油气储运第八章

18储运安全技术•储运工程28.1集输系统的安全技术天然气集输系统是一个承压系统，天然气介质易燃、易爆，有的气田采出的天然气还含有腐蚀性和毒性都很强的H2S，这些因素给天然气集输的安全生产和人身安全带来危险。因此，天然气集输系统的建设和操作管理要特别树立安全生产的观念，根据集输系统的特点采取各种有效的安全技术措施。•储运工程38.1.1防火与防爆技术天然气的主要成分是甲烷，还含有一些乙烷、丙烷、丁烷等较重的烃类，从地层采出的未经处理的含硫天然气还含有毒性很大的硫化氢气体。甲烷、乙烷等烃类及硫化氢气体都是易燃物质，与空气以一定比例混合后会形成爆炸性的气体混合物。•储运工程41、燃烧及燃烧速度燃烧是一种同时有热和光发生的强烈氧化反应。燃烧必需具备如下条件：(1)有可燃物质；(2)有助燃物质(氧或氧化剂)；(3)能导致着火的火源，如明火、静电火花、灼热物体等。•储运工程5气体的燃烧不需要象液体那样经历蒸发的过程，所以燃烧速度很快。气体的燃烧性能常以火焰传播速度来衡量，一些可燃气体与空气的混合物在25.4mm直径的管道中火焰传播速度的试验数据见表8-1。•储运工程6•储运工程72、可燃物质的自燃1）自燃点可燃物质在没有明火火源的情况下，在有助燃物质的环境中能自行着火燃烧的最低温度，称为自燃点。表8-2列出了几种物质在空气中的自燃点。•储运工程8•储运工程9影响可燃物质自燃点的因素很多。压力对自燃点有很大的影响，压力愈高，则自燃点愈低。如苯在1atm时自燃点为680℃，在10atm下为590℃，在25atm下为490℃。可燃气体与空气混合物的自燃点随其组成而变化，当混合物的组成符合燃烧的化学理论计算量时自燃点最低。混合气体中氧浓度增高，也将使自燃点降低。催化剂的存在对液体和气体的自燃点都会有影响，此外，容器的直径与容积在一定程度上也影响物质的自燃点。•储运工程102）可燃物质的自燃某些可燃物质的自燃点很低，在常温下就能发生自燃。与常温空气接触就能着火的物质有黄磷、磷化氢、铁的硫化物等，这类物质最为危险。现以硫化铁为例说明如下。•储运工程11干燥的铁的硫化物(FeS、Fe2S3等)极易自燃，自燃时，其主要反应如下：•储运工程12含硫气田的集输管道和站场设备中，存在着不少因腐蚀而产生的硫化铁。如果设备或管道打开而不采取适当措施，干燥的硫化铁与空气接触，便能发生自燃，如有天然气存在，还有可能发生爆炸事故。•储运工程13预防硫化铁的自燃，采取的措施有：（1）在打开可能积聚有硫化铁的容器前，应喷水使硫化铁处于润湿状态；（2）定期清管和清洗设备，除去管道、设备内的硫化铁；（3)减缓或防止金属设备的腐蚀，以减少或防止硫化铁的生成。•储运工程143、爆炸性混合物可燃气体以一定比例与空气均匀混合后若遇火源，气体混合物的瞬间快速燃烧会引起爆炸，该气体混合物称为爆炸性混合物。•储运工程151）爆炸极限可燃气体与空气构成的混合物，并不是在任何混合比例之下都是可燃或可爆的，而且混合的比例不同，火焰蔓延的速度也不同。浓度低于某一极限或高于某一极限，火焰便不能蔓延。可燃气体在空气中刚足以使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体的爆炸下限；同样，刚足以使火焰蔓延的最高浓度，称为爆炸上限。爆炸极限一般用可燃气体在混合物中的体积百分数来表示。•储运工程16爆炸极限在防火、防爆上具有重要意义，为保证生产的安全，必须避免所处理的气体达到爆炸极限范围之内。表8-3列出了几种气体在一般情况下的爆炸极限。•储运工程172）爆炸极限的主要影响因素爆炸极限不是固定的数值，而是随一些因素而变化的，影响爆炸极限的主要因素有混合物的原始温度、压力，惰性气体的含量，容器的大小等。（1)原始温度混合物的原始温度愈高，则爆炸极限的范围愈大，即下限降低而上限增高。这是由于混合物温度增高，加快了燃烧速度的结果。这样，原来不燃或不爆的混合物，由于温度升高就变成可燃可爆了。