海上石油生產設施硫化氫治理與防護

蘆新輝(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

在日常生活中，硫化氫是一個既熟悉又陌生的物質，它可能存在于下水道、溝渠、水井等地，甚至在處理變質的魚、肉、腌制品等過程中也會產生硫化氫。在海上石油開采和煉化過程中，硫化氫一直是影響作業安全的重大危害因素，硫化氫不僅有劇烈的毒性，會對人體有致命的危害，而且其自身的腐蝕性也會使石油開采設備受到腐蝕，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個氫原子和1個硫原子組成，是一種劇毒、無色、比空氣重的氣體，較一氧化碳的毒性大5倍至6倍。為預防硫化氫中毒事故的發生，首先要了解這種氣體的物理、化學性質和對人體產生危害的原理，才能避免人員受到傷害。

顏色：硫化氫是無色氣體，因此看不見，不能靠眼睛判斷是否有硫化氫存在。

味道：硫化氫氣體會散發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到一個閾值時，就會破壞人體的嗅覺神經系統，使人無法聞到氣味，因此無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。硫化氫很容易被風吹散，如果可能，在上風、高處工作。

可燃性：硫化氫易燃，發出藍色火焰，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%，在這個界限值范圍內，遇到火源，就會發生爆炸。

溶解性：硫化氫可溶解在液體中，這就意味著，他可以存在儲存或運輸油類、水、污油、污水等的罐體內，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，會有釋放出硫化氫的危險。

沸點：液態硫化氫的沸點很低，因此通常所見的硫化氫為氣態，其沸點為-60.2 ℃。

腐蝕性：硫化氫有很強的腐蝕性，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

硫化氫對人體產生的危害：當空氣中有硫化氫且達到一定的濃度時，會通過呼吸道吸入身體，會與溶于血液中的氧氣發生反應。當硫化氫濃度較低時，會被氧化，對人體的危害可忽略不計。但是當硫化氫濃度非常高的時候，就會與血液中的溶解氧發生大面積的反應，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血液循環運移到人體各器官，會使人的眼睛產生刺痛感，嚴重情況下會致人失明；硫化氫會刺激人的呼吸道，破壞人的嗅覺，嚴重時還會使呼吸道產生灼傷；硫化氫會使人的神經系統受到刺激，平衡性受到破壞，產生眩暈感；硫化氫會加快人的心率，破壞心臟的功能，嚴重時可導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，硫化氫已成為職業中毒殺手。在我國，因硫化氫中毒死亡的人數僅次于一氧化碳，居第二位。

硫化氫對設備的危害：眾所周知，硫化氫是一種酸性氣體，在潮濕環境下，比較容易發生電離，腐蝕性增加，在海上石油開采平臺這種高濕度環境中，硫化氫對石油開采設備的危害是成倍增加的。對鋼材等金屬設備，硫化氫可引起氫鼓泡、氫致開裂、應力腐蝕開裂及應力導向開裂等損害；對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設備帶來的危害，不僅會增加作業成本，還會產生安全隱患，影響作業安全。

2 硫化氫的來源

在海上石油開采作業中，硫化氫主要產生于鉆井作業中。(1)熱作用于油層時，石油中的有機硫化物分解，產生硫化氫。一般來說，在含硫區塊的硫化氫濃度和含量隨地層深度的增加而增大。(2)石油中的含氫物質和有機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熱解出硫化氫。(5)某些絲扣油在高溫中與游離硫反應生成硫化氫。(6)鉆進至含有硫化氫的地層中時，地層中含有硫化氫的流體便會通過流程進入地面。

地層中原有的硫化氫和通過鉆井作業產生的硫化氫伴隨著采出液被開采出來后會進入原油處理流程，在原油儲罐、油氣水分離器等設施和區域都會可能有硫化氫的存在。

3 硫化氫治理的技術措施

3.1 硫化氫檢測

在海上石油生產設施中，要治理硫化氫，首先要做的是做好硫化氫的檢測工作，通過多種檢測手段和方式，監控空氣和流程中硫化氫的分布和濃度變化情況，根據具體情況制定有針對性的防范措施。

(1)化學檢測法。化學檢測法是一種行之有效的硫化氫檢測手段，主要包括醋酸鉛試紙法、安培瓶法、抽樣檢測管法等。

醋酸鉛試紙法操作簡單，將醋酸鉛試液涂在白色的試紙上，試紙仍未變色，當試紙接觸到硫化氫氣體時會變成棕色或者黑色。將試紙放到被測定的區域三到5 min，根據試紙顏色的變化，對照色譜帶，可以判定測定區域硫化氫的濃度。此種方法簡單易行，但準確度較低，危險性也較大，是一種半定量的檢測方法。

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生反應，醋酸鉛顆粒在發生反應后會變成黑色。這種檢測方法是一種半定量的方法，適用于測量空氣中硫化氫氣體的濃度，檢測速度快，操作方法簡單。

