一、概述

    運用定性與定量分析的方法，從天然氣及甲醇的性質、主要生產設備和生產過程三個方面對天然氣采氣廠集氣站的火災爆炸危險性進行評價。

    天然氣采氣廠集氣站是氣田集輸生產最基本的單元，它的主要任務是將氣田中采出的油氣混合物收集起來，經初步處理后輸送到用戶或儲存。集氣站內的主要生產設備有：脫水橇（器）、天然氣加熱爐、計量分離器、油氣分離器、油氣輸送泵、儲油罐、通球清管設施、輸氣管道及SLC503和SCAN3000生產自控系統一套等。

 
二、生產工藝簡述

    1 天然氣組分

    油氣田所在的地埋位置不同，開采和處理后的天然氣組分也各不相同，大體上甲烷組分占天然氣組分體積的90%以上，其他輕烴極少；H2S含量在20～1600mg/m3之間。

    2 生產工藝

    集氣站生產工藝流程主要有天然氣加熱、節流、分離、脫水、計量等處理過程。集氣站采用高壓集氣、集中注醇、多井加熱、間隔計量、加醇脫水、天然氣發電等藝，利用SCADA系統進行數據采集，通過一點多址通訊網向氣田調度中心傳輸數據資料，實現生產自動化管理。

    由集氣站所管轄的氣井井口采出的高壓天然氣，經采氣管線輸入到站內，采用多井式加熱爐以提高節流前的天然氣溫度，防止節流后溫度低而形成水化物堵塞。加熱后的高壓天然氣經針形閥節流后，壓力降到所要求的值后，經總機關（閥門）合理分配后進入生產分離器或計量分離器，將天然氣中的凝析油、污水和機械雜物等進行初步分離，再通過脫水橇利用三甘醇的親水性和天然氣逆流接觸脫水后，生產出合格的天然氣。

    3 輔助生產工藝

    3．1 注醇流程

    采用高壓集中注醇工藝，利用高壓柱塞泵，將計量后的甲醇通過注醇管線注入到井口及采氣管線，防止油管和采氣管線中形成天然氣水化物。對東北和西北等冬季寒冷地區，每年10月至來年4月期間需要在生產流程中加入甲醇。

    3．2 放空流程

    為防止系統超壓及根據生產工藝的要求，站內部分設備設有安全泄壓放空管，匯聚至放空總管后燃燒排空。

    3．3 計量

    氣井產量采用周期性間歇計量，計量周期至少2天，每次計量時間不少于8h，單井產量和外輸均采用孔板流量計計量。

    3．4 排污流程

    工藝設備產生的污水經排污總管匯聚后，輸往地下污水罐收集儲存，不定期拉至凈化廠凈化回注地下。

    4 主要生產設備及工藝條件

    長慶油田某集氣站的主要生產設備及工藝條件見表1。

    表1 主要生產設備及工藝條件

 
三、火災爆炸危險性分析

    1 天然氣及甲醇火災爆炸特性

    天然氣是以低分子量烷烴碳（甲烷）為主組成的氣體混合物，硫化氫含量也較高。天然氣無色、無臭、易燃，在常溫常壓下呈氣態，屬于甲類火災危險性物質。天然氣的火災爆炸危險特性見表2。

    表2 天然氣及甲醇的火災爆炸特性表

    1.1 甲烷

    甲烷是天然氣中最主要的成分，呈氣態，比空氣輕，易燃易爆，屬于甲類火災危險性物質。與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險，燃燒分解產物為一氮化碳、二氧化碳。

    1．2 硫化氫

    硫化氫是無色有臭雞蛋味的易燃性氣體，比空氣重。長慶油田的天然氣組分中，硫化氫的含量大體在0.3%（V/V）左右。硫化氫屬于甲類火災危險性物質。與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇高熱和明火能引起燃燒爆炸，燃燒分解產物為氧化硫。硫化氫是強烈的神經毒物，硫化氫及其燃燒生成的產物二氧化硫有毒性，危害人體。硫化氫對鋼材可引起氫脆和硫化物應力腐蝕。

    1．3 甲醇

    甲醇是甲類火災危險性有毒液體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引著回燃。

    甲醇的火災爆炸特性見表2。

    2 生產設備火災爆炸危險性

    按照《石油化工企業設計防火規范》中對生產工藝裝置火災危險性分類，集氣站生產裝置為甲類火災危險性工藝裝置，其生產設施大多具有能夠引發火災爆炸的危險特征。

    2．1 加熱爐

    加熱爐屬于明火爐，集氣站加熱?募尤冉櫓屎腿劑銜?烊黃??ぷ餮沽Τ跗誑紗?0MPa以上。加熱爐燃料系統的壓力控制、氣水分離設施、燃料氣進爐前管線阻火器的工作狀態、加熱爐的壓力表、溫度表、液位計、防爆門、防風口、火焰觀察孔是巡回檢查的重點部位。加熱爐排氣煙囪也是易被雷擊的對象。

    2．2 脫水橇（器）

    脫水橇（器）是由多種設備組合而成的，處理的介質為天然氣。吸收塔、閃蒸罐、燃料分配罐的壓力在0.3～6.6MPa之間，屬于承壓設備；閃蒸罐、重沸器的溫度較高；同時重沸器用天然氣作加熱燃料，屬于明火設備；吸收塔為集氣站最高的設備，是防雷的重點設備。

