天然氣處理廠安全防火防爆系統(tǒng)的應(yīng)用分析

李文忠 牛國萍 趙予剛 丁小虎(長慶油田分公司安全環(huán)保監(jiān)督部)

概述

蘇里格天然氣處理廠生產(chǎn)裝置的物料介質(zhì)都具有易燃易爆的危險性，防火防爆是處理廠安全生產(chǎn)的重要研究對象。

爆炸是物質(zhì)從一種狀態(tài)，經(jīng)過物理或化學(xué)變化，突然變成另一種狀態(tài)，并放出巨大的能量。急劇速度釋放的能量，將使周圍的物體遭受到猛烈的沖擊和破壞。爆炸危險區(qū)域的劃分是根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間確定的，分為。區(qū)、1區(qū)、2區(qū)。防爆設(shè)備類別可以分為兩大類：I為煤礦井下用電設(shè)備，I I為工廠用電氣設(shè)備；防爆級別分為A、B、C三級，說明其防爆能力的強弱。

天然氣處理廠建設(shè)過程中，設(shè)計合理的防火防爆系統(tǒng)能有效保證處理廠設(shè)備、人員的安全。防護層分析L Opa(layers of protect ion analysis)是2000年以來國際上廣泛應(yīng)用且行之有效的一種安全設(shè)計技術(shù)。過程設(shè)計者采用多重防護層或安全措施，以便深度防止或減輕災(zāi)難性事故的影響。防止事故與災(zāi)難發(fā)生的措施可以是安全設(shè)備、系統(tǒng)或行動，能夠防止危險劇情向不利后果擴展[1]。通過過程工業(yè)防護層的對比，處理廠安全防火防爆系統(tǒng)可以分為以下幾個方面：基礎(chǔ)防火防爆、員工操作防爆、安全報警系統(tǒng)、防爆泄壓系統(tǒng)、消防滅火系統(tǒng)等方面。

一、基礎(chǔ)防火防爆

基礎(chǔ)防火防爆層是處理廠工藝過程的安全設(shè)計、防爆電器設(shè)備的選型和處理廠防雷防靜電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)等方面組成。

1.工藝安全設(shè)計

合理的天然氣處理工藝，生產(chǎn)設(shè)備和容器的密閉性好，輸送可燃物質(zhì)采用無縫鋼管，閥門、連接法蘭、泵密閉防漏。電纜溝在不同區(qū)域間的密封與隔離問題，要采取充砂、填阻火堵料或加設(shè)防火隔墻等措施。

2.防爆電器設(shè)備選型

根據(jù)電氣設(shè)備類別及環(huán)境區(qū)域等級，選用合適的防爆電氣設(shè)備，使防爆電氣設(shè)備的安全性能滿足爆炸危險環(huán)境要求[2]。

在處理廠使用防爆電器中，應(yīng)用最多的是隔爆型、增安型和本質(zhì)安全型。防爆危險區(qū)域劃分中應(yīng)該注意到：處理廠裝置區(qū)內(nèi)的變配電所位置設(shè)置在非爆炸危險區(qū)域內(nèi)；加熱爐區(qū)的爆炸危險區(qū)域，離爐子外壁1.5 m內(nèi)應(yīng)視為非防爆區(qū)。爆炸性危險區(qū)域內(nèi)按照介質(zhì)危險程度的級別（ⅡB級）和組別（T 6組）選用防爆電氣設(shè)備，選用防爆標(biāo)識不得低于ⅡB T 6的防爆電氣設(shè)備。下表是處理廠常見防爆電器設(shè)備防爆類別。

表1 處理廠常見防爆電器設(shè)備防爆類別

3.處理廠防雷、防靜電系統(tǒng)

雷電和靜電極易引起易燃易爆場所氣體的燃燒和爆炸。防雷防靜電設(shè)施是確保其安全的重要技術(shù)措施之一,定期進行安全技術(shù)檢驗,及時發(fā)現(xiàn)隱患,方可預(yù)防爆炸、火災(zāi)事故的發(fā)生[3]。

