高含硫天然氣開發公眾安全防護距離標準的分析及建議

原 青 民

中國石油西南油氣田公司天然氣研究院

高含硫天然氣開發公眾安全防護距離標準的分析及建議

原 青 民

中國石油西南油氣田公司天然氣研究院

原青民．高含硫天然氣開發公眾安全防護距離標準的分析及建議. 天然氣工業，2016, 36(10): 137-142.

我國高含硫天然氣開發已經形成規模并進入持續發展階段，其公眾安全防護問題一直受到企業、政府和社會的高度關注。為此，針對我國高含硫天然氣開發中所面臨的集輸管道、站場和凈化廠公眾安全防護距離難以確定的問題，分析了我國高含硫氣田開發所依據的標準和規范的現狀，并提出了相關的建議。研究結果認為：①現有標準只規定了硫化氫平均含量為13%～15%的特定工況下的安全防護距離，存在規定范圍的不連續性和實際操作的不確定性等問題，在含硫化氫氣田和高含硫氣田開發方面都需要補充相應的標準和規定條款；②涉及公眾安全方面標準的制訂應以安全行業標準為主，并與國家標準和石油天然氣行業標準相互配合；③對于高含硫氣田的采輸管道，目前應以本質安全為基礎，輔以降低強度設計系數、提高設計施工要求等措施；④現有的模擬計算方法得到的結果只能用于制訂應急計劃的參考，不能作為搬遷原住戶的實際依據；⑤由于管道事故的危害后果往往大于公眾安全防護距離所設定的范圍，因此必須引入風險管理的理念，制訂事故分析報告技術要求和程序格式方面的標準規范；⑥建議高含硫氣田開發參考國外先進管理模式，在高含硫氣田集中的地區完善政府屬地管理。

中國 高含硫 天然氣 硫化氫 公眾安全 安全防護距離 集輸管道 凈化廠 屬地管理

我國高含硫天然氣開發已經形成規模并進入持續發展階段，與之相適應的一整套安全方面的標準和規范也已初步形成并在修訂完善中。四川盆地是我國高含硫天然氣開發的主要地區，同時又具有人口稠密、地形復雜、高含硫氣田高度集中等特點，公眾安全防護問題一直受到企業、政府和社會的高度關注。因此，有必要對高含硫天然氣公眾安全防護標準和規范的現狀進行分析，并提出有針對性和可操作性的意見和建議。

1 我國高含硫天然氣公眾安全防護的標準現狀

從20世紀90年代起，我國開始制訂含硫化氫天然氣開發安全方面的石油天然氣行業標準（SY標準），2005年又進行了一次系列的修訂和重新編寫，現在仍在持續修訂和完善中。這一系列的標準在原有標準的基礎上做了全面的修改，參考了美國石油學會（American Petroleum Institute，縮寫為API）的做法，對硫化氫毒性、作業環境濃度限值以及模擬計算方法都有了統一的提法，并分別針對不同作業環境提出了推薦的做法，達到了國際接軌的水平。現有的SY系列標準主要有：①SY/T 5087—2005《含硫化氫油氣井安全鉆井推薦作法》（非等效采用API RP 49）；②SY 6137—2012《含硫化氫的油氣生產和天然氣處理裝置作業安全技術規程》（修改采用 API RP 55）；③SY/T 6277— 2005《含硫油氣田硫化氫監測與人身安全防護規程》；④SY/T 6610— 2005《含硫化氫油氣井井下作業推薦做法》（修改采用 API RP 68）。但是，這些SY標準實質上都是以作業者操作為對象的，尚未達到公眾安全層面。現在，將這些SY標準整合為新標準《硫化氫環境天然氣采集與處理安全規范》的工作正在進行中。

針對高含硫氣田開發的公眾安全問題，國家安全生產監督管理總局也組織編寫了一系列安全行業標準（AQ標準），包括：①AQ 2016—2008《含硫化氫天然氣井失控井口點火時間規定》；②AQ 2017—2008《含硫化氫天然氣井公眾危害程度分級方法》；③AQ 2018—2008《含硫化氫天然氣井公眾安全防護距離》。這些標準首次引入了公眾安全防護距離的基本概念，所參考的國際標準是位于世界主要含硫化氫天然氣產地之一的——加拿大阿爾伯塔省能源管理局（Energy Resources Conservation Board，縮寫為ERCB）的相關標準和管理辦法。但其內容僅限于含硫化氫天然氣井，尚未包含集輸系統和天然氣凈化廠。

