天然氣生產(chǎn)運(yùn)行中安全環(huán)保技術(shù)的提升措施

相世權(quán) 龐蘭彪

關(guān)鍵詞：天然氣；生產(chǎn)運(yùn)行；安全環(huán)保技術(shù)；提升

與其他化工能源相比，天然氣作為易燃易爆的有機(jī)燃料，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中需要利用氣井開(kāi)采技術(shù)，將天然氣中的二氧化碳、硫化氫等雜質(zhì)成分去除，經(jīng)壓縮機(jī)加壓處理，使天然氣達(dá)到相應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)。天然氣在生產(chǎn)運(yùn)行期間某些環(huán)節(jié)無(wú)法控制到位，一旦發(fā)生天然氣泄漏，不僅會(huì)加大天然氣能源損耗，還會(huì)危及他人生命安全。為了確保天然氣正常生產(chǎn)運(yùn)行、消除各種安全隱患，企業(yè)需將天然氣安全環(huán)保工作視為重點(diǎn)，優(yōu)化改進(jìn)生產(chǎn)工藝流程，加強(qiáng)設(shè)備檢修維護(hù)工作，有效識(shí)別防控天然氣生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中存在的各種安全風(fēng)險(xiǎn)，提升天然氣生產(chǎn)運(yùn)行的安全環(huán)保水平。

1 天然氣在環(huán)境保護(hù)與節(jié)能中的作用

1.1 天然氣在環(huán)境保護(hù)中的作用

煤炭作為我國(guó)工業(yè)占比70%的消耗型能源，因碳與硫的含量較高，導(dǎo)致大中型工業(yè)城市空氣中的CO2、NOx、SO2嚴(yán)重超標(biāo)[1]。隨著全球變暖、溫室效應(yīng)逐漸加劇，空氣中的二氧化碳已成為威脅人類生存的主要因素之一，且90%的二氧化碳來(lái)自煤的燃燒。天然氣排放的煙霧只含有碳離子和氫離子，不僅符合國(guó)家二級(jí)環(huán)境檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，諸多實(shí)踐研究還發(fā)現(xiàn)，天然氣作為石油、煤的可替代燃料，能有效抑制NOx的排放，減輕工業(yè)城市煙霧污染，對(duì)緩解全球變暖、減少光化學(xué)污染具有促進(jìn)作用。因此，在我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)常態(tài)化發(fā)展的今天，應(yīng)根據(jù)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》中的相關(guān)要求，充分發(fā)揮天然氣在環(huán)境保護(hù)中的作用，為推動(dòng)我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)順利轉(zhuǎn)型發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 天然氣在節(jié)能中的作用

目前，我國(guó)工業(yè)企業(yè)在天然氣使用過(guò)程中，鍋爐熱效率一般都能達(dá)到95%，滿足民用工業(yè)化學(xué)能源使用需求[2]。按照國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗統(tǒng)計(jì)指標(biāo)計(jì)算，能源企業(yè)通過(guò)使用天然氣能減少污染物的產(chǎn)生，有助于推進(jìn)我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)與結(jié)構(gòu)調(diào)整，遏制高污染行業(yè)的“野蠻”發(fā)展，使更加清潔的天然氣逐步取代傳統(tǒng)能源。在“綠色雙碳”背景下，環(huán)保節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以減少工業(yè)能源消耗，避免大量工業(yè)廢棄物污染周邊水土環(huán)境，實(shí)現(xiàn)中國(guó)能源循環(huán)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，達(dá)成綜合利用天然氣資源的綠色環(huán)保目標(biāo)。

2 天然氣生產(chǎn)運(yùn)行中存在的安全隱患

2.1 原料具有腐蝕性

在天然氣生產(chǎn)運(yùn)行加工過(guò)程中，無(wú)論是原材料還是添加劑，都具有較強(qiáng)的腐蝕性，一旦員工直接接觸產(chǎn)品中所使用的化學(xué)物質(zhì)，如溴化氫、硫化氫等，其腐蝕性會(huì)對(duì)人體造成無(wú)法逆轉(zhuǎn)的傷害。同樣，這些具有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)還會(huì)對(duì)各種金屬管件產(chǎn)生較強(qiáng)的侵蝕性，導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備快速老化損壞，為后續(xù)天然氣生產(chǎn)運(yùn)行埋下各種隱患。

