天然氣井站污水池閃爆事故致因分析及預防

楊 杰 何林君 羅鳳霞 蒲泓汀

(1.中國石油西南油氣田公司安全環保與技術監督研究院；2.成都中石油昆侖燃氣公司)

0 引 言

2018年3月，某氣礦含硫天然氣井站(DQ站)在關井停產數小時后，污水池(儲存本站所產氣田水)發生了閃爆事故。事故造成污水池及其連接管線不同程度受損，未造成人員傷亡和環境污染。為有效降低該類事故的發生概率，避免造成更大的事故損失，有必要對事故原因進行全面深入調查，并提出相應的安全防范措施。

1 事故經過

DQ站內建有1口生產井，于1998年6月建成投產。目前，該井日產氣約3.6×104m3，產水約230 m3，硫化氫含量7.31 g/m3。DQ站內建有1座污水池，容積約270 m3，用于儲存從氣井中采出的含硫氣田水。由于該污水池未做密閉處理，自氣田水中析出的少量硫化氫等惡臭氣體時有逸出，造成污水池及井站周邊偶有空氣惡臭現象出現。為消除該環保隱患，依托環保隱患治理項目，氣礦于2017年底對污水池進行了密封改造：為污水池修建水泥蓋板、新增設兩根呼吸管，利用呼吸管將污水池中惡臭氣體引至井站外放空區進行燃燒處理。同時，在呼吸管中設置了阻火器，防止回火引發安全事故[1-2]。惡臭氣體處理流程見圖1。

圖1 惡臭氣體處理流程

污水池改造工程完工后，氣礦于2018年3月開展氣井復產工作。3月5日至10日，井站開始進行氣井復產的前期準備：向污水池中注入約200 m3清水，利用清水完成氣田水外輸管線及設備的試運行。試運行結束后，井站于3月12日14時30分開井復產。16時10分，氣井產水開始進入污水池。18時20分，井站開啟污水泵(泵壓約2.4 MPa，流量約20 m3/h)，利用外輸管線向回注井輸送氣田水。3月13日凌晨，由于發現該氣田水外輸管線發生泄漏，井站于2時25分進行了關井。在此階段，氣井生產12 h，產氣1.7×104m3，產水130 m3。井站轉運氣田水160 m3，污水池剩余空間約80 m3。

3月13日5時21分，污水池突然發生閃爆，導致池頂1號蓋板、2號蓋板、4號蓋板損壞；3號蓋板及5號蓋板被氣浪掀開。事故發生時，污水池區域及周邊無作業、巡檢人員，故未造成人員傷亡，也未導致環境污染與次生災害。事故發生時的現場情況見圖2。

圖2 污水池閃爆現場情況

2 事故原因分析

2.1 直接原因

污水池發生閃爆的必要條件是存在濃度達到爆炸濃度極限的可燃氣體、助燃物質、點火源。根據現場調查情況，并認真分析閃爆條件的形成，認為導致本次事故的直接原因為：天然氣(含少量硫化氫)自氣田水中分離析出后，在密閉的污水池中不斷聚集并與空氣混合，達到爆炸濃度極限后，遇到污水池呼吸管內回火而發生閃爆。

2.1.1 可燃氣體來源

井站在開井復產階段產出的氣田水全部進入污水池，未與氣田水完全分離以及溶解在水中的天然氣、少量硫化氫逐漸析出，并在池內逐漸聚集并達到爆炸濃度極限。

2.1.2 助燃氣體來源

根據調查，在污水池封閉改造施工結束后，以及開井復產之前的試運行期間，井站未對污水池中的空氣進行置換處理，導致在密閉空間中留有大量空氣，為閃爆事故的發生埋下了隱患。

2.1.3 點火源

依照設計，污水池內的惡臭氣體經由呼吸管引至放空區進行燃燒處理。為防止回火引發事故，在呼吸管中安裝了阻火器。但是，在本次事故中，阻火器未能發揮作用，導致呼吸管中的氣體經放空火炬點燃后回竄入污水池，引發了閃爆。

