天然氣站場壓力容器及管道作業安全措施

周長李　翟富超 付文靜 張兵強（川氣東送管道分公司安徽管理處， 安徽 安慶 246000）

天然氣站場壓力容器及管道作業安全措施

周長李翟富超 付文靜 張兵強（川氣東送管道分公司安徽管理處， 安徽 安慶 246000）

壓力容器及管道是天然氣輸氣場站主要設備，站場在常規作業過程中會面臨泄漏、爆炸著火、窒息中毒等各類風險，導致此類風險的因素很多。本文從風險分析入手，探討共性風險因素及所能引起的后果，并尋找安全作業措施來降低或消除危險因素，詳細解析防控火源、濕式作業、置換吹掃、強制通風、實時監測這五種作業措施，進一步提出現場實施建議，改善作業條件，對于實際的輸氣站場站設備的作業規程制定具有一定的參考價值。

天然氣站場；壓力容器；風險分析；安全措施；置換

長輸天然氣輸氣站站點較多、位置偏遠、工作量大，常常在運行過程中出現一些風險，影響天然氣輸氣站的正常運營。輸氣站壓力容器、管道是基礎設備，工作中因承受內部介質溫度、壓力、腐蝕等作用，或者由于制造、加工、焊接過程中存在的固有缺陷，在使用過程中可能產生穿孔或破裂、滲漏，這就需要動火檢修焊補。另外，因生產工藝的需要，如附件的檢定、內部清理等其他運行情況，有些容器或管道需停用打開作業。容器與管道作業往往處于易燃易爆和有中毒危險的情況下進行，因此若安全措施不完善，稍有疏忽就會發生窒息、爆炸著火、中毒等事故［1］。如何能簡明、合理地從技術角度出發做好壓力容器及管道作業安全措施，是值得探討的。

1 作業風險分析

天然氣輸氣站典型壓力容器有收發球筒、旋風/過濾分離器、排污罐，最常見的作業有：收發球作業、分離器清理作業以及內部附件更換作業等。與管道關聯常見作業有：流量計拆卸清理或送檢、閥門更換等。由于作業情況不盡相同，一一詳盡分析較為困難。因此，對于不同作業需要做共性風險分析與評估，求同存異，對同類風險從技術手段上探索一些更為簡捷、規范且可靠的安全作業措施。這對于容器、管道安全作業有很重要的指導意義［2］。共性風險主要有：泄漏、濺射、爆炸、窒息、自燃和中毒等風險。

2 作業安全措施

泄漏、火源、H2S等有毒氣體可以采用防控火源、濕式作業、置換隔離、強制通風、實時監測等安全作業措施來解決，究其根本做法就是對危險源進行消除。

2.1 防控火源

常見引起爆炸的點火源主要有機械火源、電火源、化學火源及熱火源。輸氣站主要是前三種。

機械火源的防護需要從作業工具與作業方式出發。一是使用防爆工具；二是撞擊或摩擦的兩部分應采用不同的金屬制成；三是冷卻、潤滑、隔離工作面。三種方法可獨立、組合運用。

電火源的防護需要從作業方與作業目標出發。一是人體、工具釋放靜電；二是設備接地良好，操作氣體介質流速在5m/s以下，這兩項是必要防護。

化學火源的防護需要從現場實際出發。焊接、機械打磨除銹等國家標準里明確的動火作業項目，火源本身無法防護。防止自燃可以采用濕式作業、化學試劑等方法消除或隔離自燃物質。

2.2 濕式作業

濕式作業主要用于降塵、阻燃，對含硫天然氣管道中可能含有的FeS粉末起物理化學作用，有效防止自燃。同時硫化氫可微溶于水，形成“氫硫酸”。氫硫酸會和溶解在水中的氧起緩慢的反應，產生不溶于水的單質硫。

2.3 置換吹掃

防止管道內天然氣與空氣的混合是置換的唯一目的，為避免爆炸，作業過程中進行置換就顯的很有必要性，增加天然氣管道的安全保障［3］。置換主要有三種操作方法：大氣壓力稀釋置換法、壓力（循環）置換法、抽真空置換法。輸氣站常規作業中主要采用前兩種。

（1）大氣壓力稀釋置換法［2］。氮氣從一端被引入容器或系統，系統內的空氣或其它氣體被置換排放到另一端的大氣中，系統主要在大氣壓力下進行吹掃。此法缺點是存在死角，局部置換不徹底。這是一種典型的采用大氣壓力置換或稀釋來達到吹掃目的的方法，這種操作可采用一次或相同幾次進行系統內氣體與氮氣混合，置換所用的純氮氣量可用如下計算式表示：

