油气生产场所的汞防护方法探索与实践

2021-01-27塔里木油田克拉处理站李志刚

现代职业安全 2021年1期

塔里木油田克拉处理站李志刚｜文

随着我国石油天然气行业的迅猛发展，油气田的开发力度逐渐加大，尤其在天然气开发处理方面发展迅速，含汞原料气的开采也逐渐增多。汞对金属具有强烈的腐蚀性并且具有剧毒性，含汞原料气从地层开采出来到用户使用经过了多道净化工序处理，在整个处理过程中汞都存在“暴露在空气中并与人接触”的风险，尽管国家制定了相应的汞中毒诊断标准和汞职业接触限值标准，可以对含汞油气生产场所的汞防护起到一定的指导作用，但在实践中，经营单位具体应如何进行防护，尚无确切标准。目前，我国各大含汞油气处理站的汞防护技术都还处在探索阶段。

本文结合塔里木油田克拉处理站一站十多年来的汞防护实践经验，从汞的性质和危害、汞的工艺分布特点以及对应的防汞降汞措施等方面，探讨如何做好汞防护，以期对国内含汞油气生产场所的前期建设以及生产运行过程中的汞防护提供参考借鉴。

关于“汞”的简介

物理化学性质

汞，俗称水银，化学符号Hg，密度为13.56 g/m3，是常温常压下唯一以液态存在并易流动的金属，是银白色闪亮的重质液体。汞粘度小而流动性大，很易碎成小汞珠，留存于地面等处的缝隙中，既难清除，又易形成二次污染。汞能溶解许多金属（锌、锡、镁、铝等），形成合金，合金统称汞齐。汞具有很强的挥发性，常温下即可蒸发，温度越高，蒸发越快。汞蒸气沉积在空气下方，易被粗糙物体表面吸附，如地面、工作台、工人衣着和皮肤等。

主要危害

汞可以通过呼吸和皮肤接触进入人体，单质汞会迅速被氧化成汞离子，汞离子与体内酶或蛋白质中许多带负电的基因结合反应，会导致蛋白质失活，抑制酶的形成，从而使细胞内许多代谢途径受到影响。

汞蒸气有高度扩散性，侵入呼吸道后可被肺泡吸收并经血液循环至全身。血液中的汞，可通过血脑屏障进入脑组织，然后在脑组织中被氧化成汞离子，损害脑组织。在其他组织中的金属汞也可被氧化成离子状态并转移到肾中蓄积起来。金属汞慢性中毒的临床表现，主要是神经性症状，如头痛、肢体麻木等。根据GBZ 89—2007《职业性汞中毒诊断标准》，大量吸入浓度10 mg/m3的汞蒸气可致死；短期内吸入浓度1.2 ～8.5 mg/m3的汞蒸气会出现急性中毒，其表现为急性支气管炎、间质性肺炎、明显蛋白尿、急性肾功能衰竭和急性重度脑病等；长期吸入浓度高于0.01 mg/m3的汞蒸气会引起慢性中毒，其表现为神经衰弱、尿汞增高、性格情绪改变和慢性中毒性脑病等。

在石油天然气生产行业中，作业人员在日常操作中或检维修作业过程中，接触含汞介质时，在没有针对汞做出特殊防护的情况下，极易吸入汞蒸气进而引起急性中毒或慢性中毒。

职业接触限值

根据GB 2.1—2007《工作场所有害因素职业接触限值-化学有害因素》，金属汞（蒸气）的PCTWA（时间加权平均容许浓度）为0.02 mg/m3，PC-STEL（短时间接触容许浓度）为0.04 mg/m3，有机汞- 化合物（按Hg 计）的PC-TWA 为0.01 mg/m3，PCSTEL 为0.03 mg/m3。