2.2 原料具有燃爆性

石化產(chǎn)品中的天然氣具備易燃、易爆炸的特點(diǎn)，從原料加工到成品制造環(huán)節(jié)，都要加入許多添加劑，且大多數(shù)添加劑都具有一定的危險(xiǎn)性。尤其在天然氣生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，不同形態(tài)的天然氣燃爆性各有不同。如空氣中一旦含有大量氣態(tài)天然氣，就會(huì)因爆炸產(chǎn)生火災(zāi)；液態(tài)天然氣雖易于發(fā)揮，但也容易引發(fā)火災(zāi)。因此，在天然氣生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，若未能定期開(kāi)展維修養(yǎng)護(hù)工作，則易造成天然氣生產(chǎn)裝置故障，尤其在高溫高壓工作環(huán)境下，極易發(fā)生泄漏爆炸事故。

2.3 對(duì)人體危害較大

在天然氣生產(chǎn)過(guò)程中，硫化氫、二氧化硫等毒性化合物，空氣中的塵埃以及長(zhǎng)期的噪音、高熱環(huán)境，都會(huì)讓作業(yè)人員患上職業(yè)病，甚至威脅作業(yè)人員的生命安全[3]。尤其是某些劇毒化學(xué)原材料，對(duì)人類身體危害極大、器官損害非常嚴(yán)重。因此，作業(yè)人員要嚴(yán)格按照企業(yè)防護(hù)要求，正確佩戴防護(hù)用具，提高生產(chǎn)安全性，降低各類職業(yè)病的發(fā)生率。

3 提升天然氣管道防腐處理技術(shù)

3.1 管道內(nèi)涂防腐層

管道內(nèi)涂防腐層作為天然氣管道防腐的主要措施，是在管道內(nèi)壁與輸送介質(zhì)之間創(chuàng)造的隔離空間，有效防止金屬內(nèi)管壁與腐蝕物直接接觸。管道內(nèi)防腐涂層通常選擇聚酰胺環(huán)氧樹(shù)脂、合成樹(shù)脂等材料，厚度控制在0.03～0.20 mm[4]。在天然氣運(yùn)輸過(guò)程中，天然氣運(yùn)輸管道內(nèi)部防腐涂層需要對(duì)土壤、運(yùn)輸條件、工藝技術(shù)等因素進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到預(yù)期的防腐效果，降低管道腐蝕程度，減小管壁與管流之間的摩擦阻力，提高天然氣運(yùn)輸量。

3.2 防止電化學(xué)防腐

在天然氣運(yùn)輸過(guò)程中，天然氣管道經(jīng)常出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕情況。為了有效防止電化學(xué)對(duì)天然氣管道造成惡性腐蝕，提高管道防腐的有效性，可采用保護(hù)陽(yáng)極、犧牲陰極的方式使金屬管道始終處于遁形狀態(tài)[5]。此外，該方式也能使被保護(hù)的管道金屬平均電位，隨后通過(guò)可行性辦法使金屬管道的其他部分形成防腐電池。在上述兩種電化學(xué)防腐方式中，雖然陰極保護(hù)方式應(yīng)用較為普遍，但陽(yáng)極保護(hù)方式時(shí)間久、時(shí)效性強(qiáng)，相比之下，陽(yáng)極保護(hù)優(yōu)勢(shì)更明顯。在安裝操作過(guò)程中，作業(yè)人員可以將絕緣裝置放在管道入口，使絕緣接頭位置與防腐層之間產(chǎn)生電力故障，隨之對(duì)天然氣管道產(chǎn)生更好的保護(hù)效果。

4 提升天然氣儲(chǔ)罐安全防護(hù)技術(shù)

4.1 圍護(hù)處理技術(shù)

天然氣儲(chǔ)罐的圍護(hù)處理可以有效防止液態(tài)天然氣泄漏，阻止液態(tài)天然氣蒸發(fā)成氣體擴(kuò)散[6]。當(dāng)前，液態(tài)天然氣儲(chǔ)罐主要有單容罐、雙容罐兩種。其中，單容罐需嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，采用圍護(hù)處理技術(shù)規(guī)范使用。

4.2 消防冷卻水技術(shù)

液態(tài)天然氣儲(chǔ)罐爆炸、火災(zāi)等事故的危害性巨大，會(huì)影響周邊設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)及人類健康。這是因?yàn)橐簯B(tài)天然氣儲(chǔ)罐處于高溫環(huán)境中，會(huì)因內(nèi)部強(qiáng)度下降而開(kāi)裂[7]。為了避免此類事件的發(fā)生，作業(yè)人員需要嚴(yán)格控制液態(tài)天然氣蒸發(fā)的氣體濃度，借助消防冷卻技術(shù)中的水幕、室外消火栓、固定消防水炮等設(shè)備做好防火工作。