隨著我國特別是四川地區高含硫天然氣田開發的快速發展，迫切需要更完善的安全標準。2010年，由全國石油天然氣標準化技術委員會組織，制訂了一套行業標準，主要有：①SY 6779—2010《高含硫化氫氣田集氣站場安全規程》；②SY 6780—2010《高含硫化氫氣田集輸管道安全規程》；③SY/T 6781—2010《高含硫化氫天然氣凈化廠公眾安全防護距離》。

2 對現行標準公眾安全相關條款的基本認識

《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》（2011年）第三十條規定，在管道線路中心線兩側各5米范圍內，禁止種植深根植物，禁止取土、采石、挖塘、修渠等。該法是針對保護管道而訂立的，并沒有涉及公眾安全防護距離問題。同時，該法案的第三十一條還明確了在管道周邊修建特定建筑物、構筑物的距離要符合國家技術規范的強制性要求。

在現行工程設計所主要依據的GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規范》 、GB 50251—2003《輸氣管道工程設計規范》和GB 50350—2015《油氣集輸設計規范》中，規定了站場外部防火距離和內部防火間距，沒有規定管道兩側的距離要求。制訂這些標準的理念主要是針對非爆炸性的火災事故，以火災預防和火災初期撲救為目的來設定，不考慮危險物質泄漏后的毒性危害，也就是說，沒有實質性地考慮爆炸和沖擊波，以及硫化氫毒害。另外，新版的GB 50251—2015《輸氣管道工程設計規范》標準已經與2015年10月1日開始實行；而先前已經公布實施的GB 50183—2015修訂版又在2016年6月24日被中華人民共和國住房和城鄉建設部標準定額司通知暫緩實施，仍舊使用2004版。修訂后的新標準雖然在大型天然氣凈化廠分級、地區分級以及線路設計要求等方面有明顯的強化，但仍然是從設計的角度進行要求，沒有在公眾安全防護方面增加新的規定。

在關于“高含硫”的標準中，目前明確的內容有：①含硫化氫氣井為天然氣中硫化氫含量大于 75 mg/ m3（50 ppm），且硫化氫釋放速率不小于 0.01 m3/s的天然氣井。②SY標準和AQ標準均將硫化氫體積含量超過5%定義為高含硫。SY 6779—2010中首次明確了搬遷距離為空氣中硫化氫濃度可能達到1 500 mg/m3（1 000 ppm）的距離；應急撤離距離為空氣

中硫化氫濃度可能達到150 mg/m3（100 ppm）的距離。而公眾安全距離，目前只給出了硫化氫平均體積百分含量介于13%～15%的特定工況下的距離，也就是說這一距離是針對普光氣田和羅家寨、渡口河等高含硫氣田開發而制訂的，存在規定范圍的不連續性和實際操作的不確定性等問題。同時，上述的1 500 mg/m3（1 000 ppm）和150 mg/m3（100 ppm）的距離數據是由模擬計算得出的。在獲得這些濃度計算數據的途徑和采用計算程序的選擇方面，目前雖然已經有一些獲得認可的軟件，但不同軟件和設定條件會得到差別頗大的結果，存在著相當大的不確定性。

3 討論和建議

3.1 高含硫氣田集氣站場、集輸管道和凈化廠的公眾安全防護距離

SY 6779—2010《高含硫化氫氣田集氣站場安全規程》的6.5條文規定：硫化氫平均含量為13%～15%的天然氣集氣站搬遷距離，距裝置區邊緣宜不小于200 m，應急撤離距離宜不小于1 500 m；SY 6780—2010《高含硫化氫氣田集輸管道安全規程》的8.12中規定硫化氫平均含量為13%～15%的天然氣埋地集輸管道的兩側各40 m、裸露管道則為兩側各200 m為搬遷距離，應急撤離距離兩者都是宜不小于1 500 m；SY/T 6781—2010《高含硫化氫天然氣凈化廠公眾安全防護距離》規定的凈化廠搬遷距離為距離最外脫硫裝置宜不小于400 m。以上3個標準還有兩條補充規定：①硫化氫濃度范圍在13%～15%之外的，建設單位在組織專家技術論證后可適當減少或增加搬遷距離和應急撤離距離；②確因工藝需要，建設單位應組織專家進行技術論證，在技術、設備和管理中采取與實地環境相適應的可靠措施后，參考以上規定，可適當減少搬遷距離和應急撤離距離。

