数字化集气站生产系统安全性分析

摘 要：本文是基于“井口-集气站-处理厂”这一生产流程中工艺和仪表控制系统进行的，重点分析这一流程中的集气站，在充分对数字化集气站调研的基础上，以苏xx-x集气站作为分析对象，通过集气站主要危险、有害因素辨识与分析和泄漏事件BOW-TIE分析，以发现数字化集气站的工艺生产装置和自控系统可能存在的安全隐患，提出切实可行的安全对策措施，确保数字化集气站安全有效的运行。

关键词：数字化 预防 探测 控制

一、概述

苏xx-x集气站隶属于苏里格气田第三采气厂，是2008年新建的一座集气站，位于内蒙古自治区鄂托克前旗昂素苏木哈日根图嘎查。是一座无人值守的数字化集气站，目前处理能力为130×104m3/d。

1.工艺流程简述

1.1苏xx-x集气站的集气工艺流程如下：

1.2苏xx-x集气站的放空流程如下：

1.3苏xx-x集气站排污流程如下：

2.集气站数字化生产模式介绍

苏xx-x数字化集气站以“无人值守、有人巡站”为目标进行建设。气井巡检模式由原来的人工定期巡井为主改为电子巡井为主，人工巡井为辅。集气站自控系统的主要功能是完成站内各生产系统的运行监测与控制，并向中心控制系统传送主要生产运行参数，执行中心控制系统的调度和控制指令。通过对自控系统相关参数的设置，实现异常情况下的智能报警。集气站的无人值守，对安防系统提出了更高的要求，在站内的视频盲区增加了部分可操控视频设备，以保证中心管理站可以监控集气站内的每个地方。

二、主要危险、有害因素辨识与分析

1.主要物料危险、有害因素分析

苏xx-x集气站在生产过程中涉及到的危险有害物质主要有天然气、凝析油、甲醇，如下表二为主要物料危险特性表。

表二 主要物料危险特性表

2.生产运行期间危险有害因素分析

气井、进站管汇、分离设施、计量设施、天然气压缩机、管道和污水罐等处理、储存、输送的为天然气和凝析油等甲A、甲B 类火灾危险性物质，在增压集气站注入的甲醇也属于甲B类火灾危险性物质。由于这些物质都具有易燃、易爆的特性，决定了集气站在生产运行期间具有较大的火灾、爆炸危险。

2.1气液分离器

该站所辖区块气井水气比为 0.4～0.5m3/104m3，且产液中含有一定量的凝析油及其它杂质，需进行分离。苏xx-x集气站采用重力和强吸式分离器，进行常温气液分离，分离液运往污水处理厂处理后，通过回注井回注地层。

气液分离器为集气站主要的分离设备，设备的压力、温度及液位是巡回检查及中控监测的重点。一旦重点部位发生故障，均可能造成火灾、爆炸事故的发生。

2.2闪蒸分液罐

集气站放空或排液时，放空气体或排液进入闪蒸分液罐进行气液分离。此过程可能造成闪蒸分液罐超压，导致天然气或者凝析油泄漏，形成爆炸性混合气体。

2.3甲醇系统

本集气站采用固定式注醇工艺，将甲醇通过注醇管线注入到进站总机关的管汇内，防止管线及分离器等设备形成天然气水化物。由于注醇设施故障，注醇撬出口安全阀失效，可能发生甲醇泄漏。甲醇设施储罐在储存和接卸作业过程中可能发生泄漏，造成作业人员的中毒，泄漏甲醇遇点火源可能发生火灾、爆炸事故。

2.4污水罐

集气站内设置污水罐。污水罐内存有残留的天然气及其它烃类有机混合物，这些物质或是易燃易爆的，或是有毒的。在通气口中会不断排出含有烃类的混合气体；在排污车装运污水时，污水罐区附近空气中含有烃类的混合气体浓度会更大些。造成作业人员的中毒，甚至发生火灾、爆炸事故。

