油田氣體報(bào)警器應(yīng)用現(xiàn)狀分析

李乾,陳永生,武小英,賈麗曼

(中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心,山東 東營(yíng) 257000)

1 引言

對(duì)于石油天然氣行業(yè)來(lái)說(shuō),在勘探、開(kāi)發(fā)、提煉、輸送、儲(chǔ)存、精煉的各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都存在易燃易爆和有毒有害氣體危險(xiǎn),因此,在各個(gè)階段都需要隨時(shí)監(jiān)控易燃易爆和有毒有害氣體的泄漏和逸出。氣體報(bào)警器作為氣體泄露檢測(cè)報(bào)警儀器,可在有可燃或有毒氣體泄露且濃度達(dá)到爆炸或中毒報(bào)警器設(shè)置的臨界點(diǎn)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),提醒采取安全措施,并驅(qū)動(dòng)排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng),防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故,保障安全生產(chǎn)[1]。

報(bào)警器在石油石化行業(yè)應(yīng)用主要包括以下兩個(gè)方面:

1.1 在勘探中的應(yīng)用

在石油天然氣勘探階段,需要監(jiān)控隨時(shí)可能從勘探鉆孔現(xiàn)場(chǎng)泄漏或逸出的爆炸性氣體和有毒氣體。尤其是對(duì)于含硫量高的油氣田,除了需要監(jiān)測(cè)可燃性和爆炸性氣體外,還需要監(jiān)測(cè)有毒的H2S等氣體,必要的情況下還應(yīng)監(jiān)測(cè)CO等其他氣體。

1.2 在開(kāi)采中的應(yīng)用

石油天然氣的開(kāi)采階段,應(yīng)根據(jù)勘探的實(shí)際情況,在陸地礦井或海上平臺(tái)配備可燃?xì)怏w報(bào)警器以監(jiān)控可能從鉆井平臺(tái)泄漏或逸出的爆炸性氣體和有毒氣體。此外,鉆井平臺(tái)還需要配備必要的有毒氣體報(bào)警器,對(duì)H2S、CO等氣體進(jìn)行檢測(cè),避免出現(xiàn)人員中毒。

本文以油田范圍各單位氣體報(bào)警器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、檢測(cè)情況為依據(jù),對(duì)集輸站庫(kù)、單井拉油現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器應(yīng)用情況、存在問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié),為油田報(bào)警器安裝、使用提供支持。

2 概況

2.1 工作標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)

本論文中氣體報(bào)警器的主要檢測(cè)對(duì)象涉及可燃?xì)怏w、有毒氣體和爆炸氣體,可燃?xì)怏w種類(lèi)繁多,常見(jiàn)的有氫氣、甲烷、天然氣、城市煤氣、液化石油氣等;有毒氣體指的是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中使用或產(chǎn)生的對(duì)人體有害并能引起慢性或急性中毒的氣體或蒸氣,石化行業(yè)常見(jiàn)的有硫化氫、一氧化碳、氨、氯氣、苯、氰化氫、丙烯腈等[2-5]。

目前已頒布實(shí)施的氣體檢測(cè)報(bào)警器檢定規(guī)程及校準(zhǔn)規(guī)范包括:

JJG 693—2011 可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器檢定規(guī)程;

JJG 695—2019 硫化氫氣體檢測(cè)儀檢定規(guī)程;

JJG 915—2008 一氧化碳?xì)怏w檢側(cè)儀檢定規(guī)程;

JJG 551—2003 二氧化硫氣體檢測(cè)儀檢定規(guī)程;

JJG 365—2008 電化學(xué)電極氧分析器檢定規(guī)程;

JJG 1105—2015 氨氣檢測(cè)儀檢定規(guī)程;

JJG 635—1999 一氧化碳、二氧化碳紅外線(xiàn)氣體分析器檢定規(guī)程;

JJG 1022—2007 甲醛氣體檢測(cè)儀檢定規(guī)程;

JJF 1433—2013 氯氣檢測(cè)報(bào)警儀校準(zhǔn)規(guī)范;

JJG 1125—2016氯乙烯氣體檢測(cè)報(bào)警儀檢定規(guī)程;