•储运工程18（2)原始压力混合物的原始压力对爆炸极限有很大影响。一般情况下，当压力增加时，爆炸极限的范围扩大，并且上限随压力变化很显著。这是由于在增压情况下，物质分子间距离更为接近，使燃烧反应更容易进行，图8—1说明了压力对甲烷爆炸极限的影响。相反，在减压情况下，爆炸极限的范围随压力的减小而缩小。•储运工程19•储运工程20（3)惰性介质混合物中加入惰性气体，爆炸极限的范围会缩小。当惰性气体达到一定浓度时，可以完全避免混合物发生爆炸。这是由于惰性气体的加人使可燃物分子与氧分子隔离，在它们之间形成不燃的“障碍物”。图8-2表示含甲烷的混合物中加入惰性气体对爆炸极限的影响。•储运工程21•储运工程22由图可见，混合物中惰性气体增加，对上限的影响较之对下限更为显著，因为惰性气体浓度加大，表示氧的浓度相对减小，而在上限时氧的浓度已经很小，故惰性气体浓度稍为增加一点，即产生很大影响，使爆炸上限急剧下降。•储运工程23（4)容器容器的材料和尺寸对爆炸极限也有影响。在管道中进行的气体混合物爆炸实验表明，管道直径愈小，爆炸极限的范围也愈小。这可用器壁上的接触效应和热损失来加以解释。（5)点火源能量电火花的能量、火源与混合物的接触时间的长短等，对爆炸极限都有一定的影响。如甲烷，对电压为100V、电流强度为2A的电流产生的电火花，其爆炸极限的范围为5.9％～13.6％，如用3A电流产生的电火花，则爆炸极限范围扩大为5.85％～14.8％。•储运工程243）爆炸温度与压力气体混合物爆炸后的最高温度，可根据气体和燃烧产物的焓值按热量平衡的原理来计算。由于爆炸过程在瞬间完成，因此可不计热量的损失。实际上，气体混合物在密闭容器中的爆炸刚结束、系统处在最大爆炸压力状态时，爆炸中心和爆炸边缘点的温度是不同的。因此，计算的最高爆炸温度可认为是一种平均值。•储运工程25•储运工程264、燃烧与爆炸的预防措施在生产中，防止火灾与爆炸事故的基本原则是：(1)所处理的物质应避免处于足以发生燃烧或爆炸的危险状态；(2)消除一切足以导致着火的火源。•储运工程271）防止可燃可爆系统的形成(1)系统密闭与环境通风。系统密闭可使气体或蒸气不能泄漏，环境通风使泄漏出的可燃气体不可能积聚。可燃气体漏出或空气进入充有可燃气体的设备中，都可能导致事故发生，因此设备应保持密闭。设备本身及与它相连的一切管道，都不能有明显的渗漏，在投产前或定期检查时应按规定进行试压及严密性试验；操作压力必须加以控制，防止超压。•储运工程28设备很难保证百分之百的绝对不泄漏，因此有必要采取通风的方法防止可燃性气体在车间内积聚。在设置通风系统时，应注意密度较大的气体或蒸气在低洼处积聚。通风设施的电气部分应按要求采用防爆型的。•储运工程29(2)充惰性气体。在可燃气体与空气的混合物中加入足够量的惰性气体，可以达到消除爆炸可能性的目的。在工业上常用的惰性气体有氮、二氧化碳、水蒸气。在开工前及停工后，用惰性气体对系统进行吹扫或置换，以防止事故的发生。(3)遵守安全操作规程与加强科学管理。应根据工艺介质的易燃易爆特性，制定安全操作规程和管理制度并严格遵守。•储运工程302）火源的消除引起燃烧爆炸的火源一般有明火、摩擦与撞击产生的火花、电气设备或静电放电火花等。为消除火源，采取的措施有：(1)建立严格的动火制度，未经许可不得在生产区使用明火或进行焊接作业。(2)防止摩擦与撞击产生火花。如敲击设备或管道应使用由铜、铝等材料制成的不发生火花的工具；在倾倒易燃液体时，为防止铁桶与金属设备撞击产生火花，应在其接触部位覆以不发生火花的材料。•储运工程31(3)使用防爆型电气设备。根据不同的爆炸和火灾危险场所等级选用不同防爆等级的电气设备，照明应采用防爆灯具。(4)按规定对有关设备、设施进行接地，使所生成的静电能迅速导入大地。(5)对于含硫天然气的集输系统，必须密切注意预防硫化铁的自燃。脱水后的含硫干气输送可防止管道的腐蚀。但在管道投入运行前，应按规定对管内进行彻底的干燥。