高H 2S含量天然氣平臺呼吸氣系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)探討

邢運亮，王澤龍，耿恒業(yè)，鹿棟梁

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

H2S是一種具有窒息性和刺激性的有毒氣體[1-4]，在海上油氣田開采過程中，若發(fā)生H2S泄漏事故，將嚴重威脅人員生命安全。例如，阿拉伯海灣某平臺、墨西哥灣某油井等均發(fā)生過H2S泄漏事故并致多人死亡[5-6]。因此，在高H2S含量天然氣平臺上必須配備相應(yīng)的應(yīng)急救生系統(tǒng)，確保平臺人員在H2S泄漏后快速逃生。

呼吸氣系統(tǒng)（Breathing air systems）是高H2S含量天然氣平臺救生系統(tǒng)的重要組成部分，目前國內(nèi)海上平臺大多只配備了便攜式呼吸氣瓶及面罩[7-8]，而國外部分高H2S含量天然氣平臺均配備了完善的呼吸氣系統(tǒng)，可提供呼吸氣供應(yīng)站、人員避難間、便攜式呼吸氣瓶等，以供海上平臺人員在H2S泄漏事故發(fā)生時迅速逃生。

目前，國內(nèi)技術(shù)人員對呼吸氣系統(tǒng)的調(diào)試研究較少，因此本文以某國外項目為依托，參照現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準，通過全面介紹呼吸氣系統(tǒng)的原理及功能組成，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗，繼而總結(jié)并形成呼吸氣系統(tǒng)的調(diào)試方法及調(diào)試注意事項，旨在為未來項目的呼吸氣系統(tǒng)調(diào)試及技術(shù)改進提供參考和指導(dǎo)。

1 呼吸氣系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)原理

呼吸氣系統(tǒng)主要由呼吸氣壓縮機包（現(xiàn)場控制箱、高壓空氣壓縮機、氣水分離器、干燥器），呼吸氣撬（高壓氣瓶組撬、連接管匯）、呼吸氣分配裝置（便攜式呼吸氣瓶充裝臺、呼吸氣供應(yīng)站）、人員避難所增壓撬（高壓氣瓶撬、避難間[9]）等多個子系統(tǒng)設(shè)備組成，并且系統(tǒng)內(nèi)還安裝有多型控制閥門、監(jiān)測計量儀器等單元部件。

呼吸氣系統(tǒng)原理示意圖如圖1所示，呼吸氣系統(tǒng)工作原理是空氣壓縮機產(chǎn)生高壓空氣，經(jīng)過干燥器吸附過濾后，儲存至高壓氣瓶撬中，再通過減壓閥輸送至呼吸氣供應(yīng)站以及人員避難間。

圖1 呼吸氣系統(tǒng)原理

1.2 系統(tǒng)功能

高H2S含量天然氣平臺上的呼吸氣系統(tǒng)通過整合壓縮空氣生成、存儲、再分配系統(tǒng)，監(jiān)測計量裝置以及人員避難間，組成一套完備的應(yīng)急救生系統(tǒng)。呼吸氣系統(tǒng)工作時，壓縮機首先將空氣壓縮并經(jīng)過干燥過濾后存儲至高壓氣瓶撬內(nèi)，通過壓縮機出口各種氣體濃度探頭來檢測氣體質(zhì)量，當(dāng)檢測到煙霧、可燃氣或有毒氣體時空氣壓縮機立即自動停機，從而保證了高壓氣瓶內(nèi)呼吸空氣質(zhì)量。在火災(zāi)及H2S泄漏發(fā)生時，人員逃生過程中背帶的呼吸氣瓶一般只能持續(xù)使用15 min，呼吸氣系統(tǒng)所設(shè)置的呼吸氣供應(yīng)站處有呼吸氣瓶快速接頭，人員在撤離前可通過呼吸氣供應(yīng)站實現(xiàn)持續(xù)的空氣供應(yīng)，從而減少個人呼吸氣瓶內(nèi)的氣體使用，保障人員有足夠的逃生時間。同時，因火氣系統(tǒng)已探測到火災(zāi)及H2S泄漏，并觸發(fā)報警，由火氣系統(tǒng)邏輯控制的氣動閥門（圖1）將同步自動打開，人員避難間能立即投入正壓呼吸空氣，保障房間內(nèi)人員有足夠時間進行應(yīng)急處理。

