摘要：压力容器及管道是天然气输气场站主要设备，站场在常规作业过程中会面临泄漏、爆炸着火、窒息中毒等各类风险，导致此类风险的因素很多。本文从风险分析入手，探讨共性风险因素及所能引起的后果，并寻找安全作业措施来降低或消除危险因素，详细解析防控火源、湿式作业、置换吹扫、强制通风、实时监测这五种作业措施，进一步提出现场实施建议，改善作业条件，对于实际的输气站场站设备的作业规程制定具有一定的参考价值。
关键词：天然气站场；压力容器；风险分析；安全措施；置换
长输天然气输气站站点较多、位置偏远、工作量大，常常在运行过程中出现一些风险，影响天然气输气站的正常运营。输气站压力容器、管道是基础设备，工作中因承受内部介质温度、压力、腐蚀等作用，或者由于制造、加工、焊接过程中存在的固有缺陷，在使用过程中可能产生穿孔或破裂、渗漏，这就需要动火检修焊补。另外，因生产工艺的需要，如附件的检定、内部清理等其他运行情况，有些容器或管道需停用打开作业。容器与管道作业往往处于易燃易爆和有中毒危险的情况下进行，因此若安全措施不完善，稍有疏忽就会发生窒息、爆炸着火、中毒等事故[1]。如何能简明、合理地从技术角度出发做好压力容器及管道作业安全措施，是值得探讨的。
1作业风险分析
天然气输气站典型压力容器有收发球筒、旋风/过滤分离器、排污罐，最常见的作业有：收发球作业、分离器清理作业以及内部附件更换作业等。与管道关联常见作业有：流量计拆卸清理或送检、阀门更换等。由于作业情况不尽相同，一一详尽分析较为困难。因此，对于不同作业需要做共性风险分析与评估，求同存异，对同类风险从技术手段上探索一些更为简捷、规范且可靠的安全作业措施。这对于容器、管道安全作业有很重要的指导意义[2]。共性风险主要有：泄漏、溅射、爆炸、窒息、自燃和中毒等风险。
2作业安全措施
泄漏、火源、H2S等有毒气体可以采用防控火源、湿式作业、置换隔离、强制通风、实时监测等安全作业措施来解决，究其根本做法就是对危险源进行消除。2.1防控火源常见引起爆炸的点火源主要有机械火源、电火源、化学火源及热火源。输气站主要是前三种。机械火源的防护需要从作业工具与作业方式出发。一是使用防爆工具；二是撞击或摩擦的两部分应采用不同的金属制成；三是冷却、润滑、隔离工作面。三种方法可独立、组合运用。电火源的防护需要从作业方与作业目标出发。一是人体、工具释放静电；二是设备接地良好，操作气体介质流速在5m/s以下，这两项是必要防护。化学火源的防护需要从现场实际出发。焊接、机械打磨除锈等国家标准里明确的动火作业项目，火源本身无法防护。防止自燃可以采用湿式作业、化学试剂等方法消除或隔离自燃物质。2.2湿式作业湿式作业主要用于降尘、阻燃，对含硫天然气管道中可能含有的FeS粉末起物理化学作用，有效防止自燃。同时硫化氢可微溶于水，形成“氢硫酸”。氢硫酸会和溶解在水中的氧起缓慢的反应，产生不溶于水的单质硫。2.3置换吹扫防止管道内天然气与空气的混合是置换的唯一目的，为避免爆炸，作业过程中进行置换就显的很有必要性，增加天然气管道的安全保障[3]。置换主要有三种操作方法：大气压力稀释置换法、压力(循环)置换法、抽真空置换法。输气站常规作业中主要采用前两种。(1)大气压力稀释置换法[2]。氮气从一端被引入容器或系统，系统内的空气或其它气体被置换排放到另一端的大气中，系统主要在大气压力下进行吹扫。此法缺点是存在死角，局部置换不彻底。这是一种典型的采用大气压力置换或稀释来达到吹扫目的的方法，这种操作可采用一次或相同几次进行系统内气体与氮气混合，置换所用的纯氮气量可用如下计算式表示：N=loge(Co/Ct)式中：N为导入氮气的总容量；Co为系统初始状态含量；Ct为系统最后状态含量。如果初始状态氧含量在21％，吹扫后的氧含量在1％，则需用3.045倍的氮气容积去置换才能完成。(2)压力循环置换法[2]。氮气从一端被引入容器或系统，使系统内的压力升高到容许压力，空气或其它气体与氮气混合，并被置换排放到另一端的大气中，主要在高于大气压力下重复进行吹扫。