天然气井站污水池闪爆事故致因分析及预防

杨 杰 何林君 罗凤霞 蒲泓汀

(1.中国石油西南油气田公司安全环保与技术监督研究院；2.成都中石油昆仑燃气公司)

0 引 言

2018年3月，某气矿含硫天然气井站(DQ站)在关井停产数小时后，污水池(储存本站所产气田水)发生了闪爆事故。事故造成污水池及其连接管线不同程度受损，未造成人员伤亡和环境污染。为有效降低该类事故的发生概率，避免造成更大的事故损失，有必要对事故原因进行全面深入调查，并提出相应的安全防范措施。

1 事故经过

DQ站内建有1口生产井，于1998年6月建成投产。目前，该井日产气约3.6×104m3，产水约230 m3，硫化氢含量7.31 g/m3。DQ站内建有1座污水池，容积约270 m3，用于储存从气井中采出的含硫气田水。由于该污水池未做密闭处理，自气田水中析出的少量硫化氢等恶臭气体时有逸出，造成污水池及井站周边偶有空气恶臭现象出现。为消除该环保隐患，依托环保隐患治理项目，气矿于2017年底对污水池进行了密封改造：为污水池修建水泥盖板、新增设两根呼吸管，利用呼吸管将污水池中恶臭气体引至井站外放空区进行燃烧处理。同时，在呼吸管中设置了阻火器，防止回火引发安全事故[1-2]。恶臭气体处理流程见图1。

图1 恶臭气体处理流程

污水池改造工程完工后，气矿于2018年3月开展气井复产工作。3月5日至10日，井站开始进行气井复产的前期准备：向污水池中注入约200 m3清水，利用清水完成气田水外输管线及设备的试运行。试运行结束后，井站于3月12日14时30分开井复产。16时10分，气井产水开始进入污水池。18时20分，井站开启污水泵(泵压约2.4 MPa，流量约20 m3/h)，利用外输管线向回注井输送气田水。3月13日凌晨，由于发现该气田水外输管线发生泄漏，井站于2时25分进行了关井。在此阶段，气井生产12 h，产气1.7×104m3，产水130 m3。井站转运气田水160 m3，污水池剩余空间约80 m3。

3月13日5时21分，污水池突然发生闪爆，导致池顶1号盖板、2号盖板、4号盖板损坏；3号盖板及5号盖板被气浪掀开。事故发生时，污水池区域及周边无作业、巡检人员，故未造成人员伤亡，也未导致环境污染与次生灾害。事故发生时的现场情况见图2。

图2 污水池闪爆现场情况

2 事故原因分析

2.1 直接原因

污水池发生闪爆的必要条件是存在浓度达到爆炸浓度极限的可燃气体、助燃物质、点火源。根据现场调查情况，并认真分析闪爆条件的形成，认为导致本次事故的直接原因为：天然气(含少量硫化氢)自气田水中分离析出后，在密闭的污水池中不断聚集并与空气混合，达到爆炸浓度极限后，遇到污水池呼吸管内回火而发生闪爆。

2.1.1 可燃气体来源

井站在开井复产阶段产出的气田水全部进入污水池，未与气田水完全分离以及溶解在水中的天然气、少量硫化氢逐渐析出，并在池内逐渐聚集并达到爆炸浓度极限。

2.1.2 助燃气体来源

根据调查，在污水池封闭改造施工结束后，以及开井复产之前的试运行期间，井站未对污水池中的空气进行置换处理，导致在密闭空间中留有大量空气，为闪爆事故的发生埋下了隐患。

2.1.3 点火源

依照设计，污水池内的恶臭气体经由呼吸管引至放空区进行燃烧处理。为防止回火引发事故，在呼吸管中安装了阻火器。但是，在本次事故中，阻火器未能发挥作用，导致呼吸管中的气体经放空火炬点燃后回窜入污水池，引发了闪爆。