4.3 泡沫覆蓋技術(shù)

泡沫覆蓋技術(shù)是在液態(tài)天然氣儲(chǔ)罐的集液池中設(shè)置的泡沫系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用能有效驅(qū)散液態(tài)天然氣蒸發(fā)的氣體，一旦儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)，可快速生成泡沫覆蓋層，減慢液態(tài)蒸發(fā)速度，抑制儲(chǔ)罐熱量傳遞[8]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，該技術(shù)系統(tǒng)由高倍數(shù)原液罐、控制閥、過(guò)濾器、管道、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等組成，作業(yè)人員需要結(jié)合液態(tài)天然氣儲(chǔ)罐的實(shí)際情況分析相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)置參數(shù)比例，確保泡沫覆蓋技術(shù)應(yīng)用的有效性。

4.4 干粉滅火技術(shù)

針對(duì)液態(tài)天然氣儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部氣壓過(guò)大時(shí)，安全氣閥會(huì)在數(shù)據(jù)控制操作下自動(dòng)排除超壓氣，這時(shí)安全閥周圍也會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。為了提升液態(tài)天然氣儲(chǔ)罐的安全性，作業(yè)人員需要在安全閥出口位置設(shè)置滅火系統(tǒng)。干粉滅火技術(shù)作為此類滅火系統(tǒng)的首選技術(shù)，由干粉罐、氮?dú)馄?、干粉輸送管道、減壓閥等組成，因現(xiàn)階段國(guó)家尚未形成統(tǒng)一的設(shè)定操作標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)人員需要憑借自身工作經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際情況設(shè)置干粉滅火系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。

4.5 防震減震技術(shù)

由于液態(tài)天然氣在運(yùn)輸中的特殊性，需要在儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中融入防震減震技術(shù)，通過(guò)相應(yīng)的隔震減震措施提升儲(chǔ)罐的抗震能力，減小地震對(duì)儲(chǔ)罐的影響。當(dāng)前，物理隔震減震技術(shù)是液態(tài)天然氣儲(chǔ)罐常用的技術(shù)之一，橡膠支座的應(yīng)用能解決水平振動(dòng)經(jīng)常出現(xiàn)的共振問(wèn)題，但因國(guó)家對(duì)橡膠支座的實(shí)際應(yīng)用缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，該方法的應(yīng)用存在一定的不確定性。因此，未來(lái)科研人員仍要利用現(xiàn)代設(shè)備裝置與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加大防震減震技術(shù)的研究力度，提升液態(tài)天然氣的防震減震效果，強(qiáng)化天然氣運(yùn)輸過(guò)程中的安全性。

5 天然氣生產(chǎn)運(yùn)輸管道節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)

5.1 控制天然氣傳輸阻力

由于天然氣在生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的傳輸阻力，部分天然氣受摩擦影響而無(wú)形消失。究其原因，天然氣運(yùn)輸管道內(nèi)層的光滑程度與燃?xì)鈧鬏數(shù)哪Σ炼?、傳輸效率等有直接關(guān)系。對(duì)直徑為35.50 cm的管道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究得知，當(dāng)管道內(nèi)部粗糙度為62 μm時(shí)，壓降為3.8 MPa；當(dāng)管道內(nèi)部粗糙度為210 μm時(shí)，壓降為4.5 MPa。通過(guò)上述數(shù)據(jù)可知，降低管道內(nèi)壁摩擦力是控制管道阻力的重要方法，需要通過(guò)設(shè)置管道內(nèi)部涂層提升管道內(nèi)壁光滑度，使管道在特定壓力與溫度下減少天然氣在生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中的損耗。