2 呼吸氣系統(tǒng)調(diào)試方法

2.1 調(diào)試前準備

高H2S含量天然氣平臺呼吸氣系統(tǒng)調(diào)試前，需仔細閱讀調(diào)試大綱文件，并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準規(guī)范、設(shè)計規(guī)格書等參考文件編制呼吸氣系統(tǒng)調(diào)試程序及調(diào)試表格[10]；熟悉與待調(diào)試海上平臺呼吸氣系統(tǒng)相關(guān)的工藝流程圖、系統(tǒng)原理圖、設(shè)備布置圖、接線端子圖、因果邏輯圖以及設(shè)備廠家資料等；在正式調(diào)試開展前，機械、電氣、儀表各專業(yè)工程師應(yīng)備好進行檢查和功能測試所需的各類工具設(shè)備，檢查部分儀表及測試用具的標(biāo)定證書、校準證書是否合格且在有效期內(nèi)。

2.2 調(diào)試前檢查

呼吸氣系統(tǒng)正式調(diào)試開始前需對現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境及系統(tǒng)機械完工狀態(tài)進行檢查確認。現(xiàn)場調(diào)試工作的作業(yè)環(huán)境檢查項有：作業(yè)區(qū)域是否整理清潔，照明燈光是否符合要求；現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境溫度及濕度是否滿足調(diào)試工作要求；作業(yè)區(qū)域的通風(fēng)是否順暢流通，是否存留有毒、有害及可燃物品；作業(yè)區(qū)域能否建立區(qū)域隔離[11-12]，是否配備經(jīng)過合格認證且足量的消防設(shè)備等；作業(yè)區(qū)域的緊急逃生通道是否干凈無阻礙。

系統(tǒng)機械完工狀態(tài)檢查項有：檢查設(shè)備出廠前的檢驗報告以及現(xiàn)場安裝施工后的檢驗報告；檢查系統(tǒng)設(shè)備管線試壓檢測報告，管線密性試驗報告；檢查現(xiàn)場管路上儀表卡套及絲扣連接是否正確且緊固牢靠；檢查系統(tǒng)設(shè)備管線儀表的現(xiàn)場安裝、接線報告以及標(biāo)定證書；檢查現(xiàn)場所用電纜的校線報告；確認設(shè)備進行安全隔離；確認呼吸氣系統(tǒng)的安裝完整性滿足調(diào)試作業(yè)開展的要求。

2.3 現(xiàn)場調(diào)試

（1）呼吸氣系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試時首先應(yīng)進行儀表回路測試及安保功能測試，檢查動力電纜絕緣狀態(tài)，檢查設(shè)備機油液位是否正常，檢查呼吸氣系統(tǒng)工作流程上的閥門是否保持在正確開關(guān)狀態(tài)等。

（2）當(dāng)前述各項檢查確認無誤后，UPS（不間斷電源）向呼吸氣系統(tǒng)本地控制盤送220 V電源，低壓盤向系統(tǒng)設(shè)備送440 V電源?，F(xiàn)場點動空氣壓縮機電機，進行急停按鈕功能測試，檢查電機轉(zhuǎn)向，若轉(zhuǎn)向反向則需打開電機端蓋進行倒相序操作，轉(zhuǎn)向無誤后啟動設(shè)備并記錄啟動電流及運行電流。在空氣壓縮機運行過程中檢查A、B兩組干燥器是否滿足以15 min為間隔，實現(xiàn)相互切換再生功能；檢查往復(fù)式空氣壓縮機氣缸外排水電磁閥是否正常工作。

