海上石油生產(chǎn)設(shè)施硫化氫治理與防護(hù)

蘆新輝(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

在日常生活中，硫化氫是一個(gè)既熟悉又陌生的物質(zhì)，它可能存在于下水道、溝渠、水井等地，甚至在處理變質(zhì)的魚、肉、腌制品等過程中也會(huì)產(chǎn)生硫化氫。在海上石油開采和煉化過程中，硫化氫一直是影響作業(yè)安全的重大危害因素，硫化氫不僅有劇烈的毒性，會(huì)對(duì)人體有致命的危害，而且其自身的腐蝕性也會(huì)使石油開采設(shè)備受到腐蝕，減少使用壽命，增加了開采成本。如何妥善的治理硫化氫，是海洋石油開采行業(yè)必須要解決的問題。

1 硫化氫的特性及危害

1.1 硫化氫的特性

硫化氫(H2S)分子由2個(gè)氫原子和1個(gè)硫原子組成，是一種劇毒、無(wú)色、比空氣重的氣體，較一氧化碳的毒性大5倍至6倍。為預(yù)防硫化氫中毒事故的發(fā)生，首先要了解這種氣體的物理、化學(xué)性質(zhì)和對(duì)人體產(chǎn)生危害的原理，才能避免人員受到傷害。

顏色：硫化氫是無(wú)色氣體，因此看不見，不能靠眼睛判斷是否有硫化氫存在。

味道：硫化氫氣體會(huì)散發(fā)出一種特別的類似臭雞蛋的味道，可一旦硫化氫在空氣中的濃度達(dá)到一個(gè)閾值時(shí)，就會(huì)破壞人體的嗅覺神經(jīng)系統(tǒng)，使人無(wú)法聞到氣味，因此無(wú)法通過嗅覺判斷是否存在硫化氫。

密度：硫化氫比空氣重，因此更容易聚集在低洼地方，如：坑、地窖或罐體。硫化氫很容易被風(fēng)吹散，如果可能，在上風(fēng)、高處工作。

可燃性：硫化氫易燃，發(fā)出藍(lán)色火焰，生成二氧化硫，這是另一種危害眼睛和肺部的有毒氣體。

爆炸極限：硫化氫的爆炸極限4.3%～46.0%，在這個(gè)界限值范圍內(nèi)，遇到火源，就會(huì)發(fā)生爆炸。

溶解性：硫化氫可溶解在液體中，這就意味著，他可以存在儲(chǔ)存或運(yùn)輸油類、水、污油、污水等的罐體內(nèi)，溶解性隨溫度升高而降低，攪拌液體就可能釋放出硫化氫。氣溫高的氣候，會(huì)有釋放出硫化氫的危險(xiǎn)。

沸點(diǎn)：液態(tài)硫化氫的沸點(diǎn)很低，因此通常所見的硫化氫為氣態(tài)，其沸點(diǎn)為-60.2 ℃。

腐蝕性：硫化氫有很強(qiáng)的腐蝕性，它能腐蝕金屬、塑料和聚合物，在碳鋼上形成硫化鐵，并常見于罐體和管路，使得鋼材變得脆弱，容易破碎。

1.2 硫化氫的危害

硫化氫對(duì)人體產(chǎn)生的危害：當(dāng)空氣中有硫化氫且達(dá)到一定的濃度時(shí)，會(huì)通過呼吸道吸入身體，會(huì)與溶于血液中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)硫化氫濃度較低時(shí)，會(huì)被氧化，對(duì)人體的危害可忽略不計(jì)。但是當(dāng)硫化氫濃度非常高的時(shí)候，就會(huì)與血液中的溶解氧發(fā)生大面積的反應(yīng)，使人體大部分器官缺氧中毒，甚至直接死亡。硫化氫由肺部吸入經(jīng)血液循環(huán)運(yùn)移到人體各器官，會(huì)使人的眼睛產(chǎn)生刺痛感，嚴(yán)重情況下會(huì)致人失明；硫化氫會(huì)刺激人的呼吸道，破壞人的嗅覺，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使呼吸道產(chǎn)生灼傷；硫化氫會(huì)使人的神經(jīng)系統(tǒng)受到刺激，平衡性受到破壞，產(chǎn)生眩暈感；硫化氫會(huì)加快人的心率，破壞心臟的功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致心臟缺氧停跳致人死亡。全世界各地每年都有很多人因解除硫化氫而死亡，硫化氫已成為職業(yè)中毒殺手。在我國(guó)，因硫化氫中毒死亡的人數(shù)僅次于一氧化碳，居第二位。