2.5天然气压缩机组、天然气发电机

天然气的存在和电力的产生，使燃气压缩机组和燃气发电机成为重大火灾、爆炸危险源之一。同时，由于燃气压缩机组和燃气发电机出现天然气泄漏，不能及时通风换气排出；排气管没有隔热措施，排气管排放高度达不到要求，排气管没有安装火星熄灭器等，都有可能引起火灾、爆炸事故。

3.主要危险、有害因素辨识与分析小结

经过以上分析可以看出因集气站生产工艺的特点，站内存在大量的天然气、凝析油和甲醇，这些危险物质一旦与人员和外界接触即会产生中毒、火灾、爆炸等危险事件，而这些危险事件的最初危险状态就是泄漏，因集气站在日常生产中，受自身生产工艺波动和外力影响（如：地震、雷击、暴雨等）为集气站带来了很大的泄漏风险，同时考虑集气站改变为无人驻守后，对天然气泄漏进行有效的预防、探测和及时有效控制的要求较高，对泄漏事件的预防、探测和控制措施尤为重要。

三、泄漏事件预防、探测、控制能力分析

结合危险因素辨识可以看出，泄漏事件的发生极易导致集气站发生火灾、爆炸、人员中毒等更为严重的危险事件，因此对于泄漏事件的预防和控制是集气站安全工作的重点，采用BOW-TIE 分析方法对该站针对泄漏事件的安全系统能力进行分析。

1. BOW-TIE 方法概述及其应用

BOW-TIE 分析方法是采用事件与事故发展控制模式进行分析，如下图三所示为BOW-TIE 分析过程示意图：

图三 BOW-TIE 分析过程示意图

从图三可以看出BOW-TIE 分析方法将危险事件与事故的演化过程分为三个部分，即导致事件发生的原因，控制系统失效的原因以及事故后果控制与缓和措施。从安全管理以及安全控制的角度，这三个部分又细分为5种维护措施，即危险点源控制，预防、探测、控制以及灾害缓和措施。

根据该集气站生产运行以及安全系统的设置特点，将从泄漏事件预防能力、探测及报警系统能力、泄漏事件应急处理能力和消防系统能力这四个方面进行泄漏事件的安全系统进行分析。

2.泄漏事件预防能力分析

2.1区域以及单元划分

根据集气站生产工艺以及设备布置的特点，将集气站划分为进站区、分离器区、压缩机区、自用气及计量外输区、污水罐区总共5个区域，以下将从中控及工艺控制措施方面对5个区域的危险事件预防能力进行分析。

2.2进站区

进站区主要由16条进站干管、电动球阀、放空调节阀及其配件组成，其主要功能是对采气干管来气进行接收，并具有放空功能，接收后进入分离器。

中控及工艺控制措施

当进站区一旦发生紧急情况，可通过视频监控室远程关闭16路干管来气管线上的电动球阀，实现紧急条件下远程切断上游来气，同时远程打开16路干管来气管线上的电动球阀，实现紧急条件下的远程放空，并且远程遥控放空总管上的电动调节阀确保安全放空，最大限度的减少进站管汇内的天然气含量。

2.3分离器区

分离器区由分离器、进出口阀门、放空阀、安全阀、排污阀及其相关配件组成，其中分离器有2具，分别为DN1500 PN40 分离器和DN1000 PN40分离器。分离器区的主要功能是对来气进行初步气液分离，满足集气站其他设备运行及外输的要求。

中控及工艺控制措施

当分离器区发生紧急情况，可通过视频监控室关闭分离器出口至贸易计量的管线上的电动球阀或压缩机进口电动球阀HV501，同时关闭压缩机，并且关闭进站区管汇出口的电动球阀，打开分离器进口处的电动放空球阀，最大限度的减少分离器内的天然气含量。

利用分离器排液管线设置的电动球阀，可以实现在自动疏水阀出现故障的情况下开启电动排液流程，电动排液阶段高低液位与电动排液阀开关动作连锁，事故状态结束后人工现场手动切断电动排液流程，运行疏水阀排液流程。