JJF 1674—2017 苯氣體檢測(cè)報(bào)警器校準(zhǔn)規(guī)范。

2.2 整體情況

對(duì)集輸站庫(kù)、單井拉油現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展可燃?xì)怏w報(bào)警器現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)。期間,完成對(duì)三家單位總計(jì)14座集輸站庫(kù),35處單拉井現(xiàn)場(chǎng)的可燃?xì)怏w報(bào)警器調(diào)研工作。

對(duì)各類(lèi)型氣體報(bào)警器檢定情況進(jìn)行分析,具體情況如表1所示。

表1 報(bào)警器檢定情況統(tǒng)計(jì)表

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 站庫(kù)可燃?xì)怏w報(bào)警器應(yīng)用情況

共對(duì)3家單位14座集輸站庫(kù)開(kāi)展分析,依據(jù)《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50493—2019)、《石油天然氣工程可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)安全規(guī)范》(SY 6503—2016)、《石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH 3063—1999)等標(biāo)準(zhǔn),對(duì)站庫(kù)易燃易爆、易泄漏風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展分析,主要包括井排閥組、分離器、油罐區(qū)、油泵房、配氣區(qū)、脫硫塔流量計(jì)區(qū)、污水罐區(qū)、污水泵區(qū)、收油泵區(qū)、過(guò)濾罐區(qū)、流量計(jì)區(qū)、地下罐區(qū)等。各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域總計(jì)安裝可燃?xì)怏w報(bào)警器245臺(tái),具體安裝數(shù)量如表2所示。

站庫(kù)可燃?xì)怏w報(bào)警器安裝存在的主要問(wèn)題是安裝配備標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況不統(tǒng)一,且未實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的全覆蓋,以甲采油廠為例,該廠共有6座主力聯(lián)合站,各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域可燃?xì)怏w報(bào)警器安裝情況如表3所示。

表2 集輸站庫(kù)可燃?xì)怏w報(bào)警器安裝情況

表3 甲采油廠聯(lián)合站風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域可燃?xì)怏w報(bào)警器安裝情況統(tǒng)計(jì)表

由以上表格,甲采油廠各聯(lián)合站可燃?xì)怏w報(bào)警器的安裝并未實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的全覆蓋,同類(lèi)型風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)報(bào)警器安裝數(shù)量也存在較大不同。

3.2 報(bào)警儀類(lèi)型

本次分析的集輸站庫(kù)的245臺(tái)報(bào)警器中,生產(chǎn)廠家主要有8家,涉及型號(hào)12種。具體情況如表4所示。

表4 報(bào)警器廠家型號(hào)統(tǒng)計(jì)表

表4(續(xù))

對(duì)集輸站庫(kù)揮發(fā)性氣體組分進(jìn)行分析,其主要成分如圖1所示。

圖1 集輸站庫(kù)揮發(fā)性氣體主要成分圖

經(jīng)調(diào)研分析,現(xiàn)場(chǎng)安裝的報(bào)警器存在以下兩個(gè)方面的問(wèn)題:一是廠家和型號(hào)繁多,報(bào)警器結(jié)構(gòu)不一致,零部件不通用,造成后期維護(hù)、維修過(guò)程復(fù)雜;二是功能針對(duì)性不足,揮發(fā)性有機(jī)物成分較為復(fù)雜,但現(xiàn)場(chǎng)安裝的部分報(bào)警器為單一型,檢測(cè)、報(bào)警對(duì)象僅能涵蓋甲烷、異丁烷。無(wú)法全面滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)、預(yù)警要求。

3.3 單井拉油氣體報(bào)警器應(yīng)用情況

共完成單井拉油現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w調(diào)研35口,均未安裝固定式氣體報(bào)警器,選取了兩處多功能罐現(xiàn)場(chǎng)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)逸散特點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.3.1 實(shí)驗(yàn)方案

選取A采油廠兩座單井拉油現(xiàn)場(chǎng),以?xún)?chǔ)油罐為排放源,調(diào)查所在區(qū)域的主力風(fēng)向,以排放源主力風(fēng)向的上風(fēng)向?yàn)閰⒄拯c(diǎn),在下風(fēng)向2,5,10 m分別設(shè)置采樣線(xiàn),并布設(shè)采樣點(diǎn),具體如圖2。

