天然氣回收?qǐng)稣景踩A(yù)警系統(tǒng)

張政ZHANG Zheng

（川慶鉆探工程有限公司重慶運(yùn)輸總公司，重慶401147）

0 引言

目前某些天然氣回收?qǐng)稣疽蜃詣?dòng)化程度低，各點(diǎn)源的安全防護(hù)與監(jiān)測(cè)設(shè)施分開(kāi)設(shè)置，不能達(dá)到參數(shù)集中監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)報(bào)警的目的。本文探討保留原設(shè)備布局，保持原工藝流程不發(fā)生變化，僅將安全監(jiān)測(cè)與防護(hù)類設(shè)施進(jìn)行改裝，以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)集中報(bào)警與分區(qū)報(bào)警相結(jié)合，在風(fēng)險(xiǎn)程度上升至安全極限之前，提供預(yù)警。

1 天然氣回收現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)源分析

1.1 天然氣泄露造成可燃?xì)怏w、有毒氣體逸散風(fēng)險(xiǎn)

天然氣回收?qǐng)稣究赡艽嬖诘奶烊粴庑孤c(diǎn)源主要有：

①井口閘門安裝不規(guī)范或年久失效后從連接法蘭處滲漏；本井采氣樹(shù)制造年份為2009年，已經(jīng)過(guò)接近9年的風(fēng)吹雨淋，原有的1#、2#、3#閘門仍為原有的舊閘門，隨時(shí)可能失效。故本井井口漏氣的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。

②管線連接處卡箍松動(dòng)、由壬松動(dòng)、安全閥失效等造成泄漏。

③分離器排水時(shí)利用天然氣驅(qū)動(dòng)，可燃?xì)怏w聚集于污水罐處。這一風(fēng)險(xiǎn)程度相對(duì)較高，尤其在冬季氣溫在0 攝氏度以下時(shí)，為了避免管線結(jié)冰，在排水完成后，還要對(duì)管線進(jìn)行吹掃，會(huì)有大量的天然氣進(jìn)入污水罐，與污水罐中的凝析油蒸氣、空氣混合后，極易達(dá)到爆炸極限，是最主要的風(fēng)險(xiǎn)源。

④分子篩、壓縮機(jī)排污時(shí)天然氣泄漏。同分離器一樣，壓縮機(jī)、分子篩的自動(dòng)排污也借由天然氣的壓力推動(dòng)水、油污進(jìn)入污水罐，相對(duì)時(shí)間短，耗氣量少，風(fēng)險(xiǎn)程度相對(duì)較低。

⑤管束車充裝完成后倒換槍頭，部分天然氣放空。數(shù)量較少，時(shí)間短，風(fēng)險(xiǎn)程度低。

⑥發(fā)電機(jī)燃料不充分產(chǎn)生有毒廢氣。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)生機(jī)械故障，可能造成某個(gè)氣缸不工作或燃燒不充分，在排氣的過(guò)程中會(huì)將有毒有害氣體排放到大氣中去。

1.2 泄漏的天然氣引起火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)

以上泄漏點(diǎn)如果在自然通風(fēng)良好的情況下不易造成傷害，火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)主要集中于油氣氧混合充分的污水罐處，由于現(xiàn)場(chǎng)采用封口式污水罐，通風(fēng)差，現(xiàn)有的污水罐口平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，呼吸孔采用21/2″鋼管制作，流通面積相對(duì)于罐體較小，難于有效起到排氣作用，污水罐上部很容易達(dá)到爆炸極限（5-15%）。

1.3 管道超壓保護(hù)失效造成容器爆炸風(fēng)險(xiǎn)

蘇16-15-60 井初始地層壓力為25MPa，為了控制產(chǎn)量及減小地面管匯的承壓，在2050 米下入節(jié)流器，井口產(chǎn)量平穩(wěn)以后，油管壓力在0.7-0.9MPa，若井下節(jié)流器失效，地層壓力會(huì)直接傳遞到地面流程管匯中。為解決以上問(wèn)題地面流程管匯設(shè)置了緊急切斷閥。若緊急切斷閥在超壓時(shí)未動(dòng)作或未完全切斷氣流，地面管匯中又配備了定壓閥，在壓力超過(guò)1MPa 以后，直接將天然氣通過(guò)旁通管線放至火炬處。若定壓閥失效，分離器上又配備有安全閥，分離器出現(xiàn)壓力升高時(shí)，通過(guò)分離器緊急放空。

