天然氣處理廠安全防火防爆系統(tǒng)的應(yīng)用分析

陳宗宇 侯山 劉宇坤 梁坤 化藝穎

摘 要：蘇里格氣田已成功建成六座天然氣處理廠，處理廠的安全運行是蘇里格氣田快速、有效開發(fā)的保障。通過對處理廠爆炸危險基礎(chǔ)知識和工業(yè)過程防護層的認識，提出了安全防火防爆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。深入分析了基礎(chǔ)防火防爆、員工操作、安全預(yù)警系統(tǒng)、防爆泄壓系統(tǒng)、消防滅火系統(tǒng)等五方面內(nèi)容。實踐證明，處理廠安全防火防爆系統(tǒng)滿足處理廠安全生產(chǎn)要求，在天然氣處理廠安全生產(chǎn)中提供了有力參考價值依據(jù)。

關(guān)鍵詞：天然氣處理廠；防火防爆；放空系統(tǒng)；報警系統(tǒng)；消防系統(tǒng)

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。

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LOPA（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（如圖1）。

1 基礎(chǔ)防火防爆

1.1 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。

1.2 防爆電器設(shè)備選型

處理廠防爆電氣設(shè)備使用多，應(yīng)注意根據(jù)電氣設(shè)備類別及環(huán)境的區(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，其它形式的防爆電器產(chǎn)品應(yīng)用的較少。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1.5m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（T6組）選用防爆電氣設(shè)備，選用防爆標識不得低于ⅡBT6的防爆電氣設(shè)備。處理廠現(xiàn)場防爆電器設(shè)備包括：防爆燈具，防爆變送器，防爆接線箱（接線箱、接線盒、穿線盒、配電盤），防爆電機等防爆電氣設(shè)備。

1.3 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，必須高度重視，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≤1Ω。廠區(qū)內(nèi)的各種設(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≤10Ω。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（SPD）作為一級保護。在自控、通訊設(shè)備前端的配電箱、UPS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)。

處理廠進一步加強防雷檢測工作的力度，規(guī)范防雷裝置安全檢測工作管理。處理廠接地系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，PE線和N線分為兩根線，PE不通過電流，也不帶電位，比較安全。圖2是TN-S系統(tǒng)接地原理圖。

圖2 TN-S系統(tǒng)接地原理圖

2 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，因此員工操作應(yīng)該遵守相關(guān)規(guī)章制度，按照崗位標準化作業(yè)程序進行操作，確保安全。處理廠內(nèi)員工應(yīng)注意以下幾項確保安全：

（1）杜絕明火存在（嚴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，定期檢查安全檢查（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習；

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

3 安全系統(tǒng)報警系統(tǒng)

3.1 FGS系統(tǒng)（火災(zāi)、可燃氣體監(jiān)測）的應(yīng)用

FGS系統(tǒng)能夠監(jiān)測現(xiàn)場可燃氣體泄漏、火災(zāi)情況時，能夠及時報警。FGS系統(tǒng)現(xiàn)場用到的儀表有：可燃氣體變送器檢測、火焰探測器、聲光報警器和防爆操作接線柱。可燃氣體變送器可以及時檢測天然氣泄漏的情況，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)域的可燃氣體探測器、火焰探測器的輸出信號和手動防爆火災(zāi)按鈕信號，完成可燃氣體泄露濃度監(jiān)測報警、火災(zāi)監(jiān)視報警、聲光報警等。當有報警信號時，能準確地切換到相應(yīng)畫面，顯示出報警部位，以便人員及時處理。

3.2 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。中控室安裝有溫感和煙感變送器，當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。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。

4 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。

5 消防滅火系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）天然氣處理廠距離市區(qū)較遠，以“自救為主，外援為輔”的原則進行消防設(shè)計。區(qū)域功能分區(qū)明確，滿足生產(chǎn)要求，工藝流程合理。注重風向、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)，按照廠內(nèi)各功能區(qū)域的劃分，主要干道，支道相互銜接，形成有機整體，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。出入口設(shè)置應(yīng)保證人員安全疏散便捷。火炬區(qū)域及35KV變電所設(shè)置有獨立的出入口。廠區(qū)綠化采用含油量小，含水分較多的皮草種植。皮草生長高度必須小于15cm，四季常青。

（3）各天然氣處理廠倒班點內(nèi)設(shè)置消防站（類別三級），主要承擔天然氣處理廠、倒班點及氣田站、井的消防及戒備任務(wù)。為方便遇到火警時消防車出警，消防樓直接對外。

（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?；馂?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。環(huán)形消防管線與消防堤距離小，當罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，開關(guān)閥門較為危險，建議將閥門設(shè)置成遠程控制/自動，保證消防人員安全。

6 結(jié)束語

隨著蘇里格氣田的不斷開發(fā)，在天然氣處理廠運行過程中我們積累了寶貴的經(jīng)驗。安全防火防爆系統(tǒng)能有效保障處理廠安全生產(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、標準化。

（1）處理廠生產(chǎn)區(qū)域選用電器設(shè)備應(yīng)達到危險區(qū)域2區(qū)、防爆類別Ⅱ類要求；防爆類型、組別溫度等根據(jù)現(xiàn)場實際要求選用防爆電器設(shè)備。

（2）處理廠建筑物設(shè)置避雷帶，裝置區(qū)域接地電阻≤1Ω，接地系統(tǒng)采用TN-S接地。

（3）處理廠需設(shè)置可靠的火災(zāi)及可燃氣體檢測及報警系統(tǒng)。

（4）放空系統(tǒng)應(yīng)該能夠達到最大的放空量要求，設(shè)置緊急停車系統(tǒng)，減少馬赫數(shù)，確保火炬安全放空。

（5）消防滅火增加遠程控制閥門及設(shè)備，確?？刂萍皶r。

參考文獻

[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）[J].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[J].石化電氣，2010.

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

作者簡介：陳宗宇（1986，10-），男，福建省莆田市人，助理工程師，研究方向：天然氣生產(chǎn)管理。