在實際執行中，只有硫化氫含量介于13% ～15%這一個濃度段的相關規定是明確的。目前暫時還沒有高于此值的氣田進行開發，低于此值的實例則很多，例如中石化的元壩氣田、中石油的川西北氣田、重慶地區的氣田等，都有硫化氫含量介于5%～13%的氣井。這些氣田的開發無法在現有標準中得到定量依據，存在一個建設單位和設計單位都無所適從的問題，而所謂組織專家論證其實很難實施，也不具有合規性。很多情況下建設方都采用盡可能高的標準，這也帶來一系列后續的問題。另外，在SY 6780— 2010《高含硫化氫氣田集輸管道安全規程》的附錄A.7.4中特別說明，第8.12條人身安全防護條文為推薦性條文。但是，國家標準規定，所有涉及安全的條文都應為強制性條文，以上標準將這樣的條款作為推薦性條文的做法值得商榷。

總體來看，現有標準的問題在于未能對生產工況實現全覆蓋，存在不連續和斷層，執行起來有很大的困難。企業在保證生產、設施安全的前提下，承擔著制訂作業標準規范的責任，包括一些屬于政府監管所依據的規范條款，這是我國國有企業的特點。但是涉及公眾安全方面的標準以AQ系列為主制定，并與GB和SY行業標準相互配合。

3.2 關于井口、站場和采氣管道、集氣管道的公眾安全距離

AQ 2018—2008《含硫化氫天然氣井公眾安全防護距離》中規定，所有符合標準規定的含硫化氫天然氣井最低要求是：井口距民宅應不小于100 m，且在距井口300 m的范圍內，常住居民戶數不應大于20 戶。但是對于采氣管線和集氣管線卻沒有這方面的規定。特別是對于站場，按照GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規范》的要求，通常計算的結果對于常見的5級場站，與站場外民居的防火間距只是22.5 m。這就出現了打井的時候要求高，建成之后要求反而降低的情況，產生實際上的不一致，容易導致將前者理解為臨時性要求的情況。

管徑和壓力的大小對實際可能釋放出的天然氣和硫化氫的量具有直接影響，建議在標準修訂的時候，參考SY 5225—2012《石油天然氣鉆井、開發、儲運防火防爆安全生產技術規程》的做法，將管道按輸送壓力和管徑進行分級，為較小規模氣田的開發設置相對較低要求的條款。表1是SY 5225—2012《石油天然氣鉆井、開發、儲運防火防爆安全生產技術規程》的要求。相對于一般的天然氣集輸管道，高含硫天然氣的管道應該有更高的要求。需要指出的是，SY 5225—2012標準沒有給出100人以下的分散民居的距離要求，原因是我國人口稠密且居住分散，難以對氣田的采輸管道提出明確的定量要求，目前的方法只能是以本質安全為基礎，輔以降低強度設計系數、提高設計施工要求等措施。

3.3 模擬計算和定量風險評價

目前，進行含硫天然氣管道安全評價的方法主要有定量風險評價法、后果計算法和危險指數法等。其中前兩種方法涉及由天然氣管道泄漏所產生的火災、爆炸和中毒的后果模擬計算，包括噴射火、云團爆炸和硫化氫氣體擴散等方面的內容。雖然云團漂移一定距離之后可能再次發生爆炸，但在高含硫的條件下多項工程的計算結果都是以有毒氣體的擴散距離為最大危險距離，一般說來以此為參考制訂應急撤離距離是可行的，但卻不能按照某些企業標準的要求，用來確定搬遷距離。