2.2 间接原因

2.2.1 设备选型错误

依照管道阻火器的选用标准与安装要求，可燃气体放空管道在接入火炬之前，若设置阻火器时，应选用阻爆轰型阻火器。而该污水池呼吸管线选用安装的是阻爆燃型阻火器。

同时，在阻火器的一项关键参数——通道尺寸的选择上，也发生了较大失误。阻火器的通道尺寸取决于其使用场所可燃气体的最大试验安全间隙[3](MESG，是指在标准试验条件下，刚好使火焰不能通过的狭缝宽度)，其通道尺寸应小于相应气体的MESG值。表1列示了部分常见气体的MESG值。对于两种以上可燃气体组成的混合气体，其MESG值一般采用MESG值最小的气体组分特性数据。对于甲烷和硫化氢组成的混合气体，其MESG值为0.83 mm，所以污水池呼吸管应选用通道尺寸小于0.83 mm的阻爆轰型阻火器，而该井站选用的阻爆燃型阻火器通道尺寸为1.00～1.25 mm，无法阻止硫化氢燃烧产生的爆轰型火焰通过。

表1 部分物质特性数据

2.2.2 风险辨识和防范措施不到位

相关人员未对污水池存在的可燃气体与助燃物开展风险辨识，对存在的安全风险的严重程度估计不足。根据设计，井站对硫化氢等恶臭气体的治理工艺为密闭收集—管道导出—燃烧处理。因此，应将密闭污水池中天然气、硫化氢、空气的共存与聚集作为主要风险进行辨识，并提出防控措施。然而，该井站相关人员并未开展此项工作，导致生产场所风险辨识工作存在漏项，进而无法对此次事故进行有效预防。

2.2.3 安全生产管理存在缺陷

1)经改造后的污水池为密闭设施，将主要用于气田水的储存。生产期间，污水池中存在一定浓度的可燃气体。因此，在污水池正式投用之前，应对其中的空气进行置换，而该项工作并未开展。

2)在发现气田水外输管线出现泄漏后，井站进行了关井停产处理。而在关井期间，井站没有及时熄灭放空火炬。

3 防范措施

该起事故暴露出部分采气井站在设备选型、风险因素辨识与防控，以及安全生产管理等方面存在的问题。为了杜绝类似事故、事件的再次发生，建议采取以下措施进行防范。

开展隐患排查，及时整改事故隐患。各井站应对在用或准备安装使用的阻火器进行全面排查，依照相关标准规范逐一核对阻火器的选型参数是否满足条件要求。其中，应重点关注阻爆燃/阻爆轰选型、阻火器通道尺寸、阻火层厚度等关键参数的选定是否正确。对于不满足要求的阻火器应及时更换。

强化风险辨识意识，提升风险防控能力。应加大对各单位安全生产管理人员以及从业人员的安全生产知识培训，不断提高员工开展风险辨识工作的能力、加强风险防控措施的针对性和有效性，将“预防为主”的安全管理方针落到实处。对于油气生产基层单位，在油气井复产、生产系统投运/停运阶段，必须认真开展启动前安全检查。对于污水罐(池)、阀室(井)、放空区域等风险较大而又容易被忽视的区域，应加强风险辨识的广度与深度，细化、落实安全管控措施。

完善管理制度，细化管控措施。针对气田水的储存、转运等操作，各井站应对相关管理制度、手册进行修订与完善。对于可能发生的可燃气体泄漏/聚集、硫化氢逸散、气田水泄漏等情况，制定完善的防控措施与应急预案。针对本次事故，建议制定如下措施：对于类似的密闭污水池等装置/设施，在投运前应严格进行气体置换；日常生产过程中，注意加强对呼吸管以及阻火器的检查维护，避免爆炸性混合气体的形成与聚集；建议在呼吸管上加设切断阀，异常情况下可通过切断阀对爆炸性混合气体进行隔离[4-8]。

4 结论与建议

气田采气站、集气站的污水储存、转运工作是场站生产运行中的一项常规作业。但在此项作业过程中，也存在着可燃气体、有毒气体的逸散与聚集等动态性风险。因此，必须重视此项工作涉及的安全设施设计、设备选型等基础工作。同时，应制定切实有效的符合安全要求的操作规程与管理制度，提高员工的风险辨识及安全管理能力，落实并完善设备设施的巡护保养，提高本质安全管理水平，才能有效杜绝安全事故的发生。