蘇里格無人值守集氣站安全風險研究與應用

中國石油集團川慶鉆探工程有限公司蘇里格項目經(jīng)理部 張慶 張永鋒 陳剛 威特龍消防安全集團股份公司 胡源亮 吳明軍 王澤強 馮仕君｜文、圖

隨著蘇里格氣田開發(fā)技術的完善，數(shù)字化水平的提高，實現(xiàn)場站內自動化控制與遠程數(shù)字化控制，將人員從集氣站內的生產(chǎn)解放出來，建立起了無人值守集氣站。但無人值守場站的建立也給站內的安全管理提出了新的挑戰(zhàn)。集氣站生產(chǎn)過程中存在高溫、高壓、易燃、易爆等危險，站內工藝流程復雜、設備林立、管道密集，事故隱患極大。一旦發(fā)生安全事故，一方面嚴重影響正常生產(chǎn)，另一方面會造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此提高集氣場站安全風險控制水平，是氣田安全生產(chǎn)的重要保障。

本文以蘇里格其中的一個集氣站為例，通過該無人值守集氣場站安全風險研究與應用為例進行說明。

無人值守集氣站現(xiàn)狀

蘇里格項目部某集氣站簡介

蘇里格項目部某集氣站于2014年9 月建成并投產(chǎn)，2015 年擴建，設計處理能力為80×104 m3/d ，設計壓力為4.0 MPa，日產(chǎn)天然氣56×104 m3/d。分為氣工藝區(qū)（氣液分離）、壓縮機區(qū)（天然氣的增壓處理）、自耗氣區(qū)（提供壓縮機組、發(fā)電機組、生活等自用氣）、外輸計量及緊急截斷區(qū)、儲罐區(qū)（氣田產(chǎn)出水、凝析油及甲醇的存儲）、放空區(qū)和發(fā)配電區(qū)。站內采用常溫分離、油水沉降、中低壓分輸、帶液計量等工藝。天然氣外輸至桃7 區(qū)塊集氣管網(wǎng)與長慶油田第三采氣廠計量交接，分離的氣田產(chǎn)出水由罐車拉運至處理廠集中處理。站控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過光纜傳到位于烏審旗川慶蘇里格項目經(jīng)理部第一作業(yè)區(qū)監(jiān)控中心，實現(xiàn)了數(shù)字化監(jiān)視與管理。

集氣站安全設施配備狀況

1）無人值守集氣站整個場站上配備消防設施只有一定數(shù)量的移動式滅火器，用于撲滅初期火災；站內的消防器材主要按照進站區(qū)、分離區(qū)、壓縮區(qū)、外輸區(qū)、污水罐區(qū)及生活區(qū)面積不同配置不同的滅火器。

2）設備區(qū)、進出站截斷區(qū)、壓縮機工棚安裝防爆低照度彩色攝像機（含云臺、解碼器）對設備區(qū)情況進行監(jiān)控；綜合房屋頂安裝普通低照度彩色攝像機（含云臺、解碼器）對站外停車場及進出站情況監(jiān)控。

3）設備工藝區(qū)安裝9 套點測型氣體泄漏探測器對重要閥門、法蘭連接處天然氣含量探測監(jiān)控。

無人值守集氣站危險源識別

火災監(jiān)控與處置能力水平低導致的風險

現(xiàn)場只配備了手提式滅火器、消防沙等簡易滅火器材，只能用于火災初期人工現(xiàn)場撲救的需要。由于場站為天然氣場站，火災事故具有突發(fā)性、高熱輻射性，燃燒與爆炸可能交替發(fā)生，火情不斷擴大。一旦發(fā)生災情后，如果工作人員不能及時到達現(xiàn)場撲救，則后期的撲救非常困難，會造成難以估量的人員傷亡和經(jīng)濟損失，極有可能造成群死群傷的重大惡性傷亡事故。

表1 集氣站滅火器配置表

表2 攝像機配置表

表3 場站現(xiàn)場安全風險控制痛點

電氣故障導致的風險

現(xiàn)場勘察，該場站的配電房、機柜房的配電柜、開關柜等相關電器設備是長時間運轉的設備，且電器電纜易老化容易發(fā)生著火事故。該場站區(qū)域電氣線路接頭點多、面廣、相對隱蔽，電氣線路監(jiān)管、維護難度較大，如果使用不當，極易造成過熱、起火等電氣火災事故。

氣體泄漏無法有效預警的風險

目前，雖然場站設置了固定式點測型可燃氣體探測器，但這類探測器只有當可燃氣體進入探測器檢測腔室后才能報警。該場站屬于開放空間，風力較大，固定式點測型可燃氣體探測器無法有效預警，極有可能增大場站工藝區(qū)燃氣泄漏。

