高含硫天然气开发公众安全防护距离标准的分析及建议

原 青 民

中国石油西南油气田公司天然气研究院

高含硫天然气开发公众安全防护距离标准的分析及建议

原 青 民

中国石油西南油气田公司天然气研究院

原青民．高含硫天然气开发公众安全防护距离标准的分析及建议. 天然气工业，2016, 36(10): 137-142.

我国高含硫天然气开发已经形成规模并进入持续发展阶段，其公众安全防护问题一直受到企业、政府和社会的高度关注。为此，针对我国高含硫天然气开发中所面临的集输管道、站场和净化厂公众安全防护距离难以确定的问题，分析了我国高含硫气田开发所依据的标准和规范的现状，并提出了相关的建议。研究结果认为：①现有标准只规定了硫化氢平均含量为13%～15%的特定工况下的安全防护距离，存在规定范围的不连续性和实际操作的不确定性等问题，在含硫化氢气田和高含硫气田开发方面都需要补充相应的标准和规定条款；②涉及公众安全方面标准的制订应以安全行业标准为主，并与国家标准和石油天然气行业标准相互配合；③对于高含硫气田的采输管道，目前应以本质安全为基础，辅以降低强度设计系数、提高设计施工要求等措施；④现有的模拟计算方法得到的结果只能用于制订应急计划的参考，不能作为搬迁原住户的实际依据；⑤由于管道事故的危害后果往往大于公众安全防护距离所设定的范围，因此必须引入风险管理的理念，制订事故分析报告技术要求和程序格式方面的标准规范；⑥建议高含硫气田开发参考国外先进管理模式，在高含硫气田集中的地区完善政府属地管理。

中国 高含硫 天然气 硫化氢 公众安全 安全防护距离 集输管道 净化厂 属地管理

我国高含硫天然气开发已经形成规模并进入持续发展阶段，与之相适应的一整套安全方面的标准和规范也已初步形成并在修订完善中。四川盆地是我国高含硫天然气开发的主要地区，同时又具有人口稠密、地形复杂、高含硫气田高度集中等特点，公众安全防护问题一直受到企业、政府和社会的高度关注。因此，有必要对高含硫天然气公众安全防护标准和规范的现状进行分析，并提出有针对性和可操作性的意见和建议。

1 我国高含硫天然气公众安全防护的标准现状

从20世纪90年代起，我国开始制订含硫化氢天然气开发安全方面的石油天然气行业标准（SY标准），2005年又进行了一次系列的修订和重新编写，现在仍在持续修订和完善中。这一系列的标准在原有标准的基础上做了全面的修改，参考了美国石油学会（American Petroleum Institute，缩写为API）的做法，对硫化氢毒性、作业环境浓度限值以及模拟计算方法都有了统一的提法，并分别针对不同作业环境提出了推荐的做法，达到了国际接轨的水平。现有的SY系列标准主要有：①SY/T 5087—2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐作法》（非等效采用API RP 49）；②SY 6137—2012《含硫化氢的油气生产和天然气处理装置作业安全技术规程》（修改采用 API RP 55）；③SY/T 6277— 2005《含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规程》；④SY/T 6610— 2005《含硫化氢油气井井下作业推荐做法》（修改采用 API RP 68）。但是，这些SY标准实质上都是以作业者操作为对象的，尚未达到公众安全层面。现在，将这些SY标准整合为新标准《硫化氢环境天然气采集与处理安全规范》的工作正在进行中。

针对高含硫气田开发的公众安全问题，国家安全生产监督管理总局也组织编写了一系列安全行业标准（AQ标准），包括：①AQ 2016—2008《含硫化氢天然气井失控井口点火时间规定》；②AQ 2017—2008《含硫化氢天然气井公众危害程度分级方法》；③AQ 2018—2008《含硫化氢天然气井公众安全防护距离》。这些标准首次引入了公众安全防护距离的基本概念，所参考的国际标准是位于世界主要含硫化氢天然气产地之一的——加拿大阿尔伯塔省能源管理局（Energy Resources Conservation Board，缩写为ERCB）的相关标准和管理办法。但其内容仅限于含硫化氢天然气井，尚未包含集输系统和天然气净化厂。

