天然气生产运行中安全环保技术的提升措施

相世权 庞兰彪

关键词：天然气；生产运行；安全环保技术；提升

与其他化工能源相比，天然气作为易燃易爆的有机燃料，在生产运行过程中需要利用气井开采技术，将天然气中的二氧化碳、硫化氢等杂质成分去除，经压缩机加压处理，使天然气达到相应使用标准。天然气在生产运行期间某些环节无法控制到位，一旦发生天然气泄漏，不仅会加大天然气能源损耗，还会危及他人生命安全。为了确保天然气正常生产运行、消除各种安全隐患，企业需将天然气安全环保工作视为重点，优化改进生产工艺流程，加强设备检修维护工作，有效识别防控天然气生产运行过程中存在的各种安全风险，提升天然气生产运行的安全环保水平。

1 天然气在环境保护与节能中的作用

1.1 天然气在环境保护中的作用

煤炭作为我国工业占比70%的消耗型能源，因碳与硫的含量较高，导致大中型工业城市空气中的CO2、NOx、SO2严重超标[1]。随着全球变暖、温室效应逐渐加剧，空气中的二氧化碳已成为威胁人类生存的主要因素之一，且90%的二氧化碳来自煤的燃烧。天然气排放的烟雾只含有碳离子和氢离子，不仅符合国家二级环境检测标准，诸多实践研究还发现，天然气作为石油、煤的可替代燃料，能有效抑制NOx的排放，减轻工业城市烟雾污染，对缓解全球变暖、减少光化学污染具有促进作用。因此，在我国市场经济常态化发展的今天，应根据《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中的相关要求，充分发挥天然气在环境保护中的作用，为推动我国能源产业顺利转型发展奠定坚实基础。

1.2 天然气在节能中的作用

目前，我国工业企业在天然气使用过程中，锅炉热效率一般都能达到95%，满足民用工业化学能源使用需求[2]。按照国内生产总值能源消耗统计指标计算，能源企业通过使用天然气能减少污染物的产生，有助于推进我国能源产业升级与结构调整，遏制高污染行业的“野蛮”发展，使更加清洁的天然气逐步取代传统能源。在“绿色双碳”背景下，环保节能技术的应用可以减少工业能源消耗，避免大量工业废弃物污染周边水土环境，实现中国能源循环经济的可持续发展，达成综合利用天然气资源的绿色环保目标。

2 天然气生产运行中存在的安全隐患

2.1 原料具有腐蚀性

在天然气生产运行加工过程中，无论是原材料还是添加剂，都具有较强的腐蚀性，一旦员工直接接触产品中所使用的化学物质，如溴化氢、硫化氢等，其腐蚀性会对人体造成无法逆转的伤害。同样，这些具有腐蚀性的化学物质还会对各种金属管件产生较强的侵蚀性，导致生产设备快速老化损坏，为后续天然气生产运行埋下各种隐患。

2.2 原料具有燃爆性

石化产品中的天然气具备易燃、易爆炸的特点，从原料加工到成品制造环节，都要加入许多添加剂，且大多数添加剂都具有一定的危险性。尤其在天然气生产运行过程中，不同形态的天然气燃爆性各有不同。如空气中一旦含有大量气态天然气，就会因爆炸产生火灾；液态天然气虽易于发挥，但也容易引发火灾。因此，在天然气生产运行过程中，若未能定期开展维修养护工作，则易造成天然气生产装置故障，尤其在高温高压工作环境下，极易发生泄漏爆炸事故。

2.3 对人体危害较大

在天然气生产过程中，硫化氢、二氧化硫等毒性化合物，空气中的尘埃以及长期的噪音、高热环境，都会让作业人员患上职业病，甚至威胁作业人员的生命安全[3]。尤其是某些剧毒化学原材料，对人类身体危害极大、器官损害非常严重。因此，作业人员要严格按照企业防护要求，正确佩戴防护用具，提高生产安全性，降低各类职业病的发生率。

