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普光气田集输系统安全控制与应急管理

作者:王寿平 龚金海 刘德绪 王晓霖 王勇  
评论: 更新日期:2012年07月01日

        全气田联锁控制紧急关断逻辑共分为4级:
        ESD-1:一级关断为最高级别,该级别关断为全气田关断(包括井场、集输、净化和外输)。其处理分为两种方式:紧急关断并保压、紧急关断并放火炬。此级关断触发全气田站场的ESD-1级关断。
        ESD-2:支线关断或区域联合装置级关断。此级关断触发此支线沿线站场的ESD-2级关断。主要由以下原因触发:输气支线爆管泄漏;线路阀室火灾或气体大量泄漏;手动触发。
        ESD-3:单站关断。分两种情况:ESD-3级泄压关断和ESD-3级保压关断。
        ESD-4:单元关断(站场3级)。此级别关断应由操作人员确认报警后,自动触发,切断相关工艺单元,视具体逻辑启动局部放空。
        普光气田在投产试运过程中曾3次触发一级关断,其可靠性得到了充分的验证,同时为普光气田的应急处置和抢修提供了实战演练的机会。
        2 应急管理措施
        2.1 复杂山地大型高含硫气田应急疏散通讯系统
        根据硫化氢含量和紧急切断阀(ESDV)间距,应用含硫天然气泄漏山地扩散模型研究确定通讯覆盖范围,并根据地形地貌和人口分布,确定广播点数量与位置,在普光气田各站场、输气管道沿线1.5km,净化厂围墙外2km危险范围内建立了世界上最大规模的紧急疏散广播系统。广播系统采用800M数字集群+5.8G微波通讯系统。通过研发任意区域、任意组合的分区广播技术,实现指定区域广播通讯。研发了应急广播的实时自检技术,确保系统完好;研发的集群电话强插广播技术,实现了紧急状态下的及时广播。应急疏散广播系统共设置6个基站、287个广播点,范围达140km2,覆盖6个乡镇23村,6万多人口。
        2.2 应急疏散能力评估与道路优化[6]
        根据不同疏散路径、人口密度、居民的年龄和性别、运行速度、疏散时间以及硫化氢扩散规律等影响因素,对普光地区居民行走速度进行实地测试,运用步行人流模拟(BuildingEXODUS)等软件对普光气田应急疏散能力进行评估研究。根据疏散评估结果,优化了应急道路。
        在人口密集区域,根据厂(站)、集气干线分布情况修建了应急主干道。对居住在场站、管道周边的居民从居住点到应急集合点修建了应急便道。优化后的应急道路呈网状和枝状分布,各种道路相互贯通,便于突发事件情况下人员疏散。普光主体共修建了6条应急主干道,道路总长约65km;96条支干道,道路总长约86km。通过企地应急演练,应急疏散快速有序,应急疏散道路满足需要。
        2.3 应急预案体系
        结合该气田实际,制订了分公司、厂、车间3级应急预案:①分公司级包括1个综合预案和9个专项应急预案;②厂级(采气厂、净化厂)分别包括1个综合预案和8个专项应急预案;③车间级包括应急处置方案345个(采气区202个、净化厂车间143个)。至此,普光气田初步形成了“一点一案、一事一案”,“横向到边、纵向到底”的应急预案体系,填补了国内高含硫气田应急管理的空白。
        2.4 应急指挥系统
        普光气田成立了以生产调度为中心的分公司、厂两级应急指挥系统。采气厂、净化厂生产调度室分别配备4名专职应急管理工程师,以及应急救援中心119调度室值班人员,实行24h监管。
        2.5 企地应急联动机制
        建立三级企地应急联动机制,即:分公司与宣汉县的一级应急疏散联动;厂与乡镇的二级应急疏散联动;站与村的三级应急疏散联动。重点针对净化厂周边群众在突发事故时能够在最短时间内有序、高效撤离至安全区域,最大限度地降低事故后果。与普光镇和土主乡成立了厂镇应急联动指挥部,与村联合成立村社应急联动小组,制订了应急联动程序和处置方案。
        同时采取多种形式的 :对净化厂周边1500m以内居民发放《应急知识宣传册》、《安全告知书》;对普光镇、土主乡组织开展群众教育,开展应急培训;对应急联动指挥人员进行应急疏散方案培训;定期组织疏散演练,使居民掌握应急状态下的逃生方法等。
        2.6 应急救援装备
        为有效应对高含硫气田各类突发事故,提高应急救援效率,保证救援作业顺利实施,根据高含硫天然气特性和当地特定的地形条件,研发并配备了大量应急救援专用装备。