表1 SY 5225—2012標準中對天然氣集輸管道的距離要求表

在SY 6137—2012等標準中，選擇硫化氫擴散模型的方法是以資料性附錄的方式出現的，沿用的也是API 的方法。它與當前我國評價單位所用的軟件如挪威船級社DNV GL開發的 Phast & Safeti 和南京安元評價軟件等使用的方法是否一致、是否可獲得尚不得知，需要進一步明確和研究其適用性。其次，我國高含硫氣田大多位于山地和丘陵地區，高差大而山區型河流、沖溝常見，當地地形和局地氣象條件影響甚大，按照平原地區的高斯模型進行計算和實際結果相差很大。使用山地模型是當前國內外評價技術的發展要點，國內已經在建立當地氣象站和使用當地地理數據方面有很好的嘗試并且用于應急計劃管理，但還沒有引入當地地形數據，仍需基礎工作配合使其精度提高并擴大使用范圍。國外的相關標準如API RP 49、API RP 55 都在標準里以資料性附錄的方式推薦了一些可供使用的模型及其約束條件，這也是一個可以借鑒的方法。

綜上所述，在實際工作時，建議由牽頭單位組織從事安全評價的各個部門對不同軟件和模擬方法得到的后果進行分析和比對，研究其工況條件設置和相關取值等因素的影響程度，形成以標準條款表達的對模擬評價方法的推薦性意見，提高模擬方法的科學性和可信度。

表2和圖1是硫化氫含量為6.9%的某工程，其天然氣泄漏時硫化氫擴散濃度和噴射火危害距離的模擬計算結果。從計算結果可以看出：二者的距離都遠大于以上所述標準中規定的距離；中毒的危害范圍在此工況下要比噴射火遠。因此可以說，目前模擬計算的結果還只能用于制訂應急計劃的參考，不能作為搬遷原住戶的實際依據。

3.4 衛生防護距離

衛生防護距離是我國相關法規規定的建設項目職業衛生評價的主要指標，對于高含硫天然氣凈化廠，衛生防護距離與公眾安全防護距離需要相互協調。在高含硫項目中，報告給出的衛生防護距離大都小于凈化廠的公眾安全防護距離。其原因是天然氣凈化廠工藝相對簡單而固定，涉及的化學溶劑等物質穩定而揮發性小，一般總硫回收率都在99.8%的等級。由于所采用的技術和設備先進，除尾氣等有組織排放外，無組織排放被限制到最小，廠界可檢測到的有毒有害氣體值很小并已有較豐富的數據支持，四川地區已建成的幾個高含硫天然氣凈化廠的結果取值都在50 m或100 m，被公眾安全防護距離所覆蓋。建議今后這一方面的工作從管理層面予以整合，避免重復性工作。

表2 酸性天然氣管道泄漏不同濃度硫化氫影響距離的計算示例表

圖1 酸性天然氣管道泄漏噴射火之影響距離的計算示例圖

3.5 事故分析及事故概率

綜合分析國內外歷次發生的事故，包括商品天然氣管道和城鎮燃氣管道所發生的事故，其危害后果往往大于公眾安全防護距離所設定的范圍，除非氣田建立在遠離人居的地方。鑒于我國特別是四川盆地高含硫氣田位于人口稠密地區，理想化地確定公眾安全防護距離需要大量土地資源和經濟投入，在實際實施過程中不現實，因此，必須引入風險管理的理念。這一方面可以參考國家安全監督管理總局公告2014年第13號《危險化學品生產、儲存裝置個人可接受風險標準和社會可接受風險標準（試行）》[2]。此前雖然SY標準體系里已經有了SY/T 6859—2012《油氣輸送管道風險評價導則》，但其內容尚有待深入研究和充實完善。這里要說明的是，上述文件的適用對象是危險化學品生產、儲存裝置，而天然氣田，包括高含硫天然氣，都沒有歸入危險化學品管理。因此其基本思路和方法可以參考，但尚不能實際使用。

