空氣中硫化氫濃度超過臨界濃度[30mg/m3（20ppm）]且小于危險(xiǎn)臨界濃度[150mg/m3（100ppm）]時(shí)，夜晚亮紅燈。d.空氣中硫化氫濃度超過臨界濃度[150mg/m3（100ppm）]時(shí)，夜晚亮藍(lán)燈。

4 硫化氫警示器的主要參數(shù)

支架高度1500～2000mm可調(diào)；

支腿最大直徑1400mm；

電源：額定容量5000mAh；

電壓：輸入電壓4.5V；

輸出電壓5V；

光源額定功率：4W；

光源色：LED全彩；

續(xù)航時(shí)間：大于24h；

充電時(shí)間：3h。

5 應(yīng)用效果

通過鉆井隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期效果。白天能夠清晰的看到硫化氫環(huán)境顯示的安全狀態(tài)，四色警示板方便更換。通過遙控器控制四色的變化，夜間通過燈光能夠清晰的看到硫化氫環(huán)境顯示的安全狀態(tài)。支架穩(wěn)固牢靠，適宜鉆井現(xiàn)場(chǎng)地面環(huán)境，移動(dòng)方便，拆卸收取方便。符合《硫化氫環(huán)境人身防護(hù)規(guī)范》（SY/T6277-2017）石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的硫化氫警示器規(guī)定。

6 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)硫化氫警示器的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用，不斷地進(jìn)行反饋與改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了白天20m清晰顯示四色器，夜間四色燈光顯示。該裝置使用后，作業(yè)員工科全天候、清晰的觀察到硫化氫環(huán)境狀態(tài)，提升了高處作業(yè)人員的安全性，提高了硫化氫環(huán)境作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化。具有廣泛的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB2894-2008.安全器及其使用導(dǎo)則[S].2008.

[2]GB/T2893.1-2003.圖形符號(hào)安全色和安全器 第一部分：安全器和安全標(biāo)記的設(shè)計(jì)原則[S].2003.

[3]SY/T6277-2017.硫化氫環(huán)境人身防護(hù)規(guī)范[S].2017.

作者簡(jiǎn)介：王洪臣（1963-），男，山東東營(yíng)人，本科，石油鉆井高級(jí)技師，主要從事鉆井現(xiàn)場(chǎng)QHSE管理工作。