海上石油生产设施硫化氢治理与防护

2022-12-23芦新辉中海石油中国有限公司天津分公司天津300450

化工管理 2022年31期

芦新辉(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

在日常生活中，硫化氢是一个既熟悉又陌生的物质，它可能存在于下水道、沟渠、水井等地，甚至在处理变质的鱼、肉、腌制品等过程中也会产生硫化氢。在海上石油开采和炼化过程中，硫化氢一直是影响作业安全的重大危害因素，硫化氢不仅有剧烈的毒性，会对人体有致命的危害，而且其自身的腐蚀性也会使石油开采设备受到腐蚀，减少使用寿命，增加了开采成本。如何妥善的治理硫化氢，是海洋石油开采行业必须要解决的问题。

1 硫化氢的特性及危害

1.1 硫化氢的特性

硫化氢(H2S)分子由2个氢原子和1个硫原子组成，是一种剧毒、无色、比空气重的气体，较一氧化碳的毒性大5倍至6倍。为预防硫化氢中毒事故的发生，首先要了解这种气体的物理、化学性质和对人体产生危害的原理，才能避免人员受到伤害。

颜色：硫化氢是无色气体，因此看不见，不能靠眼睛判断是否有硫化氢存在。

味道：硫化氢气体会散发出一种特别的类似臭鸡蛋的味道，可一旦硫化氢在空气中的浓度达到一个阈值时，就会破坏人体的嗅觉神经系统，使人无法闻到气味，因此无法通过嗅觉判断是否存在硫化氢。

密度：硫化氢比空气重，因此更容易聚集在低洼地方，如：坑、地窖或罐体。硫化氢很容易被风吹散，如果可能，在上风、高处工作。

可燃性：硫化氢易燃，发出蓝色火焰，生成二氧化硫，这是另一种危害眼睛和肺部的有毒气体。

爆炸极限：硫化氢的爆炸极限4.3%～46.0%，在这个界限值范围内，遇到火源，就会发生爆炸。

溶解性：硫化氢可溶解在液体中，这就意味着，他可以存在储存或运输油类、水、污油、污水等的罐体内，溶解性随温度升高而降低，搅拌液体就可能释放出硫化氢。气温高的气候，会有释放出硫化氢的危险。

沸点：液态硫化氢的沸点很低，因此通常所见的硫化氢为气态，其沸点为-60.2 ℃。

腐蚀性：硫化氢有很强的腐蚀性，它能腐蚀金属、塑料和聚合物，在碳钢上形成硫化铁，并常见于罐体和管路，使得钢材变得脆弱，容易破碎。

1.2 硫化氢的危害

硫化氢对人体产生的危害：当空气中有硫化氢且达到一定的浓度时，会通过呼吸道吸入身体，会与溶于血液中的氧气发生反应。当硫化氢浓度较低时，会被氧化，对人体的危害可忽略不计。但是当硫化氢浓度非常高的时候，就会与血液中的溶解氧发生大面积的反应，使人体大部分器官缺氧中毒，甚至直接死亡。硫化氢由肺部吸入经血液循环运移到人体各器官，会使人的眼睛产生刺痛感，严重情况下会致人失明；硫化氢会刺激人的呼吸道，破坏人的嗅觉，严重时还会使呼吸道产生灼伤；硫化氢会使人的神经系统受到刺激，平衡性受到破坏，产生眩晕感；硫化氢会加快人的心率，破坏心脏的功能，严重时可导致心脏缺氧停跳致人死亡。全世界各地每年都有很多人因解除硫化氢而死亡，硫化氢已成为职业中毒杀手。在我国，因硫化氢中毒死亡的人数仅次于一氧化碳，居第二位。

硫化氢对设备的危害：众所周知，硫化氢是一种酸性气体，在潮湿环境下，比较容易发生电离，腐蚀性增加，在海上石油开采平台这种高湿度环境中，硫化氢对石油开采设备的危害是成倍增加的。对钢材等金属设备，硫化氢可引起氢鼓泡、氢致开裂、应力腐蚀开裂及应力导向开裂等损害；对如橡胶等非金属材料，硫化氢也可使其鼓泡胀大，失去弹性。如不能有效的治理硫化氢对设备带来的危害，不仅会增加作业成本，还会产生安全隐患，影响作业安全。