另外可利用设置在分离器进口的安全阀（设定点为3.96MPa）实现对分离器的超压保护。

2.4压缩机区

压缩机区包括压缩机组撬以及进出口阀门及相关配件，苏xx-x集气站配备4台压缩机，分别为DPC2803 型（额定功率473kW）3台，DPC2804 型（额定功率630kW）1 台。压缩机区主要功能是对天然气进行增压处理，满足进入集气支、干线的条件。

中控及工艺控制措施

在压缩机运行异常状况下可通过远程关闭设置在每台压缩机进、出口的电动球阀截断上游来气和下游出口，并远程关停压缩机，同时远程控制打开放空电动球阀将压缩机内天然气放空。

另外在压缩机的放空管线、一级排气出口、二级排气出口、启动分离器和燃料气管线上均设有安全阀，实现对压缩机组撬的超压保护。

2.5自用气及计量、外输区

自用气及计量、外输区由清管球接收、发送筒（阀）、流量计、放空阀、安全阀、绝缘接头、过滤器、调压阀及其相关配件组成，其主要功能是接收、发送清管球和集气站天然气外输、计量，从压缩机或分离器出来的经过初步分离的天然气分三路，一路进入外输管线，一路进入自用气管线，一路提供压缩机燃料气，同时为满足厨房、发电机、放空火炬引火管的用气要求对站内初步分离的进入自用气管线的天然气进行二级调压。

中控及工艺控制措施

外输管线上设有气动关断阀，可通过中控远程控制关断阀上电磁阀的开关来控制气源进而实现对关断阀开关的控制。目前该集气站所使用的关断阀气源是通过设置在阀旁边的氮气瓶提供的，储气量有限，同时氮气管线受密封能力的限制存在轻微泄漏，因此利用现有装置控制关断阀的开关可靠性低，只能通过手动进行操作，考虑集气站为无人值守站，在上游装置出现异常需要关断外输管线时无法及时实现关断功能，建议将气动关断阀改为防爆性能满足天然气集气站要求的电动关断阀或为该气动阀增加可靠的气源装置。

另外在自用气管线上设有两组安全阀来实现对管线及其下游装置的过压保护。

2.6污水罐区

污水罐区由污水罐、顶装液位计、阻火器平台及其相关配件组成，其主要功能是对站场内生产污水进行收集和贮存。苏14-6 集气站内设有玻璃钢污水罐（30m3）2 具。

中控及工艺控制措施

通过中心处理站远程遥控污水罐出口电动球阀的开关来控制污油车拉运污水的作业，避免人员私自开关污水外输阀门带来的隐患。同时利用设置在污水罐顶的呼吸阀保持罐内处于常压状态，并且在呼吸阀顶部设置了防爆阻火通气罩，防止污水罐回火。

3.探测及报警系统能力分析

苏xx-x集气站内在天然气易泄漏、积聚处设置可燃气体浓度检测探头，监测可燃气体的浓度，并在中心处理站的中控室内集中显示、报警。

3.1探头覆盖布局

根据该站内工艺装置、设备的布置位置和特点，可能出现天然气大量积聚的区域和装置如下：进站区管汇、分离器、闪蒸分液罐、计量、外输区、污水罐区、压缩机区，目前以上区域和装置附近均设置了可燃气体浓度检测探头。

3.2在线仪表探测

苏xx-x集气站内各区域根据其自身的特点，对生产过程中应关注的数据均设置了相应的测量工具，如：压力变送器、液位变送器、温度变送器和流量计，并远传至视频监控室的中控室，中控操作人员可随时掌握站内生产状况，并根据数据的变化采取相应的措施进行处理。

3.3视频监控系统

苏xx-x集气站内设有视频监控系统，目前站内共设置有9个视频监控摄像头，具体布置位置如下：站大门口 1 个、配电间 1 个、停车场 1 个、1 号压缩机 1 个、2 号压缩机 1 个、分离器区 1 个、外输区 1 个、发电机房 1 个、火炬放空区 1 个。

