基于FLACS的原油管道硫化氫逸出擴散規律研究

盧可義

中國石油管道局工程有限公司亞太分公司,河北廊坊 065000

1 仿真建模

1.1 仿真模型

以某公司原油管道換管作業項目為背景進行仿真模擬，作業對象為直徑610 mm的原油輸送管道。換管作業前首先需要挖長12 m的輸送管道基坑并露出管道本體，基坑開挖坡度為1∶1，管道下側邊緣距離坑底地面1m，按照現場施工要求，管道的開孔直徑為50 mm（位于出露管道中部頂面）。按照等比例關系建立仿真模型如圖1所示。為了得到更精確的仿真結果，對網格進行了加密處理。

圖1 仿真計算模型

1.2 邊界條件

根據該原油管道實際輸送原油成分及運行壓力進行邊界條件設置，該管道輸送來自哈國、塔里木、吐哈及新疆油田的原油，各原油特性指標及運行參數如表1所示。

表1 原油特性指標及運行參數

該管道所處位置夏季平均風速為2.9 m∕s，冬季平均風速為2.5 m∕s，分別進行模擬，氣體溢出方向為開孔垂直向上，以上每個場景計算2個風向工況，共計16個工況。

1.3 后果評估標準

選用GBZ 2.1—2007《工作場所有害因素接觸限值》和SY∕T 6610—2005《含硫化氫油氣井井下作業推薦作法》作為判斷主要依據，同時參考物競化學品數據庫及中國石化出版社出版的《硫化氫防護培訓教材》，綜合分析后擬定硫化氫的毒性評估標準如表2所示。

表2 硫化氫濃度與危害程度對照

為保證評估結論的準確性，在以上評價衡準的基礎上，補充荷蘭應用科學研究院（TNO）關于硫化氫濃度致死率的理論計算結果。硫化氫的致死概率Pd計算式為：

式中：Pr為硫化氫的毒性概率值；C為硫化氫濃度，mg∕m3；t為暴露于毒性環境中的時間，min，最大值為30 min。

計算得出硫化氫各濃度范圍內致死、致傷概率如表3所示。

表3 硫化氫各濃度范圍內致死致傷概率

2 仿真結果分析

經對16個場景進行仿真分析[1-12]，得到各場景下管道開孔作業時氣體逸出擴散云圖。因各場景仿真結果直觀上無明顯差異性，因而給出如表4所示的計算結果。

表4 硫化氫泄漏擴散范圍半徑 單位：m

仿真結果表明：哈國、塔里木、吐哈及新疆油田四種原油在清管操作放散過程中可嗅到H2S臭味的最大影響范圍分別為32.3、21.60、26.83、33.87m。含量為10mg∕m3（對應摩爾濃度為6.572 8× 10-6mol∕L）最大影響范圍為25.0、16.72、20.77、26.22m。含量為15mg∕m3（對應摩爾濃度為9.859 2× 10-6mol∕L） 的 最 大 影響范圍為 23.9、15.98、19.85、25.06 m。

3 結論與建議

針對原油管道換管作業開孔過程中硫化氫逸出擴散問題，采用三維仿真軟件FLACS對該作業過程進行了模擬。探究了8個場景（16個工況）的H2S逸出擴散規律，得到了哈國、塔里木、吐哈及新疆油田4種原油在換管作業過程中可嗅到H2S臭味，H2S含量為10、15 mg∕m3的最大影響范圍分別是32.3、25.0、23.9 m，并得到了管道泄漏逸散規律。為保障作業人員的安全，給出以下建議。

（1）換管作業時，在不影響正常清管作業的前提下選擇盡可能小的氮氣流量、相對較低的環境溫度和盡可能低的氮氣壓力。

（2）進行放散作業前，以放散口為中心，以10 mg∕m3濃度H2S的最大影響范圍（視具體操作油品而定）為半徑設置危險區域，作業人員須佩戴正壓呼吸器后方可進入該區域進行放散作業。

（3）若換管作業中出現清管器停滯，則放散作業前應以放散口為中心，以35 m為半徑設立警戒區域，禁止無關人員進入；同時按上述要求設置危險區域，作業人員須佩戴正壓呼吸器后方可進入該區域進行放散作業。