1.4 分子篩局部高溫造成灼燙或脫水失效風(fēng)險(xiǎn)

分子篩脫水橇主要用作天然氣的深度脫水工藝，若分子篩吸水較多，達(dá)到近飽和狀態(tài)加之低溫影響，有可能造成板結(jié)，即再生時(shí)熱氣不能通過(guò)吸附材料，再生工藝氣體循環(huán)短路，再生塔不能再生，加熱器局部溫度會(huì)異常升高，若巡檢時(shí)未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能造成作業(yè)人員燙傷或設(shè)備損壞。

1.5 氣壓不足造成發(fā)電機(jī)停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)工作氣壓在0.4-0.8MPa，若發(fā)電機(jī)進(jìn)氣壓力不足，燃料供給跟不上會(huì)造成發(fā)電機(jī)停機(jī)。造成熄火的原因有兩種：一是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，管線中氣體流速小于壓縮機(jī)進(jìn)氣速度會(huì)造成整個(gè)管路氣壓降低；二是管線凍堵或井口壓力不足，供氣停止后發(fā)電機(jī)將管線中的余氣耗盡后會(huì)造成低壓停機(jī)。若停機(jī)發(fā)生在冬天，整個(gè)管路的加熱裝置停止加熱，外界環(huán)境溫度常常在零下10-20 攝氏度，管路保溫失效，管線會(huì)迅速結(jié)冰，后果不堪設(shè)想。

1.6 液位過(guò)高造成設(shè)備損壞、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)

現(xiàn)場(chǎng)大量?jī)?chǔ)液的容器主要有兩相分離器與污水罐，若兩相分離器滿水，液體進(jìn)入分子篩會(huì)造成設(shè)備水淹，若進(jìn)入發(fā)電機(jī)會(huì)造成更嚴(yán)重的機(jī)械事故；若污水罐滿水不被發(fā)現(xiàn)，可能造成環(huán)境污染事故。

2 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)源測(cè)量與控制分析

2.1 氣體監(jiān)測(cè)類

現(xiàn)場(chǎng)可能出的有害氣體主要有天然氣、發(fā)電機(jī)不完全燃燒產(chǎn)生的廢氣、硫化氫等。目前現(xiàn)場(chǎng)在壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)處配備有固定式可燃?xì)怏w報(bào)警器，現(xiàn)場(chǎng)使用漢威KB2100-II型報(bào)警器。

目前只有發(fā)電機(jī)與壓縮機(jī)處配備報(bào)警器，通過(guò)第一部分的風(fēng)險(xiǎn)分析發(fā)現(xiàn)：井口、污水罐也應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)監(jiān)控，有必要在兩位置增設(shè)可燃?xì)怏w報(bào)警器、硫化氫報(bào)警器，發(fā)電機(jī)房處可增設(shè)有毒氣體報(bào)警器，如一氧化碳探頭。

2.2 壓力監(jiān)測(cè)類

在井口、分離器后部、發(fā)電機(jī)供氣管線、放空管線的氣體流量計(jì)中均已集成了壓力、溫度傳感器，可通過(guò)RS485總線直接讀取各流量表入處壓力、溫度，而不需要增加設(shè)備。在壓縮機(jī)、分子篩處可通過(guò)機(jī)體內(nèi)的PLC 接口讀取各處壓力值，僅需要增加分離器處的壓力傳感器，目前壓力傳感器技術(shù)成熟易用，如2088 型壓力變送器，帶有RS485總線接口，讀取數(shù)據(jù)方便，供電范圍寬，壓力檢測(cè)范圍廣，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

2.3 溫度監(jiān)測(cè)類

與壓力傳感器類似，流量表中集成溫度傳感器，在分子篩的PLC 中可以讀取相應(yīng)位置的溫度值，做為集中報(bào)警監(jiān)控的參考。

2.4 液位監(jiān)測(cè)類

兩相分離器及污水罐需要配備液位計(jì)，兩相分離器屬于壓力容器，壓差式液位計(jì)不適用于壓力容器內(nèi)安裝，可選擇電容式液位計(jì)。安裝過(guò)程需要注意，壓力容器不能隨意打孔安裝，可通過(guò)備用排污閥接入液位傳感器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)；污水罐上可按照常規(guī)方式進(jìn)行安裝。液位傳感器同樣配備RS485 通訊接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取。