4.泄漏事件控制能力分析

当天然气泄漏事件发生，应立即启动危险事件应急处理程序，采取紧急措施，消除危险事件，避免更为严重的后果发生。因此这部分将通过集气站的工艺控制能力、应急计划和理性和社会影响控制三方面分析集气站发生危险事件后的控制和处理事件的能力。

4.1工艺控制能力分析

工艺人员操作熟悉程度，根据标准化进行设计和建造的数字化集气站内工艺流程较简单，操作人员对各自负责的集气站的生产操作流程非常熟悉，能够满足发生泄漏事件后工艺控制能力的需要。

设备隔绝程度，根据苏xx-x集气站现场调研信息以及工艺设计图纸，目前工艺流程上用于实现关断功能（放空功能的电动球阀除外）且设计具有远程控制的阀总共是23 个。

除以上具备远程关断功能的阀门以外，各装置进口前端配有手动截止阀，配合以上远程关断阀门使用，可以增加切断工艺流程，保护下游管线和装置的可靠性。因此，该站工艺流程上个装置的设备隔绝程度满足泄漏事件发生时的切断功能要求。

4.2应急计划合理性分析

根据集气站内装置、生产工艺以及危险物质的特点编制有《集气站天然气泄漏、火灾爆炸应急抢险方案》、《集气站超压应急预案》、《无人值守集气站压缩机停机的应急处理措施》、《无人值守集气站电力中断的处理措施》、《通信故障处理措施》，较全面的包括了集气站可能发生的各类危险事件，在各应急预案和处理措施中规定了总指挥、副总指挥、现场抢险小组和后勤保障小组的具体人员组成，同时明确了各自的职责划分，另外，在应急预案和处理措施中有详细的执行程序。

5.消防系统能力分析

根据《石油天然气工程设计防火规范》8.1.2 条的规定集气站属于五级站场，可不设消防给水设施。因此集气站内消防措施主要依靠站内布置的移动式灭火器和周围处理厂的消防车。利用站内布置的灭火器扑灭初期火灾，对于站内出现的大火则由周围处理厂消防站内的消防车进行灭火。苏xx-x集气站内灭火器材统计的布置分为两种模式，一种是在各区域内摆放一定数量的灭火器，另一种是在集气站内的进站大门旁设置了消防亭。

四、分析结论和建议措施

1.分析结论

苏里格数字化集气站生产系统安全现状分析工作以苏xx-x集气站为实施对象，通过对集气站生产过程中的主要危险物质和有害因素进行了辨识和分析，认为经过数字化改造后的集气站由有人驻守改为无人驻守，其对天然气泄漏事件能否实现及时探测和有效控制的难度有所提升。

在集气站主要危险物质和有害因素辨识的基础上，采用了BOW-TIE方法针对天然气泄漏事件从预防、探测和控制这几个方面进行了详细的分析。

综上所述，认为苏xx-x集气站的工艺仪控系统设计比较合理，能够满足安全生产的需要。集气站从有人驻守到无人值守后对天然气泄漏事件的预防、探测和控制系统的能力较强。

2.建议措施

为了体现“以人为本，关爱员工”的理念，确保苏xx-x集气站在无人驻守情况下能够更加安全可靠的运行，对集气站需要改进和加强的地方提出了以下建议措施：

2.1为外输截断阀增加可靠的气源，或者改为符合集气站防爆要求的电动球阀；

2.2对天然气发电机每月进行启动并带载试验；

2.3对仪表、阀门的校验工作需严格按照操作规程进行，并在校验后立即回装；

2.4建议聘请厂家人员对中控系统进行定期检查。

参考文献

[1]张海峰、牟善军编，《煤气化工艺风险管理》，中国石化出版社.

[2]董国勇主编，《健康、安全与环境管理体系风险评价》，石油工业出版社，2008.

[3]吴九辅编著，《安全防爆》，石油工业出版社，2011.