確定個人可接受風險標準和社會可接受風險標準的關鍵是風險概率。評估高含硫氣田從鉆井、集輸到凈化的各個環節的風險概率，需要做大量的工作才能得到像交通、醫學方面那樣得到普遍認可的概率值。例如，國外有研究得出井噴發生的概率是萬分之一，管道事故的概率是每年每千千米一次的數量級[1]，加拿大的數據為每1 000 km發生1.5次/a[2]。如圖2所示，這個數據有20多年的連續性，穩定且降低的趨勢是明顯的。在這個過程中，事故統計、數據庫、事故分析報告，信息共享等都是必要的。為了保證事故分析的客觀真實性，建議制訂事故分析報告技術要求和程序格式方面的標準規范。

圖2 1990—2012年加拿大管道事故頻率統計結果圖

3.6 屬地管理

我國高含硫天然氣田的另一個顯著特點是位置集中，如四川達州市宣漢縣和重慶市開縣分布了多個高含硫氣田，又同時有中石油、中石化兩大企業交叉作業，故管理難度較大。

國外如加拿大阿爾伯塔省能源管理局（AER）就是該省為油氣田開發設立的專門管理機構，職能涵蓋制訂法律法規和標準規范、規劃管理、動態檢查和協調關系等。為了方便管理，AER專門設立了官方網站(http://www.aer.ca)[3]，在高含硫氣田方面做了大量的工作，可以作為一個很好的借鑒。網站上列有很多重要的法規和推薦做法，例如：①《公眾安全和酸性天然氣的最終報告》（Alberta Energy and Utility Board Public Safety and Sour Gas Final Report）；②ID 81-03《新開發酸性天然氣設施與居民和公眾活動區的最小距離要求》；③《能源開發的申請和程序》（Directive 056: Energy Development Applications and Schedules）；④《加拿大石油生產者協會含硫天然氣開發的規劃和發展評價的推薦做法》（CAPP Recommended Practices for Sour Gas Development Planning and Proliferation Assessment）。在這幾項最重要的規定中，包括隔離距離的要求、酸性天然氣井

分級、氣田開發作業標準規范、安全環保相關的作業標準規范等，一共有百余項規范。為了統一管理酸性氣井、管道和站場的應急計劃和應急反應區的設置，AER的前身ERCB還專門開發并推行了一套名為ERCBH2S的模擬計算軟件，要求各企業一律使用并上報結果。據他們提供的含硫氣田開發20年事故總數統計，死亡人數是個位數。按照該機構負責人的說法，開發含硫氣田的風險程度總體上與當地畜牧業相當[4-5]。

美國在天然氣田開發和管道方面雖然不像加拿大那么集中，但特別值得借鑒的是隸屬于美國國家運輸安全局（National Transportation Safety Board，縮寫為NTSB)的管道和危險物質安全管理局（PHMSA）網站（http://phmsa.dot.gov）也在進行類似的工作。其數據統計和事故分析、規范制定和監督實施等功能高效而及時，網上可以查到他們的實時數據和逐月更新的統計資料。

新頒布的《中華人民共和國安全生產法》再一次明確了企業對安全生產負責，政府實施屬地監管，規定了安全生產規劃應當與城鄉規劃相銜接。我國高度集中的高含硫天然氣開發區對政府部門的集中管理而言是一個有利的條件，建議考慮在現有機構設置的基礎上，設置專門的高含硫氣田開發監管部門，以長期發展的規劃管理為龍頭，協調各個企業的發展規劃和計劃，統一相關的公共資源和應急資源管理，全方位地從規劃、設計到完工，從項目建設到持續運行監督，確保為公眾安全防護所設立的限制居住區和限制耕作區的有效持續，協調各方利益、權利和責任。同時，在可能的條件下，參考國外做法，主持制定國家或地方性的法律法規[6]。

從對加拿大1990—2012年含硫天然氣管道532次事故統計結果分析餅圖中可看出（圖3），內腐蝕造成的事故接近50%，外界原因約為10%，主要是機械挖掘。美國的數據也大致相同，只是越接近人活動區的地方，外界活動如機械挖掘引起事故的比例就越大。結合我國國情，這一比例應該更大一些，現有的法規也規定天然氣管道包括集輸管道建設項目都要在完工后將實際的線路地理位置數據上交地方管理部門，這對于防止第三方破壞會起到很好的作用。