硫化氫對(duì)設(shè)備的危害：眾所周知，硫化氫是一種酸性氣體，在潮濕環(huán)境下，比較容易發(fā)生電離，腐蝕性增加，在海上石油開采平臺(tái)這種高濕度環(huán)境中，硫化氫對(duì)石油開采設(shè)備的危害是成倍增加的。對(duì)鋼材等金屬設(shè)備，硫化氫可引起氫鼓泡、氫致開裂、應(yīng)力腐蝕開裂及應(yīng)力導(dǎo)向開裂等損害；對(duì)如橡膠等非金屬材料，硫化氫也可使其鼓泡脹大，失去彈性。如不能有效的治理硫化氫對(duì)設(shè)備帶來的危害，不僅會(huì)增加作業(yè)成本，還會(huì)產(chǎn)生安全隱患，影響作業(yè)安全。

2 硫化氫的來源

在海上石油開采作業(yè)中，硫化氫主要產(chǎn)生于鉆井作業(yè)中。(1)熱作用于油層時(shí)，石油中的有機(jī)硫化物分解，產(chǎn)生硫化氫。一般來說，在含硫區(qū)塊的硫化氫濃度和含量隨地層深度的增加而增大。(2)石油中的含氫物質(zhì)和有機(jī)物通過地層中的硫酸鹽還原菌的高溫還原作用，生成硫化氫。(3)通過地層中的裂縫或其他通道，可使硫酸鹽層中的硫化氫竄到地面。(4)一些處理鉆井液的藥劑在高溫作用下會(huì)熱解出硫化氫。(5)某些絲扣油在高溫中與游離硫反應(yīng)生成硫化氫。(6)鉆進(jìn)至含有硫化氫的地層中時(shí)，地層中含有硫化氫的流體便會(huì)通過流程進(jìn)入地面。

地層中原有的硫化氫和通過鉆井作業(yè)產(chǎn)生的硫化氫伴隨著采出液被開采出來后會(huì)進(jìn)入原油處理流程，在原油儲(chǔ)罐、油氣水分離器等設(shè)施和區(qū)域都會(huì)可能有硫化氫的存在。

3 硫化氫治理的技術(shù)措施

3.1 硫化氫檢測(cè)

在海上石油生產(chǎn)設(shè)施中，要治理硫化氫，首先要做的是做好硫化氫的檢測(cè)工作，通過多種檢測(cè)手段和方式，監(jiān)控空氣和流程中硫化氫的分布和濃度變化情況，根據(jù)具體情況制定有針對(duì)性的防范措施。

(1)化學(xué)檢測(cè)法?；瘜W(xué)檢測(cè)法是一種行之有效的硫化氫檢測(cè)手段，主要包括醋酸鉛試紙法、安培瓶法、抽樣檢測(cè)管法等。

醋酸鉛試紙法操作簡(jiǎn)單，將醋酸鉛試液涂在白色的試紙上，試紙仍未變色，當(dāng)試紙接觸到硫化氫氣體時(shí)會(huì)變成棕色或者黑色。將試紙放到被測(cè)定的區(qū)域三到5 min，根據(jù)試紙顏色的變化，對(duì)照色譜帶，可以判定測(cè)定區(qū)域硫化氫的濃度。此種方法簡(jiǎn)單易行，但準(zhǔn)確度較低，危險(xiǎn)性也較大，是一種半定量的檢測(cè)方法。

醋酸鉛安培瓶法是將醋酸鉛顆粒放在玻璃容器中，顆粒為白色，用海綿塞住容器瓶口，硫化氫可越過海綿的阻隔與容器中的醋酸鉛顆粒發(fā)生反應(yīng)，醋酸鉛顆粒在發(fā)生反應(yīng)后會(huì)變成黑色。這種檢測(cè)方法是一種半定量的方法，適用于測(cè)量空氣中硫化氫氣體的濃度，檢測(cè)速度快，操作方法簡(jiǎn)單。