随着我国特别是四川地区高含硫天然气田开发的快速发展，迫切需要更完善的安全标准。2010年，由全国石油天然气标准化技术委员会组织，制订了一套行业标准，主要有：①SY 6779—2010《高含硫化氢气田集气站场安全规程》；②SY 6780—2010《高含硫化氢气田集输管道安全规程》；③SY/T 6781—2010《高含硫化氢天然气净化厂公众安全防护距离》。

2 对现行标准公众安全相关条款的基本认识

《中华人民共和国石油天然气管道保护法》（2011年）第三十条规定，在管道线路中心线两侧各5米范围内，禁止种植深根植物，禁止取土、采石、挖塘、修渠等。该法是针对保护管道而订立的，并没有涉及公众安全防护距离问题。同时，该法案的第三十一条还明确了在管道周边修建特定建筑物、构筑物的距离要符合国家技术规范的强制性要求。

在现行工程设计所主要依据的GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》 、GB 50251—2003《输气管道工程设计规范》和GB 50350—2015《油气集输设计规范》中，规定了站场外部防火距离和内部防火间距，没有规定管道两侧的距离要求。制订这些标准的理念主要是针对非爆炸性的火灾事故，以火灾预防和火灾初期扑救为目的来设定，不考虑危险物质泄漏后的毒性危害，也就是说，没有实质性地考虑爆炸和冲击波，以及硫化氢毒害。另外，新版的GB 50251—2015《输气管道工程设计规范》标准已经与2015年10月1日开始实行；而先前已经公布实施的GB 50183—2015修订版又在2016年6月24日被中华人民共和国住房和城乡建设部标准定额司通知暂缓实施，仍旧使用2004版。修订后的新标准虽然在大型天然气净化厂分级、地区分级以及线路设计要求等方面有明显的强化，但仍然是从设计的角度进行要求，没有在公众安全防护方面增加新的规定。

在关于“高含硫”的标准中，目前明确的内容有：①含硫化氢气井为天然气中硫化氢含量大于 75 mg/ m3（50 ppm），且硫化氢释放速率不小于 0.01 m3/s的天然气井。②SY标准和AQ标准均将硫化氢体积含量超过5%定义为高含硫。SY 6779—2010中首次明确了搬迁距离为空气中硫化氢浓度可能达到1 500 mg/m3（1 000 ppm）的距离；应急撤离距离为空气

中硫化氢浓度可能达到150 mg/m3（100 ppm）的距离。而公众安全距离，目前只给出了硫化氢平均体积百分含量介于13%～15%的特定工况下的距离，也就是说这一距离是针对普光气田和罗家寨、渡口河等高含硫气田开发而制订的，存在规定范围的不连续性和实际操作的不确定性等问题。同时，上述的1 500 mg/m3（1 000 ppm）和150 mg/m3（100 ppm）的距离数据是由模拟计算得出的。在获得这些浓度计算数据的途径和采用计算程序的选择方面，目前虽然已经有一些获得认可的软件，但不同软件和设定条件会得到差别颇大的结果，存在着相当大的不确定性。

3 讨论和建议

3.1 高含硫气田集气站场、集输管道和净化厂的公众安全防护距离

SY 6779—2010《高含硫化氢气田集气站场安全规程》的6.5条文规定：硫化氢平均含量为13%～15%的天然气集气站搬迁距离，距装置区边缘宜不小于200 m，应急撤离距离宜不小于1 500 m；SY 6780—2010《高含硫化氢气田集输管道安全规程》的8.12中规定硫化氢平均含量为13%～15%的天然气埋地集输管道的两侧各40 m、裸露管道则为两侧各200 m为搬迁距离，应急撤离距离两者都是宜不小于1 500 m；SY/T 6781—2010《高含硫化氢天然气净化厂公众安全防护距离》规定的净化厂搬迁距离为距离最外脱硫装置宜不小于400 m。以上3个标准还有两条补充规定：①硫化氢浓度范围在13%～15%之外的，建设单位在组织专家技术论证后可适当减少或增加搬迁距离和应急撤离距离；②确因工艺需要，建设单位应组织专家进行技术论证，在技术、设备和管理中采取与实地环境相适应的可靠措施后，参考以上规定，可适当减少搬迁距离和应急撤离距离。