4 結束語

圖3 加拿大1990—2012年含硫天然氣管道事故原因分析圖

公眾安全防護是高含硫天然氣開發的首要問題。筆者僅就公眾安全防護條款的文本修訂完善提出了意見，并且討論了一些直接相關問題。可以看出，結合國情特點是我國高含硫氣田公眾安全防護有別于國外高含硫天然氣開發的極具挑戰性的難點。針對現行標準規范條款不能很好地覆蓋生產實際工況的問題，盡快開展工作完善標準規范，有組織地開展相關的概率研究和模擬方法等基礎性研究工作，進一步提高本質安全，加強以地方政府為主導的規劃和可持續管理，是保證我國高含硫天然氣田開發安全的必要措施。

[1] Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration. Pipeline incident 20 year trends[R/OL]. ( 2016-02-24) [2016-02-24]. https://hip.phmsa.dot.gov/analyticsSOAP/saw.dll?Portalpages.

[2] Alberta Energy Regulator. Report 2013-B: Pipeline performance in Alberta, 1990–2012[R/OL]. (2013-08-01) [2016-02-24]. http:// www.aer.ca/documents/reports/R2013-B.pdf.

[3] Alberta Energy Regulator. Public safety and sour gas[EB/ OL]. ( 2016-02-24) [2016-02-24]. http://www.aer.ca/rules-andregulations/by-topic/public-safety-and-sour-gas.

[4] Alberta Energy and Utilities Board. Minimum distance requirements separating new sour gas facilities from residential and other developments[S]. ID 81-03, 1981.

[5] Alberta Energy and Utilities Board. Public safety and sour gas final report[R/OL]. (2007-03-01)[2016-02-24]. http://www.assembly. ab.ca/lao/library/egovdocs/2007/aleub/160598.pdf.

[6] National Archives and Records Administration's Office of the Federal Register. Code of Federal Regulations, Title 49, Transportation, Pt.178-199[M]. Washington DC: Office of the Federal Register, 2015.

（修改回稿日期 2016-08-20 編 輯 陳 嵩）

Preliminary evaluation and recommendation on standards and codes concerning public safety & setbacks in high-sulfur natural gas production and operation

Yuan Qingmin
(Research Institute of Natural Gas Technology, PetroChina Southwest Oil & Gas Field Company, Chengdu, Sichuan 610213, China)
NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 10, pp.137-142, 10/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

High-sulfur natural gas scale exploitation has already been stepped into a sustainable development stage, however, the involved public security issues have been highly concerned by government, enterprises, and society. Focusing on the problems of quantitatively determining public safety protection distance in high-sulfur gas fields, as well as flowing and gathering pipelines, stations and purification plants, we discussed the status of the existing standards and codes to refer in China and made the following suggestions. (1) The present standards or codes need to be supplemented because they are far from sufficient to meet the requirement, for example, the safety protection distance is regulated only under the specific working condition with the average H2S concentration being 13–15% (V). (2) The relevant security industry standards should be first considered in formulating the public security criteria interworking with both government and oil & gas industry standards. (3) As for the gathering and transporting lines in such high-sulfur fields, the intrinsic safety should be based on and some other measures should be assisted by as well like reducing the strength design coefficients, improving the design and construction requirements, etc. (4) The existing simulated and calculated results should be taken as reference for making the emergency plan but not as the actual proof of moving the original tenants. (5) The hazardous consequences resulted from pipeline accidents are often out of the range set in design, so risk management should be introduced to formulate the standards and codes related to technical codes and program format for accident analysis reports. (6) Those foreign modern relevant management methods should be referred to and the local government should also be responsible for public security issues in and around the areas of the high-sulfur gas fields.

China; High-sulfur natural gas; H2S; Public safety; Safety protection distance; Gathering and transporting lines; Purification plant; Localized management

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.10.017

原青民，1942年生，教授級高級工程師；主要從事天然氣開發地面設施和天然氣凈化方面的技術研究和安全環保工作。地址：（610213）四川省成都市華陽天研路1號。ORCID: 0000-0002-5108-5708。E-mail: yuanqm@petrochina.com.cn