天然气处理厂安全防火防爆系统的应用分析

李文忠 牛国萍 赵予刚 丁小虎(长庆油田分公司安全环保监督部)

概述

苏里格天然气处理厂生产装置的物料介质都具有易燃易爆的危险性，防火防爆是处理厂安全生产的重要研究对象。

爆炸是物质从一种状态，经过物理或化学变化，突然变成另一种状态，并放出巨大的能量。急剧速度释放的能量，将使周围的物体遭受到猛烈的冲击和破坏。爆炸危险区域的划分是根据爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间确定的，分为。区、1区、2区。防爆设备类别可以分为两大类：I为煤矿井下用电设备，I I为工厂用电气设备；防爆级别分为A、B、C三级，说明其防爆能力的强弱。

天然气处理厂建设过程中，设计合理的防火防爆系统能有效保证处理厂设备、人员的安全。防护层分析L Opa(layers of protect ion analysis)是2000年以来国际上广泛应用且行之有效的一种安全设计技术。过程设计者采用多重防护层或安全措施，以便深度防止或减轻灾难性事故的影响。防止事故与灾难发生的措施可以是安全设备、系统或行动，能够防止危险剧情向不利后果扩展[1]。通过过程工业防护层的对比，处理厂安全防火防爆系统可以分为以下几个方面：基础防火防爆、员工操作防爆、安全报警系统、防爆泄压系统、消防灭火系统等方面。

一、基础防火防爆

基础防火防爆层是处理厂工艺过程的安全设计、防爆电器设备的选型和处理厂防雷防静电基础设施的建设等方面组成。

1.工艺安全设计

合理的天然气处理工艺，生产设备和容器的密闭性好，输送可燃物质采用无缝钢管，阀门、连接法兰、泵密闭防漏。电缆沟在不同区域间的密封与隔离问题，要采取充砂、填阻火堵料或加设防火隔墙等措施。

2.防爆电器设备选型

根据电气设备类别及环境区域等级，选用合适的防爆电气设备，使防爆电气设备的安全性能满足爆炸危险环境要求[2]。

在处理厂使用防爆电器中，应用最多的是隔爆型、增安型和本质安全型。防爆危险区域划分中应该注意到：处理厂装置区内的变配电所位置设置在非爆炸危险区域内；加热炉区的爆炸危险区域，离炉子外壁1.5 m内应视为非防爆区。爆炸性危险区域内按照介质危险程度的级别（ⅡB级）和组别（T 6组）选用防爆电气设备，选用防爆标识不得低于ⅡB T 6的防爆电气设备。下表是处理厂常见防爆电器设备防爆类别。

表1 处理厂常见防爆电器设备防爆类别

3.处理厂防雷、防静电系统

雷电和静电极易引起易燃易爆场所气体的燃烧和爆炸。防雷防静电设施是确保其安全的重要技术措施之一,定期进行安全技术检验,及时发现隐患,方可预防爆炸、火灾事故的发生[3]。

变电所、配电室、中控楼、化验楼、空氮站等主要建筑物均按二类防雷建筑物设防，屋面上均设避雷带。

厂区内设联合接地网，接地网兼作防静电接地。接地装置总接地电阻≤1 Ω。厂区内各种设备的金属外壳、电缆桥架、金属管道均需做等电位连接并与接地装置可靠连接。放空火炬区设置单独的接地网，接地电阻≤10 Ω。

为保护电力及电子设备免遭受雷击及电涌过电压损坏，在电源系统进线端加装电涌保护器（S P D）作为一级保护。在自控、通讯设备前端的配电箱、UP S等装置加装电涌保护器作为第二级保护，将电涌电压限制在相应设备的耐压等级范围内[4]。

加强防雷检测工作，规范防雷装置安全检测工作管理[5]。处理厂接地系统采用T N-S系统，P E线和N线分为两根线，P E不通过电流，也不带电位，比较安全。图1是T N-S系统接地原理图。