5.2 選擇生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備

壓氣站的建立與使用能有效提升管道內(nèi)部壓力，加快天然氣生產(chǎn)運(yùn)輸。壓縮機(jī)作為壓氣站的重要組成部分，主要有往復(fù)式壓縮機(jī)與離心式壓縮機(jī)兩種。其中，離心式壓縮機(jī)因熱效率低、壓縮率低、排量大等優(yōu)勢(shì)，能有效調(diào)控天然氣流量，達(dá)到節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。在原動(dòng)機(jī)選擇過(guò)程中，燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且不受外界因素干擾，可以與電動(dòng)機(jī)相互配合，是大排量壓縮機(jī)的首選機(jī)型。值得注意的是，原動(dòng)機(jī)的選擇并不是主觀的盲目選擇，而是參照壓氣站與電網(wǎng)之間的距離進(jìn)行科學(xué)選擇，若二者之間的距離較近，可將壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)；若二者之間的距離較遠(yuǎn)，需選擇高效率機(jī)組的燃?xì)廨啓C(jī)作為原動(dòng)機(jī)，同時(shí)安裝熱力回收循環(huán)系統(tǒng)，確保動(dòng)力機(jī)組有效控制天然氣的損耗。

5.3 完善管道輸氣運(yùn)行

在運(yùn)輸天然氣之前，需要控制好天然氣供應(yīng)量，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高效、快速、便捷的輸氣管道運(yùn)輸。為了進(jìn)一步控制天然氣運(yùn)輸成本，需選擇最優(yōu)控制系統(tǒng)，達(dá)到天然氣降耗目標(biāo)，使天然氣管道運(yùn)輸控制系統(tǒng)始終處于節(jié)能降耗狀態(tài)，以減少管道運(yùn)輸期間的能量損耗。此外，在天然氣運(yùn)輸模式選擇上，高壓運(yùn)輸工藝是以天然氣傳輸速度、密度為參照，有效控制相關(guān)設(shè)備的能源損耗。在長(zhǎng)輸管道運(yùn)輸方面，需通過(guò)減慢天然氣流動(dòng)速度，減小管道內(nèi)層與天然氣之間的摩擦力，以降低天然氣運(yùn)輸中的能量損耗。富氣傳輸工藝作為先進(jìn)且高端的傳輸技術(shù)，是通過(guò)在天然氣中添加其他氣體，借助其他氣體的濃度與流速減小天然氣與管道之間的內(nèi)部摩擦，以控制天然氣的流動(dòng)速度，提升天然氣傳輸效率，控制其能源損耗。

5.4 加強(qiáng)天然氣管道檢測(cè)

由于天然氣在生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中容易出現(xiàn)滲透、泄漏等情況，不僅浪費(fèi)天然氣能源，還會(huì)污染周邊環(huán)境、危害人員身體健康，工作人員需要定期對(duì)天然氣管道開(kāi)展檢測(cè)工作，排查各種機(jī)械設(shè)備的安全隱患，尤其是經(jīng)過(guò)改裝、改造且正在使用的壓力管道及容器，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)與維修降低天然氣在生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中的無(wú)形損耗，將每個(gè)環(huán)節(jié)落到實(shí)處，確保人工檢測(cè)與維修工作做實(shí)做細(xì)，避免生產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)重大安全事故。此外，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代背景下，除了常規(guī)人為檢測(cè)以外，天然氣管道檢測(cè)工作也要與時(shí)俱進(jìn)，將常規(guī)生產(chǎn)檢測(cè)工藝與信息技術(shù)相結(jié)合，利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對(duì)每個(gè)區(qū)域內(nèi)的管道進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。若某一區(qū)域內(nèi)的天然氣含量超過(guò)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，表明該區(qū)域出現(xiàn)天然氣泄漏情況，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)立即將超出含量上報(bào)管理平臺(tái)并發(fā)出聲音預(yù)警。作業(yè)人員在接到預(yù)警信息后，會(huì)及時(shí)趕到泄漏現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行妥善處理，以免引發(fā)更嚴(yán)重的安全事故。

6 結(jié)語(yǔ)

天然氣作為高效清潔的能源燃料，其生產(chǎn)運(yùn)行的安全性和環(huán)保性與國(guó)計(jì)民生息息相關(guān)。分析天然氣在環(huán)境保護(hù)與節(jié)能中的作用以及安全隱患，有利于保證天然氣企業(yè)的良好運(yùn)行，避免發(fā)生天然氣泄漏等重大事故，提升天然氣生產(chǎn)運(yùn)行質(zhì)量。企業(yè)要做好天然氣管道防腐處理與儲(chǔ)罐安全防護(hù)，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，對(duì)天然氣生產(chǎn)運(yùn)輸管道進(jìn)行節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)，控制天然氣傳輸阻力，加快天然氣生產(chǎn)運(yùn)輸速度，降低其能量損耗，在達(dá)到節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的同時(shí)，滿足社會(huì)生產(chǎn)與生活的需求。