其中，PC-TWA 代表的是，8 h 工作日（一个工作日工作时间不足8 h，仍以8 h 计）的时间加权平均容许浓度，是评价工作场所环境卫生状况和劳动者接触水平的主要指标；PC-STEL 代表的是与 PC-TWA 相配套的短时间接触限值，按一个工作日内任何接触不超过15 min 加权平均值计算。

图1 塔里木油田克拉处理站一站流程简图

图2 干气外输加装脱汞吸附塔

汞在油气生产场所的分布情况

以塔里木油田克拉2 气田克拉处理站一站为例，其原始工艺流程如图1 所示。

在装置长期生产运行中，大量单质汞会吸附在容器、管道内壁，根据单质汞密度大的特点，主要是在气液分离器、液液分离器、低温分离器以及三相分离器（使油、气、水三相分离）中逐渐沉降积累，同时根据汞的温度越低蒸发越低的特点，由气液分离器分离出的约40 ℃的高温气相经过节流阀节流降温至约-15 ℃后，气相中的汞蒸气会冷凝成液态汞，在低温分离器底部以及下游三相分离器中形成聚集。所以，就液相而言，大量单质汞首先主要聚结在低温分离器以及下游的三相分离器，其次是气液分离器和液液分离器，最后是低温分离器、三相分离器以及液液分离器下游流程中的装置容器。

对于装置中的气相而言，汞主要是以汞蒸气形式存在，经汞检测仪连续取样检测，集气汇管气相中汞含量平均值约为0.198 mg/m3，气液分离器闪蒸气中汞含量平均值约为0.152 mg/m3，液液分离器闪蒸气中汞含量平均值约为0.085 mg/m3，三相分离器闪蒸气中汞含量平均值约为0.065 mg/m3，中压燃料气罐出口燃料气汞含量平均值约为0.004 mg/m3，低压燃料气罐出口燃料气汞含量平均值约为0.007 mg/m3（根据运行情况，低压燃料气基本由2%的液液分离器闪蒸气，10%的三相分离器闪蒸气以及88%的中压燃料气组成，虽然低压燃料气来源于外输干气，但经过前端高压燃料气罐、中压燃料气罐以及自身低压燃料气罐的汞沉降，汞含量比外输干气有所减少），外输干气汞含量平均值约为0.025 mg/m3。

油气生产场所汞防护措施

非操作类汞接触及其防护

非操作类接触是指作业人员在未进行日常操作维护类作业时发生的汞接触，包括使用外输干气、使用低压燃料以及暴露在灼烧炉附近（灼烧炉为明火燃烧，燃烧后尾气排放在厂区内乙二醇再生装置附近）。

第一，对外输干气采取的降汞防护措施。目前，国内外并无天然气外输商品气和民用燃气中汞含量相关标准，根据GBZ 89—2007《职业性汞中毒诊断标准》，为避免出现人员接触性汞中毒，含汞油气生产场所应确保汞蒸气浓度低于0.01 mg/m3。对于克拉处理站一站而言，外输干气汞含量虽然略高于0.01 mg/m3，但在集输过程中与其他油气田生产的燃料气混合后，含汞量会大大降低，同时在集输过程中经过再次气液分离，燃料气中的汞会进一步沉降，能够确保供应到用户的燃料气完全满足对于汞含量要求。但为了进一步提高下游用户的燃料气使用安全性，克拉处理站一站对脱水脱烃装置的干气流程进行了改造，在低温分离器后外输干气截断阀前加装了脱汞吸附塔（如图2 所示），同时为了降低低温分离器和三相分离器中汞的沉积，在低温分离器液相出口加装了沉降罐，沉积汞由具备资质的专业机构进行回收处理。经过脱汞处理的外输干气汞含量均值约为0.003 mg/m3，远小于人员长期接触允许最高浓度。

第二，对生活公寓燃料气用气采取的降汞防护措施。虽然生活公寓使用的燃料气满足汞含量不高于0.01 mg/m3的要求，但是为了提高使用安全性，克拉处理站一站对低压燃料气罐出口流程进行了改造，在低压燃料气罐出口加装了脱汞装置，装填了相应的吸附剂。经取样测得，经过脱汞装置处理后的燃料气中汞含量均值约为0.002 mg/m3，能够满足居民安全用气要求。