2 硫化氢的来源

在海上石油开采作业中，硫化氢主要产生于钻井作业中。(1)热作用于油层时，石油中的有机硫化物分解，产生硫化氢。一般来说，在含硫区块的硫化氢浓度和含量随地层深度的增加而增大。(2)石油中的含氢物质和有机物通过地层中的硫酸盐还原菌的高温还原作用，生成硫化氢。(3)通过地层中的裂缝或其他通道，可使硫酸盐层中的硫化氢窜到地面。(4)一些处理钻井液的药剂在高温作用下会热解出硫化氢。(5)某些丝扣油在高温中与游离硫反应生成硫化氢。(6)钻进至含有硫化氢的地层中时，地层中含有硫化氢的流体便会通过流程进入地面。

地层中原有的硫化氢和通过钻井作业产生的硫化氢伴随着采出液被开采出来后会进入原油处理流程，在原油储罐、油气水分离器等设施和区域都会可能有硫化氢的存在。

3 硫化氢治理的技术措施

3.1 硫化氢检测

在海上石油生产设施中，要治理硫化氢，首先要做的是做好硫化氢的检测工作，通过多种检测手段和方式，监控空气和流程中硫化氢的分布和浓度变化情况，根据具体情况制定有针对性的防范措施。

(1)化学检测法。化学检测法是一种行之有效的硫化氢检测手段，主要包括醋酸铅试纸法、安培瓶法、抽样检测管法等。

醋酸铅试纸法操作简单，将醋酸铅试液涂在白色的试纸上，试纸仍未变色，当试纸接触到硫化氢气体时会变成棕色或者黑色。将试纸放到被测定的区域三到5 min，根据试纸颜色的变化，对照色谱带，可以判定测定区域硫化氢的浓度。此种方法简单易行，但准确度较低，危险性也较大，是一种半定量的检测方法。

醋酸铅安培瓶法是将醋酸铅颗粒放在玻璃容器中，颗粒为白色，用海绵塞住容器瓶口，硫化氢可越过海绵的阻隔与容器中的醋酸铅颗粒发生反应，醋酸铅颗粒在发生反应后会变成黑色。这种检测方法是一种半定量的方法，适用于测量空气中硫化氢气体的浓度，检测速度快，操作方法简单。

抽样检测管法也称为比长式硫化氢测定管检测法。抽样检查装置由检测管和风箱(或真空泵)组成。玻璃管中装有特定的化学试剂，可与硫化氢气体发生化学反应，并且发生颜色变化。检测管插入活塞式泵中，如果有硫化氢，颜色变深。这种测量方法检测精确度高，是一种较好的定量检测方法。

(2)检测仪检测法。硫化氢检测仪主要可分为便携式硫化氢气体探测仪和固定式硫化氢气体探测仪。便携式硫化氢气体探测仪主要用于作业人员随身携带，以防范突然出现的硫化氢气体泄漏或误入含硫化氢环境；而固定式硫化氢气体探测仪则分布在设施中可能会产生硫化氢或可能发生硫化氢泄漏的场所。使用检测仪检测硫化氢需要注意保证检测设备的有效性，因此需要定期对设备进行检修、维护、标定和保养。

3.2 硫化氢生产流程治理

海上石油生产设施的流程主要分为两大部分，原油生产处理流程和生产污水处理流程，在井筒、油水分离器、斜板除油器、生产水处理流程中都有可能存在硫化氢，这些位置存在的硫化氢不仅会对罐体、管线造成腐蚀，也有通过法兰、阀门等发生渗漏的风险，造成人员伤害。因此，必须根据不同生产设施流程的特点，对流程中存在的硫化氢进行针对性的治理。

