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石 油 化 工 安 全 环 保 技 术 8 2 0 1 1 年 第 2 7卷 第 3期P E T R O C H E M I C A L S A F E T Y A N D E N V I R O N ME N T A L P R O T E C T I O N T E C HN O L O G Y 普光天然 气净化厂硫化氢防护技术措施综述 郑 立 军 中国石化工程建设公司，北京1 0 0 1 0 1 摘要 通过对高含硫天然 气净化厂硫化氢危险因素的分析，以及对潜在硫化氢 中毒危 险 岗位的研 究，总结了预防 H s中毒 的主要 防护技术与措施 ，希望为今后 同类天然气净化厂 的建设起到积极的示范作 用。 关键词高硫天然气净化厂 硫化氢 防护技术措施 中国石化普光天然气净化厂是“ 川气东送” 工程的 “ 咽喉”工程 。它处理 的高含硫天然气来 自于川东北普光气 田。此种天然气作为普光天然 气净化厂的进料 ，具有高压 、高含硫 、高含二氧 化碳的特点 ，其 中，原料 天然气 进厂压力为 8 ． 3 ～ 8 ． 5 MP a ，H， S含量高达 1 41 8 v o 1 ％ ，C O ，含 量达到 8～1 0 v o 1 ％ ，羰基硫含量 3 1 6 ． 2 m g ／ N m ， 硫醇含量 2 4 ． 4 m g ／ N m 。经过工厂净化后 的天然 气要满足 国家标 准二类 气指 标方 可外输 ，其 中 H ， s含量 ≤6 ra g ／ N m 。净化厂共有 1 2个 系列的 天然气处理 装置 ，每个 系列 天然气 处理 规模 为 3 0 01 0 N m ／ d ，总的设计处理规模高达 1 2 0亿 m ／ a ；每个系列 的硫磺 回收单元 的设计规模 2 0 0 k t ／ a ，全厂总 的硫磺 回收设计规模高达 2 4 0 0 k t ／ a 。工厂具有大型化的特点 ，目前天然气综合处理 能力堪称世界之最 ，可供借鉴的工艺技术及工程 经验极其有限。尤其是针对上述 “ 三高一大”的 特点 ，工厂在安全防护技术与措施各方面 的应用 上更具独特之处 ，特别是防硫化氢中毒是工厂安 全防护的重中之重 ，以下仅对普光天然气净化厂 预防硫化氢中毒方面的安全防护技术 与措施应用 进行 总结 、综述 。 1 硫及硫 化物 安全 危 险性分 析 1 ． 1 火灾 、爆炸危险 天然气净化厂处理 的物料是 高含硫 天然 气， 产品为净化天然气 主要成份是 甲烷 和硫磺 ，主 要辅助原料为 MD E A胺液。原料、辅助材料及产 品均为可燃性气体或液体。在意外事故 、违章操 作 、设备故障、雷电、静电等 因素作用下 ，整个 过程 均有 发生 火灾 、爆炸 的危 险 。 根据 石 油 天 然 气 工 程 设 计 防 火 规 范 G B 5 0 1 8 3 ． 2 0 0 4 和 爆炸和火灾危险环境电力装 置设计规范 G B 5 0 0 5 8 - 9 2 ，天然气处理装置区 的脱硫装置、脱水装置、硫磺回收装置、尾气处理 装置 、酸性水汽提装置均属甲类火灾危险性装置。 装置区内大部分区域为爆炸危险2区。因此从物料 的输送 、加工到产品的输出，火灾、爆炸危险是主 要的不安全因素。净化厂主要硫化物为硫化氢和二 氧化硫 ，从表 1中可看出 H S 爆炸极限较低。 1 ． 2 毒尘危害 天然气净化厂生产中的原料为高含硫天然气 硫化氢含量为1 4 ． 