采油井站施工現(xiàn)場硫化亞鐵自燃研究

林惠春

摘要：原油中普遍含有活性硫，在一定條件下，原油中的活性硫與鋼制管道、設(shè)備、容器等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫化亞鐵。在采油井站生產(chǎn)現(xiàn)場清罐、拆裝儀表、更換閥門時，硫化亞鐵在與空氣充分接觸及光照的條件下，發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放熱量并導(dǎo)致自燃，若處置不當(dāng)則有可能造成原油、天然氣火災(zāi)和爆炸事故。錦州采油廠通過對發(fā)生在稠油井站施工現(xiàn)場硫化亞鐵自燃現(xiàn)象的分析研究，制定了相應(yīng)的防范措施，有效減少了稠油井站施工現(xiàn)場硫化亞鐵自燃事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：采油 施工現(xiàn)場 硫化亞鐵自燃 預(yù)防

1 概述

近年來石油化工企業(yè)在現(xiàn)場工程建設(shè)施工中火災(zāi)和爆炸事故時有發(fā)生，究其原因，其中有違反操作規(guī)程或現(xiàn)場操作失誤等人為因素所至；也有對施工現(xiàn)場、設(shè)備環(huán)境變化情況分析認(rèn)識不足，未能提前采取有效的防護(hù)措施所至，其中就包括由物質(zhì)自燃引發(fā)的火災(zāi)和爆炸事故。鑒于原油、天然氣的易燃易爆屬性，且稠油采油站現(xiàn)場生產(chǎn)施工中，硫化亞鐵自燃現(xiàn)象已有發(fā)生，為避免由物質(zhì)自燃導(dǎo)致采油施工現(xiàn)場原油、天然氣火災(zāi)和爆炸事故。有必要對稠油區(qū)塊現(xiàn)場生產(chǎn)施工中硫化亞鐵自燃現(xiàn)象進(jìn)行剖析，找出切實可行的預(yù)防措施。

本文以遼河油田錦州采油廠發(fā)生的兩起硫化亞鐵自燃現(xiàn)象為案例的，對采油現(xiàn)場生產(chǎn)施工中硫化亞鐵自燃現(xiàn)象的產(chǎn)生及預(yù)防措施進(jìn)行了探討。

2 硫化亞鐵自燃案例

案例1：采油58號站緩沖罐清砂自燃。2010年8月25日，遼河油田錦州采油廠采油作業(yè)四區(qū)58號站組織2號緩沖罐清砂工作。開蓋前泵工將罐內(nèi)殘余原油打凈，9點10分上部人孔打開，無異常現(xiàn)象。10點30側(cè)面封頭人孔打開后，有疑似蒸汽氣體開始從上人孔口冒出，中午12：00時，緩沖罐上部人孔口冒出白煙，而且越來越大，越來越濃，并伴有刺鼻氣味，罐體溫度上升。現(xiàn)場施工人員迅速組織對下人孔蓋進(jìn)行緊固封堵，將上人孔用濕毛氈進(jìn)行封堵，防止空氣再次進(jìn)入，避免了重大事故發(fā)生。

案例2：采油82號站外輸管線自燃。2010年8月27日下午，采油作業(yè)四區(qū)82號站更換外輸天然氣氣表。按照操作流程倒好閥門，拆下氣表后發(fā)現(xiàn)氣表兩端管線內(nèi)充滿了黑色粉末，并且伴有刺鼻氣味，從東側(cè)與氣表連接的法蘭接口處黑色粉末開始冒白煙，散發(fā)的熱量使管壁發(fā)燙。現(xiàn)場操作人員立即佩戴好空氣呼吸器，以防硫化氫中毒。用硫化氫檢測儀檢測管內(nèi)剩余氣體的硫化氫含量為70mg/m3，西側(cè)與氣表連接的法蘭接口處的黑色粉末分散開后也開始冒白煙發(fā)生自燃。管內(nèi)黑色粉末自燃后生成一種紅色粉末，采油站分別進(jìn)行了取樣之后對流程內(nèi)的異物進(jìn)行了清理、掩埋，恢復(fù)生產(chǎn)。通過對殘余黑色粉末化驗分析，其成分主要是雜質(zhì)、油污以及硫化亞鐵。