在实际执行中，只有硫化氢含量介于13% ～15%这一个浓度段的相关规定是明确的。目前暂时还没有高于此值的气田进行开发，低于此值的实例则很多，例如中石化的元坝气田、中石油的川西北气田、重庆地区的气田等，都有硫化氢含量介于5%～13%的气井。这些气田的开发无法在现有标准中得到定量依据，存在一个建设单位和设计单位都无所适从的问题，而所谓组织专家论证其实很难实施，也不具有合规性。很多情况下建设方都采用尽可能高的标准，这也带来一系列后续的问题。另外，在SY 6780— 2010《高含硫化氢气田集输管道安全规程》的附录A.7.4中特别说明，第8.12条人身安全防护条文为推荐性条文。但是，国家标准规定，所有涉及安全的条文都应为强制性条文，以上标准将这样的条款作为推荐性条文的做法值得商榷。

总体来看，现有标准的问题在于未能对生产工况实现全覆盖，存在不连续和断层，执行起来有很大的困难。企业在保证生产、设施安全的前提下，承担着制订作业标准规范的责任，包括一些属于政府监管所依据的规范条款，这是我国国有企业的特点。但是涉及公众安全方面的标准以AQ系列为主制定，并与GB和SY行业标准相互配合。

3.2 关于井口、站场和采气管道、集气管道的公众安全距离

AQ 2018—2008《含硫化氢天然气井公众安全防护距离》中规定，所有符合标准规定的含硫化氢天然气井最低要求是：井口距民宅应不小于100 m，且在距井口300 m的范围内，常住居民户数不应大于20 户。但是对于采气管线和集气管线却没有这方面的规定。特别是对于站场，按照GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》的要求，通常计算的结果对于常见的5级场站，与站场外民居的防火间距只是22.5 m。这就出现了打井的时候要求高，建成之后要求反而降低的情况，产生实际上的不一致，容易导致将前者理解为临时性要求的情况。

管径和压力的大小对实际可能释放出的天然气和硫化氢的量具有直接影响，建议在标准修订的时候，参考SY 5225—2012《石油天然气钻井、开发、储运防火防爆安全生产技术规程》的做法，将管道按输送压力和管径进行分级，为较小规模气田的开发设置相对较低要求的条款。表1是SY 5225—2012《石油天然气钻井、开发、储运防火防爆安全生产技术规程》的要求。相对于一般的天然气集输管道，高含硫天然气的管道应该有更高的要求。需要指出的是，SY 5225—2012标准没有给出100人以下的分散民居的距离要求，原因是我国人口稠密且居住分散，难以对气田的采输管道提出明确的定量要求，目前的方法只能是以本质安全为基础，辅以降低强度设计系数、提高设计施工要求等措施。

3.3 模拟计算和定量风险评价

目前，进行含硫天然气管道安全评价的方法主要有定量风险评价法、后果计算法和危险指数法等。其中前两种方法涉及由天然气管道泄漏所产生的火灾、爆炸和中毒的后果模拟计算，包括喷射火、云团爆炸和硫化氢气体扩散等方面的内容。虽然云团漂移一定距离之后可能再次发生爆炸，但在高含硫的条件下多项工程的计算结果都是以有毒气体的扩散距离为最大危险距离，一般说来以此为参考制订应急撤离距离是可行的，但却不能按照某些企业标准的要求，用来确定搬迁距离。

