收發(fā)球筒霧化噴淋改造

張國棟

摘 要：普光氣田是我國迄今發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大，豐度最高的特大型整裝海相氣田，具有埋藏深、地質(zhì)條件復(fù)雜、高溫、高壓、高含硫和二氧化碳的特點。其硫化氫含量達12.31%-17.05%，CO2含量在7.89%～10.53%之間，是舉世矚目高含硫氣田。清管批處理防止硫化氫與二氧化碳對管線和設(shè)備的腐蝕及監(jiān)測是保證氣田安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行的必備措施。清管批處理作業(yè)在清管器在裝入發(fā)球筒或者從收球筒取出清管器時，管線內(nèi)硫化亞鐵與空氣中氧氣充分時，會發(fā)生自然和爆炸產(chǎn)生（如圖1）。因此清管批處理及智能清管中，防止收球筒打開硫化亞鐵自燃對避免安全事故風(fēng)險和隱患安全生產(chǎn)至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：收；發(fā)球筒；清管器；硫化亞鐵；自燃

一、硫化亞鐵產(chǎn)生途徑及自燃機理

1.硫化亞鐵產(chǎn)生途徑

硫化亞鐵（FeS）是黑褐色六方晶體，難溶于水，密度4.74g/cm3，熔點1193℃。硫化亞鐵產(chǎn)生的途徑比較多，大致可歸納為以下幾方面：

1.1硫與鐵直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化亞鐵。

化學(xué)反應(yīng)方程式為：

Fe+ S= FeS

生成的硫化亞鐵結(jié)構(gòu)比較疏松，均勻地附著在設(shè)備及管道內(nèi)表面，容易人工清除。

1.2大氣腐蝕生成硫化亞鐵

裝置停工或閑置過程中，設(shè)備附件長期暴露于空氣之中，會造成大氣腐蝕，從而生成鐵銹。鐵銹由于不易徹底清除掉，在生產(chǎn)中就會與硫化氫作用生成硫化亞鐵。

化學(xué)反應(yīng)方程式為：

Fe+ O2+ H2O → Fe2O3+H2O 11

Fe2O3+H2O +H2S→FeS + H2O

該反應(yīng)比較容易進行，防腐不好的設(shè)備產(chǎn)生硫化亞鐵的可能性較大。

1.3電化學(xué)腐蝕反應(yīng)生成硫化亞鐵

當(dāng)有水存在時，儲存介質(zhì)內(nèi)含有的硫化氫和硫醇對油罐罐底、罐壁和罐頂內(nèi)側(cè)金屬有很明顯的腐蝕性。

硫化氫溶于水并水解，反應(yīng)化學(xué)方程式為：

H2S = H++HS –

HS-=H++S2-

這是一種電化學(xué)腐蝕過程：

陽極反應(yīng)：Fe→ Fe2++2e；

陰極反應(yīng)：2H++2e→H2（滲透鋼中）。

Fe2+與S2-及HS-反應(yīng)化學(xué)方程式為：

Fe2++S2- = FeS↓

Fe2++ HS-=FeS↓+ H+

2.硫化亞鐵自燃機理

硫化亞鐵及鐵的其它硫化物在空氣中受熱或光照時，會發(fā)生如下反應(yīng)：FeS+3/2O2=FeO+SO2+49kJ

2FeO+1/2O2=Fe2O3+271 kJ

FeS2+O2=FeS+SO2+222kJ

Fe2S3+3/2O2=Fe2O3+3S+586KJ

根據(jù)燃燒理論，燃燒發(fā)生有3個基本條件，即：可燃物、助燃物、點火源。收、發(fā)球筒硫化亞鐵自燃必須在以上3 個條件具備的情況下才會發(fā)生，3個基本條件的形成過程如下：

2.1可燃物

通常天燃氣易燃易爆。在收、發(fā)球筒，揮發(fā)出的硫化氫不容易擴散出去，而是聚集在收、發(fā)球筒，這樣就為燃燒或爆炸儲備了大量油氣。

2.2助燃物

在清管批處理過程中，當(dāng)收、發(fā)球筒排液、放空泄壓后，一般都會打開盲板，進行清管器取出操作，這時氧氣就會不斷進入收、發(fā)球筒，為燃燒或爆炸創(chuàng)造了條件。

2.3點火源

由于天燃氣未經(jīng)去雜質(zhì)處理或雜質(zhì)處理不徹底，里面含有一些還原性雜質(zhì)。通常天然氣含有的還原性雜質(zhì)主要是低價態(tài)的硫的化合物，比如硫化氫（H2S），它和鋼制收、發(fā)球筒容易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，隨著反應(yīng)溫度升高，放出的熱量也相應(yīng)增加，氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的能量足以引起油氣的燃燒或爆炸。隨著氣溫升高，熱量不斷積累，使鐵銹表面油膜及水分蒸發(fā)掉，與空氣直接接觸，最后引起干燥的硫化亞鐵發(fā)生自燃，并引燃收、發(fā)球筒內(nèi)天燃氣發(fā)生閃爆。

