天然氣站場壓力容器及管道作業(yè)安全措施

周長李　翟富超 付文靜 張兵強(qiáng)（川氣東送管道分公司安徽管理處， 安徽 安慶 246000）

天然氣站場壓力容器及管道作業(yè)安全措施

周長李翟富超 付文靜 張兵強(qiáng)（川氣東送管道分公司安徽管理處， 安徽 安慶 246000）

壓力容器及管道是天然氣輸氣場站主要設(shè)備，站場在常規(guī)作業(yè)過程中會(huì)面臨泄漏、爆炸著火、窒息中毒等各類風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致此類風(fēng)險(xiǎn)的因素很多。本文從風(fēng)險(xiǎn)分析入手，探討共性風(fēng)險(xiǎn)因素及所能引起的后果，并尋找安全作業(yè)措施來降低或消除危險(xiǎn)因素，詳細(xì)解析防控火源、濕式作業(yè)、置換吹掃、強(qiáng)制通風(fēng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這五種作業(yè)措施，進(jìn)一步提出現(xiàn)場實(shí)施建議，改善作業(yè)條件，對(duì)于實(shí)際的輸氣站場站設(shè)備的作業(yè)規(guī)程制定具有一定的參考價(jià)值。

天然氣站場；壓力容器；風(fēng)險(xiǎn)分析；安全措施；置換

長輸天然氣輸氣站站點(diǎn)較多、位置偏遠(yuǎn)、工作量大，常常在運(yùn)行過程中出現(xiàn)一些風(fēng)險(xiǎn)，影響天然氣輸氣站的正常運(yùn)營。輸氣站壓力容器、管道是基礎(chǔ)設(shè)備，工作中因承受內(nèi)部介質(zhì)溫度、壓力、腐蝕等作用，或者由于制造、加工、焊接過程中存在的固有缺陷，在使用過程中可能產(chǎn)生穿孔或破裂、滲漏，這就需要?jiǎng)踊饳z修焊補(bǔ)。另外，因生產(chǎn)工藝的需要，如附件的檢定、內(nèi)部清理等其他運(yùn)行情況，有些容器或管道需停用打開作業(yè)。容器與管道作業(yè)往往處于易燃易爆和有中毒危險(xiǎn)的情況下進(jìn)行，因此若安全措施不完善，稍有疏忽就會(huì)發(fā)生窒息、爆炸著火、中毒等事故［1］。如何能簡明、合理地從技術(shù)角度出發(fā)做好壓力容器及管道作業(yè)安全措施，是值得探討的。

1 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析

天然氣輸氣站典型壓力容器有收發(fā)球筒、旋風(fēng)/過濾分離器、排污罐，最常見的作業(yè)有：收發(fā)球作業(yè)、分離器清理作業(yè)以及內(nèi)部附件更換作業(yè)等。與管道關(guān)聯(lián)常見作業(yè)有：流量計(jì)拆卸清理或送檢、閥門更換等。由于作業(yè)情況不盡相同，一一詳盡分析較為困難。因此，對(duì)于不同作業(yè)需要做共性風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估，求同存異，對(duì)同類風(fēng)險(xiǎn)從技術(shù)手段上探索一些更為簡捷、規(guī)范且可靠的安全作業(yè)措施。這對(duì)于容器、管道安全作業(yè)有很重要的指導(dǎo)意義［2］。共性風(fēng)險(xiǎn)主要有：泄漏、濺射、爆炸、窒息、自燃和中毒等風(fēng)險(xiǎn)。

2 作業(yè)安全措施

泄漏、火源、H2S等有毒氣體可以采用防控火源、濕式作業(yè)、置換隔離、強(qiáng)制通風(fēng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等安全作業(yè)措施來解決，究其根本做法就是對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行消除。

2.1 防控火源

常見引起爆炸的點(diǎn)火源主要有機(jī)械火源、電火源、化學(xué)火源及熱火源。輸氣站主要是前三種。

機(jī)械火源的防護(hù)需要從作業(yè)工具與作業(yè)方式出發(fā)。一是使用防爆工具；二是撞擊或摩擦的兩部分應(yīng)采用不同的金屬制成；三是冷卻、潤滑、隔離工作面。三種方法可獨(dú)立、組合運(yùn)用。

電火源的防護(hù)需要從作業(yè)方與作業(yè)目標(biāo)出發(fā)。一是人體、工具釋放靜電；二是設(shè)備接地良好，操作氣體介質(zhì)流速在5m/s以下，這兩項(xiàng)是必要防護(hù)。