        2.6.1山地消防坦克
        选用国产59式主战坦克底盘研发了山地消防坦克,可翻越0.5m障碍物,跨越2m宽壕沟,装备气体探测仪、氧气呼吸器、军用车载喉头无线对讲系统、数码温控喷淋启动装置等装备。具有防爆炸、防撞击、防高温、防坍塌等性能,加之完善的隔热、喷淋降温保护措施,可实现近距离灭火或穿越火场。消防坦克顶部装有大口径车载水炮,既可打出水柱也可打出泡沫。同时配备液压式清障铲,依靠520马力(1马力=735.499W)坦克发动机提供的巨大动力,可撞击、推铲、拉拽各种障碍物,确保在各种复杂条件下接近火场灭火或为抢险处置开辟救援通道。
        2.6.2涡喷消防车
        针对硫化氢气体不易逸散的特点,研发了第一代强风抢险车。该车安装液压轴流式风机,并在排烟通风机四周安装了水雾灭火系统,是集通风、排烟、除尘、灭火、改变风向等功能于一身的多功能全遥控机器人,可以在距离100m范围内,对车辆和强风机进行遥控操作,极大地满足了火场特别是硫化氢泄漏区域、隧道、地铁或石油化工场所的消防救援需要。2009年研发了强风车的第二代车品——涡喷消防车。该车功能更为强大,利用涡喷发动机产生高速气流作为载体,将灭火剂撞击成雾状的颗粒,以巨大动能,远距离、高强度、大范围地喷出直接灭火,提高灭火效率。喷射水雾流有效距离大于等于80m,出口风速70m处达到18m/s(相当于10级大风),出口风量80m处约为116×104m3/h。该车可以实现正压送风,改变方向,迅速冷却降温,稀释有毒有害气体,保护抢险人员人身安全,同时具有防化洗消作用,利用涡喷发动机喷口喷出的燃气高温、高速射流,对受污染物体表面连续喷吹清洗。
        2.6.3远程点火装置
        为解决钻井井喷、酸压放喷过程中可能发生点火失效的问题,先后尝试使用弓弩、信号发射器等实施远程点火,但因无法准确点火而放弃。最终选择了军用火焰喷射器改进方案,并研发了远程点火装置。该点火装置射程约60m,火焰温度2000℃,并可在100m范围内进行遥控。
        3 认识与建议
        1) 普光气田建立了完善的安全控制技术,对不同生产区域的安全防护距离进行了优化,确定了我国高含硫气田的安全防护距离;集成多种监测手段,形成了平面布局、立体布防、全方位的多元监测体系;在国际上首次创建了上下游一体化的4级联锁关断系统。
        2) 建设了世界上最大规模的紧急疏散广播系统,通过应急疏散能力评估对应急道路进行了优化,研发了山地消防坦克和远程点火等装备,建立了完整的应急处置、人员疏散与应急救援体系,形成了复杂山地高含硫气田大规模应急疏散与救援技术,填补了我国高含硫气田应急管理技术的空白,能满足和应对高含硫气田安全生产和应急管理需要。
        3) 普光气田的安全控制和应急管理技术达到世界领先水平。但在生产运行阶段,安全控制技术还需要进一步完善。首先,随着生产的运行,集输系统出现不同程度的积液和硫沉积,因此应加强对积液和硫沉积的预防与控制,降低系统的安全风险。其次,要有计划地开展集输管道内检测、氢脆腐蚀监测、缺陷无损检测以及管道安全性评价技术研究。此外,要对关断系统进行优化改造,进一步优化联锁关断逻辑。
        参考文献
        [1] 何生厚.普光高含H2S、CO2气田开发技术难题及对策[J]..天然气工业,2008,28(4):82-85.
        [2] 付建民,陈国明,龚金海,等.酸性气田集输系统紧急关断方案设计[J].天然气工业,2009,29(6):94-97.
        [3] 李振林,姚孝庭,张永学,等.基于FLUENT的高含硫天然气管道泄漏扩散模拟[J].油气储运,2008,27(5):38-41.
        [4] 于殿强,董金婷,张建,等.天然气集输站场CH4及H2S泄漏检测技术研究[J].油气田地面工程,2009,28(5):2-3.
        [5] 付建民,陈国明,朱渊,等.紧急关断阀关断延迟对天然气管道泄漏过程的影响[J].化工学报,2009,60(12):3178-3183.
        [6] 席学军,董文彤,郭再富.复杂山区地形高含硫气井安全防护距离研究[J].中国安全科学学报,2009,19(12):66-73.

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