火災探測報警手段有限的風險

場站僅有發(fā)電機房和機柜房設置了感溫探測器報警，且無自動滅火設備，一旦發(fā)生火災只能災后人工清理現(xiàn)場，不能有效地預防與處理。

污水罐缺乏消防保護存在風險

集氣站內設有氣田產(chǎn)出的水罐和凝析油罐，均為地下布置。罐內存有殘留的天然氣、硫化氫、機油及其他烴類有機混合物，這些物質或易燃易爆、或有毒。在排污車裝運污水時，有可能會因液體泄漏導致裝車區(qū)域可燃氣體聚集，如遇點火源則易發(fā)生火災事故，可能進一步引發(fā)地下水罐、油罐的火災及爆炸。

安全應對措施

通過對蘇里格某集氣站風險分析，提出如下對應措施：

為提高了場站管理效率，減少了運營成本，在場站逐漸向高度集成化、智能化和無人值守方向發(fā)展的同時，場站的消防安全防護系統(tǒng)迫切需要進行智能化、自動化升級改造，提應急救援滅火能力，增加安防監(jiān)控、報警預警、快速滅火能力，減少事故損失，保障人民的生命與財產(chǎn)安全。

通過對集氣站的危險源識別，從標準化、模塊化、智能化作為場站消防安全技術路線，采用提升場站危險源的在線監(jiān)控預警能力與搭建場站初期火災的自動處置技術手段，實現(xiàn)整個場站消防安全的自動化、科學化、現(xiàn)代化管理。

提升場站危險源的在線監(jiān)控預警能力

1.智慧消防煙火檢測技術

場站視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要針對場站工藝設備區(qū)與壓縮機區(qū)，接合場站已有數(shù)字設備，升級視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造為智慧消防煙火檢測系統(tǒng)，通過視頻分析技術，利用原有普通監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像來檢測煙火，自動分析、識別視頻圖像內的火焰、煙霧，產(chǎn)生預警信息，在數(shù)秒內精準定位完成火災探測及報警，縮短了火災報警時間。能夠實現(xiàn)無人值守的不間斷工作，快速響應將報警信號反饋到控制中心，同時可查看現(xiàn)場實時圖像，根據(jù)直觀的畫面直接指揮調度。

注氮控氧裝置——監(jiān)測裝置

2.電氣火災監(jiān)控技術

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，其特點在于漏電、溫度監(jiān)控屬于先期預報警系統(tǒng)。對場站集中用電設備區(qū)增加電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，對控制柜、配電柜等用電設備線纜上的漏電、溫度過高等電氣故障進行監(jiān)測、分析、報警；一旦超出設定值則發(fā)出報警信號，輸送到控制中心，顯示故障電氣火災監(jiān)控探測器當前報警信息。

3.激光甲烷探測技術

通過在工藝設備區(qū)與壓縮機區(qū)安裝激光甲烷探測系統(tǒng)，主動探測容易發(fā)生刺漏的管道、管件、閥門、儀器、壓縮機等區(qū)域，實現(xiàn)不間斷對場站消防安全狀況感知與監(jiān)控，提前發(fā)現(xiàn)處置各種事故隱患。以掃描方式檢測泄漏的微量天然氣，且具備響應速度快，不受其他氣體、水蒸氣、粉塵、風等因素干擾；當監(jiān)控到現(xiàn)場氣體泄漏，通過數(shù)據(jù)分析，及時發(fā)現(xiàn)場站天然氣泄漏情況，通過網(wǎng)絡反饋到中心控制發(fā)出泄漏報警信號。

通過提升場站危險源的在線監(jiān)控預警能力后，可實時掌控場站安全運行情況，快速、高效地定位到有潛在隱患的設備，進行相應檢測與維護，確保集氣站處于安全、可控狀態(tài)；提升中心管理對集氣站的自動監(jiān)測、分析、報警與控制的安全高效管理水平。

增加場站初期火災的自動處置手段

1.自動氣體滅火技術。通過在機柜房、配電房與發(fā)電房這類具有一定的封閉空間設置柜式七氟丙烷自動氣體滅火系統(tǒng)；系統(tǒng)報警采用區(qū)域報警控制方式，通過感煙探測器與感溫探測器對防護區(qū)進行探測監(jiān)控。當火災報警控制器接收到防護區(qū)的感煙探測器的報警信號后，火災報警控制器向該防護區(qū)的氣體滅火控制盤輸出預警信號，氣體滅火控制盤接收到預警信號后，啟動該防護區(qū)內的聲光報警，進行預警；在火災報警控制器接收到該防護區(qū)的另一路感溫探測器的報警信號后，火災報警控制器向該防護區(qū)的氣體滅火控制盤輸出火警信號，氣體滅火控制盤接收到火警信號后，同時啟動防護區(qū)出口處上方的聲光報警及氣體噴灑指示燈,發(fā)出聯(lián)動控制信號,啟動柜式七氟丙烷氣體滅火裝置，迅速撲滅防護區(qū)內的火災。