化學(xué)火源的防護(hù)需要從現(xiàn)場實(shí)際出發(fā)。焊接、機(jī)械打磨除銹等國家標(biāo)準(zhǔn)里明確的動(dòng)火作業(yè)項(xiàng)目，火源本身無法防護(hù)。防止自燃可以采用濕式作業(yè)、化學(xué)試劑等方法消除或隔離自燃物質(zhì)。

2.2 濕式作業(yè)

濕式作業(yè)主要用于降塵、阻燃，對(duì)含硫天然氣管道中可能含有的FeS粉末起物理化學(xué)作用，有效防止自燃。同時(shí)硫化氫可微溶于水，形成“氫硫酸”。氫硫酸會(huì)和溶解在水中的氧起緩慢的反應(yīng)，產(chǎn)生不溶于水的單質(zhì)硫。

2.3 置換吹掃

防止管道內(nèi)天然氣與空氣的混合是置換的唯一目的，為避免爆炸，作業(yè)過程中進(jìn)行置換就顯的很有必要性，增加天然氣管道的安全保障［3］。置換主要有三種操作方法：大氣壓力稀釋置換法、壓力（循環(huán)）置換法、抽真空置換法。輸氣站常規(guī)作業(yè)中主要采用前兩種。

（1）大氣壓力稀釋置換法［2］。氮?dú)鈴囊欢吮灰肴萜骰蛳到y(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的空氣或其它氣體被置換排放到另一端的大氣中，系統(tǒng)主要在大氣壓力下進(jìn)行吹掃。此法缺點(diǎn)是存在死角，局部置換不徹底。這是一種典型的采用大氣壓力置換或稀釋來達(dá)到吹掃目的的方法，這種操作可采用一次或相同幾次進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)氣體與氮?dú)饣旌希脫Q所用的純氮?dú)饬靠捎萌缦掠?jì)算式表示：

N = loge（Co/Ct）

式中：N為導(dǎo)入氮?dú)獾目側(cè)萘浚籆o為系統(tǒng)初始狀態(tài)含量；Ct

為系統(tǒng)最后狀態(tài)含量。

如果初始狀態(tài)氧含量在21%，吹掃后的氧含量在1%，則需用3.045倍的氮?dú)馊莘e去置換才能完成。

（2）壓力循環(huán)置換法［2］。氮?dú)鈴囊欢吮灰肴萜骰蛳到y(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)的壓力升高到容許壓力，空氣或其它氣體與氮?dú)饣旌希⒈恢脫Q排放到另一端的大氣中，主要在高于大氣壓力下重復(fù)進(jìn)行吹掃。這也是常常采用的一種壓力式循環(huán)周期置換或稀釋來達(dá)吹掃目的的方法。此法缺點(diǎn)是耗費(fèi)置換介質(zhì)量多，操作步驟多。此法具體操作主要取決于容許操作壓力和吹掃后需要達(dá)到的吹掃純度，可采用一次或相同幾次進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)氣體與氮?dú)饣旌希幌♂尯蟮牟僮骺刹捎萌缦掠?jì)算式表示（假設(shè)純氮?dú)猓?/p>

Ct= Co/Pn

式中：n為導(dǎo)入氮?dú)獬鋲汉笈欧诺拇螖?shù)；Co為系統(tǒng)初始狀態(tài)含量； Ct為系統(tǒng)最后狀態(tài)含量； P為每次對(duì)系統(tǒng)充壓后的壓力。

通過上述計(jì)算式可知，當(dāng)容器內(nèi)的氧含量為21.0%，經(jīng)一次吹掃稀釋氧含量降到1.0%，則應(yīng)將容器內(nèi)的壓力升高到2.1MPa。如果操作壓力僅僅在0.21MPa，那么就必須采用4次以上這樣的升壓過程，充氮容量約為4.56倍的系統(tǒng)容積。隨著氮?dú)庥昧康臏p少，則排放次數(shù)及人工工作量將增加。當(dāng)容器內(nèi)均為天然氣，經(jīng)一次吹掃稀釋甲烷含量降到5%，則應(yīng)將容器內(nèi)的壓力升高到2.1MPa［4］。

（3）正反向置換。對(duì)容器、管道系統(tǒng)反向、正向置換是兩個(gè)必須經(jīng)過的過程。在置換中保證天然氣低于爆炸下限。可根據(jù)作業(yè)目標(biāo)的不同來確定置換方法［5］。