1 4 ％ v ，脱硫单元的脱硫溶 剂为 MD E A 甲基二乙醇胺 ，脱水单元使用的干 燥剂为 T E G 三甘醇 ，硫磺回收过程气含有二氧 化硫和二氧化碳。在硫磺包装 、储运过程 中会有 一 定程度 的粉尘污染 。净化厂 的主要毒物是硫化 氢 ，不仅含量高 ，而且分布广。根据 职业性接 触毒物危害程度分级 标准，硫化氢的职业危险 程度为 Ⅱ级 ，并列入卫生部 高毒物品 目录 物 料。天然气、MD E A、S O 2 、C O 2为低毒物料。 收稿 日期 2 0 1 1 0 41 6 。 作者简 介 郑 立军 ，男，1 9 9 o年毕 业于 天津 大学化 学工程 系有机化工专业 ，获工学学士学位 ，现 主要从 事项 目管理 工作 ，高 级 工程 师，高级 项 目经 理。 电 话 0 1 0 8 4 8 7 6 3 5 4 话 石油化 工安全环保技术 虫 2 0 1 1 年第 2 7卷 第3期 表 1 硫及硫化物 的火灾危险类别 爆炸危险类别 爆炸极 闪点／ 自燃点／ 火灾危 物料名称 灭火方法 组别 级别 限，v ％ ℃ ℃ 险类别 抗 溶 性 泡 沫、 干 粉、 硫化氢 T 3 I I B 4 ．3 _ 4 5 气体 2 4 6 田 雾状水 液体硫磺 3 5～1 4 0 0 g ／ m 1 8 8 2 5 5 乙 蒸汽 、泡沫 、二氧化碳 固体硫磺 3 5 1 4 0 0 G ／ M 1 8 8 2 5 5 乙 水 、砂土 二氧化硫 不燃物 1 ． 2 ． 1 硫化氢 硫化氢是一种高毒无色 、有强烈臭鸡蛋味的 气体 ，比空气重 ，容易在低洼窝风处积聚。硫化 氢是强烈 的神经毒物 ，对 粘膜有 强烈的刺激 作 用。短期内吸人高浓度硫化氢后会出现流泪、眼 痛、眼内异物感 、畏光 、视物模糊 、流涕、咽喉 部灼热感、咳嗽 、胸 闷、头痛 、头晕、乏力 、意 识模糊等。部分患者可有心肌损害，重者可出现 水肿 、肺水肿。高浓度 1 0 0 0 m g ／ m 以上时可 在数秒钟内突然 昏迷 ，呼吸和心跳骤停 ，发生闪 电型死亡。高浓度接触眼结膜发生水肿和角膜溃 疡。长期低浓度接触 ，引起神经衰弱综合症 和植 物神经功能紊乱。通常通过呼吸进入人体。 1 ． 2 ． 2 二氧化硫 二氧化硫是生产过程的中间产物 ，主要存在 于硫磺回收单元的过程气及烟气 中，二氧化硫具 有刺激性气味 ，环境浓度低于 5 4 m g ／ m 时，可 引起眼睛、喉、呼吸道炎症、胸痉挛和恶心。环 境浓度高于 5 4 mg ／ m 时 ，可 引起 明显 的 咳嗽、 打喷 嚏、眼部 刺激 和胸 痉 挛。环 境浓 度为 1 3 5 m g ／ m 时 ，会刺激鼻和喉 ，流鼻涕、咳嗽和反射 性支气管缩小 ，使支气管黏液分泌增加 ，呼吸困 难。环境浓度为 2 7 0 8 m g ／ m 时 ，如不救治 ，会 立即死亡。操作环境空气 中 8 h平均容许浓度 5 m g ／ m 。通常通过呼吸吸收进人人体。 1 ． 2 ． 3 硫粉尘 净化厂中固体散装硫磺运输 、硫磺包装及装 车处可能形成局部的硫粉尘环境 。硫粉尘对人的 呼吸道、肺有刺激作用，可引起尘肺 。主要侵入 途径为吸人。 L 4 有关物质职业危害程度分级及职业接触限值 从上述硫及硫化物的危险性分析数据可以得 出，硫化氢是最危险和毒性最大的硫化物。因此 对硫化氢的防护是净化厂安全防护工作的关键 。 