这也是常常采用的一种压力式循环周期置换或稀释来达吹扫目的的方法。此法缺点是耗费置换介质量多，操作步骤多。此法具体操作主要取决于容许操作压力和吹扫后需要达到的吹扫纯度，可采用一次或相同几次进行系统内气体与氮气混合，被稀释后的操作可采用如下计算式表示(假设纯氮气)：Ct=Co/Pn式中：n为导入氮气充压后排放的次数；Co为系统初始状态含量；Ct为系统最后状态含量；P为每次对系统充压后的压力。通过上述计算式可知，当容器内的氧含量为21.0％，经一次吹扫稀释氧含量降到1.0％，则应将容器内的压力升高到2.1MPa。如果操作压力仅仅在0.21MPa，那么就必须采用4次以上这样的升压过程，充氮容量约为4.56倍的系统容积。随着氮气用量的减少，则排放次数及人工工作量将增加。当容器内均为天然气，经一次吹扫稀释甲烷含量降到5%，则应将容器内的压力升高到2.1MPa[4]。(3)正反向置换。对容器、管道系统反向、正向置换是两个必须经过的过程。在置换中保证天然气低于爆炸下限。可根据作业目标的不同来确定置换方法[5]。反向置换以安全作业为主，操作步骤为：隔离放空天然气；采用压力循环置换法，用氮气一次置换冲压2.1MPa，可保证测试甲烷含量低于5%；采用大气压力稀释置换法保持微正压隔离作业面。正向置换以投产运行为主，操作步骤为：采用压力循环置换法，用天然气一次置换冲压1MPa，可保证测试含氧量少于2%。(4)操作注意事项[2]：一是氮气被引入系统进/出口位置的确定至关重要，直接影响到置换效果。二是系统压力的确定。系统的最高工作压力将直接影响到选用哪种吹扫置换工艺。三是分析计算控制。如果对系统吹扫是经常性的一种操作过程，那么在运行前应确定操作过程的参数，对系统内的气体进行含量分析，并做周期性检查，不必安装在线分析仪。2.4强制通风天然气输气站场(阀室)强制通风设备主要是轴流风机。部分生产房屋直接加装轴流风机与测温、可燃气体探头连锁。对于输气场区通风采用大功率防腐、防爆型轴流风机，可实现有效对流通风。2.5实时监测目前天然气场站监测设备主要有固定式可燃气体检测仪、便携式单一气检仪、可燃气体检测仪(XP-3140)，可分别实现区域可燃气体监测连锁报警、个人便携监测告警、单点检测数据采集[2]。实时监测要注意多点、多次检测，取样与动火时间间隔控制在30min内，杜绝死角，降低安全风险。
3建议
目前，天然气输气站在操作以上安全措施时会有以下矛盾：防爆工具实用性不高，易变形；湿式作业中处理量与水的供给成正比，灌入设备内的水清理不完全易造成锈蚀；置换隔离作业氮气供给矛盾，站场运输管理成本较高；强制通风本身也是用电风险点；实时监测覆盖面不一定全面。鉴于以上矛盾，笔者根据现场实际提出以下建议。对于压力容器和DN200及以上管道作业时，宜采取防控火源、湿式作业、氮气置换隔离、实时监测相结合的作业安全措施。以氮气置换吹扫隔离为主，湿式作业为辅。对于DN200以下管道作业时，宜采取防控火源、湿式作业、天然气置换隔离、强制通风、实时监测相结合的作业安全措施。以天然气置换吹扫结合强制通风为主，湿式作业为辅。
参考文献：
[1]张胜池，孙艳，邹宇洁，李长君.浅谈燃料容器置换动火检修焊补安全[J].纯碱工业,2002，(5)：46-48.
[2]郑素君.采用惰性气体对容器管道置换的三种方法[J].深冷技术,2001，(5)：22-24.
[3]杨文辉，马利.氮气置换在天然气管道中的应用[J].硅谷,2013，(8)：149.
[4]沈良.天然气管道或储罐停产置换方案的探讨[J].城市公用事业,2013，(2)：32-36.
[5]王卫红.大型天然气球罐的置换[J].输配与应用,2004，(4)：20.
作者：周长李 翟富超 付文静 张兵强 单位：川气东送管道分 公司安徽管理处
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