抽樣檢測(cè)管法也稱為比長(zhǎng)式硫化氫測(cè)定管檢測(cè)法。抽樣檢查裝置由檢測(cè)管和風(fēng)箱(或真空泵)組成。玻璃管中裝有特定的化學(xué)試劑，可與硫化氫氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且發(fā)生顏色變化。檢測(cè)管插入活塞式泵中，如果有硫化氫，顏色變深。這種測(cè)量方法檢測(cè)精確度高，是一種較好的定量檢測(cè)方法。

(2)檢測(cè)儀檢測(cè)法。硫化氫檢測(cè)儀主要可分為便攜式硫化氫氣體探測(cè)儀和固定式硫化氫氣體探測(cè)儀。便攜式硫化氫氣體探測(cè)儀主要用于作業(yè)人員隨身攜帶，以防范突然出現(xiàn)的硫化氫氣體泄漏或誤入含硫化氫環(huán)境；而固定式硫化氫氣體探測(cè)儀則分布在設(shè)施中可能會(huì)產(chǎn)生硫化氫或可能發(fā)生硫化氫泄漏的場(chǎng)所。使用檢測(cè)儀檢測(cè)硫化氫需要注意保證檢測(cè)設(shè)備的有效性，因此需要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修、維護(hù)、標(biāo)定和保養(yǎng)。

3.2 硫化氫生產(chǎn)流程治理

海上石油生產(chǎn)設(shè)施的流程主要分為兩大部分，原油生產(chǎn)處理流程和生產(chǎn)污水處理流程，在井筒、油水分離器、斜板除油器、生產(chǎn)水處理流程中都有可能存在硫化氫，這些位置存在的硫化氫不僅會(huì)對(duì)罐體、管線造成腐蝕，也有通過法蘭、閥門等發(fā)生滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，造成人員傷害。因此，必須根據(jù)不同生產(chǎn)設(shè)施流程的特點(diǎn)，對(duì)流程中存在的硫化氫進(jìn)行針對(duì)性的治理。

治理硫化氫比較行之有效的方法是在流程中加注藥劑，抑制硫化氫的生成。目前在海上石油生產(chǎn)設(shè)施應(yīng)用效果比較好的藥劑為脫硫劑和殺菌劑。脫硫劑主要加注在原油處理流程中，其主要作用是消除和減少系統(tǒng)中硫離子的含量，從而有效的抑制硫化氫的產(chǎn)生；殺菌劑主要加注在注水系統(tǒng)中，其主要作用原理是通過添加營(yíng)養(yǎng)因子和激活因子來改變油藏中的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)，抑制硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)(硫酸鹽還原菌可以利用金屬表面的有機(jī)物作為碳源，并利用細(xì)菌生物膜內(nèi)產(chǎn)生的氫，將硫酸鹽還原成硫化氫，從而獲取生存的能量)，從而達(dá)到控制硫化氫產(chǎn)生的目的，從根源上減少硫化氫的產(chǎn)生。

4 硫化氫治理的管理措施

4.1 硫化氫防護(hù)知識(shí)培訓(xùn)

除了海洋石油生產(chǎn)作業(yè)，在日常生活中，也曾發(fā)生過很多次硫化氫中毒的事故事件，由此可見，很多人對(duì)于硫化氫的特性并不了解，加之硫化氫在濃度較高的情況下表現(xiàn)為無(wú)色無(wú)味的性狀，不易察覺，因而會(huì)出現(xiàn)對(duì)硫化氫防范不足的情況，增加人員傷害的可能性。鑒于硫化氫的快速致死性，要做好防護(hù)，必須要保證作業(yè)人員對(duì)硫化氫有充分的了解，才能在發(fā)生硫化氫泄漏時(shí)快速的做出應(yīng)對(duì)，從而最大限度地降低人員傷亡。