3 提升天然气管道防腐处理技术

3.1 管道内涂防腐层

管道内涂防腐层作为天然气管道防腐的主要措施，是在管道内壁与输送介质之间创造的隔离空间，有效防止金属内管壁与腐蚀物直接接触。管道内防腐涂层通常选择聚酰胺环氧树脂、合成树脂等材料，厚度控制在0.03～0.20 mm[4]。在天然气运输过程中，天然气运输管道内部防腐涂层需要对土壤、运输条件、工艺技术等因素进行综合考虑，以达到预期的防腐效果，降低管道腐蚀程度，减小管壁与管流之间的摩擦阻力，提高天然气运输量。

3.2 防止电化学防腐

在天然气运输过程中，天然气管道经常出现电化学腐蚀情况。为了有效防止电化学对天然气管道造成恶性腐蚀，提高管道防腐的有效性，可采用保护阳极、牺牲阴极的方式使金属管道始终处于遁形状态[5]。此外，该方式也能使被保护的管道金属平均电位，随后通过可行性办法使金属管道的其他部分形成防腐电池。在上述两种电化学防腐方式中，虽然阴极保护方式应用较为普遍，但阳极保护方式时间久、时效性强，相比之下，阳极保护优势更明显。在安装操作过程中，作业人员可以将绝缘装置放在管道入口，使绝缘接头位置与防腐层之间产生电力故障，随之对天然气管道产生更好的保护效果。

4 提升天然气储罐安全防护技术

4.1 围护处理技术

天然气储罐的围护处理可以有效防止液态天然气泄漏，阻止液态天然气蒸发成气体扩散[6]。当前，液态天然气储罐主要有单容罐、双容罐两种。其中，单容罐需严格遵循国家标准，采用围护处理技术规范使用。

4.2 消防冷却水技术

液态天然气储罐爆炸、火灾等事故的危害性巨大，会影响周边设施正常运转及人类健康。这是因为液态天然气储罐处于高温环境中，会因内部强度下降而开裂[7]。为了避免此类事件的发生，作业人员需要严格控制液态天然气蒸发的气体浓度，借助消防冷却技术中的水幕、室外消火栓、固定消防水炮等设备做好防火工作。

4.3 泡沫覆盖技术

泡沫覆盖技术是在液态天然气储罐的集液池中設置的泡沫系统，该系统的应用能有效驱散液态天然气蒸发的气体，一旦储罐发生火灾，可快速生成泡沫覆盖层，减慢液态蒸发速度，抑制储罐热量传递[8]。在实际应用过程中，该技术系统由高倍数原液罐、控制阀、过滤器、管道、火灾报警系统等组成，作业人员需要结合液态天然气储罐的实际情况分析相关数据，设置参数比例，确保泡沫覆盖技术应用的有效性。

4.4 干粉灭火技术

针对液态天然气储罐的结构特点，当储罐内部气压过大时，安全气阀会在数据控制操作下自动排除超压气，这时安全阀周围也会产生火灾风险。为了提升液态天然气储罐的安全性，作业人员需要在安全阀出口位置设置灭火系统。干粉灭火技术作为此类灭火系统的首选技术，由干粉罐、氮气瓶、干粉输送管道、减压阀等组成，因现阶段国家尚未形成统一的设定操作标准，作业人员需要凭借自身工作经验与实际情况设置干粉灭火系统的相关参数。

4.5 防震减震技术

由于液态天然气在运输中的特殊性，需要在储罐设计中融入防震减震技术，通过相应的隔震减震措施提升储罐的抗震能力，减小地震对储罐的影响。当前，物理隔震减震技术是液态天然气储罐常用的技术之一，橡胶支座的应用能解决水平振动经常出现的共振问题，但因国家对橡胶支座的实际应用缺乏统一的标准，该方法的应用存在一定的不确定性。因此，未来科研人员仍要利用现代设备装置与计算机控制技术优势，加大防震减震技术的研究力度，提升液态天然气的防震减震效果，强化天然气运输过程中的安全性。