图3 低压燃料罐出口加装脱汞装置

图4 加装乙二醇尾气脱汞装置

表1 克拉处理站工作场所汞浓度防护标准

第三，对乙二醇再生尾气采取的降汞防护措施。为了掌握厂区不同工作场所的汞蒸气含量，克拉处理站一站上级单位塔里木油田公司每年都会委托专业机构对生产场所进行职业卫生评价检测。经检测，各区域的PC-TWA 值分别为：装车泵房＜0.0007 mg/m3，脱水脱烃装置≤0.0009 mg/m3，灼烧炉≤0.0015 mg/m3，集气装置区气液分离器≤0.0009 mg/m3，田水转输罐区＜0.0007 mg/m3，水质分析室≤0.0008 mg/m3，装车台0.0 015 ～0.0026 mg/m3，化验室0.0007 ～0.0010 mg/m3。根据检测数值，所有工作场所的汞蒸气含量均满足小于汞蒸气PC-TWA值0.02 mg/m3。但从检测数据可以看出，灼烧炉和装车台的汞含量相对较高，对此，为降低灼烧炉区域汞含量，降低职业健康危害，克拉处理站一站对其进行了改造，在其前端加装了脱汞装置（如图4 所示），并将脱汞尾气引入低压放空系统至厂区外进行燃烧，有效减少了乙二醇尾气对灼烧炉周边区域汞蒸气含量的影响。

通过一系列措施，克拉处理站一站能够确保在正常生产过程中，人员在进行非操作类的相关生产活动时不需要进行特殊防护，也能满足职业安全健康需要。

操作类汞接触及其防护

操作类接触是作业人员在进行容器和管线等打开操作时，含汞介质暴露在空气中，挥发出的汞蒸气扩散至周边环境而发生的汞接触，包括日常的排液排气操作、装车操作和涉及容器打开的检维修操作。当人员因从事相关操作而与汞发生接触时，根据不同的汞蒸气浓度，必须采取不同的防护措施。

第一，防护用品。处理站使用的汞防护器主要包括半面罩、全面罩、全身式汞防护服、防化学手套（聚乙烯或者丁腈橡胶）和全封闭护目镜。同时，半面罩和全面罩都配有双汞蒸气滤毒盒，滤毒盒适用于对汞蒸气的吸收，并有色环显示。克拉处理站一站会将半面罩、全面罩和滤毒盒配发至每个相关人员，同时明确了如下5 项日常管理要求：一是必须保持防护面罩的完好并定期进行检查。二是防护面罩使用完后，必须用中性溶剂进行清洗，然后用75%的医用酒精进行消毒处理，严禁使用未经清洗和消毒的防护面具。三是滤毒盒在使用前要进行滤毒盒指示色带检查，指示色带为黄色时才可以使用。四是滤毒盒指示色带显示为灰色时要及时进行更换。五是滤毒盒实行以旧换新，各使用单位凭旧滤毒盒到处理站HSE 工程师处领取等量的新滤毒盒。

第二，克拉处理站工作场所汞浓度防护标准。根据GBZ 2.1—2007《工作场所有害因素职业接触限值-化学有害因素》和GBZ 89—2007《职业性汞中毒诊断标准》要求，克拉处理站制定了更加严格的工作场所汞浓度防护标准（如表1 所示）。

第三，排液排气操作。克拉处理站一站对于取水样、气样、液样以及现场排气、排液操作时，明确了如下汞防护要求：一是作业人员必须佩戴全面罩或半面罩及防化学品手套。二是佩戴半面罩单次作业连续工作时间不超过15 min，佩戴全面罩单次作业连续工作时间不超过30 min，每人每天累计不超过2 h。三是化验人员对样品进行汞含量检测时，佩戴全面罩或半面罩及防化学品手套，化验室必须进行强制通风。同时，克拉处理站一站在涉及取样、排液、排气的操作卡中明确了汞风险提示和防护要求，并严格要求所有操作人员的任何操作必须在确认风险和落实安全防护措施后才能进行。