2.2 間接原因

2.2.1 設備選型錯誤

依照管道阻火器的選用標準與安裝要求，可燃氣體放空管道在接入火炬之前，若設置阻火器時，應選用阻爆轟型阻火器。而該污水池呼吸管線選用安裝的是阻爆燃型阻火器。

同時，在阻火器的一項關鍵參數——通道尺寸的選擇上，也發生了較大失誤。阻火器的通道尺寸取決于其使用場所可燃氣體的最大試驗安全間隙[3](MESG，是指在標準試驗條件下，剛好使火焰不能通過的狹縫寬度)，其通道尺寸應小于相應氣體的MESG值。表1列示了部分常見氣體的MESG值。對于兩種以上可燃氣體組成的混合氣體，其MESG值一般采用MESG值最小的氣體組分特性數據。對于甲烷和硫化氫組成的混合氣體，其MESG值為0.83 mm，所以污水池呼吸管應選用通道尺寸小于0.83 mm的阻爆轟型阻火器，而該井站選用的阻爆燃型阻火器通道尺寸為1.00～1.25 mm，無法阻止硫化氫燃燒產生的爆轟型火焰通過。

表1 部分物質特性數據

2.2.2 風險辨識和防范措施不到位

相關人員未對污水池存在的可燃氣體與助燃物開展風險辨識，對存在的安全風險的嚴重程度估計不足。根據設計，井站對硫化氫等惡臭氣體的治理工藝為密閉收集—管道導出—燃燒處理。因此，應將密閉污水池中天然氣、硫化氫、空氣的共存與聚集作為主要風險進行辨識，并提出防控措施。然而，該井站相關人員并未開展此項工作，導致生產場所風險辨識工作存在漏項，進而無法對此次事故進行有效預防。

2.2.3 安全生產管理存在缺陷

1)經改造后的污水池為密閉設施，將主要用于氣田水的儲存。生產期間，污水池中存在一定濃度的可燃氣體。因此，在污水池正式投用之前，應對其中的空氣進行置換，而該項工作并未開展。

2)在發現氣田水外輸管線出現泄漏后，井站進行了關井停產處理。而在關井期間，井站沒有及時熄滅放空火炬。

3 防范措施

該起事故暴露出部分采氣井站在設備選型、風險因素辨識與防控，以及安全生產管理等方面存在的問題。為了杜絕類似事故、事件的再次發生，建議采取以下措施進行防范。

開展隱患排查，及時整改事故隱患。各井站應對在用或準備安裝使用的阻火器進行全面排查，依照相關標準規范逐一核對阻火器的選型參數是否滿足條件要求。其中，應重點關注阻爆燃/阻爆轟選型、阻火器通道尺寸、阻火層厚度等關鍵參數的選定是否正確。對于不滿足要求的阻火器應及時更換。

強化風險辨識意識，提升風險防控能力。應加大對各單位安全生產管理人員以及從業人員的安全生產知識培訓，不斷提高員工開展風險辨識工作的能力、加強風險防控措施的針對性和有效性，將“預防為主”的安全管理方針落到實處。對于油氣生產基層單位，在油氣井復產、生產系統投運/停運階段，必須認真開展啟動前安全檢查。對于污水罐(池)、閥室(井)、放空區域等風險較大而又容易被忽視的區域，應加強風險辨識的廣度與深度，細化、落實安全管控措施。

完善管理制度，細化管控措施。針對氣田水的儲存、轉運等操作，各井站應對相關管理制度、手冊進行修訂與完善。對于可能發生的可燃氣體泄漏/聚集、硫化氫逸散、氣田水泄漏等情況，制定完善的防控措施與應急預案。針對本次事故，建議制定如下措施：對于類似的密閉污水池等裝置/設施，在投運前應嚴格進行氣體置換；日常生產過程中，注意加強對呼吸管以及阻火器的檢查維護，避免爆炸性混合氣體的形成與聚集；建議在呼吸管上加設切斷閥，異常情況下可通過切斷閥對爆炸性混合氣體進行隔離[4-8]。

4 結論與建議

氣田采氣站、集氣站的污水儲存、轉運工作是場站生產運行中的一項常規作業。但在此項作業過程中，也存在著可燃氣體、有毒氣體的逸散與聚集等動態性風險。因此，必須重視此項工作涉及的安全設施設計、設備選型等基礎工作。同時，應制定切實有效的符合安全要求的操作規程與管理制度，提高員工的風險辨識及安全管理能力，落實并完善設備設施的巡護保養，提高本質安全管理水平，才能有效杜絕安全事故的發生。