（3）測量并記錄壓縮機運行時的機體震動值、噪聲值、機體運行時外殼溫度、電機轉(zhuǎn)速等參數(shù)，數(shù)據(jù)應(yīng)記錄在試驗報告中并分析是否符合標(biāo)準。呼吸氣系統(tǒng)內(nèi)的往復(fù)式空氣壓縮機運轉(zhuǎn)時易產(chǎn)生壓縮機機體振動并伴隨機械噪聲，壓縮機氣缸內(nèi)的氣體壓力呈現(xiàn)周期性變化的特征，導(dǎo)致缸內(nèi)出現(xiàn)氣體噪聲，同時引發(fā)氣缸、連桿、機體的振動而產(chǎn)生固體噪聲[13-14]，上述共同構(gòu)成往復(fù)式空氣壓縮機噪聲的主要來源。壓縮機氣缸內(nèi)氣體力沿其余零部件如活塞、連桿、曲軸等傳遞到設(shè)備機體表面，并誘發(fā)設(shè)備機體表面的高頻振動與結(jié)構(gòu)噪聲。此外，控制氣缸中氣體進出的氣閥交替啟閉，因此閥片與升程墊和閥座循環(huán)沖擊而產(chǎn)生噪聲，若氣閥彈簧力過大將出現(xiàn)閥片顫振，從而加劇噪聲影響；曲柄連桿做往復(fù)運動時，慣性力不能有效平衡會引發(fā)零部件振動與噪聲，往復(fù)慣性力在機體上產(chǎn)生周期性變化的傾覆力矩，同時也引起壓縮機設(shè)備內(nèi)部零部件共振和噪聲。往復(fù)式空氣壓縮機是呼吸氣系統(tǒng)的核心設(shè)備，是高壓空氣氣源設(shè)備，其運轉(zhuǎn)是否正常將直接影響到呼吸氣系統(tǒng)整體的平穩(wěn)運行，針對前述所分析的壓縮機運行時產(chǎn)生伴隨的機體振動及多種噪聲，可以從運行聲音及溫度、部件轉(zhuǎn)動及磨損等方面依據(jù)相關(guān)標(biāo)準做現(xiàn)場技術(shù)判斷別，但是判斷壓縮機工作狀況在很大程度上和現(xiàn)場技術(shù)人員的水平有關(guān)，因此在現(xiàn)場調(diào)試時一般需要設(shè)備廠家提供技術(shù)支持。

（4）緩慢建立壓縮機出口管線壓力分別為50 barg（1 barg=0.1 MPag）、100 barg、150 barg、207 barg時進行停機保壓，在所有管線儀表卡套、法蘭及絲扣聯(lián)接處噴灑肥皂水以檢查是否有泄漏。

（5）若存在泄漏則需要系統(tǒng)停機，進行管線泄壓，然后對泄漏處進行處理。由于調(diào)試前，施工方已完成管線的密性試驗，并出具報告，因此法蘭面處應(yīng)當(dāng)不存在泄漏；如果卡套處存在泄漏，需要考慮是否更換卡套；如果絲扣處泄漏，需要考慮采用涂抹絲扣膠后重新緊固或生料帶纏繞后緊固的方法。

（6）最后在額定工作壓力207 barg下保壓30 min，確保壓力沒有下降或壓力下降不超過1%（即少于2 barg）方為合格，同時在調(diào)試表格中對照各項測試內(nèi)容記錄測試結(jié)果。

3 調(diào)試注意事項

（1）呼吸氣系統(tǒng)調(diào)試時管線中為高壓氣體，在調(diào)試過程中存在管線泄漏或爆裂的風(fēng)險，因此必須要做好區(qū)域隔離，所劃范圍不應(yīng)過小。