二、預(yù)防硫化亞鐵自燃事故的措施

2.1.從源頭治理，控制硫化亞鐵生成

普光氣田為防止硫化氫對管線及收、發(fā)球筒的腐蝕，從源頭選擇抗硫管材，有助于減輕地面系統(tǒng)金屬管線、設(shè)備的腐蝕，從而減少硫化亞鐵的生成。

2.2.做好設(shè)備防腐，防止硫化亞鐵產(chǎn)生

做好設(shè)備防腐，采用站場緩蝕劑加注、陰極保護、批處理作業(yè)在管線內(nèi)壁形成一涂料保護技術(shù)防止硫腐蝕。

2.3.對開關(guān)收、發(fā)球筒作業(yè)，采用消防水內(nèi)噴淋裝置沖洗

在接收、發(fā)球筒作業(yè)時，配備消防車。當(dāng)收、發(fā)球筒天燃氣放空泄壓燃料氣置換合格后，要求進行清管器取放作業(yè)時，為防止在清管器取放過程中硫化物氧化放熱引起自燃，保障人身安全，可開啟收、發(fā)球筒噴淋設(shè)施，降低溫度，從而降低火災(zāi)危險性，預(yù)防事故的發(fā)生。

三、收、發(fā)球筒消防噴淋存在不足

目前清管、批處理收、發(fā)球作業(yè)、快開盲板的維護保養(yǎng)操作，在打開快開盲板時，及時打入消防水，高壓大排量的消防水把硫化亞鐵及球筒內(nèi)的殘液一并沖洗出來，達到防止硫化亞鐵的自燃的目的。這樣存在一下不足：如圖2.

3.1、大量的消防水和球筒內(nèi)的殘液混合形成新的污染源，并且給殘液的回收、收集、處置造成很大的難度，還致使現(xiàn)場環(huán)境污染及現(xiàn)場的規(guī)范整潔；

3.2、大量新殘液增加了操作人員的收集工作量，長時間的在涉硫區(qū)域收集，增加了操作人員安全風(fēng)險和隱患，不利于安全生產(chǎn)；

3.3、對清潔生產(chǎn)極為不利，對減少生產(chǎn)費用不利，并且增加了工作人員的勞動強度。

四、收、發(fā)球筒霧化噴淋改造

清管、批處理收、發(fā)球作業(yè)、快開盲板的維護保養(yǎng)操作，在打開快開盲時，把站場上高架水箱潔凈的低壓生活用水，通過一個水泵再次加壓后，形成具有一定的壓力低壓水鋪設(shè)到收發(fā)球筒區(qū)，使用時打開閥門，通過霧化噴嘴對收發(fā)球筒進行噴淋，水噴出后形成霧化噴灑，使球筒內(nèi)形成濕潤、潮濕、霧化的環(huán)境，使硫化亞鐵自燃的條件不能形成消除硫化亞鐵自燃的風(fēng)險；霧化水又能溶解硫化氫從而減少現(xiàn)場硫化氫濃度，減輕現(xiàn)場硫化氫安全風(fēng)隱、隱患和空氣污染源的形成；霧化水代替大量的消防水減少新污染源的形成，減少操作人員收集殘液的工作量，減少消防車、消防水的使用，大力節(jié)約生產(chǎn)成本。如圖3和圖4

4.1、消除了收、發(fā)球筒開關(guān)操作硫化亞鐵自燃安全隱患和風(fēng)險；

4.2、收、發(fā)球筒噴淋造成殘液增多，減少殘液的收集量，操作人員工勞動強度、安全風(fēng)險、隱患降低；

4.3、霧化水降低，稀釋了現(xiàn)場折硫化氫濃度，減少環(huán)境污染和破壞影響，做到文明清潔生產(chǎn)。

4.4、減少消防車及強風(fēng)車的使用，節(jié)約了噴淋用水，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本；

4.5、收、發(fā)球筒開關(guān)受消防車及現(xiàn)場生產(chǎn)條件制約，維護保養(yǎng)，開關(guān)不受限制。

五、結(jié)語

收、發(fā)球筒內(nèi)硫化亞鐵易發(fā)生氧化反應(yīng)，更加容易引發(fā)起火或爆炸事故的發(fā)生，因此充分認識硫化亞鐵的危害性對于清管批處理作業(yè)安全至關(guān)重要。通過以上分析，我們掌握了硫化亞鐵產(chǎn)生的機理，硫化亞鐵自燃的原理和危害，并闡述了防止硫化亞鐵自燃的措施。在清管批處理作業(yè)中，為減少或杜絕收、發(fā)球筒硫化亞鐵的危害，制定預(yù)防措施、改進噴淋方式必不可少，只有將這些防范措施逐步落實到位，普光氣田的安全才能有更加充分的保障。