表 2 硫及硫化物职业危害程度分级及职 业接触限值 职业危害 工作场所 空气 中有毒物质接触限值 MG ／ M 名称 程度分级 最高允许浓度 时间加权平均 短时间接触 硫化氢 Ⅱ 1 0 硫磺粉尘 8 1 0 二氧化硫 Ⅲ 5 1 0 2潜在的硫化氢中毒危险岗位研究 天然气净化厂生产设施包括工艺装置 、辅助 生产设施、公用工程和维修设施 。工艺装置主要 包括脱硫装置 、脱水装置、硫磺 回收装置、尾气 处理装置、酸性水汽提装置 ，按流程组合为 6套 完全相同的联合装置 ，其 中每套联合装置包括两 套脱硫 、两套硫磺回收 、两套尾气处理、一套脱 水、一套酸性水汽提装置。辅助生产设施包括硫 磺成型储运、污水处理、火炬与放空系统、中心 化验室、中心控制室 、热稳定盐脱除单元等。公 用工程包括新鲜水系统、消防水系统 、蒸汽及凝 结水系统 、锅炉房、循环冷却水系统、空分空压 站 、燃料气系统 、供电系统和通信系统。正常情 况下 H s已分布在很 多密闭系统 中，详见表 3 。 事故状态当有 H S泄漏时 ，H S很可能随风 向扩 散到工厂内外可能的区域。 3 预防 H S中毒的主要防护技术与措施 3 ． 1 隔离防护设计 3 ． 1 ． 1 将含硫化氢介质设计在密闭系统内 净化厂预 防 H S中毒设计遵照 “ 预防为主 ， 防治结合” 的方针 ，生产工艺选择成熟可靠的加 工技术 ，原料气净化装置是引进美国 B V公 司的 工艺包 ，在基础设计基本完成后 ，专 门聘请 国外 有经验的专家组织工艺 、安全、仪表等专业设计 笙 Z 查笙 塑 郑卓军 ． 普光天然气净化厂硫化氢防护技术措施综述 建 表 3 净化厂正常情况下硫化氢分布点 装置名称 危险部位 危 险物料 危险特征 塔 区 天然气 、MD E A、H 2 S 中毒 、爆炸 、火灾、坠落 、腐蚀 换热 区 天然气 、MD E A、H 2 S 中毒 、火灾、爆 炸、高温 脱硫装置 空冷器 天然气 、MD E A、H 2 S 中毒 、爆炸 、火灾 、坠落 泵 区 MD E A、H ， S 中毒 、火灾 、爆 炸、噪声 、机械伤害 燃烧炉 H 2 S 、S O 2 火灾 、爆炸 、噪声 、中毒 、高温 转换器 H 2 S 、S O 2 、液硫 中毒 、火灾、高温 、爆炸 硫磺 回收 换热 区 液硫 、H 2 S 中毒、火灾、高温 、爆炸 泵 区 液硫 、H S 中毒、火灾 、噪声 、机械伤害 液硫池 H 2 S 、硫磺 中毒、火灾 、高温 、跌落 、粉尘 燃烧炉 H2 S 、S O 2 高温 、噪声 、火灾 、中毒 加氢还原区 C O、H2 S 、S O 2 、H2 中毒、高温 、火灾 、爆炸 尾气处理 焚烧区 C O 2 、H2 S 、S O 2 、C O S 中毒、高温 、噪声 、火灾 、爆 炸 塔区 MD E A、H2 S 中毒 、腐蚀 、火灾 、爆炸 、坠落 泵区 MD E A、H2 S 中毒 、腐蚀 、机械伤害 、噪声 、火灾 、爆炸 塔区 H2 S 中毒 、坠落 、火灾 、爆炸 酸性水汽提 泵区 H2 S 中毒 、机械伤害 、噪声 、火灾 、爆炸 换热器 H2 S 中毒 、高温 、火灾 、爆炸 硫磺成型 造粒机 液体和 固体硫磺 、H S 中毒 、粉尘 、机械伤害 、噪声 分液罐 天然气 、H2 S 、C O 2 、S O 2 火灾 、爆炸 、中毒 火炬系统 火炬 天然气 、H 2 S 、C O 2 、S O 2 火灾 、爆炸 、中毒 、高温 硫磺仓库 硫磺 、H 2 S 中毒 、硫磺粉尘 、火灾 人员，对整个工艺流程做安全分析 H A Z O P ，在 安全分析中提 出了多项安全建议。