治理硫化氢比较行之有效的方法是在流程中加注药剂，抑制硫化氢的生成。目前在海上石油生产设施应用效果比较好的药剂为脱硫剂和杀菌剂。脱硫剂主要加注在原油处理流程中，其主要作用是消除和减少系统中硫离子的含量，从而有效的抑制硫化氢的产生；杀菌剂主要加注在注水系统中，其主要作用原理是通过添加营养因子和激活因子来改变油藏中的营养环境，促进有益菌的生长，抑制硫酸盐还原菌的生长(硫酸盐还原菌可以利用金属表面的有机物作为碳源，并利用细菌生物膜内产生的氢，将硫酸盐还原成硫化氢，从而获取生存的能量)，从而达到控制硫化氢产生的目的，从根源上减少硫化氢的产生。

4 硫化氢治理的管理措施

4.1 硫化氢防护知识培训

除了海洋石油生产作业，在日常生活中，也曾发生过很多次硫化氢中毒的事故事件，由此可见，很多人对于硫化氢的特性并不了解，加之硫化氢在浓度较高的情况下表现为无色无味的性状，不易察觉，因而会出现对硫化氢防范不足的情况，增加人员伤害的可能性。鉴于硫化氢的快速致死性，要做好防护，必须要保证作业人员对硫化氢有充分的了解，才能在发生硫化氢泄漏时快速的做出应对，从而最大限度地降低人员伤亡。

在海上石油生产设施上的作业人员，存在硫化氢中毒风险的，每四年就要进行一次硫化氢防护知识的培训，每次培训时长至少16学时，取得硫化氢培训合格证；登临含硫化氢生产设施的临时作业人员也要经过硫化氢防护知识的培训，取得硫化氢培训合格证。此外，在日常生产作业过程中，也会利用班前班后会培训或班组安全活动等形式进行经常性的硫化氢防护知识学习。通过定期培训、班前班后会培训以及班组安全活动等形式的学习培训，可以保证在设施作业的所有人员熟知硫化氢危害、特性和防护方法，提高人员硫化氢危害防护意识，在出现硫化氢泄漏时，可以第一时间作出应对，做好防护，防止事故事件的发生。

4.2 硫化氢防护装备配置

除了硫化氢防护知识的培训，硫化氢防护装备的配备同样重要，除了前文提到的硫化氢探测仪外，还应配备自给式正压空气呼吸器，在有硫化氢泄漏风险的区域设置硫化氢警示标识。以某海上石油生产设施为例(下称“A平台”)，有两口油气井流程中硫化氢含量超过了100 mg/L，油田在不同区域配置了多套正压式空气呼吸器和120套便携式正压空气呼吸器(设施最大作业人员容纳数量为120人，保证呼吸器100%配备的数量要求)，在油田的井口区域，设置了明显的硫化氢警示标识。

为了保证配备的正压式空气呼吸器的有效性，所在设施会定期组织对设施上的呼吸器进行检验，如有气压不足，气瓶损坏时及时进行修补或更换。还会通过组织呼吸器佩戴比赛等特色活动，提升设施作业人员对呼吸器穿戴的熟练度，保证在危机情况下能够快速有效的穿戴好呼吸器，达到防护硫化氢伤害的目的。

4.3 硫化氢风险辨识及管控

在现代安全管理理念中，风险是无法完全消除的，只能降低到可接受的程度。硫化氢泄漏中毒风险亦是如此，但在硫化氢风险防护上，可以通过双重预防机制的建设工作来充分的辨识和管控硫化氢泄漏风险。生产设施每年都会进行一次深度风险辨识和风险分级工作，在油田生产工艺或生产流程发生变化时，也会针对性地进行风险辨识和分级工作，针对辨识出的风险制定防控措施，可以有效预防事故的发生。

A平台通过双重预防机制建设工作，识别出井口区域、钻台区域、井口房等区域存在硫化氢泄漏中毒风险。针对这些风险，A平台制定了三项防控措施：(1)在上述区域内布置正压式空气呼吸器并定期检验；(2)在上述区域内针对性的布置硫化氢检测探头，对探头的灵敏度定期进行标定；(3)制定硫化氢泄漏中毒专项应急预案并定期组织演练。