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

(2)檢測儀檢測法。硫化氫檢測儀主要可分為便攜式硫化氫氣體探測儀和固定式硫化氫氣體探測儀。便攜式硫化氫氣體探測儀主要用于作業人員隨身攜帶，以防范突然出現的硫化氫氣體泄漏或誤入含硫化氫環境；而固定式硫化氫氣體探測儀則分布在設施中可能會產生硫化氫或可能發生硫化氫泄漏的場所。使用檢測儀檢測硫化氫需要注意保證檢測設備的有效性，因此需要定期對設備進行檢修、維護、標定和保養。

3.2 硫化氫生產流程治理

海上石油生產設施的流程主要分為兩大部分，原油生產處理流程和生產污水處理流程，在井筒、油水分離器、斜板除油器、生產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對罐體、管線造成腐蝕，也有通過法蘭、閥門等發生滲漏的風險，造成人員傷害。因此，必須根據不同生產設施流程的特點，對流程中存在的硫化氫進行針對性的治理。

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設施應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中硫離子的含量，從而有效的抑制硫化氫的產生；殺菌劑主要加注在注水系統中，其主要作用原理是通過添加營養因子和激活因子來改變油藏中的營養環境，促進有益菌的生長，抑制硫酸鹽還原菌的生長(硫酸鹽還原菌可以利用金屬表面的有機物作為碳源，并利用細菌生物膜內產生的氫，將硫酸鹽還原成硫化氫，從而獲取生存的能量)，從而達到控制硫化氫產生的目的，從根源上減少硫化氫的產生。

4 硫化氫治理的管理措施

4.1 硫化氫防護知識培訓

除了海洋石油生產作業，在日常生活中，也曾發生過很多次硫化氫中毒的事故事件，由此可見，很多人對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為無色無味的性狀，不易察覺，因而會出現對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，必須要保證作業人員對硫化氫有充分的了解，才能在發生硫化氫泄漏時快速的做出應對，從而最大限度地降低人員傷亡。

在海上石油生產設施上的作業人員，存在硫化氫中毒風險的，每四年就要進行一次硫化氫防護知識的培訓，每次培訓時長至少16學時，取得硫化氫培訓合格證；登臨含硫化氫生產設施的臨時作業人員也要經過硫化氫防護知識的培訓，取得硫化氫培訓合格證。此外，在日常生產作業過程中，也會利用班前班后會培訓或班組安全活動等形式進行經常性的硫化氫防護知識學習。通過定期培訓、班前班后會培訓以及班組安全活動等形式的學習培訓，可以保證在設施作業的所有人員熟知硫化氫危害、特性和防護方法，提高人員硫化氫危害防護意識，在出現硫化氫泄漏時，可以第一時間作出應對，做好防護，防止事故事件的發生。

4.2 硫化氫防護裝備配置

除了硫化氫防護知識的培訓，硫化氫防護裝備的配備同樣重要，除了前文提到的硫化氫探測儀外，還應配備自給式正壓空氣呼吸器，在有硫化氫泄漏風險的區域設置硫化氫警示標識。以某海上石油生產設施為例(下稱“A平臺”)，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(設施最大作業人員容納數量為120人，保證呼吸器100%配備的數量要求)，在油田的井口區域，設置了明顯的硫化氫警示標識。

為了保證配備的正壓式空氣呼吸器的有效性，所在設施會定期組織對設施上的呼吸器進行檢驗，如有氣壓不足，氣瓶損壞時及時進行修補或更換。還會通過組織呼吸器佩戴比賽等特色活動，提升設施作業人員對呼吸器穿戴的熟練度，保證在危機情況下能夠快速有效的穿戴好呼吸器，達到防護硫化氫傷害的目的。

4.3 硫化氫風險辨識及管控

在現代安全管理理念中，風險是無法完全消除的，只能降低到可接受的程度。硫化氫泄漏中毒風險亦是如此，但在硫化氫風險防護上，可以通過雙重預防機制的建設工作來充分的辨識和管控硫化氫泄漏風險。生產設施每年都會進行一次深度風險辨識和風險分級工作，在油田生產工藝或生產流程發生變化時，也會針對性地進行風險辨識和分級工作，針對辨識出的風險制定防控措施，可以有效預防事故的發生。

A平臺通過雙重預防機制建設工作，識別出井口區域、鉆臺區域、井口房等區域存在硫化氫泄漏中毒風險。針對這些風險，A平臺制定了三項防控措施：(1)在上述區域內布置正壓式空氣呼吸器并定期檢驗；(2)在上述區域內針對性的布置硫化氫檢測探頭，對探頭的靈敏度定期進行標定；(3)制定硫化氫泄漏中毒專項應急預案并定期組織演練。

5 結語

硫化氫危害巨大，在以往的生產作業和日常生活中已經發生過多次因為硫化氫而導致的人員傷亡事故，每一次事故傷害都是一次慘痛的教訓。掌握硫化氫的特性和治理防護方法，不僅對海上石油生產作業有著十分重要的意義，在陸地石油開采煉化作業和日常生活中，熟知硫化氫的防護知識也有十分重要。