其 中，最有效 的防毒措施是隔离操作设计 ，密封有毒介质 ，净 化厂生产全过程设计为密闭系统 ，根据本工程大 部分设备、管线运行 的介质为高含硫气体、操作 条件为 高压 、高 温 的特点 ，设 备 的壳体 、内构 件 、附件选材及加工方式均要求满足相应标准规 范 ，所 有 的 配 管 按 照G B 5 0 3 1 6 、 G B 5 0 2 3 5 、 S H 3 0 5 9、S H 3 5 0 1等标 准 和规 范 进 行设 计 、制造 、 焊接、热处理 、检验和试验。对于高压及专利商 有特殊要求的配管按照 A S M E B 3 1 ． 3 、B 3 1 ． 1 等标 准和规范进行设计 、制造 、焊接 、热处理、检验 和试验。设计时考虑防振、防腐、防热膨胀等问 题 ，重要管线做应力计算 。对于设 备、管线及各 种附件的加工制造严格把关 ，要求制造厂商取得 相应的资格证书。施工时确保施工质量 ，开工前 做压力实验 ，确保密封，防止泄漏，保证长周期 运行的要求 。 根据产品性质 ，合理选择储罐形式 ，减少对 空气 的 污 染。液 硫 采 用 拱 顶 罐 储 存 ，MD E A、 T E G和酸水储罐选用加氮封的拱顶罐 ，酸水储罐 呼出含有硫化氢和氮气的混和气体密闭送至邻 近 装置的焚烧炉焚烧处理 。 装置开停工吹扫气体密闭送人放空管网；检 修时产生的污水通过 密闭管线 回收 ，集 中处理 ； 放空管道 内的凝结液密闭回收 ，不随地排放 ；所 有采样均选用密闭式采样器 ；装置区的污水井 内 设置水封措施 ，消除火灾隐患。 装置的公用 工程管线 ，包 括氮气 、水蒸 气、 工业风管线 与工 艺 管线 连 接 时 ，安装 三 阀 组、 止 回阀或 “ 8 ”字 盲板 ，防止互 窜。可燃气 体、 液体管线在 装 置边 界处 安装 隔离 阀和“ 8 ”字 盲板。 阀组 、采样 口、过滤器、法兰 、人孑 L 、泵等 容易泄漏的地方设置可燃 气体监测仪 、H s气体 检测仪等。 3 ． 1 ． 2 厂区布置隔离设计 平面布置除严格遵循 国家现行 的有关标准规 女 石油化工安全环保技术嚏 2 0 1 1年第2 7卷第3期 范 ，因地制宜进行布置外 ，重点考虑风 向、自然 坡度 ，合理划分功能区，满足工艺流程 、安全卫 生、环境保护、交通运输、消防等需要。特别是 考虑 了 H S 、S O 扩 散 的隔 离 空 间 ，减 少 对 人 员 和生产的影响。 全厂按 自然标高规划了三个台地 ，一台地标 高 3 6 4 m，二 台地标 高 3 7 4／ ／ ／ ，三 台地标高 3 8 0 m。工厂 1 2个系列共 6个生产装置按两个生产装 置区布置 ，根据 S扩散特点分别布置在两个地 势较低不同标高的台地上。两个装置区之间布置 了变电站 、循环水场等公用工程设施 ，两个装置 区的距离达到 了 2 0 0 m。这种 布置除考虑生产因 素外 ，有意识地加宽了两个装置 区之 间的安全防 护距离 ，给事故情 况下 H ， S扩散增 加 了隔离空 间 ，不同装置区的人员能从容撤离。 硫磺仓库 、硫磺成型及包装厂房、液硫罐区 和固体硫磺铁路装车设施等布置在厂区西侧 的第 三台地上 ，与装置 区之 间有围墙相 隔，独立成 区，减少火车运输装卸作业对装置区、辅助设施 等的干扰。硫磺堆场布置在液硫罐区、硫磺成型 及包装厂房和装置区之间 ，不仅满足了特殊情况 下硫磺的堆放问题 ，保证净化厂的连续生产 ，而 且利用堆场加大了硫磺成型 、仓库、铁路装卸线 与生产装置区的防护间距 ，增加 了硫磺运输装车 区人员的安全。 