變電所、配電室、中控樓、化驗樓、空氮站等主要建筑物均按二類防雷建筑物設(shè)防，屋面上均設(shè)避雷帶。

廠區(qū)內(nèi)設(shè)聯(lián)合接地網(wǎng)，接地網(wǎng)兼作防靜電接地。接地裝置總接地電阻≤1 Ω。廠區(qū)內(nèi)各種設(shè)備的金屬外殼、電纜橋架、金屬管道均需做等電位連接并與接地裝置可靠連接。放空火炬區(qū)設(shè)置單獨的接地網(wǎng)，接地電阻≤10 Ω。

為保護電力及電子設(shè)備免遭受雷擊及電涌過電壓損壞，在電源系統(tǒng)進線端加裝電涌保護器（S P D）作為一級保護。在自控、通訊設(shè)備前端的配電箱、UP S等裝置加裝電涌保護器作為第二級保護，將電涌電壓限制在相應(yīng)設(shè)備的耐壓等級范圍內(nèi)[4]。

加強防雷檢測工作，規(guī)范防雷裝置安全檢測工作管理[5]。處理廠接地系統(tǒng)采用T N-S系統(tǒng)，P E線和N線分為兩根線，P E不通過電流，也不帶電位，比較安全。圖1是T N-S系統(tǒng)接地原理圖。

圖1 TN-S系統(tǒng)接地原理圖

二、員工操作防爆層

員工操作防爆層是由于人的不安全因素引起的火災(zāi)爆炸等事故，因此員工應(yīng)按照崗位標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序進行操作。

1.杜絕明火存在（嚴(yán)禁攜帶火種進入廠區(qū)）；

2.現(xiàn)場通訊不允許使用手機，處理廠配備相應(yīng)的防爆對講機、防爆電話站等通訊設(shè)施；

3.制定相關(guān)的制度進行防火防爆安全系統(tǒng)檢查，定期安全檢查（安全閥、液位計、阻火器、水封井等）；

4.現(xiàn)場檢修維護時使用防爆工具；

5.動火作業(yè)前，辦理動火票，制定安全措施；

6.加強防火防爆安全知識的學(xué)習(xí)；

7.完善的安全應(yīng)急預(yù)案，定期開展消防應(yīng)急演練。

三、安全系統(tǒng)報警系統(tǒng)

處理廠安全報警系統(tǒng)由FGS系統(tǒng)（火災(zāi)、可燃?xì)怏w監(jiān)測系統(tǒng)）、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)組成。

1.FGS系統(tǒng)（火災(zāi)、可燃?xì)怏w監(jiān)測）的應(yīng)用

FGS系統(tǒng)能夠監(jiān)測現(xiàn)場可燃?xì)怏w泄漏、火災(zāi)情況時，能夠及時報警。FGS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，F(xiàn)GS系統(tǒng)現(xiàn)場用到的儀表有：可燃?xì)怏w檢測儀、火焰探測器、聲光報警器和防爆操作接線柱?？扇?xì)怏w檢測儀可以及時檢測天然氣泄漏情況，火焰探測器可以及時檢測現(xiàn)場火災(zāi)情況，防爆操作柱可以進行現(xiàn)場緊急報警。FGS系統(tǒng)自動采集各個區(qū)域可燃?xì)怏w檢測儀、火焰探測器的輸出信號和手動防爆火災(zāi)按鈕信號，完成可燃?xì)怏w泄漏濃度監(jiān)測報警、火災(zāi)監(jiān)視報警、聲光報警等。當(dāng)有報警信號時，能準(zhǔn)確地切換到相應(yīng)畫面，顯示出報警部位，以便人員及時處理。

2.火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的應(yīng)用

自動報警控制系統(tǒng)能夠及時監(jiān)測中控室內(nèi)的火災(zāi)情況，能夠及時報警?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)儀表設(shè)備如圖4所示，中控室安裝有溫感和煙感變送器，當(dāng)溫感或煙感檢測信號達到報警限時，火災(zāi)自動報警控制器發(fā)出報警信號，同時聲光報警器報警。4100 U火災(zāi)自動報警器還包含手動報警，通過操作控制器操作面板上的手動報警或者操作中心控制室樓道中的手動報警按鈕均可以實現(xiàn)中控樓火災(zāi)報警，以便人員及時處理。

