天然氣處理廠安全防火防爆系統的應用分析

陳宗宇 侯山 劉宇坤 梁坤 化藝穎

摘 要：蘇里格氣田已成功建成六座天然氣處理廠，處理廠的安全運行是蘇里格氣田快速、有效開發的保障。通過對處理廠爆炸危險基礎知識和工業過程防護層的認識，提出了安全防火防爆系統結構。深入分析了基礎防火防爆、員工操作、安全預警系統、防爆泄壓系統、消防滅火系統等五方面內容。實踐證明，處理廠安全防火防爆系統滿足處理廠安全生產要求，在天然氣處理廠安全生產中提供了有力參考價值依據。

關鍵詞：天然氣處理廠；防火防爆；放空系統；報警系統；消防系統

蘇里格天然氣處理廠生產裝置的物料介質都具有易燃易爆的危險性，防火防爆是處理廠安全生產的重要研究對象。

天然氣處理廠建設過程中，設計合理的防火防爆系統能有效保證處理廠設備、人員的安全。防護層分析LOPA（layers of protect ion analysis）是2000年以來國際上廣泛應用且行之有效的一種安全設計技術。過程設計者采用多重防護層或安全措施，以便深度防止或減輕災難性事故的影響。防止事故與災難發生的措施可以是安全設備、系統或行動，能夠防止危險劇情向不利后果擴展[1]。通過過程工業防護層的對比，處理廠安全防火防爆系統可以分為以下幾個方面：基礎防火防爆、員工操作防爆、安全報警系統、防爆泄壓系統、消防滅火系統等方面（如圖1）。

1 基礎防火防爆

1.1 工藝安全設計

合理的天然氣處理工藝，生產設備和容器的密閉性好，輸送可燃物質采用無縫鋼管，閥門、連接法蘭、泵密閉防漏。電纜溝在不同區域間的密封與隔離問題，要采取充砂、填阻火堵料或加設防火隔墻等措施。

1.2 防爆電器設備選型

處理廠防爆電氣設備使用多，應注意根據電氣設備類別及環境的區域等級，選用合適的防爆電氣設備，使防爆電氣設備的安全性能滿足爆炸危險環境要求[2]。在處理廠使用防爆電器中，應用最多的是隔爆型、增安型和本質安全型，其它形式的防爆電器產品應用的較少。防爆危險區域劃分中應該注意到：處理廠裝置區內的變配電所位置設置在非爆炸危險區域內；加熱爐區的爆炸危險區域，離爐子外壁1.5m內應視為非防爆區。爆炸性危險區域內按照介質危險程度的級別（ⅡB級）和組別（T6組）選用防爆電氣設備，選用防爆標識不得低于ⅡBT6的防爆電氣設備。處理廠現場防爆電器設備包括：防爆燈具，防爆變送器，防爆接線箱（接線箱、接線盒、穿線盒、配電盤），防爆電機等防爆電氣設備。

1.3 處理廠防雷、防靜電系統

雷電和靜電極易引起易燃易爆場所氣體的燃燒和爆炸。防雷防靜電設施是確保其安全的重要技術措施之一，必須高度重視，定期進行安全技術檢驗，及時發現隱患，方可預防爆炸、火災事故的發生[3]。

變電所、配電室、中控樓等主要建筑物均按二類防雷建筑物設防，屋面上均設避雷帶。廠區內設聯合接地網，接地網兼作防靜電接地。接地裝置總接地電阻≤1Ω。廠區內的各種設備的金屬外殼、電纜橋架、金屬管道均需做等電位連接并與接地裝置可靠連接。放空火炬區設置單獨的接地網，接地電阻≤10Ω。為保護電力及電子設備免遭受雷擊及電涌過電壓損壞，在電源系統進線端加裝電涌保護器（SPD）作為一級保護。在自控、通訊設備前端的配電箱、UPS等裝置加裝電涌保護器作為第二級保護，將電涌電壓限制在相應設備的耐壓等級范圍內。

處理廠進一步加強防雷檢測工作的力度，規范防雷裝置安全檢測工作管理。處理廠接地系統采用TN-S系統，PE線和N線分為兩根線，PE不通過電流，也不帶電位，比較安全。圖2是TN-S系統接地原理圖。

圖2 TN-S系統接地原理圖

2 員工操作防爆層

員工操作防爆層是由于人的不安全因素引起的火災爆炸等事故，因此員工操作應該遵守相關規章制度，按照崗位標準化作業程序進行操作，確保安全。處理廠內員工應注意以下幾項確保安全：