第四，装车操作。在污油、凝析油装车的过程中，沉积在污油罐和凝析油罐中的液态汞会被装车泵转输到油罐车，在污油和凝析油从鹤管出口流入油罐车底部的过程中形成剧烈扰动，形成大量汞蒸气。为避免装车过程中产生的汞蒸气从油罐车罐顶扩散出来，克拉处理站一站对装车鹤管进行了改造，在鹤管上增加了防护盖，通过将防护盖与油罐车顶部进油口紧密贴合，有效阻止了汞蒸气扩散至外部环境，实现了密闭装车。

第五，容器检维修操作。克拉处理站一站需要定期对含汞量较高的气液分离器、三相分离器及其他容器进行内部检修，作业人员需进入容器内部拆除和安装内部构件，对此，克拉处理站一站明确要求在进人前必须对容器内部进行清洗，当容器内汞蒸气含量低于0.01 mg/m3时，才能开展进人作业。

其中，容器蒸煮除汞步骤为容器水洗、蒸汽蒸煮、氮气置换、空气吹扫。

（1）容器水洗主要是采用热水对装置进行水洗、排液，去除装置内含汞介质。

（2）蒸气蒸煮+ 氮气置换，主要是采用高温蒸汽，对容器进行持续蒸煮，以消除大部分附着在容器壁上的含汞杂质。具体来说，在容器清洗温度方面，采用的是高温蒸汽蒸煮方法对汞容器内部的残余汞进行清洗，容器清洗温度大于70 ℃（不超过容器本身及其附属设备的工作温度），并在持续蒸煮12 h 后，每隔2 h 用惰性气体（气量为容器体积的5 倍以上）对所蒸煮容器进行置换，实践证明该方法除汞效果明显。在蒸汽进入方式方面，克拉处理站一站在对比了顶部、底部、侧面三种蒸汽进入方式时的汞清洗效率之后，最终采用蒸汽从容器顶部进入的方式，以保证除汞效率最高（蒸汽管线采用耐高温、防静电的材质）。在凝液排放方式方面，对比一次性、间歇排放方式的除汞效率，最终采用了间歇排放凝液方式，以确保最佳清洗效果，同时排放间歇一般不会超过8 h。在合格标准方面，主要通过查阅汞防护标准，结合含汞容器清洗经验，连续3 次在装置泄压口所测量的汞浓度均低于0.01 mg/m3时，方可结束蒸煮。

（3）空气吹扫主要是采用轴流风机通风，对容器持续进行空气吹扫降温，合理减少容器内残余含汞附着物的挥发，以有效降低容器内及周围环境的汞含量。

同时，克拉处理站一站还明确了以下3 点对于人员进入容器的防护要求：

一是进入容器作业，在汞含量检测高于0.02 mg/m3，低于0.04 mg/m3时（考虑到人员进入造成气体扰动及打磨、焊接等高温作业造成汞含量瞬间上升），作业人员必须佩戴半面罩、全面罩或穿戴汞防护服，单次作业连续工作时间不超过1 h，每人每天累计不超过6 h。高于0.04 mg/m3时，作业必须佩戴半面罩、全面罩或穿戴汞防护服，佩戴半面罩单次作业连续工作时间不超过15 min，佩戴全面罩单次作业连续工作时间不超过1 h，每人每天累计不超过4 h。

二是对容器中的汞含量进行持续监测，并将检测结果记录在气体监测记录表中，同时在作业现场公示监测结果，进入作业区域人员必须做好相应防护。

三是当容器内的汞含量检测值达到0.04 mg/m3以上时，现场监护人员必须立即通知容器内作业人员停止作业并离开作业现场。