3 ． 2 硫化氢中毒防护设计及措施 原料气 中硫化氢的含量为 l 3％ ～1 8％ v ， 通过脱硫、硫磺 回收等装置把原料气 中的硫化氢 转化为无毒固体硫磺 ，整个过程密闭操作 ，经过 净化后的天然气硫化氢含量 ≤6 m g ／ m 。 ，从而达 到净化的 目的。经净化厂脱硫处理后总硫 回收率 为 9 9 ． 8％。在整个天然气净化过程中的下述区 域 ，重点考虑了 H s防护技术。 3 ． 2 ． 1 生产装置区 采用专利技术将硫 回收装置生产的液硫进行 脱气处理 ，使其含量 1 0 mg ／ L，以减少在运输 及装卸过程 中硫化氢的挥发。 在平面布置中考虑当地风向，安全距离。按 照 使用有毒物 品作业场所 劳动保护条例 和 工作场所职业病危害警示标识 的规定 ，在含 硫化氢介质作业场所按规范设置警示线 、警示标 识和中文警示说明。 在操作工人进 入有可 能泄漏硫化 氢 的区域 时，须携带便携式硫化氢检测仪，同时佩带 自给 式空气呼吸器进入泄漏 区域进行救护及紧急控制 操作 。此外 ，在有 可能泄漏 高浓度硫化 氢 的装 置、阀组、采样 口、过滤器 、法兰、泵等容易泄 漏的地方设置固定式在线硫化氢气体检测报警仪 和可燃气体监测仪，报警信号通过光缆直接送到 相关区域控制室，并同时送至中心控制室。 3 ． 2 ． 2 中控室 在净化厂 内有约为 1 9 0 0 0 m 空 间体积的中 控室 ，采用强制通风设施 ，在取风 口设有在线硫 化氢检测联锁 ，当进气 中硫化氢浓度超过 1 5 m g ／ m。 时，切进气。在 中控室内为所有人员配有可使 用 2 h的空气呼吸器 ，室 内设有氧气 检测报警 ， 当氧气低 于人可承受 的浓度时报警 ，操作人 员 立 即采用 自给式空气 呼吸器 ，安全 停车后 离开 现场。 3 ． 2 ． 3 中心化验室 在净化厂内的分析化验室内，为保证操作人 员的安全 ，所有与硫化氢有关 的分析工作均在 良 好的通风条件下进行 ，分析化验室设计采用机械 送风系统。并在有可能泄漏硫化氢的地方设有硫 化氢报警仪。在分 析化验 室 内备有逃 生用 呼吸 器。事故情况下可安全撤离。 中心化验室内含硫化氢的废气体样品通过负 压通风柜排放 ，排放 口设有吸附过滤措施 ，废液 体样 品统一回收。 3 ． 2 ． 4 风向标、风向袋设置 在厂区内，执行有关风向标的规定 ，设置风 向袋 。风向标置于人员在现场作业或进入现场时 容易看见 的地方。一旦发生硫化氢泄漏报警后。 应急救援指挥中心立即启动应急方案 ，视情况人 工或 自动执行相应级别的关断措施 ，进行保压停 运或放空 ，并通过广播通知在场人员 ，立即佩戴 逃生呼吸器 ，根据风向沿逃生路线从就近逃生门 撤离现场 ，直到指定的安全处。 3 ． 2 ． 5 操作人员配置个人防护用具 在净化厂厂区内必要的直接生产人员均配置 个人防护用具 ，主要是便携式硫化氢报警仪和正 压式呼吸器 ，其他人员正常工作地点设在生产管 理中心。该管理中心与应急救援 中心均设置在距 2 0 1 1 年 第 2 7卷 第 3期 光天然 气净化厂硫化 氢防护技术措施综述 联合装置 1 ． 5 k r n的厂区外安全位置。 3 ． 2 ． 6 应急广播设置 在距联合装置 2 k m以内不同间距 的范 围内设 有应急广 播 ，在事故发生 H ， s泄漏时通 知到户 ， 便于及时疏散可能被影响的人员。 3 ． 2 ． 