表1 SY 5225—2012标准中对天然气集输管道的距离要求表

在SY 6137—2012等标准中，选择硫化氢扩散模型的方法是以资料性附录的方式出现的，沿用的也是API 的方法。它与当前我国评价单位所用的软件如挪威船级社DNV GL开发的 Phast & Safeti 和南京安元评价软件等使用的方法是否一致、是否可获得尚不得知，需要进一步明确和研究其适用性。其次，我国高含硫气田大多位于山地和丘陵地区，高差大而山区型河流、冲沟常见，当地地形和局地气象条件影响甚大，按照平原地区的高斯模型进行计算和实际结果相差很大。使用山地模型是当前国内外评价技术的发展要点，国内已经在建立当地气象站和使用当地地理数据方面有很好的尝试并且用于应急计划管理，但还没有引入当地地形数据，仍需基础工作配合使其精度提高并扩大使用范围。国外的相关标准如API RP 49、API RP 55 都在标准里以资料性附录的方式推荐了一些可供使用的模型及其约束条件，这也是一个可以借鉴的方法。

综上所述，在实际工作时，建议由牵头单位组织从事安全评价的各个部门对不同软件和模拟方法得到的后果进行分析和比对，研究其工况条件设置和相关取值等因素的影响程度，形成以标准条款表达的对模拟评价方法的推荐性意见，提高模拟方法的科学性和可信度。

表2和图1是硫化氢含量为6.9%的某工程，其天然气泄漏时硫化氢扩散浓度和喷射火危害距离的模拟计算结果。从计算结果可以看出：二者的距离都远大于以上所述标准中规定的距离；中毒的危害范围在此工况下要比喷射火远。因此可以说，目前模拟计算的结果还只能用于制订应急计划的参考，不能作为搬迁原住户的实际依据。

3.4 卫生防护距离

卫生防护距离是我国相关法规规定的建设项目职业卫生评价的主要指标，对于高含硫天然气净化厂，卫生防护距离与公众安全防护距离需要相互协调。在高含硫项目中，报告给出的卫生防护距离大都小于净化厂的公众安全防护距离。其原因是天然气净化厂工艺相对简单而固定，涉及的化学溶剂等物质稳定而挥发性小，一般总硫回收率都在99.8%的等级。由于所采用的技术和设备先进，除尾气等有组织排放外，无组织排放被限制到最小，厂界可检测到的有毒有害气体值很小并已有较丰富的数据支持，四川地区已建成的几个高含硫天然气净化厂的结果取值都在50 m或100 m，被公众安全防护距离所覆盖。建议今后这一方面的工作从管理层面予以整合，避免重复性工作。

表2 酸性天然气管道泄漏不同浓度硫化氢影响距离的计算示例表

图1 酸性天然气管道泄漏喷射火之影响距离的计算示例图

3.5 事故分析及事故概率

综合分析国内外历次发生的事故，包括商品天然气管道和城镇燃气管道所发生的事故，其危害后果往往大于公众安全防护距离所设定的范围，除非气田建立在远离人居的地方。鉴于我国特别是四川盆地高含硫气田位于人口稠密地区，理想化地确定公众安全防护距离需要大量土地资源和经济投入，在实际实施过程中不现实，因此，必须引入风险管理的理念。这一方面可以参考国家安全监督管理总局公告2014年第13号《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准（试行）》[2]。此前虽然SY标准体系里已经有了SY/T 6859—2012《油气输送管道风险评价导则》，但其内容尚有待深入研究和充实完善。这里要说明的是，上述文件的适用对象是危险化学品生产、储存装置，而天然气田，包括高含硫天然气，都没有归入危险化学品管理。因此其基本思路和方法可以参考，但尚不能实际使用。