    脫水橇（器）尾閥控制著整個系統的壓力，是監控的重點；燃料分配罐排污閥、過濾器壓差、控制器及減壓閥、重沸器火焰，以及設備的壓力、溫度及液位是巡回檢查的重點。

    2．3 總機關及單井入口管組

    由于從上游來的天然氣在壓力、溫度及流量等方面缺乏嚴格控制，進站閥門的操作（流量分配、開啟壓力、閥門密封狀況）很重要，集氣總機關閘門盤根泄漏將是重大危險源。

    2．4 甲醇罐

    集氣站多采用高壓集中注醇工藝，利用高壓柱塞泵，將計量后的甲醇通過注醇管線注入到井口采氣管線，防止油管和采氣管線中形成天然氣水化物。站內設的甲醇罐為露天地上臥式布置，容量大多在10m3以上，已構成重大危險源。

    2．5 污水罐

    污水罐為地下布置。污水罐內存有殘留的天然氣、硫化氫、機油及其他烴類有機混合物，這些物質或是易燃易爆的，或是有毒的。在通氣口中會不斷排出含有烴類和硫化氫的混合氣體；在排污車裝運污水時，污水罐區附近空氣中含有烴類和硫化氫的混合氣體濃度會更大些。重點是預防不正常狀態下硫化氫氣體在污水罐地面長期、大量地積聚，它將是急性中毒的主要危險源。

    2．6 燃氣發電機

    天然氣的存在和電力的產生，使燃氣發電機成為重大火災爆炸危險源之一。同時，由于燃氣發電機位于封閉的廠房內，一旦出現天然氣泄漏，不利于及時通風換氣。機油油位、 冷卻液液位、燃氣供給壓力及電瓶接線是保障發電機在外電源發生事故時及時投入安全運行的重點。

    2．7 壓力容器

    依據GB150-1998《鋼制壓力容器》按設計壓力分類，加熱爐、閃蒸塔、燃料分配罐、分離器、清管收球裝置的操作壓力都大于0.1MPa,屬于中、低壓類壓力容器。上述生產設備承受各種靜、動載荷，還有附加的溫度載荷，同時大多數容器容納壓縮氣體或易燃易爆氣（液）體，若容器破裂，導致介質突然泄壓膨脹，瞬間釋放出來的破壞能量極大，加上壓力容器多數系焊接制造，容易產生各種焊接缺陷，一旦檢驗、操作失誤，易發生爆炸破裂，容器內的易燃、易爆有毒的介質將向外泄漏，勢必造成極具災難性的后果

    3 生產過程火災爆炸危險性

    油氣集輸生產不同于油田物深、鉆井、測井、修井作業及采油生產等作業。它既具有油田點多、線長、面廣的生產特性，又具有石油化工煉制企業高溫高壓、易燃易爆、工藝復雜、壓力容器集中、生產連續性強、火災危險性大的生產特點。生產中，任一環節出現問題或操作失誤，都會造成惡性的火災爆炸事故及人身傷亡事故，其危險性主要體現在以下幾個方面：

    （1） 由于天然氣無色無味，擴散在大氣中不易察覺，容易引起火災；

    （2） 天然氣是非常容易燃燒的，在常溫下接觸高溫、明火就會燃燒或爆炸，并產生大量的熱；

    （3） 由于天燃氣在輸送過程中能夠產生靜電，放電時產生火花，極易引起火災或爆炸；

    （4） 天然氣比重比空氣小，一旦泄漏，能在空氣中廣泛傳播，這樣就形成較大范圍的火災隱患；

    （5） 在天然氣集輸生產過程中，需要采用加熱爐、重沸器等明火設備，需要用電氣設備，這就更增加了火災爆炸的危險性。
 
四、火災爆炸危險性定量分析

    1 評價方法選擇

    針對天然氣集輸站處理的油氣具有火災、爆炸和有毒的特點，選用國際上通用的DOW/ICI蒙德危險指數評價法，以長慶油田某集氣站為例對天然氣集氣站的火災爆炸危險性做進一步分析。

    2 評價單元劃分

    根據集氣站的生產情況和DOW/ICI蒙德法確定評價單元的原則，可確定以下評價單元：

    （1） 脫水橇（器）

    （2） 生產分離器

    （3） 多井式加熱爐

    （4） 甲醇罐

    3 評價單元各系數的確定及危險性計算

    3．1 初期危險性評價

    按照DOW/ICI蒙德法，將脫水橇（器）、生產分離器、加熱爐和甲醇罐的初期火災、爆炸及毒性危險性系數匯總列入表3，以脫水橇（器）單元為例計算出其火災、爆炸及毒性危險性，計算過程和結果本文略，其他單元在本文中省略。各項指標包括有以下內容：火災負荷F；內部爆炸指標Eˊ；氣體爆炸指標Aˊ；總體危險性評價分Rˊ（計算公式及計算過程本文省略）。

    表3 各評價單元初期火災、爆炸及毒性危險性結果匯總表

    3．2 安全性補償評價

    由于在設計上和日常生產過程中對集氣站采取了防火防爆措施，并建立了較為完善的安全生產規章制度和崗位操作規程，為實現安全生產提供了較好的安全保障條件。為了取得正確的安全特性，考慮到接受上述的總危險性R及其他指標的可能性，需進一步進行安全性補償評價。采取減少事故頻率補償的一些有效措施包括以下幾個方面：容器危險性；工藝管理；安全的態度；防火；物質隔離；滅火活動。

    按照ICI蒙德法對降低事故頻率補償系數選取的原則，結合集氣站的實際情況，合理選擇上述6個方面的安全性補償系數，依據4個評價單元的安全補償系數表4，重新計算各評價單元的實際危險程度，得到各指標的安全補償指標：補償火災負荷Fˊ；補償內部爆炸指標Eˊ；補償氣體爆炸指標Aˊ；補償總體危險性Rˊ。計算結果見表5。

    表4 4個評價單元的安全補償系數匯總表

    表5 安全補償系數計算后的危險性評價結果