圖2 監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)圖

3.3.2 核算方法

采用的核算方法為基于無(wú)組織排放實(shí)測(cè)法的地面濃度反推法。該方法的理論基礎(chǔ)為大氣擴(kuò)散理論,根據(jù)該理論,排放源下風(fēng)向地面大氣有害物質(zhì)濃度與排放源強(qiáng)成正比,已知影響有害物質(zhì)擴(kuò)散稀釋的各項(xiàng)主要因素,即可根據(jù)在下風(fēng)向測(cè)得的有害物質(zhì)的地面濃度反推出排放量。其計(jì)算公式如式1:

(1)

式中:Q—無(wú)組織排放量,kg/h;

C0—無(wú)組織排放源的地面濃度,mg/m3;

U—地面平均風(fēng)速,m/s;

H—無(wú)組織排放源的平均排放高度,m;

σz—鉛直(Z方向)擴(kuò)散參數(shù),m;

σy0—初始擴(kuò)散參數(shù),m;

σy—垂直于平均風(fēng)向(X方向)水平橫向(Y方向)擴(kuò)散參數(shù),m。

3.3.3 結(jié)果及分析

依據(jù)檢測(cè)、核算結(jié)果,繪制了各井場(chǎng)揮發(fā)性有機(jī)物逸散情況等高線(xiàn)圖,具體如圖3～4:

圖3 1號(hào)井場(chǎng)揮發(fā)性有機(jī)物逸散情況分析圖

圖4 2號(hào)井場(chǎng)揮發(fā)性有機(jī)物逸散情況分析圖

通過(guò)監(jiān)測(cè)分析,單井拉油現(xiàn)場(chǎng)揮發(fā)性有機(jī)物濃度受氣溫、風(fēng)速影響較大,具體表現(xiàn)為:1)現(xiàn)場(chǎng)揮發(fā)性有機(jī)物濃度值大小與風(fēng)速呈反比,與氣溫呈正比;2)氣溫對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物濃度影響大于風(fēng)速。

通過(guò)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)及特點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn),空間中可燃?xì)怏w分布受環(huán)境影響較大。安裝報(bào)警器可在一定程度上降低安全風(fēng)險(xiǎn)水平,但受現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜性影響,并不能全面實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與消除。

3.4 報(bào)警器檢定數(shù)據(jù)分析

3.4.1 總體情況

如表5檢定報(bào)警器4 917臺(tái)件,其中檢定結(jié)果為合格的3 495臺(tái)件,合格率71.1%。

表5 2022年報(bào)警器檢定數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

由以上數(shù)據(jù),報(bào)警器的總檢定合格率基本維持在70%左右,其原因在于各單位普遍重視安全生產(chǎn),報(bào)警器配備完善,配備數(shù)量也越來(lái)越多,但是因?yàn)閳?bào)警器使用年限長(zhǎng),電池、探頭、按鍵等硬件老化嚴(yán)重,造成檢定不合格數(shù)量逐年增加。

3.4.2 類(lèi)別分析

2022年報(bào)警器類(lèi)別分布情況如圖5～6所示。

圖5 2022年報(bào)警器類(lèi)型占比圖

通過(guò)報(bào)警器類(lèi)型占比圖5可以看出,便攜式硫化氫氣體檢測(cè)儀數(shù)量最多,達(dá)到了全年2 137臺(tái)件,占比43.46%。便攜式復(fù)合氣體檢測(cè)儀檢定數(shù)量次之,為994臺(tái)件,占比20.22%,固定式可燃?xì)怏w報(bào)警器和固定式硫化氫氣體檢測(cè)儀占比分別為18.85%和15.11%。便攜式可燃?xì)怏w報(bào)警器和數(shù)量占比最少,只有2.36%。