图1 TN-S系统接地原理图

二、员工操作防爆层

员工操作防爆层是由于人的不安全因素引起的火灾爆炸等事故，因此员工应按照岗位标准化作业程序进行操作。

1.杜绝明火存在（严禁携带火种进入厂区）；

2.现场通讯不允许使用手机，处理厂配备相应的防爆对讲机、防爆电话站等通讯设施；

3.制定相关的制度进行防火防爆安全系统检查，定期安全检查（安全阀、液位计、阻火器、水封井等）；

4.现场检修维护时使用防爆工具；

5.动火作业前，办理动火票，制定安全措施；

6.加强防火防爆安全知识的学习；

7.完善的安全应急预案，定期开展消防应急演练。

三、安全系统报警系统

处理厂安全报警系统由FGS系统（火灾、可燃气体监测系统）、火灾自动报警系统组成。

1.FGS系统（火灾、可燃气体监测）的应用

FGS系统能够监测现场可燃气体泄漏、火灾情况时，能够及时报警。FGS系统结构原理如图3所示，FGS系统现场用到的仪表有：可燃气体检测仪、火焰探测器、声光报警器和防爆操作接线柱。可燃气体检测仪可以及时检测天然气泄漏情况，火焰探测器可以及时检测现场火灾情况，防爆操作柱可以进行现场紧急报警。FGS系统自动采集各个区域可燃气体检测仪、火焰探测器的输出信号和手动防爆火灾按钮信号，完成可燃气体泄漏浓度监测报警、火灾监视报警、声光报警等。当有报警信号时，能准确地切换到相应画面，显示出报警部位，以便人员及时处理。

2.火灾自动报警系统的应用

自动报警控制系统能够及时监测中控室内的火灾情况，能够及时报警。火灾自动报警系统仪表设备如图4所示，中控室安装有温感和烟感变送器，当温感或烟感检测信号达到报警限时，火灾自动报警控制器发出报警信号，同时声光报警器报警。4100 U火灾自动报警器还包含手动报警，通过操作控制器操作面板上的手动报警或者操作中心控制室楼道中的手动报警按钮均可以实现中控楼火灾报警，以便人员及时处理。

四、防爆泄压系统的应用

防爆泄压系统即是火炬放空系统，天然气处理厂放空系统由安全阀、放空管线、放空火炬等组成。

当设备或管道内压力超过安全阀设定压力时，自动开启泄压，保证设备和管道内介质压力在设定压力之下，保护设备和管道正常工作，防止发生意外，减少损失。

火炬放空系统设置有高压火炬系统和低压火炬系统两部分。火炬放空系统设计应综合考虑火炬筒的最大放空量，确保放空泄压安全，同时应该设计紧急停车逻辑确保放空马赫数达到要求，保证火炬安全。高压火炬系统用于紧急事故及装置检修时的天然气放空，低压放空系统用于停工检修时系统内的余气和工厂事故状态低压气放空(包括丙烷制冷系统、燃料气系统，凝析油稳定装置的闪蒸气，甲醇污水处理的闪蒸气和不凝气)[6]。为了确保上游工艺装置及火炬本身的安全，保持火炬筒的微正压，防止火炬筒中形成爆炸性气体，放空时引起爆炸毁坏火炬系统。

五、消防灭火系统的应用

1.以“自救为主，外援为辅”的原则进行消防设计。注重风向、朝向，符合安全、环保、卫生要求。

2.厂内道路采用环形布置。路面采用城市型混凝土道路结构，主要干道与支道相互衔接，各生产装置区域设有环形通道，满足消防要求。厂区设置安全教育门岗室，安全应急门。火炬区域及35 K V变电所设置有独立的出入口。

3.生活区内设置消防站（类别三级），主要承担天然气处理厂、倒班点及气田站、井的消防及戒备任务。

4.天然气处理厂的位置及消防现状：设置独立的消防给水系统，消防系统由水源井、消防水罐、消防泵、压力式泡沫比例混合装置、泡沫管网、消火栓、消防炮等组成。火灾时，由消防泵向消防管网提供足够的消防水量，确保厂区设备及人员的安全。

5.储罐区的消防管网按照环状设计，分别从厂区消防管网及泡沫混合液管线接入环状管网。环状管网上设有备用消火栓，在消火栓附件均放置消火栓水龙带箱。

结论与认识

安全防火防爆系统能有效保障天然气处理厂安全生产运行，进一步体现了苏里格天然气处理厂建设的先进性、数字化、标准化。

[1]吴重光.张贝克.马昕.过程工业安全设计的防护层分析（LOPA）.石油化工自动化.2007.

[2]王红艳.浅谈石化企业中的电气防爆问题.石化电气.2010.

[3]刘立新.防雷防静电设施安全技术检验.石油化工安全技术.2001.

[4]苏里格气田第五天然气处理厂工程天然气处理厂初步设计防火专篇2011.

[5]李文华.油田防雷减灾现状及对策.安全.2010(6).

[6]苏里格气田第五天然气处理厂施工总说明书2010.12.13.