确定个人可接受风险标准和社会可接受风险标准的关键是风险概率。评估高含硫气田从钻井、集输到净化的各个环节的风险概率，需要做大量的工作才能得到像交通、医学方面那样得到普遍认可的概率值。例如，国外有研究得出井喷发生的概率是万分之一，管道事故的概率是每年每千千米一次的数量级[1]，加拿大的数据为每1 000 km发生1.5次/a[2]。如图2所示，这个数据有20多年的连续性，稳定且降低的趋势是明显的。在这个过程中，事故统计、数据库、事故分析报告，信息共享等都是必要的。为了保证事故分析的客观真实性，建议制订事故分析报告技术要求和程序格式方面的标准规范。

图2 1990—2012年加拿大管道事故频率统计结果图

3.6 属地管理

我国高含硫天然气田的另一个显著特点是位置集中，如四川达州市宣汉县和重庆市开县分布了多个高含硫气田，又同时有中石油、中石化两大企业交叉作业，故管理难度较大。

国外如加拿大阿尔伯塔省能源管理局（AER）就是该省为油气田开发设立的专门管理机构，职能涵盖制订法律法规和标准规范、规划管理、动态检查和协调关系等。为了方便管理，AER专门设立了官方网站(http://www.aer.ca)[3]，在高含硫气田方面做了大量的工作，可以作为一个很好的借鉴。网站上列有很多重要的法规和推荐做法，例如：①《公众安全和酸性天然气的最终报告》（Alberta Energy and Utility Board Public Safety and Sour Gas Final Report）；②ID 81-03《新开发酸性天然气设施与居民和公众活动区的最小距离要求》；③《能源开发的申请和程序》（Directive 056: Energy Development Applications and Schedules）；④《加拿大石油生产者协会含硫天然气开发的规划和发展评价的推荐做法》（CAPP Recommended Practices for Sour Gas Development Planning and Proliferation Assessment）。在这几项最重要的规定中，包括隔离距离的要求、酸性天然气井

分级、气田开发作业标准规范、安全环保相关的作业标准规范等，一共有百余项规范。为了统一管理酸性气井、管道和站场的应急计划和应急反应区的设置，AER的前身ERCB还专门开发并推行了一套名为ERCBH2S的模拟计算软件，要求各企业一律使用并上报结果。据他们提供的含硫气田开发20年事故总数统计，死亡人数是个位数。按照该机构负责人的说法，开发含硫气田的风险程度总体上与当地畜牧业相当[4-5]。

美国在天然气田开发和管道方面虽然不像加拿大那么集中，但特别值得借鉴的是隶属于美国国家运输安全局（National Transportation Safety Board，缩写为NTSB)的管道和危险物质安全管理局（PHMSA）网站（http://phmsa.dot.gov）也在进行类似的工作。其数据统计和事故分析、规范制定和监督实施等功能高效而及时，网上可以查到他们的实时数据和逐月更新的统计资料。

新颁布的《中华人民共和国安全生产法》再一次明确了企业对安全生产负责，政府实施属地监管，规定了安全生产规划应当与城乡规划相衔接。我国高度集中的高含硫天然气开发区对政府部门的集中管理而言是一个有利的条件，建议考虑在现有机构设置的基础上，设置专门的高含硫气田开发监管部门，以长期发展的规划管理为龙头，协调各个企业的发展规划和计划，统一相关的公共资源和应急资源管理，全方位地从规划、设计到完工，从项目建设到持续运行监督，确保为公众安全防护所设立的限制居住区和限制耕作区的有效持续，协调各方利益、权利和责任。同时，在可能的条件下，参考国外做法，主持制定国家或地方性的法律法规[6]。

从对加拿大1990—2012年含硫天然气管道532次事故统计结果分析饼图中可看出（图3），内腐蚀造成的事故接近50%，外界原因约为10%，主要是机械挖掘。美国的数据也大致相同，只是越接近人活动区的地方，外界活动如机械挖掘引起事故的比例就越大。结合我国国情，这一比例应该更大一些，现有的法规也规定天然气管道包括集输管道建设项目都要在完工后将实际的线路地理位置数据上交地方管理部门，这对于防止第三方破坏会起到很好的作用。

