收發球筒霧化噴淋改造

張國棟

摘 要：普光氣田是我國迄今發現的規模最大，豐度最高的特大型整裝海相氣田，具有埋藏深、地質條件復雜、高溫、高壓、高含硫和二氧化碳的特點。其硫化氫含量達12.31%-17.05%，CO2含量在7.89%～10.53%之間，是舉世矚目高含硫氣田。清管批處理防止硫化氫與二氧化碳對管線和設備的腐蝕及監測是保證氣田安、穩、長、滿、優運行的必備措施。清管批處理作業在清管器在裝入發球筒或者從收球筒取出清管器時，管線內硫化亞鐵與空氣中氧氣充分時，會發生自然和爆炸產生（如圖1）。因此清管批處理及智能清管中，防止收球筒打開硫化亞鐵自燃對避免安全事故風險和隱患安全生產至關重要。

關鍵詞：收；發球筒；清管器；硫化亞鐵；自燃

一、硫化亞鐵產生途徑及自燃機理

1.硫化亞鐵產生途徑

硫化亞鐵（FeS）是黑褐色六方晶體，難溶于水，密度4.74g/cm3，熔點1193℃。硫化亞鐵產生的途徑比較多，大致可歸納為以下幾方面：

1.1硫與鐵直接發生化學反應生成硫化亞鐵。

化學反應方程式為：

Fe+ S= FeS

生成的硫化亞鐵結構比較疏松，均勻地附著在設備及管道內表面，容易人工清除。

1.2大氣腐蝕生成硫化亞鐵

裝置停工或閑置過程中，設備附件長期暴露于空氣之中，會造成大氣腐蝕，從而生成鐵銹。鐵銹由于不易徹底清除掉，在生產中就會與硫化氫作用生成硫化亞鐵。

化學反應方程式為：

Fe+ O2+ H2O → Fe2O3+H2O 11

Fe2O3+H2O +H2S→FeS + H2O

該反應比較容易進行，防腐不好的設備產生硫化亞鐵的可能性較大。

1.3電化學腐蝕反應生成硫化亞鐵

當有水存在時，儲存介質內含有的硫化氫和硫醇對油罐罐底、罐壁和罐頂內側金屬有很明顯的腐蝕性。

硫化氫溶于水并水解，反應化學方程式為：

H2S = H++HS –

HS-=H++S2-

這是一種電化學腐蝕過程：

陽極反應：Fe→ Fe2++2e；

陰極反應：2H++2e→H2（滲透鋼中）。

Fe2+與S2-及HS-反應化學方程式為：

Fe2++S2- = FeS↓

Fe2++ HS-=FeS↓+ H+

2.硫化亞鐵自燃機理

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

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

FeS2+O2=FeS+SO2+222kJ

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

根據燃燒理論，燃燒發生有3個基本條件，即：可燃物、助燃物、點火源。收、發球筒硫化亞鐵自燃必須在以上3 個條件具備的情況下才會發生，3個基本條件的形成過程如下：

2.1可燃物

通常天燃氣易燃易爆。在收、發球筒，揮發出的硫化氫不容易擴散出去，而是聚集在收、發球筒，這樣就為燃燒或爆炸儲備了大量油氣。

2.2助燃物

在清管批處理過程中，當收、發球筒排液、放空泄壓后，一般都會打開盲板，進行清管器取出操作，這時氧氣就會不斷進入收、發球筒，為燃燒或爆炸創造了條件。

2.3點火源

由于天燃氣未經去雜質處理或雜質處理不徹底，里面含有一些還原性雜質。通常天然氣含有的還原性雜質主要是低價態的硫的化合物，比如硫化氫（H2S），它和鋼制收、發球筒容易發生氧化還原反應，隨著反應溫度升高，放出的熱量也相應增加，氧化還原反應產生的能量足以引起油氣的燃燒或爆炸。隨著氣溫升高，熱量不斷積累，使鐵銹表面油膜及水分蒸發掉，與空氣直接接觸，最后引起干燥的硫化亞鐵發生自燃，并引燃收、發球筒內天燃氣發生閃爆。

