含硫气田恶臭气体阈限值与恶臭强度的关系

戴万能，石 磊，刘文祝，袁 晔，高晓根

（1. 中国石油 西南油气田公司天然气研究院，四川 成都 610213；2. 中国石油 西南油气田公司川中油气矿，四川 遂宁 629000；3. 中国石油 西南油气田石油总医院，四川 成都 610213）

环境评价

含硫气田恶臭气体阈限值与恶臭强度的关系

戴万能1，石 磊2，刘文祝2，袁 晔3，高晓根1

（1. 中国石油 西南油气田公司天然气研究院，四川 成都 610213；2. 中国石油 西南油气田公司川中油气矿，四川 遂宁 629000；3. 中国石油 西南油气田石油总医院，四川 成都 610213）

介绍了恶臭强度的6级分类法，针对含硫气田典型的5种含硫恶臭化合物，利用韦伯-费希纳公式研究了气体浓度和恶臭强度的关系，计算并分析了我国环境标准和职业卫生标准规定的阈限值对应的恶臭强度。GB/T 14554—1993《恶臭污染物排放标准》规定一级厂界浓度标准限值对应的恶臭强度为2.5左右，二级新改扩建厂界标准限值对应恶臭强度为2.8左右。我国国家职业卫生标准GBZ 2.1—2007中规定的含硫恶臭气体职业接触限值对应的恶臭强度均在4以上。

含硫气田；恶臭气体；恶臭强度；阈限值

我国高含硫气藏累计探明储量逾1×1012m3［1］，大部分为含硫天然气。除剧毒气体硫化氢外［2］，含硫天然气中还含有具有毒性的有机硫化物（甲硫醇、乙硫醇、甲硫醚和二甲基二硫等）。在含硫天然气的开发、加工和处理过程中，由于排放和泄漏等原因导致含硫气体的释放，不仅会对大气环境造成污染，还可能损害人体的健康［3-4］。天然气中的含硫化合物往往还具有恶臭。恶臭被列为七种典型环境公害（大气污染、水质污染、土壤污染、噪声、土地下沉、振动、恶臭）之一，其治理问题亟待解决［5-6］。

本工作概述了恶臭评价的基本方法，针对含硫气田主要的恶臭硫化物，研究了气体浓度与恶臭强度的关系，根据我国环境和职业卫生标准，计算并分析了恶臭硫化物阈限值与恶臭强度的对应关系，以促进对恶臭硫化物的了解并指导生产过程中的劳动卫生防护。

1 恶臭评价

恶臭强度评价是按照恶臭气味强弱程度分成不同级别，然后针对具体气味由专业嗅辨员进行级别评定。这种强度评价方法易于理解与操作，但是不同国家、地区对于恶臭的分级不同，如美国采用8级分类法，日本采用6级分类法。我国多采用日本恶臭对策委员会规定的6级臭气强度分级法，如表1所示。恶臭强度级数的增加表示恶臭程度的加剧，当恶臭强度超过3级时，即可认为环境受到了恶臭污染。

表1 恶臭强度6级分类法

2 恶臭强度与气体浓度的关系

恶臭作为一种环境公害，是通过刺激人的嗅觉器官造成情绪、心理上的不适或厌恶，即恶臭程度是一种主观评价。尽管主观感觉因人而异，也会受到其他因素的影响，但气味的感觉强度与气体浓度有着必然的内在联系。

恩斯特·海因里希·韦伯和古斯塔夫·西奥多·费希纳对人体的主观感觉强度和外界的客观刺激强度之间的关系进行了深入研究，在19世纪60年代提出了著名的韦伯-费希纳定律。由韦伯-费希纳定律得出的恶臭气体浓度-强度关系式见式（1）。5种恶臭气体浓度-强度关系式的参数见表2［7］。