四、防爆泄壓系統(tǒng)的應(yīng)用

防爆泄壓系統(tǒng)即是火炬放空系統(tǒng)，天然氣處理廠放空系統(tǒng)由安全閥、放空管線、放空火炬等組成。

當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)壓力超過安全閥設(shè)定壓力時，自動開啟泄壓，保證設(shè)備和管道內(nèi)介質(zhì)壓力在設(shè)定壓力之下，保護設(shè)備和管道正常工作，防止發(fā)生意外，減少損失。

火炬放空系統(tǒng)設(shè)置有高壓火炬系統(tǒng)和低壓火炬系統(tǒng)兩部分?；鹁娣趴障到y(tǒng)設(shè)計應(yīng)綜合考慮火炬筒的最大放空量，確保放空泄壓安全，同時應(yīng)該設(shè)計緊急停車邏輯確保放空馬赫數(shù)達到要求，保證火炬安全。高壓火炬系統(tǒng)用于緊急事故及裝置檢修時的天然氣放空，低壓放空系統(tǒng)用于停工檢修時系統(tǒng)內(nèi)的余氣和工廠事故狀態(tài)低壓氣放空(包括丙烷制冷系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)，凝析油穩(wěn)定裝置的閃蒸氣，甲醇污水處理的閃蒸氣和不凝氣)[6]。為了確保上游工藝裝置及火炬本身的安全，保持火炬筒的微正壓，防止火炬筒中形成爆炸性氣體，放空時引起爆炸毀壞火炬系統(tǒng)。

五、消防滅火系統(tǒng)的應(yīng)用

1.以“自救為主，外援為輔”的原則進行消防設(shè)計。注重風(fēng)向、朝向，符合安全、環(huán)保、衛(wèi)生要求。

2.廠內(nèi)道路采用環(huán)形布置。路面采用城市型混凝土道路結(jié)構(gòu)，主要干道與支道相互銜接，各生產(chǎn)裝置區(qū)域設(shè)有環(huán)形通道，滿足消防要求。廠區(qū)設(shè)置安全教育門崗室，安全應(yīng)急門。火炬區(qū)域及35 K V變電所設(shè)置有獨立的出入口。

3.生活區(qū)內(nèi)設(shè)置消防站（類別三級），主要承擔(dān)天然氣處理廠、倒班點及氣田站、井的消防及戒備任務(wù)。

4.天然氣處理廠的位置及消防現(xiàn)狀：設(shè)置獨立的消防給水系統(tǒng)，消防系統(tǒng)由水源井、消防水罐、消防泵、壓力式泡沫比例混合裝置、泡沫管網(wǎng)、消火栓、消防炮等組成。火災(zāi)時，由消防泵向消防管網(wǎng)提供足夠的消防水量，確保廠區(qū)設(shè)備及人員的安全。

5.儲罐區(qū)的消防管網(wǎng)按照環(huán)狀設(shè)計，分別從廠區(qū)消防管網(wǎng)及泡沫混合液管線接入環(huán)狀管網(wǎng)。環(huán)狀管網(wǎng)上設(shè)有備用消火栓，在消火栓附件均放置消火栓水龍帶箱。

結(jié)論與認(rèn)識

安全防火防爆系統(tǒng)能有效保障天然氣處理廠安全生產(chǎn)運行，進一步體現(xiàn)了蘇里格天然氣處理廠建設(shè)的先進性、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化。

[1]吳重光.張貝克.馬昕.過程工業(yè)安全設(shè)計的防護層分析（LOPA）.石油化工自動化.2007.

[2]王紅艷.淺談石化企業(yè)中的電氣防爆問題.石化電氣.2010.

[3]劉立新.防雷防靜電設(shè)施安全技術(shù)檢驗.石油化工安全技術(shù).2001.

[4]蘇里格氣田第五天然氣處理廠工程天然氣處理廠初步設(shè)計防火專篇2011.

[5]李文華.油田防雷減災(zāi)現(xiàn)狀及對策.安全.2010(6).

[6]蘇里格氣田第五天然氣處理廠施工總說明書2010.12.13.