4 结束语

图3 加拿大1990—2012年含硫天然气管道事故原因分析图

公众安全防护是高含硫天然气开发的首要问题。笔者仅就公众安全防护条款的文本修订完善提出了意见，并且讨论了一些直接相关问题。可以看出，结合国情特点是我国高含硫气田公众安全防护有别于国外高含硫天然气开发的极具挑战性的难点。针对现行标准规范条款不能很好地覆盖生产实际工况的问题，尽快开展工作完善标准规范，有组织地开展相关的概率研究和模拟方法等基础性研究工作，进一步提高本质安全，加强以地方政府为主导的规划和可持续管理，是保证我国高含硫天然气田开发安全的必要措施。

[1] Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration. Pipeline incident 20 year trends[R/OL]. ( 2016-02-24) [2016-02-24]. https://hip.phmsa.dot.gov/analyticsSOAP/saw.dll?Portalpages.

[2] Alberta Energy Regulator. Report 2013-B: Pipeline performance in Alberta, 1990–2012[R/OL]. (2013-08-01) [2016-02-24]. http:// www.aer.ca/documents/reports/R2013-B.pdf.

[3] Alberta Energy Regulator. Public safety and sour gas[EB/ OL]. ( 2016-02-24) [2016-02-24]. http://www.aer.ca/rules-andregulations/by-topic/public-safety-and-sour-gas.

[4] Alberta Energy and Utilities Board. Minimum distance requirements separating new sour gas facilities from residential and other developments[S]. ID 81-03, 1981.

[5] Alberta Energy and Utilities Board. Public safety and sour gas final report[R/OL]. (2007-03-01)[2016-02-24]. http://www.assembly. ab.ca/lao/library/egovdocs/2007/aleub/160598.pdf.

[6] National Archives and Records Administration's Office of the Federal Register. Code of Federal Regulations, Title 49, Transportation, Pt.178-199[M]. Washington DC: Office of the Federal Register, 2015.

（修改回稿日期 2016-08-20 编 辑 陈 嵩）

Preliminary evaluation and recommendation on standards and codes concerning public safety & setbacks in high-sulfur natural gas production and operation

Yuan Qingmin
(Research Institute of Natural Gas Technology, PetroChina Southwest Oil & Gas Field Company, Chengdu, Sichuan 610213, China)
NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 10, pp.137-142, 10/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

High-sulfur natural gas scale exploitation has already been stepped into a sustainable development stage, however, the involved public security issues have been highly concerned by government, enterprises, and society. Focusing on the problems of quantitatively determining public safety protection distance in high-sulfur gas fields, as well as flowing and gathering pipelines, stations and purification plants, we discussed the status of the existing standards and codes to refer in China and made the following suggestions. (1) The present standards or codes need to be supplemented because they are far from sufficient to meet the requirement, for example, the safety protection distance is regulated only under the specific working condition with the average H2S concentration being 13–15% (V). (2) The relevant security industry standards should be first considered in formulating the public security criteria interworking with both government and oil & gas industry standards. (3) As for the gathering and transporting lines in such high-sulfur fields, the intrinsic safety should be based on and some other measures should be assisted by as well like reducing the strength design coefficients, improving the design and construction requirements, etc. (4) The existing simulated and calculated results should be taken as reference for making the emergency plan but not as the actual proof of moving the original tenants. (5) The hazardous consequences resulted from pipeline accidents are often out of the range set in design, so risk management should be introduced to formulate the standards and codes related to technical codes and program format for accident analysis reports. (6) Those foreign modern relevant management methods should be referred to and the local government should also be responsible for public security issues in and around the areas of the high-sulfur gas fields.

China; High-sulfur natural gas; H2S; Public safety; Safety protection distance; Gathering and transporting lines; Purification plant; Localized management

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.10.017

原青民，1942年生，教授级高级工程师；主要从事天然气开发地面设施和天然气净化方面的技术研究和安全环保工作。地址：（610213）四川省成都市华阳天研路1号。ORCID: 0000-0002-5108-5708。E-mail: yuanqm@petrochina.com.cn