基于FLACS的原油管道硫化氢逸出扩散规律研究

卢可义

中国石油管道局工程有限公司亚太分公司,河北廊坊 065000

1 仿真建模

1.1 仿真模型

以某公司原油管道换管作业项目为背景进行仿真模拟，作业对象为直径610 mm的原油输送管道。换管作业前首先需要挖长12 m的输送管道基坑并露出管道本体，基坑开挖坡度为1∶1，管道下侧边缘距离坑底地面1m，按照现场施工要求，管道的开孔直径为50 mm（位于出露管道中部顶面）。按照等比例关系建立仿真模型如图1所示。为了得到更精确的仿真结果，对网格进行了加密处理。

图1 仿真计算模型

1.2 边界条件

根据该原油管道实际输送原油成分及运行压力进行边界条件设置，该管道输送来自哈国、塔里木、吐哈及新疆油田的原油，各原油特性指标及运行参数如表1所示。

表1 原油特性指标及运行参数

该管道所处位置夏季平均风速为2.9 m∕s，冬季平均风速为2.5 m∕s，分别进行模拟，气体溢出方向为开孔垂直向上，以上每个场景计算2个风向工况，共计16个工况。

1.3 后果评估标准

选用GBZ 2.1—2007《工作场所有害因素接触限值》和SY∕T 6610—2005《含硫化氢油气井井下作业推荐作法》作为判断主要依据，同时参考物竞化学品数据库及中国石化出版社出版的《硫化氢防护培训教材》，综合分析后拟定硫化氢的毒性评估标准如表2所示。

表2 硫化氢浓度与危害程度对照

为保证评估结论的准确性，在以上评价衡准的基础上，补充荷兰应用科学研究院（TNO）关于硫化氢浓度致死率的理论计算结果。硫化氢的致死概率Pd计算式为：

式中：Pr为硫化氢的毒性概率值；C为硫化氢浓度，mg∕m3；t为暴露于毒性环境中的时间，min，最大值为30 min。

计算得出硫化氢各浓度范围内致死、致伤概率如表3所示。

表3 硫化氢各浓度范围内致死致伤概率

2 仿真结果分析

经对16个场景进行仿真分析[1-12]，得到各场景下管道开孔作业时气体逸出扩散云图。因各场景仿真结果直观上无明显差异性，因而给出如表4所示的计算结果。

表4 硫化氢泄漏扩散范围半径 单位：m

仿真结果表明：哈国、塔里木、吐哈及新疆油田四种原油在清管操作放散过程中可嗅到H2S臭味的最大影响范围分别为32.3、21.60、26.83、33.87m。含量为10mg∕m3（对应摩尔浓度为6.572 8× 10-6mol∕L）最大影响范围为25.0、16.72、20.77、26.22m。含量为15mg∕m3（对应摩尔浓度为9.859 2× 10-6mol∕L） 的 最 大 影响范围为 23.9、15.98、19.85、25.06 m。

3 结论与建议

针对原油管道换管作业开孔过程中硫化氢逸出扩散问题，采用三维仿真软件FLACS对该作业过程进行了模拟。探究了8个场景（16个工况）的H2S逸出扩散规律，得到了哈国、塔里木、吐哈及新疆油田4种原油在换管作业过程中可嗅到H2S臭味，H2S含量为10、15 mg∕m3的最大影响范围分别是32.3、25.0、23.9 m，并得到了管道泄漏逸散规律。为保障作业人员的安全，给出以下建议。

（1）换管作业时，在不影响正常清管作业的前提下选择尽可能小的氮气流量、相对较低的环境温度和尽可能低的氮气压力。

（2）进行放散作业前，以放散口为中心，以10 mg∕m3浓度H2S的最大影响范围（视具体操作油品而定）为半径设置危险区域，作业人员须佩戴正压呼吸器后方可进入该区域进行放散作业。

（3）若换管作业中出现清管器停滞，则放散作业前应以放散口为中心，以35 m为半径设立警戒区域，禁止无关人员进入；同时按上述要求设置危险区域，作业人员须佩戴正压呼吸器后方可进入该区域进行放散作业。