對壓縮機區(qū)開放空間中電氣單體柜體設置火探管七氟丙烷自動氣體滅火系統(tǒng)，利用自身儲壓，依靠一根已經(jīng)充壓的火探管及一套火探瓶組，遇火時火探管爆破，利用火探管中的壓力下降，啟動容器閥，將滅火劑輸送到原火探管爆破孔釋放，快速、準確、有效地探測及撲滅火源，將火患撲滅在最初階段。

通過增加場站初期火災的自動處置手段，提升了場站自身應對電氣火災的控制能力。

2.油罐智能氮封技術。根據(jù)場站特點，針對場站的污水罐區(qū)設置一套地下油罐智能氮封裝置，裝置由氮封裝置、監(jiān)測裝置、整體式制氮裝置、氮氣緩沖罐、遠程控制裝置和管網(wǎng)系統(tǒng)組成。通過在油罐頂部安裝注氮裝置、供氮管線及壓力氧氣監(jiān)測裝置等來實現(xiàn)。在注氮裝置的保護下，罐內只能吸入氮氣，維持罐內氣相空間壓力在1.2 KPa 左右，當氣相空間壓力高于1.4 KPa 時，注氮關閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓力低于0.3 KPa 時，氮封閥開啟，開始補充氮氣，保證儲罐在正常運行過程中不吸進空氣，因此呼氣管線內的氧氣含量低于正常空氣水平，維持呼氣管線內的壓力高于呼吸閥的吸氣壓力；使罐體內部始終處于低氧環(huán)境，不受外部火源影響。通過壓力氧氣監(jiān)測裝置判斷系統(tǒng)故障，從而保證儲罐的安全、可靠運行。預防排污車裝運污水時，產(chǎn)生靜電發(fā)生著火，進入污水罐中引發(fā)爆炸，實現(xiàn)了可燃氣體的主動惰化，可規(guī)避污水罐的火災爆炸。

遠程監(jiān)控裝置上位機畫面

搭建信息交匯處理平臺

通過遠程傳輸和控制技術，對場站內消防系統(tǒng)各種信息進行統(tǒng)一分析、處理，指揮各節(jié)點協(xié)同工作，從而實現(xiàn)對集氣站全天候的在線監(jiān)控預警、數(shù)據(jù)收集、自動處置、智能防護等功能。實現(xiàn)集氣場站消防安全防護系統(tǒng)智能化、自動化，提高應急救援滅火能力，建立場站安全防護的新模式。

實施成效

蘇里格項目部針對某集氣站安全問題對各區(qū)域配置檢測、報警及滅火系統(tǒng)，建立了無人值守集氣站標準化建設安全管理模式，實現(xiàn)了以下成效：

1.電氣火災系統(tǒng)對配電系統(tǒng)的用電安全進行實時監(jiān)測；監(jiān)控視頻煙火檢測系統(tǒng)對監(jiān)控畫面的火焰和煙霧進行實時的監(jiān)測；油氣泄漏掃描檢測系統(tǒng)對各個管路、閥門進行實時濃度檢測；對相應保護區(qū)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)率和報警率達到100%。

2.氣體滅火系統(tǒng)對配電房、機柜房、發(fā)電房和壓縮機控制柜發(fā)生火災時，能夠自動啟動七氟丙烷自動滅火系統(tǒng)對相應保護區(qū)進行保護，實現(xiàn)自動滅火率100%。

3.地下油罐智能氮封系統(tǒng)，保障罐體的本質安全，罐體內部始終處于低氧環(huán)境，油罐內部始終維持在微正壓狀態(tài)，保證儲罐在正常運行過程中不吸進空氣，防止形成爆炸性混合氣體，消除氣田水、凝析油裝卸車時引起的風險。

小結

蘇里格無人值守場站通過消防在線監(jiān)控預警與初期自動處置技術的應用，契合無人值守集氣站數(shù)字化管，完善場站消防的無人值守，形成了新的無人值守模式。場站消防具有實時自動監(jiān)測、分析、預警、報警、自動控制、主動智能防護等功能。中心管理實現(xiàn)對所轄集氣站遠程監(jiān)控、控制、數(shù)據(jù)采集、緊急控制，確保了場站消防安全。

該模式實現(xiàn)安全管理的便捷化和精細化，切實解決場站消防安全無人化，提高了集氣場站安全風險控制管理水平，保障氣田安全生產(chǎn)。安