5 天然气生产运输管道节能环保设计

5.1 控制天然气传输阻力

由于天然气在生产运输过程中会产生一定的传输阻力，部分天然气受摩擦影响而无形消失。究其原因，天然气运输管道内层的光滑程度与燃气传输的摩擦度、传输效率等有直接关系。对直径为35.50 cm的管道进行实验研究得知，当管道内部粗糙度为62 μm时，压降为3.8 MPa；当管道内部粗糙度为210 μm时，压降为4.5 MPa。通过上述数据可知，降低管道内壁摩擦力是控制管道阻力的重要方法，需要通过设置管道内部涂层提升管道内壁光滑度，使管道在特定压力与温度下减少天然气在生产运输过程中的损耗。

5.2 选择生产运输设备

压气站的建立与使用能有效提升管道内部压力，加快天然气生产运输。压缩机作为压气站的重要组成部分，主要有往复式压缩机与离心式压缩机两种。其中，离心式压缩机因热效率低、压缩率低、排量大等优势，能有效调控天然气流量，达到节能环保目标。在原动机选择过程中，燃气轮机结构简明、运转平稳且不受外界因素干扰，可以与电动机相互配合，是大排量压缩机的首选机型。值得注意的是，原动机的选择并不是主观的盲目选择，而是参照压气站与电网之间的距离进行科学选择，若二者之间的距离较近，可将压缩机的电动机作为原动机；若二者之间的距离较远，需选择高效率机组的燃气轮机作为原动机，同时安装热力回收循环系统，确保动力机组有效控制天然气的损耗。

5.3 完善管道输气运行

在运输天然气之前，需要控制好天然气供应量，在此基础上实现高效、快速、便捷的输气管道运输。为了进一步控制天然气运输成本，需选择最优控制系统，达到天然气降耗目標，使天然气管道运输控制系统始终处于节能降耗状态，以减少管道运输期间的能量损耗。此外，在天然气运输模式选择上，高压运输工艺是以天然气传输速度、密度为参照，有效控制相关设备的能源损耗。在长输管道运输方面，需通过减慢天然气流动速度，减小管道内层与天然气之间的摩擦力，以降低天然气运输中的能量损耗。富气传输工艺作为先进且高端的传输技术，是通过在天然气中添加其他气体，借助其他气体的浓度与流速减小天然气与管道之间的内部摩擦，以控制天然气的流动速度，提升天然气传输效率，控制其能源损耗。

5.4 加强天然气管道检测

由于天然气在生产运输过程中容易出现渗透、泄漏等情况，不仅浪费天然气能源，还会污染周边环境、危害人员身体健康，工作人员需要定期对天然气管道开展检测工作，排查各种机械设备的安全隐患，尤其是经过改装、改造且正在使用的压力管道及容器，通过无损检测与维修降低天然气在生产运输过程中的无形损耗，将每个环节落到实处，确保人工检测与维修工作做实做细，避免生产设备在运行过程中出现重大安全事故。此外，在“互联网+”时代背景下，除了常规人为检测以外，天然气管道检测工作也要与时俱进，将常规生产检测工艺与信息技术相结合，利用网络信息技术对每个区域内的管道进行动态检测。若某一区域内的天然气含量超过预设标准数值，表明该区域出现天然气泄漏情况，网络监控检测系统会立即将超出含量上报管理平台并发出声音预警。作业人员在接到预警信息后，会及时赶到泄漏现场进行妥善处理，以免引发更严重的安全事故。

6 结语

天然气作为高效清洁的能源燃料，其生产运行的安全性和环保性与国计民生息息相关。分析天然气在环境保护与节能中的作用以及安全隐患，有利于保证天然气企业的良好运行，避免发生天然气泄漏等重大事故，提升天然气生产运行质量。企业要做好天然气管道防腐处理与储罐安全防护，根据当地实际情况，对天然气生产运输管道进行节能环保设计，控制天然气传输阻力，加快天然气生产运输速度，降低其能量损耗，在达到节能环保目标的同时，满足社会生产与生活的需求。