式中：I为恶臭强度，无量纲；k为韦伯-费希纳系数；φ为恶臭气体体积分数，10-6；a为气体常数。

表2 5种恶臭气体浓度-强度关系式的参数

将表2中的恶臭气体浓度-强度关系式参数代入式（1），得到恶臭气体浓度-强度的关系，见图1。由图1可见：横坐标经过对数转换后，恶臭气体浓度-强度关系均表现为直线；在较低浓度时，恶臭强度随气体浓度升高而急剧增加；在较高浓度时，恶臭强度的增加相对平缓。若降低1/2的恶臭强度，约需降低9/10的恶臭气体浓度。由图1还可见：恶臭气体的嗅阈值（恶臭强度为1.5时的恶臭气体质量浓度）很低，其中乙硫醇的嗅阈值最低，二甲基二硫的嗅阈值最高；随恶臭气体浓度的增加，甲硫醇的恶臭强度最先达到5.0。

图1 恶臭气体浓度-强度关系图

3 我国环境标准与恶臭强度的关系

为了控制恶臭污染物对大气的污染，保护和改善环境，原国家环境保护总局于1993年发布了GB/T 14554—1993《恶臭污染物排放标准》［8］，对包括硫化氢、甲硫醇、甲硫醚和二甲基二硫等8种恶臭污染物的排放限值和浓度进行了规定。一级厂界和二级新改扩建厂界的恶臭指标以及按照式（1）计算的恶臭气体嗅阈值见表3。

表3 恶臭气体嗅阈值与厂界标准指标

由表3可见，恶臭硫化物厂界的标准浓度比嗅阈值高出一个数量级，说明在满足相应浓度要求的前提下，我国标准允许在排污单位周围存在一定程度的恶臭。由表3还可见，我国标准规定的一级厂界浓度标准限值对应的恶臭强度为2.5左右，二级新改扩建厂界标准限值对应恶臭强度为2.8左右，接近于中等恶臭强度值。在GB/T 14554—1993中没有规定乙硫醇的厂界浓度限值。由图1可见，当恶臭强度为2.5～2.8时，甲硫醇和乙硫醇的气体质量浓度接近。因此，可按照甲硫醇的标准限定乙硫醇的浓度和恶臭强度。

4 职业接触限值与恶臭强度的关系

含硫恶臭气体往往具有毒性，接触后会对人体造成生理伤害，严重时甚至危及生命。为了保护劳动者的身体健康和生命安全，不同国家（地区）对含硫恶臭气体的职业接触限值有着相应的标准或规定。我国国家职业卫生标准GBZ 2.1—2007《工作场所有害因素职业接触限值 化学有害因素》［9］对硫化氢、甲硫醇和乙硫醇的职业接触限值进行了规定。含硫恶臭气体职业接触限值与恶臭强度见表4。表4中甲硫醚和二甲基二硫的职业接触限值与恶臭强度源自美国政府工业卫生医师协会（ACGIH）2010年发布的数据［10-11］。MAC为最高容许浓度，指在一个工作日内、任何时间有毒化学物质均不应超过的浓度；TWA为时间加权平均容许浓度，一般指在每周工作5 d、每天工作8 h的情况下化学物质的时间加权平均浓度。除硫化氢的职业接触限值种类为最高容许浓度外，其余含硫恶臭物质接触限值均以时间加权平均容许浓度进行限制。

表4 含硫恶臭气体职业接触限值与恶臭强度

由表4可见，含硫恶臭气体职业接触限值对应的恶臭强度均在4以上，其中硫化氢和甲硫醇的恶臭强度达到5.0，说明含硫恶臭气体在浓度未达到卫生标准的限值前就已严重刺激人的嗅觉。即当人闻到较强恶臭前，含硫气体的浓度往往未超过职业接触限值。含硫恶臭物质的臭味可作为对人体产生危害的预示。但处于高浓度（质量浓度超过150 mg/ m3）的硫化氢环境中，人会由于嗅觉神经受到麻痹而快速失去嗅觉。长时间处于低硫化氢浓度的大气中也会使嗅觉灵敏度减弱。因此对于硫化氢而言，不能依靠气味来警示危险浓度［12］。