反向置換以安全作業(yè)為主，操作步驟為：隔離放空天然氣；采用壓力循環(huán)置換法，用氮?dú)庖淮沃脫Q沖壓2.1MPa，可保證測(cè)試甲烷含量低于5%；采用大氣壓力稀釋置換法保持微正壓隔離作業(yè)面。

正向置換以投產(chǎn)運(yùn)行為主，操作步驟為：采用壓力循環(huán)置換法，用天然氣一次置換沖壓1MPa，可保證測(cè)試含氧量少于2%。

（4）操作注意事項(xiàng)［2］：一是氮?dú)獗灰胂到y(tǒng)進(jìn)/出口位置的確定至關(guān)重要，直接影響到置換效果。二是系統(tǒng)壓力的確定。系統(tǒng)的最高工作壓力將直接影響到選用哪種吹掃置換工藝。三是分析計(jì)算控制。如果對(duì)系統(tǒng)吹掃是經(jīng)常性的一種操作過程，那么在運(yùn)行前應(yīng)確定操作過程的參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的氣體進(jìn)行含量分析，并做周期性檢查，不必安裝在線分析儀。

2.4 強(qiáng)制通風(fēng)

天然氣輸氣站場（閥室）強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備主要是軸流風(fēng)機(jī)。部分生產(chǎn)房屋直接加裝軸流風(fēng)機(jī)與測(cè)溫、可燃?xì)怏w探頭連鎖。對(duì)于輸氣場區(qū)通風(fēng)采用大功率防腐、防爆型軸流風(fēng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)有效對(duì)流通風(fēng)。

2.5 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

目前天然氣場站監(jiān)測(cè)設(shè)備主要有固定式可燃?xì)怏w檢測(cè)儀、便攜式單一氣檢儀、可燃?xì)怏w檢測(cè)儀（XP-3140），可分別實(shí)現(xiàn)區(qū)域可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)連鎖報(bào)警、個(gè)人便攜監(jiān)測(cè)告警、單點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集［2］。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)要注意多點(diǎn)、多次檢測(cè)，取樣與動(dòng)火時(shí)間間隔控制在30min內(nèi)，杜絕死角，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 建議

目前，天然氣輸氣站在操作以上安全措施時(shí)會(huì)有以下矛盾：防爆工具實(shí)用性不高，易變形；濕式作業(yè)中處理量與水的供給成正比，灌入設(shè)備內(nèi)的水清理不完全易造成銹蝕；置換隔離作業(yè)氮?dú)夤┙o矛盾，站場運(yùn)輸管理成本較高；強(qiáng)制通風(fēng)本身也是用電風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)覆蓋面不一定全面。

鑒于以上矛盾，筆者根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際提出以下建議。

對(duì)于壓力容器和DN200及以上管道作業(yè)時(shí)，宜采取防控火源、濕式作業(yè)、氮?dú)庵脫Q隔離、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的作業(yè)安全措施。以氮?dú)庵脫Q吹掃隔離為主，濕式作業(yè)為輔。

對(duì)于DN200以下管道作業(yè)時(shí)，宜采取防控火源、濕式作業(yè)、天然氣置換隔離、強(qiáng)制通風(fēng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的作業(yè)安全措施。以天然氣置換吹掃結(jié)合強(qiáng)制通風(fēng)為主，濕式作業(yè)為輔。

［1］張勝池，孫艷，鄒宇潔，李長君.淺談燃料容器置換動(dòng)火檢修焊補(bǔ)安全［J］.純堿工業(yè)，2002，（5）：46-48.

［2］鄭素君.采用惰性氣體對(duì)容器管道置換的三種方法［J］.深冷技術(shù)，2001，（5）：22-24.

［3］楊文輝，馬利.氮?dú)庵脫Q在天然氣管道中的應(yīng)用［J］.硅谷，2013，（8）：149.

［4］沈良.天然氣管道或儲(chǔ)罐停產(chǎn)置換方案的探討［J］.城市公用事業(yè)，2013，（2）：32-36.

［5］王衛(wèi)紅.大型天然氣球罐的置換［J］.輸配與應(yīng)用，2004，（4）：20.

周長李（1985- ），男，漢，安徽滁州人，川氣東送管道分公司安徽管理處，中級(jí)工程師，碩士，研究方向：天然氣長輸管道及設(shè)備的維護(hù)管理工作。