在海上石油生產(chǎn)設(shè)施上的作業(yè)人員，存在硫化氫中毒風(fēng)險(xiǎn)的，每四年就要進(jìn)行一次硫化氫防護(hù)知識(shí)的培訓(xùn)，每次培訓(xùn)時(shí)長(zhǎng)至少16學(xué)時(shí)，取得硫化氫培訓(xùn)合格證；登臨含硫化氫生產(chǎn)設(shè)施的臨時(shí)作業(yè)人員也要經(jīng)過硫化氫防護(hù)知識(shí)的培訓(xùn)，取得硫化氫培訓(xùn)合格證。此外，在日常生產(chǎn)作業(yè)過程中，也會(huì)利用班前班后會(huì)培訓(xùn)或班組安全活動(dòng)等形式進(jìn)行經(jīng)常性的硫化氫防護(hù)知識(shí)學(xué)習(xí)。通過定期培訓(xùn)、班前班后會(huì)培訓(xùn)以及班組安全活動(dòng)等形式的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，可以保證在設(shè)施作業(yè)的所有人員熟知硫化氫危害、特性和防護(hù)方法，提高人員硫化氫危害防護(hù)意識(shí)，在出現(xiàn)硫化氫泄漏時(shí)，可以第一時(shí)間作出應(yīng)對(duì)，做好防護(hù)，防止事故事件的發(fā)生。

4.2 硫化氫防護(hù)裝備配置

除了硫化氫防護(hù)知識(shí)的培訓(xùn)，硫化氫防護(hù)裝備的配備同樣重要，除了前文提到的硫化氫探測(cè)儀外，還應(yīng)配備自給式正壓空氣呼吸器，在有硫化氫泄漏風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域設(shè)置硫化氫警示標(biāo)識(shí)。以某海上石油生產(chǎn)設(shè)施為例(下稱“A平臺(tái)”)，有兩口油氣井流程中硫化氫含量超過了100 mg/L，油田在不同區(qū)域配置了多套正壓式空氣呼吸器和120套便攜式正壓空氣呼吸器(設(shè)施最大作業(yè)人員容納數(shù)量為120人，保證呼吸器100%配備的數(shù)量要求)，在油田的井口區(qū)域，設(shè)置了明顯的硫化氫警示標(biāo)識(shí)。

為了保證配備的正壓式空氣呼吸器的有效性，所在設(shè)施會(huì)定期組織對(duì)設(shè)施上的呼吸器進(jìn)行檢驗(yàn)，如有氣壓不足，氣瓶損壞時(shí)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)或更換。還會(huì)通過組織呼吸器佩戴比賽等特色活動(dòng)，提升設(shè)施作業(yè)人員對(duì)呼吸器穿戴的熟練度，保證在危機(jī)情況下能夠快速有效的穿戴好呼吸器，達(dá)到防護(hù)硫化氫傷害的目的。

4.3 硫化氫風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及管控

在現(xiàn)代安全管理理念中，風(fēng)險(xiǎn)是無(wú)法完全消除的，只能降低到可接受的程度。硫化氫泄漏中毒風(fēng)險(xiǎn)亦是如此，但在硫化氫風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)上，可以通過雙重預(yù)防機(jī)制的建設(shè)工作來充分的辨識(shí)和管控硫化氫泄漏風(fēng)險(xiǎn)。生產(chǎn)設(shè)施每年都會(huì)進(jìn)行一次深度風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)工作，在油田生產(chǎn)工藝或生產(chǎn)流程發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)針對(duì)性地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和分級(jí)工作，針對(duì)辨識(shí)出的風(fēng)險(xiǎn)制定防控措施，可以有效預(yù)防事故的發(fā)生。

A平臺(tái)通過雙重預(yù)防機(jī)制建設(shè)工作，識(shí)別出井口區(qū)域、鉆臺(tái)區(qū)域、井口房等區(qū)域存在硫化氫泄漏中毒風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)，A平臺(tái)制定了三項(xiàng)防控措施：(1)在上述區(qū)域內(nèi)布置正壓式空氣呼吸器并定期檢驗(yàn)；(2)在上述區(qū)域內(nèi)針對(duì)性的布置硫化氫檢測(cè)探頭，對(duì)探頭的靈敏度定期進(jìn)行標(biāo)定；(3)制定硫化氫泄漏中毒專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案并定期組織演練。

5 結(jié)語(yǔ)

硫化氫危害巨大，在以往的生產(chǎn)作業(yè)和日常生活中已經(jīng)發(fā)生過多次因?yàn)榱蚧瘹涠鴮?dǎo)致的人員傷亡事故，每一次事故傷害都是一次慘痛的教訓(xùn)。掌握硫化氫的特性和治理防護(hù)方法，不僅對(duì)海上石油生產(chǎn)作業(yè)有著十分重要的意義，在陸地石油開采煉化作業(yè)和日常生活中，熟知硫化氫的防護(hù)知識(shí)也有十分重要。