基于FLACS的原油管道硫化氫逸出擴(kuò)散規(guī)律研究

盧可義

中國(guó)石油管道局工程有限公司亞太分公司,河北廊坊 065000

1 仿真建模

1.1 仿真模型

以某公司原油管道換管作業(yè)項(xiàng)目為背景進(jìn)行仿真模擬，作業(yè)對(duì)象為直徑610 mm的原油輸送管道。換管作業(yè)前首先需要挖長(zhǎng)12 m的輸送管道基坑并露出管道本體，基坑開挖坡度為1∶1，管道下側(cè)邊緣距離坑底地面1m，按照現(xiàn)場(chǎng)施工要求，管道的開孔直徑為50 mm（位于出露管道中部頂面）。按照等比例關(guān)系建立仿真模型如圖1所示。為了得到更精確的仿真結(jié)果，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行了加密處理。

圖1 仿真計(jì)算模型

1.2 邊界條件

根據(jù)該原油管道實(shí)際輸送原油成分及運(yùn)行壓力進(jìn)行邊界條件設(shè)置，該管道輸送來自哈國(guó)、塔里木、吐哈及新疆油田的原油，各原油特性指標(biāo)及運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

表1 原油特性指標(biāo)及運(yùn)行參數(shù)

該管道所處位置夏季平均風(fēng)速為2.9 m∕s，冬季平均風(fēng)速為2.5 m∕s，分別進(jìn)行模擬，氣體溢出方向?yàn)殚_孔垂直向上，以上每個(gè)場(chǎng)景計(jì)算2個(gè)風(fēng)向工況，共計(jì)16個(gè)工況。

1.3 后果評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

選用GBZ 2.1—2007《工作場(chǎng)所有害因素接觸限值》和SY∕T 6610—2005《含硫化氫油氣井井下作業(yè)推薦作法》作為判斷主要依據(jù)，同時(shí)參考物競(jìng)化學(xué)品數(shù)據(jù)庫及中國(guó)石化出版社出版的《硫化氫防護(hù)培訓(xùn)教材》，綜合分析后擬定硫化氫的毒性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 硫化氫濃度與危害程度對(duì)照

為保證評(píng)估結(jié)論的準(zhǔn)確性，在以上評(píng)價(jià)衡準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究院（TNO）關(guān)于硫化氫濃度致死率的理論計(jì)算結(jié)果。硫化氫的致死概率Pd計(jì)算式為：

式中：Pr為硫化氫的毒性概率值；C為硫化氫濃度，mg∕m3；t為暴露于毒性環(huán)境中的時(shí)間，min，最大值為30 min。

計(jì)算得出硫化氫各濃度范圍內(nèi)致死、致傷概率如表3所示。

表3 硫化氫各濃度范圍內(nèi)致死致傷概率

2 仿真結(jié)果分析

經(jīng)對(duì)16個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行仿真分析[1-12]，得到各場(chǎng)景下管道開孔作業(yè)時(shí)氣體逸出擴(kuò)散云圖。因各場(chǎng)景仿真結(jié)果直觀上無明顯差異性，因而給出如表4所示的計(jì)算結(jié)果。

表4 硫化氫泄漏擴(kuò)散范圍半徑 單位：m

仿真結(jié)果表明：哈國(guó)、塔里木、吐哈及新疆油田四種原油在清管操作放散過程中可嗅到H2S臭味的最大影響范圍分別為32.3、21.60、26.83、33.87m。含量為10mg∕m3（對(duì)應(yīng)摩爾濃度為6.572 8× 10-6mol∕L）最大影響范圍為25.0、16.72、20.77、26.22m。含量為15mg∕m3（對(duì)應(yīng)摩爾濃度為9.859 2× 10-6mol∕L） 的 最 大 影響范圍為 23.9、15.98、19.85、25.06 m。

3 結(jié)論與建議

針對(duì)原油管道換管作業(yè)開孔過程中硫化氫逸出擴(kuò)散問題，采用三維仿真軟件FLACS對(duì)該作業(yè)過程進(jìn)行了模擬。探究了8個(gè)場(chǎng)景（16個(gè)工況）的H2S逸出擴(kuò)散規(guī)律，得到了哈國(guó)、塔里木、吐哈及新疆油田4種原油在換管作業(yè)過程中可嗅到H2S臭味，H2S含量為10、15 mg∕m3的最大影響范圍分別是32.3、25.0、23.9 m，并得到了管道泄漏逸散規(guī)律。為保障作業(yè)人員的安全，給出以下建議。

（1）換管作業(yè)時(shí)，在不影響正常清管作業(yè)的前提下選擇盡可能小的氮?dú)饬髁俊⑾鄬?duì)較低的環(huán)境溫度和盡可能低的氮?dú)鈮毫Α?/p>

（2）進(jìn)行放散作業(yè)前，以放散口為中心，以10 mg∕m3濃度H2S的最大影響范圍（視具體操作油品而定）為半徑設(shè)置危險(xiǎn)區(qū)域，作業(yè)人員須佩戴正壓呼吸器后方可進(jìn)入該區(qū)域進(jìn)行放散作業(yè)。

（3）若換管作業(yè)中出現(xiàn)清管器停滯，則放散作業(yè)前應(yīng)以放散口為中心，以35 m為半徑設(shè)立警戒區(qū)域，禁止無關(guān)人員進(jìn)入；同時(shí)按上述要求設(shè)置危險(xiǎn)區(qū)域，作業(yè)人員須佩戴正壓呼吸器后方可進(jìn)入該區(qū)域進(jìn)行放散作業(yè)。