二、預防硫化亞鐵自燃事故的措施

2.1.從源頭治理，控制硫化亞鐵生成

普光氣田為防止硫化氫對管線及收、發球筒的腐蝕，從源頭選擇抗硫管材，有助于減輕地面系統金屬管線、設備的腐蝕，從而減少硫化亞鐵的生成。

2.2.做好設備防腐，防止硫化亞鐵產生

做好設備防腐，采用站場緩蝕劑加注、陰極保護、批處理作業在管線內壁形成一涂料保護技術防止硫腐蝕。

2.3.對開關收、發球筒作業，采用消防水內噴淋裝置沖洗

在接收、發球筒作業時，配備消防車。當收、發球筒天燃氣放空泄壓燃料氣置換合格后，要求進行清管器取放作業時，為防止在清管器取放過程中硫化物氧化放熱引起自燃，保障人身安全，可開啟收、發球筒噴淋設施，降低溫度，從而降低火災危險性，預防事故的發生。

三、收、發球筒消防噴淋存在不足

目前清管、批處理收、發球作業、快開盲板的維護保養操作，在打開快開盲板時，及時打入消防水，高壓大排量的消防水把硫化亞鐵及球筒內的殘液一并沖洗出來，達到防止硫化亞鐵的自燃的目的。這樣存在一下不足：如圖2.

3.1、大量的消防水和球筒內的殘液混合形成新的污染源，并且給殘液的回收、收集、處置造成很大的難度，還致使現場環境污染及現場的規范整潔；

3.2、大量新殘液增加了操作人員的收集工作量，長時間的在涉硫區域收集，增加了操作人員安全風險和隱患，不利于安全生產；

3.3、對清潔生產極為不利，對減少生產費用不利，并且增加了工作人員的勞動強度。

四、收、發球筒霧化噴淋改造

清管、批處理收、發球作業、快開盲板的維護保養操作，在打開快開盲時，把站場上高架水箱潔凈的低壓生活用水，通過一個水泵再次加壓后，形成具有一定的壓力低壓水鋪設到收發球筒區，使用時打開閥門，通過霧化噴嘴對收發球筒進行噴淋，水噴出后形成霧化噴灑，使球筒內形成濕潤、潮濕、霧化的環境，使硫化亞鐵自燃的條件不能形成消除硫化亞鐵自燃的風險；霧化水又能溶解硫化氫從而減少現場硫化氫濃度，減輕現場硫化氫安全風隱、隱患和空氣污染源的形成；霧化水代替大量的消防水減少新污染源的形成，減少操作人員收集殘液的工作量，減少消防車、消防水的使用，大力節約生產成本。如圖3和圖4

4.1、消除了收、發球筒開關操作硫化亞鐵自燃安全隱患和風險；

4.2、收、發球筒噴淋造成殘液增多，減少殘液的收集量，操作人員工勞動強度、安全風險、隱患降低；

4.3、霧化水降低，稀釋了現場折硫化氫濃度，減少環境污染和破壞影響，做到文明清潔生產。

4.4、減少消防車及強風車的使用，節約了噴淋用水，大大節省了生產成本；

4.5、收、發球筒開關受消防車及現場生產條件制約，維護保養，開關不受限制。

五、結語

收、發球筒內硫化亞鐵易發生氧化反應，更加容易引發起火或爆炸事故的發生，因此充分認識硫化亞鐵的危害性對于清管批處理作業安全至關重要。通過以上分析，我們掌握了硫化亞鐵產生的機理，硫化亞鐵自燃的原理和危害，并闡述了防止硫化亞鐵自燃的措施。在清管批處理作業中，為減少或杜絕收、發球筒硫化亞鐵的危害，制定預防措施、改進噴淋方式必不可少，只有將這些防范措施逐步落實到位，普光氣田的安全才能有更加充分的保障。