（1）杜絕明火存在（嚴禁攜帶火種進入廠區）；

（2）現場通訊不允許使用手機，處理廠配備相應的防爆對講機、防爆電話站等通訊設施；

（3）制定相關的制度進行防火防爆安全系統檢查，定期檢查安全檢查（安全閥、液位計、阻火器、水封井等）；

（4）現場檢修維護時使用防爆工具；

（5）動火作業前，辦理動火票，制定安全措施；

（6）加強防火防爆安全知識的學習；

（7）完善的安全應急預案，定期開展消防應急演練。

3 安全系統報警系統

3.1 FGS系統（火災、可燃氣體監測）的應用

FGS系統能夠監測現場可燃氣體泄漏、火災情況時，能夠及時報警。FGS系統現場用到的儀表有：可燃氣體變送器檢測、火焰探測器、聲光報警器和防爆操作接線柱。可燃氣體變送器可以及時檢測天然氣泄漏的情況，火焰探測器可以及時檢測現場火災情況，防爆操作柱可以進行現場緊急報警。FGS系統自動采集各個區域的可燃氣體探測器、火焰探測器的輸出信號和手動防爆火災按鈕信號，完成可燃氣體泄露濃度監測報警、火災監視報警、聲光報警等。當有報警信號時，能準確地切換到相應畫面，顯示出報警部位，以便人員及時處理。

3.2 火災自動報警系統的應用

自動報警控制系統能夠及時監測中控室內的火災情況，能夠及時報警。中控室安裝有溫感和煙感變送器，當溫感或煙感檢測信號達到報警限時，火災自動報警控制器發出報警信號，同時聲光報警器報警。通過操作控制器操作面板上的手動報警或者操作中心控制室樓道中的手動報警按鈕均可以實現中控樓火災報警，以便人員及時處理。

4 防爆泄壓系統的應用

防爆泄壓系統即是火炬放空系統，天然氣處理廠放空系統由安全閥、放空管線、放空火炬等組成。當設備或管道內壓力超過安全閥設定壓力時，自動開啟泄壓，保證設備和管道內介質壓力在設定壓力之下，保護設備和管道正常工作，防止發生意外，減少損失。

火炬放空系統設置有高壓火炬系統和低壓火炬系統兩部分。火炬放空系統設計應綜合考慮火炬筒的最大放空量，確保放空泄壓安全，同時應該設計緊急停車邏輯確保放空馬赫數達到要求，保證火炬安全。

5 消防滅火系統的應用

（1）天然氣處理廠距離市區較遠，以“自救為主，外援為輔”的原則進行消防設計。區域功能分區明確，滿足生產要求，工藝流程合理。注重風向、朝向，符合安全、環保、衛生要求。

（2）廠內道路采用環形布置，路面采用城市型混凝土道路結構，按照廠內各功能區域的劃分，主要干道，支道相互銜接，形成有機整體，各生產裝置區域設有環形通道，滿足消防要求。廠區設置安全教育門崗室，安全應急門。出入口設置應保證人員安全疏散便捷。火炬區域及35KV變電所設置有獨立的出入口。廠區綠化采用含油量小，含水分較多的皮草種植。皮草生長高度必須小于15cm，四季常青。

（3）各天然氣處理廠倒班點內設置消防站（類別三級），主要承擔天然氣處理廠、倒班點及氣田站、井的消防及戒備任務。為方便遇到火警時消防車出警，消防樓直接對外。

（4）天然氣處理廠的位置及消防現狀，設置獨立的消防給水系統，消防系統由水源井、消防水罐、消防泵、壓力式泡沫比例混合裝置、泡沫管網、消火栓、消防炮等組成。火災時，由消防泵向消防管網提供足夠的消防水量，確保廠區設備及人員的安全。

（5）儲罐區的消防管網按照環狀設計，分別從廠區消防管網及泡沫混合液管線接入環狀管網。環狀管網上設有備用消火栓，在消火栓附件均放置消火栓水龍帶箱。環形消防管線與消防堤距離小，當罐區發生火災時，開關閥門較為危險，建議將閥門設置成遠程控制/自動，保證消防人員安全。

6 結束語

隨著蘇里格氣田的不斷開發，在天然氣處理廠運行過程中我們積累了寶貴的經驗。安全防火防爆系統能有效保障處理廠安全生產運行，進一步體現了蘇里格天然氣處理廠建設的先進性、數字化、標準化。

（1）處理廠生產區域選用電器設備應達到危險區域2區、防爆類別Ⅱ類要求；防爆類型、組別溫度等根據現場實際要求選用防爆電器設備。

（2）處理廠建筑物設置避雷帶，裝置區域接地電阻≤1Ω，接地系統采用TN-S接地。

（3）處理廠需設置可靠的火災及可燃氣體檢測及報警系統。

（4）放空系統應該能夠達到最大的放空量要求，設置緊急停車系統，減少馬赫數，確保火炬安全放空。

（5）消防滅火增加遠程控制閥門及設備，確保控制及時。

參考文獻

[1]吳重光，張貝克，馬昕.過程工業安全設計的防護層分析（LOPA）[J].石油化工自動化，2007.

[2]王紅艷.淺談石化企業中的電氣防爆問題[J].石化電氣，2010.

[3]劉立新.防雷防靜電設施安全技術檢驗[J].石油化工安全技術，2001.

作者簡介：陳宗宇（1986，10-），男，福建省莆田市人，助理工程師，研究方向：天然氣生產管理。