7 调度室的应急指挥功能设置 设在 中控室的调度室除具有生产调度 的常规 功能外 ，同时担负 紧急状态的应急指挥功能 ，调 度台前 显示全 厂平 面图 ，明确标 示逃 生通道 位 置 ，逃生通道门的状态 ，应急逃生路线等。在事 故状态时，图中以灯光形式 明确显示火灾报警信 号和有毒气体泄漏报警信号的具体位置。室 内设 有逃生通道门的远程控制按钮 ，疏散警报 的启动 按 钮 。 3 ． 2 ． 8 安全可靠的四级关断联锁设计 净化厂设计 了 4级紧急关 断联锁 ，避免在事 故状态下发生火灾爆炸或 H S严重泄漏情况。 一 级 关断 为净化 厂最 高级 别 ，为 区域级 关 断 ；二级关断为净化厂第二级别 ，为联合装置级 关断；三级关断为净化厂第三级别 ，装置单元级 关断；四级关断为净化厂第 四级别 ，为装置单元 内为保护设备而设置的关断。 3 ． 2 ． 9 安全辅助集成系统的开发应用 普光天然气净化厂厂 区内设置有火灾报警系 统 ，电视监 视系统 ，扩音对 讲及应急广播 系统， 周界报警系统 ，门禁及逃生门报警信息系统 ，有 毒有害气体检测报警系统 ，电话报警系统等 ，在 设计时先将各子 系统设计 成全厂性 的系统平 台 ， 使各系统相对统一 ，再将各个平 台统一纳入到安 全辅助集成系统中，让各报警系统的输入信息按 要求进行分析后输 出给受控系统 ，使各系统连接 成为一个有序的整体 ，将各系统 的功能与应用得 到最大程度的发挥 。天然气净化厂属于高危生产 企业，任何事故都有可能造成重大损失 ，造成极 坏 的社会影响。安全辅助集成 系统是将上述各种 信息组合在一起 ，做 到信息共享互补 的系统。当 报警信息产生后 ，系统根据报警点 的位置、报警 系统的种类 ，判断 出事故 的危 险程度 和事故 等 级 ，将报警位 置及危 险等级 显示 到全 厂平 面图 中，系统指控报警点周边的摄像机核实查看事故 现场情况，根据预案启动现场的应急广播并发出相 应警报 ，指挥人员参考系统提供的预案和气象信息 下达指令。当需要疏散时，系统会开启逃生门，并 由指挥人员根据系统提供的风向通过系统应急广播 发布疏散路线。同时对发生 的报警信息 、处置方 案 、指挥命令进行全程存储 以备分析。 3 ． 2 ． 1 0 有限空问作业规定 在停工检修时 ，需要进入容器 内作业人员必 须办理进人有限空间作业票 ，进入容器前必须确 认与该容器连接的管线 已完全隔离 ，并经过彻底 吹扫 ，在确认容器 内空气合格 和监护措施 防护 措施、 应 急报警、通讯 、营救 等设 施 齐备后 方 可进入 ，外面要有专门监护人员 ，每 2 m i n与作 业人员进行 一次联 络 ，发 现异 常时立 即停止 作 业 ，采取救护措施 。 4 结语 普光高硫天 然气净 化厂 的安全 防护设 计体 现在工程设计 的各个 方面 ，上述 主要 防护技术 和措施 ，除对 H s防护起作 用外 ，还起 到很多 预 防和防治 其它灾 害事故 的作用 。本文 仅针对 它们在 H S防护方 面 的作 用进 行 了总 结综 述 ， 从 中已充分体 现 了 “ 安全 第一 ，预 防为主 ，防 治结合” 的安全 设计 理念。普光 天然气 净化厂 建成投产运 行 以来 ，各项 安全 防护工程 或设施 运转正常 ，达到了设计预期 ，安全防护整体设计 水平迈 上 了一个新 台阶，达到 了 国内外领先水 平 ，希望为今后同类天然气净化厂建设起到积极 的示范 作用 。 弘扬安全 文化 ，规范 安全行 为 羊 羊 羊 羊 牛 ★ ★ ★ ★ ★