綜上，充分利用現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)配備的各設(shè)備與傳感器，僅僅需要增加一臺(tái)有毒氣體報(bào)警儀，兩臺(tái)可燃?xì)怏w報(bào)警儀，一個(gè)壓力傳感器，兩只液位計(jì)，一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)氣體濃度、壓力、溫度、液位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表都支持串口通訊，僅用雙芯屏蔽數(shù)據(jù)線纜串接，即可實(shí)現(xiàn)各儀器儀表的互聯(lián)，最后與工業(yè)計(jì)算機(jī)相連接，經(jīng)過(guò)調(diào)試后即可讀取各儀表、傳感器數(shù)據(jù)。如需要將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，可利用數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到云服務(wù)器。現(xiàn)場(chǎng)硬件連線如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表連接示意圖

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

目前可以利用現(xiàn)有的商業(yè)化組態(tài)軟件如：組態(tài)王、臺(tái)達(dá)DiaView 等建立數(shù)據(jù)顯示平臺(tái)，商業(yè)化軟件提供現(xiàn)成的數(shù)據(jù)接口，通訊接口等，編程過(guò)程方便快速；也可以用底層編程軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，如：VC，VB 等開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件。

界面設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮軟件人機(jī)界面，現(xiàn)有的組態(tài)軟件均支持圖形化管理方式，某些軟件支持動(dòng)畫界面，使用不同的圖形、線條文字組合代表不同的設(shè)備，用不同的顏色代表不同的壓力、溫度等級(jí)。當(dāng)某一部位出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，在流程的相應(yīng)部位用聲、光、文字、圖案等向操作者報(bào)警，以達(dá)到提前預(yù)警的目的。

4 監(jiān)測(cè)與預(yù)警的意義

降低火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)：天然氣自身具有可燃性，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生凝析油蒸汽，兩者混合物的火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)為整個(gè)天然氣回收現(xiàn)場(chǎng)最大的風(fēng)險(xiǎn)源，本方案通過(guò)在污水罐處設(shè)置報(bào)警器的測(cè)試方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，可在危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升過(guò)程中，在達(dá)到事故濃度之前進(jìn)行預(yù)警，經(jīng)過(guò)人工干預(yù)，通風(fēng)、切斷供氣等方式避免混合物達(dá)到爆炸極限。在井口、發(fā)電房等處設(shè)置報(bào)警器，可在氣體泄漏時(shí)向操作人員作出預(yù)警，及時(shí)排除隱患。

減少管線超壓風(fēng)險(xiǎn)：天然氣井井底壓力向井口的傳遞有一個(gè)緩沖過(guò)程，本井關(guān)井求產(chǎn)時(shí)得到的數(shù)據(jù)為：每關(guān)井10 分鐘，油壓上升2MPa，在地面管線升壓到極限5MPa 之前，約有20 分鐘的反應(yīng)時(shí)間。本方案的壓力預(yù)警可在超壓保護(hù)失效的情況下，及早做出預(yù)警，為操作人員關(guān)閉井口閘門爭(zhēng)取到更多的反應(yīng)時(shí)間。

保護(hù)環(huán)境與生產(chǎn)設(shè)備：溫度與液位預(yù)警可在生產(chǎn)工藝參數(shù)出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)提示操作人員，如：在脫水設(shè)備出現(xiàn)堵塞時(shí)做出報(bào)警，提示操作人員及時(shí)排污等。

綜上，本文通過(guò)一種增加現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器、傳感器來(lái)對(duì)生產(chǎn)參數(shù)集中監(jiān)控、預(yù)警的方式對(duì)蘇46-15-60 井場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理提供一種解決思路。介于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備少、自動(dòng)化程度低、需要經(jīng)常拆安，本文僅通過(guò)被動(dòng)接收的方式對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)源進(jìn)行危害程序預(yù)測(cè)、預(yù)警，僅為降低安全風(fēng)險(xiǎn)的臨時(shí)性方案，在現(xiàn)有的自動(dòng)化技術(shù)水平上，完全可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行。