N = loge（Co/Ct）

式中：N為導入氮氣的總容量；Co為系統初始狀態含量；Ct

為系統最后狀態含量。

如果初始狀態氧含量在21%，吹掃后的氧含量在1%，則需用3.045倍的氮氣容積去置換才能完成。

（2）壓力循環置換法［2］。氮氣從一端被引入容器或系統，使系統內的壓力升高到容許壓力，空氣或其它氣體與氮氣混合，并被置換排放到另一端的大氣中，主要在高于大氣壓力下重復進行吹掃。這也是常常采用的一種壓力式循環周期置換或稀釋來達吹掃目的的方法。此法缺點是耗費置換介質量多，操作步驟多。此法具體操作主要取決于容許操作壓力和吹掃后需要達到的吹掃純度，可采用一次或相同幾次進行系統內氣體與氮氣混合，被稀釋后的操作可采用如下計算式表示（假設純氮氣）：

Ct= Co/Pn

式中：n為導入氮氣充壓后排放的次數；Co為系統初始狀態含量； Ct為系統最后狀態含量； P為每次對系統充壓后的壓力。

通過上述計算式可知，當容器內的氧含量為21.0%，經一次吹掃稀釋氧含量降到1.0%，則應將容器內的壓力升高到2.1MPa。如果操作壓力僅僅在0.21MPa，那么就必須采用4次以上這樣的升壓過程，充氮容量約為4.56倍的系統容積。隨著氮氣用量的減少，則排放次數及人工工作量將增加。當容器內均為天然氣，經一次吹掃稀釋甲烷含量降到5%，則應將容器內的壓力升高到2.1MPa［4］。

（3）正反向置換。對容器、管道系統反向、正向置換是兩個必須經過的過程。在置換中保證天然氣低于爆炸下限。可根據作業目標的不同來確定置換方法［5］。

反向置換以安全作業為主，操作步驟為：隔離放空天然氣；采用壓力循環置換法，用氮氣一次置換沖壓2.1MPa，可保證測試甲烷含量低于5%；采用大氣壓力稀釋置換法保持微正壓隔離作業面。

正向置換以投產運行為主，操作步驟為：采用壓力循環置換法，用天然氣一次置換沖壓1MPa，可保證測試含氧量少于2%。

（4）操作注意事項［2］：一是氮氣被引入系統進/出口位置的確定至關重要，直接影響到置換效果。二是系統壓力的確定。系統的最高工作壓力將直接影響到選用哪種吹掃置換工藝。三是分析計算控制。如果對系統吹掃是經常性的一種操作過程，那么在運行前應確定操作過程的參數，對系統內的氣體進行含量分析，并做周期性檢查，不必安裝在線分析儀。

2.4 強制通風

天然氣輸氣站場（閥室）強制通風設備主要是軸流風機。部分生產房屋直接加裝軸流風機與測溫、可燃氣體探頭連鎖。對于輸氣場區通風采用大功率防腐、防爆型軸流風機，可實現有效對流通風。

2.5 實時監測

目前天然氣場站監測設備主要有固定式可燃氣體檢測儀、便攜式單一氣檢儀、可燃氣體檢測儀（XP-3140），可分別實現區域可燃氣體監測連鎖報警、個人便攜監測告警、單點檢測數據采集［2］。實時監測要注意多點、多次檢測，取樣與動火時間間隔控制在30min內，杜絕死角，降低安全風險。

3 建議

目前，天然氣輸氣站在操作以上安全措施時會有以下矛盾：防爆工具實用性不高，易變形；濕式作業中處理量與水的供給成正比，灌入設備內的水清理不完全易造成銹蝕；置換隔離作業氮氣供給矛盾，站場運輸管理成本較高；強制通風本身也是用電風險點；實時監測覆蓋面不一定全面。

鑒于以上矛盾，筆者根據現場實際提出以下建議。

對于壓力容器和DN200及以上管道作業時，宜采取防控火源、濕式作業、氮氣置換隔離、實時監測相結合的作業安全措施。以氮氣置換吹掃隔離為主，濕式作業為輔。

對于DN200以下管道作業時，宜采取防控火源、濕式作業、天然氣置換隔離、強制通風、實時監測相結合的作業安全措施。以天然氣置換吹掃結合強制通風為主，濕式作業為輔。

［1］張勝池，孫艷，鄒宇潔，李長君.淺談燃料容器置換動火檢修焊補安全［J］.純堿工業，2002，（5）：46-48.

［2］鄭素君.采用惰性氣體對容器管道置換的三種方法［J］.深冷技術，2001，（5）：22-24.

［3］楊文輝，馬利.氮氣置換在天然氣管道中的應用［J］.硅谷，2013，（8）：149.

［4］沈良.天然氣管道或儲罐停產置換方案的探討［J］.城市公用事業，2013，（2）：32-36.

［5］王衛紅.大型天然氣球罐的置換［J］.輸配與應用，2004，（4）：20.

周長李（1985- ），男，漢，安徽滁州人，川氣東送管道分公司安徽管理處，中級工程師，碩士，研究方向：天然氣長輸管道及設備的維護管理工作。