3 硫化亞鐵自燃機(jī)理

硫化亞鐵及鐵的其它硫化物在空氣中受熱或光照時，會發(fā)生如下反應(yīng)：FeS+3/2O2=FeO+SO2+49KJ

2FeO+1/2O2=Fe2O3+271KJ

FeS2+O2=FeS+SO2+222KJ

Fe2S3+3/2O2=Fe2O3+3S+586KJ

4 稠油區(qū)塊采油施工現(xiàn)場硫化亞鐵自燃分析

4.1 稠油蒸汽吞吐開采方式，容易生成硫化亞鐵，原油和天然氣中普遍含有活性硫，包括單質(zhì)活性硫（S）、硫化氫（H2S）、硫醇（RSH），可以和金屬直接反應(yīng)成金屬硫化物。在200℃以上，干硫化氫可和鐵發(fā)生直接反應(yīng)生成FeS。在350～400℃下，單質(zhì)硫很容易與鐵直接化合生成FeS。

4.2 現(xiàn)場施工過程中，管線、設(shè)備、容器內(nèi)附著或堆積的硫化亞鐵暴露在空氣中和光照下，在氣溫較高時，易發(fā)生自燃。其中采油58號站2號緩沖罐屬于備用罐，長期使用過程中，罐內(nèi)壁形成了一定量的硫化亞鐵，在打開上下人孔蓋后，空氣形成對流，硫化亞鐵與空氣充分接觸，至中午12時氣溫持續(xù)升高，光照持續(xù)加強(qiáng)，加快了硫化亞鐵的氧化速度，導(dǎo)致了自燃的發(fā)生。

通過以上兩個案例可以看出，在管道或容器中存在硫化亞鐵的情況下，造成其自燃的直接因素就是密閉管線或容器敞開后硫化亞鐵與空氣接觸，并被光照。

4.3 有資料顯示，在實驗中發(fā)現(xiàn)，硫化亞鐵粒徑變細(xì)以后，其起始自熱溫度向低溫移動呈降低趨勢；而少量水的引入會導(dǎo)致硫化亞鐵的起始自熱溫度降至常溫，從而促使硫化亞鐵在常溫下發(fā)生自熱和自燃。

5 施工過程中防護(hù)措施

5.1 加強(qiáng)清罐及“三合一”、分離器、儀表等的拆卸監(jiān)護(hù)工作，對于長期停用設(shè)備，如聯(lián)合站、采油站的油罐、緩沖罐分離器、管線等，要先清洗后再打開。

5.2 鑒于2次硫化亞鐵自燃案例皆發(fā)生在夏季最炎熱天氣，要盡量減少夏季清罐、“三合一”、分離器、儀表等的拆卸工作量。

5.3 天然氣管線、輸油管線（尤其是閑置管線）拆裝閥門或儀表時，要具備噴淋條件，保證在發(fā)生氧化反應(yīng)時，可以迅速散熱，避免由氧化反應(yīng)進(jìn)而引起自燃。

5.4 外委施工中涉及管線打開、清罐和分離器拆裝前，要對承包商進(jìn)行危害告知，督促其注意檢查罐體的結(jié)合處、管線的連接處、彎頭處等易產(chǎn)生硫化亞鐵堆積和自燃的位置，并制定相應(yīng)的預(yù)防措施預(yù)案。

6 實施效果

自2012年開始，全面實施上述防范措施，截止目前為止，錦州采油廠稠油區(qū)塊井、站施工現(xiàn)場，未再發(fā)生硫化亞鐵自燃現(xiàn)象。

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