（2）由于系統(tǒng)設(shè)備管線上安裝有減壓閥，應(yīng)檢查其前后有無安裝壓力表，避免因減壓閥失效引起減壓閥后壓力超高，從而導(dǎo)致管線上疏水裝置或壓力表等超過其最大安全工作載荷。

（3）檢查撬內(nèi)電磁閥是否工作正?？煽?，避免因電磁閥故障而導(dǎo)致疏水裝置的水不能順利排放。

（4）海上平臺經(jīng)過拖拉運輸安裝等過程，尤其是經(jīng)歷較大的環(huán)境溫度變化后，易引起卡套的緊固力度不足而產(chǎn)生泄漏，因此在海上安裝就位后，需要重新檢查卡套及絲扣連接處是否緊固。

（5）呼吸氣系統(tǒng)涉及較多管線連接，因此易存在儀表卡套大面積泄漏現(xiàn)象，在調(diào)試現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)實際情況進行具體原因分析。一般可能的原因有下列幾類：①在儀表壓力管路中通過采用卡套式連接方式，包括閘閥、卡套式截止閥及接頭等多種閥門及Tube管連接而成，在實際海上平臺項目中，現(xiàn)場使用的卡套連接件存在多個品牌且不同品牌連接件直接混用，易引起卡套接頭大面積泄漏；②在海上平臺現(xiàn)場安裝施工時應(yīng)確認Tube管完全插入到接頭中，且卡套處不存在因彎曲而導(dǎo)致的變形，鑒于現(xiàn)場安裝作業(yè)時部分施工承包商技術(shù)水平不足，易導(dǎo)致儀表卡套安裝大面積不合格而引發(fā)泄漏；③管件末端的毛刺應(yīng)當(dāng)清理去除，確保管路在穿過雙卡套時不易卡塞，同時保護卡套的密封邊緣。若施加較大外力，管路強行穿過卡套，也易造成卡套密封邊緣的損壞，結(jié)合本項目現(xiàn)場施工過程來看，部分儀表卡套因為存在泄漏而進行反復(fù)拆卸，也出現(xiàn)了密封邊緣失效的現(xiàn)象[15]。

（6）由于壓縮機與干燥器是成撬設(shè)備，易存在成撬后現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部空間不足的問題，導(dǎo)致維修及檢修難度加大甚至無法進行。例如系統(tǒng)設(shè)備在現(xiàn)場進行安裝時仍在整改撬內(nèi)設(shè)備布局，給現(xiàn)場調(diào)試工作開展帶來極大影響，因此在資料審查階段及設(shè)備出廠驗收階段要嚴格檢查該項內(nèi)容。

4 結(jié)束語

呼吸氣系統(tǒng)作為海上高H2S含量天然氣平臺安全救生系統(tǒng)的一部分，對保障高H2S平臺人員在緊急情況下的安全逃生發(fā)揮著重要作用。本文通過對呼吸氣系統(tǒng)的組成、原理及功能進行全面介紹，具體闡述現(xiàn)場調(diào)試方法，總結(jié)調(diào)試過程中注意事項并進行探討分析，形成主要結(jié)論如下：（1）空氣壓縮機作為系統(tǒng)核心設(shè)備，其運行中易產(chǎn)生機體振動及噪聲，在調(diào)試過程中應(yīng)從運行聲音及溫度、部件轉(zhuǎn)動及磨損等多方面進行觀察判斷；（2）系統(tǒng)連接管線涉及大量卡套絲扣，其發(fā)生泄漏的原因主要有多品牌元件混用、安裝工藝缺陷、密封邊緣外力損壞；（3）注意檢查系統(tǒng)管線密性，并在平臺安裝就位后復(fù)查卡套絲扣連接；（4）在資料審查階段及設(shè)備出廠驗收階段嚴格檢查壓縮機與干燥器成撬內(nèi)部空間分配。綜上，本文以期對未來海上石油平臺上所使用的呼吸氣系統(tǒng)的調(diào)試、日常運行維護及技術(shù)改造提供技術(shù)參考。