•储运工程328.1.2防毒含硫天然气的集输系统除了要预防火灾、爆炸危险事故之外，还应采取相应措施预防中毒事故的发生。由于硫化氢是毒性很大的气体，吸人高浓度的硫化氢会迅速死亡，即使低浓度的硫化氢，也会刺激眼睛、鼻子和喉咙。•储运工程33空气中含不同浓度的硫化氢对人体的危险性如下：1)长期接触的极限值(TLV)：10mg／L(体积，下同)；2)接触数小时后有轻微症状：70—150mg/L；3)呼吸1h不致出现严重反应的最高浓度：170～300mg／L；4)接触30min至1h后有危险：450～500mg／L；5)30min之内致命的浓度：600～800mg／L；人体对硫化氢的生理学反应见表8-4。•储运工程34表8-4硫化氢对人体的毒性•储运工程35表8-4硫化氢对人体的毒性（续表）•储运工程36可以看出，即使较低浓度的硫化氢对人都是致命的。为预防硫化氢中毒事故的发生，含硫天然气集输系统必须采取有效的防毒安全措施：(1)集输管道应有正确的设计、施工和规范的操作管理，避免含硫天然气的泄露；(2)含有硫化氢的天然气集配站场，应在适当位置装设2～3个风向指示标；•储运工程37(3)在站场的工艺装置和有工艺设施的建筑物内，应装设硫化氢检测报警仪，避免操作人员误入有硫化氢泄漏的场所；，(4)操作和维护人员在取样或处理故障时应戴防毒器具；(5)如需进入容器内检修，应事先对容器内的介质进行置换和吹扫，当容器内的氧含量大于18％、H2S含量小于10mg／m3时，才允许进行检修作业。•储运工程388.1.3集输系统的安全保护集输系统的安全保护包括集输管道和集输站场的安全保护，安全保护内容包括防火、防爆和防毒等。防毒方面的内容已在上节做了介绍，下面介绍集输管道与站场的防火、防爆安全保护。•储运工程391、集输管道的安全保护1）集输管道的防火安全保护集输管道的防火安全保护主要是防止管道破裂和放空不当引起火灾。主要方法是采取防火安全措施，以实现安全生产。安全措施的内容包括两方面：(1)管道选材正确并具有足够的强度；(2)管道同其他建筑物、构筑物、道路、桥梁、公用设施及企业等保持一定的安全距离。•储运工程40管道的强度设计应符合有关规程、规范的规定；管道施工必须保证焊接质量并符合现行标准规范的要求，同时采取强度试压和严密性试压来认定；在生产过程中应对管道进行定期测厚，并保持良好的维护管理以保证管道的安全运行。•储运工程412）集输管道的防爆安全保护主要应防止管道泄漏，避免泄漏气体的燃烧和在封闭的空间内产生爆炸。因此集输管道的防爆安全保护，应通过管道设计时材料选择和强度计算的正确、施工质量的确认和生产过程中定期巡线检漏工作来保证。•储运工程423）集输管道的限压保护和放空（1)采气管道的限压保护采气管道的限压保护一般通过井场装置的安全阀来实现。天然气集气站进站前管道上设置的紧急放空阀和超压报警设施，对采气管道的安全也能起保证作用。•储运工程43（2)集气管道的限压保护集气管道的限压保护通常由出站管道上安全阀的泄压功能来实现，同时集气管道应有自身系统的截断和放空设施。集气支管道可在集气站的天然气出站阀之后设置集气支管放空阀；长度超过1km的集气支管，可在集气支管与集气干管相连接处设置支管截断阀。集气干管末端，在进入外输首站或天然气净化厂的进站(厂)截断阀之前，可设置集气干管放空阀，并在该处设置高、低压报警设施，该报警设施一般设在站内由站内操作人员管理维护。•储运工程442、集输站场的安全保护1）集输站场的防火防爆措施(1)集输站场的位置及与周围建筑物的距离、集输站场的总图布置等应符合防火规范的规定；(2)工艺装置和工艺设备所在的建筑物内，应具有良好的通风条件；凡可能有天然气散发的建筑物内应安装可燃气体报警仪。•储运工程452）集输站场的限压保护和放空(1)井场装置的限压保护。井场装置的限压保护如图8-3所示。图8-3井场装置的限压保护•储运工程46各种限压保护设备的作用是：①高低压安全截断阀。如图8—3中的3所示，它是一种以气体为动力的活塞式高低压截断阀。当采气管道的压力高于上限或低于下限时