通過(guò)比較2021年和2022年度各類(lèi)型報(bào)警器占比圖6可以看出,便攜式硫化氫氣體檢測(cè)儀、便攜式復(fù)合氣體檢測(cè)儀檢定數(shù)量明顯上升。固定式可燃?xì)怏w報(bào)警器和固定式硫化氫氣體檢測(cè)儀數(shù)量有明顯下降,便攜式可燃?xì)怏w報(bào)警器數(shù)量維持在較低水平,其原因在于該類(lèi)報(bào)警器功能較為單一,現(xiàn)場(chǎng)配備率較低。

圖6 2021年和2022年度各類(lèi)型報(bào)警器占比圖

3.4.3 歷史數(shù)據(jù)分析

2021年、2022年各類(lèi)氣體報(bào)警器檢定數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況如表6和圖7所示。

表6 2021年度和2022年度報(bào)警器檢定合格率比較表

圖7 2021年、2022年報(bào)警器檢定合格率統(tǒng)計(jì)圖

通過(guò)表6和圖7,2022年固定式可燃?xì)怏w報(bào)警器和便攜式硫化氫氣體檢測(cè)儀檢定合格率有所上升,其他類(lèi)型的報(bào)警器檢定合格率都有所下降,固定式硫化氫氣體檢測(cè)儀檢定合格率下降最多,降低了6.7%,主要原因是由于報(bào)警器使用年限長(zhǎng)以及受安裝環(huán)境條件影響造成的。

3.4.4 不合格原因分析

檢定不合格的報(bào)警器有1 422臺(tái),占比約28.9%,針對(duì)這些不合格的報(bào)警器,從使用年限(>5年)對(duì)其在報(bào)警器合格有否的占比上進(jìn)行分析(表7)。

表7 2022年報(bào)警器使用壽命統(tǒng)計(jì)表

從圖8～9和表7中可以看出,使用年限大于5年的報(bào)警器合格率大部分低于50%,尤其是復(fù)合氣體報(bào)警儀和固定式硫化氫報(bào)警儀低于10%;而使用年限超過(guò)5年的報(bào)警器不合格率普遍大于70%,由此可以認(rèn)為報(bào)警器使用5年以后更新替換頻率變大。

圖8 2022年合格報(bào)警器數(shù)量占比圖

通過(guò)2022年合格報(bào)警器數(shù)量占比圖可以看出,使用年限超過(guò)5年的合格報(bào)警器占比普遍較少,最低的占比只有2.62%。最高的為58.62%。說(shuō)明隨著使用年限的加長(zhǎng),報(bào)警器老化明顯,合格率降低。

圖9 2022年不合格報(bào)警器數(shù)量占比圖

通過(guò)2022年不合格報(bào)警器數(shù)量占比圖可以看出,使用年限超過(guò)5年的報(bào)警器不合格率普遍較大。最高的便攜式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器使用年限超過(guò)5年不合格率達(dá)到了100%。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1)現(xiàn)有集輸站庫(kù)各流程安裝了可燃?xì)怏w報(bào)警器,但存在安裝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不統(tǒng)一的問(wèn)題,具體表現(xiàn)在安裝覆蓋率不足、報(bào)警器功能針對(duì)性不強(qiáng)等方面。現(xiàn)有單井拉油現(xiàn)場(chǎng)并未配備可燃?xì)怏w報(bào)警器,且通過(guò)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)及特點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn),空間中可燃?xì)怏w分布受環(huán)境影響較大。安裝報(bào)警器可在一定程度上降低安全風(fēng)險(xiǎn)水平,但受現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜性影響,并不能全面實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與消除。

2)從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況看,報(bào)警器不合格原因主要是故障、無(wú)警示動(dòng)作、有聲無(wú)光、有光無(wú)聲等,部分類(lèi)別報(bào)警器檢定合格率呈現(xiàn)降低趨勢(shì),反映出使用單位對(duì)報(bào)警器維護(hù)不到位、維修不及時(shí)。

3)為提升油田甲烷生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理水平,應(yīng)統(tǒng)一報(bào)警器安裝配備。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,在油田范圍內(nèi)統(tǒng)一可燃、硫化氫氣體報(bào)警器選型、安裝標(biāo)準(zhǔn),提升安裝覆蓋率及針對(duì)性,同時(shí)對(duì)報(bào)警器廠家進(jìn)行優(yōu)選,提升報(bào)警器品質(zhì)。