5 结论

a）含硫恶臭气体的嗅阈值很低。在恶臭气体浓度较低时，随气体浓度升高恶臭强度急剧增加。若降低1/2的恶臭强度，约需降低9/10的恶臭气体浓度。

b）GB/T 14554—1993《恶臭污染物排放标准》规定一级厂界浓度标准限值对应的恶臭强度为2.5左右，二级新改扩建厂界标准限值对应恶臭强度为2.8左右。

c）含硫恶臭气体职业接触限值对应的恶臭强度均在4以上，含硫恶臭物质的臭味可作为对人体产生危害的预示。但硫化氢不能依靠气味来警示危险浓度。

［1］ 黄黎明. 高含硫气藏安全清洁高效开发技术新进展［J］. 天然气工业，2015，35（4）：1 - 6.

［2］ 石油工业安全专业标准化技术委员会. SY/T 5087—2005 含硫化氢油气井安全钻井推荐作法［S］. 北京：石油工业出版社，2005.

［3］ 王刚. 炼油恶臭污染治理技术在中国石化天津分公司的应用实例［J］. 化工环保，2014，35（3）：235 -239.

［4］ 安伟铭，杨宏，潘峰，等. 炼油污水处理装置恶臭气体源强估算方法的比较［J］. 化工环保，2014，34 （6）：566 - 570.

［5］ 沈培明. 恶臭的评价与分析［M］. 北京：化学工业出版社，2005：1 - 2.

［6］ 马兴冠，马莹. 含硫恶臭气体处理方法的研究进展［J］. 辽宁化工，2011（3）：249 - 251.

［7］ 日本环境卫生中心. 关于恶臭物质等的研究报告［R］.神奈川县：日本环境卫生中心，1980：248 - 250.

［8］ 天津市环境保护科学研究所，北京市机电研究院环保技术研究所. GB/T 14554—1993 恶臭污染物排放标准［S］. 北京：中国标准出版社，1994.

［9］ 中国疾病预防控制中心职业卫生与中毒控制所，复旦大学公共卫生学院，华中科技大学同济公共卫生学院，等. GBZ 2.1—2007 工作场所有害因素职业接触限值 化学有害因素［S］. 北京：人民卫生出版社，2007.

［10］ 王祖兵. ACGIH 2010年工作场所化学物质阈限值名单：一［J］. 职业卫生与应急救援，2010，28（6）：289 - 292.

［11］ 王祖兵. ACGIH 2010年工作场所化学物质阈限值名单：续1［J］. 职业卫生与应急救援，2011，29（1）：8 - 11.

［12］ 石油工业安全专业标准化技术委员会. SY/T 6277—2005 含硫油气田硫化氢监测与人身 安全防护规程［S］. 北京：石油工业出版社，2005.

（编辑 王 馨）

Relationship between odor threshold limit value and odor intensity in sour gas fields

Dai Wanneng1，Shi Lei2，Liu Wenzhu2，Yuan Ye3，Gao Xiaogen1

（1. Research Institute of Natural Gas Technology，PetroChina Southwest Oil & Gasfi eld Company，Chengdu Sichuan 610213，China；2. Central Sichuan Oil-gas Mine，PetroChina Southwest Oil & Gasfi eld Company，Suining Sichuan 629000，China；3. Hospital Center，PetroChina Southwest Oil & Gasfi eld，Chengdu Sichuan 610213，China）

The 6-level classifi cation method of odor intensity was introduced. Focusing on the 5 typical odor sulfi des in sour gas fi elds，the relationship between gas concentration and odor intensity was studied using the Weber-Fechner’s formula，and the odor intensities corresponding to the threshold limit value provided in Chinese environmental standards and occupational health standards were calculated. The calculation results show that：According to the national emission standard of GB/T 14554-1993，the odor intensities corresponding to the fi rst-and second-grade limits of gas concentration in factory boundary are about 2.5 and 2.8 respectively；According to the national occupational health standard of GBZ 2.1-2007，the odor intensity corresponding to the occupational exposure limits of odor sulfi des are all above 4.

sour gas fi eld；odor gas；odor intensity；threshold limit value

X511

A

1006-1878（2016）01-0106-04

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.01.021

2015 - 08 - 24；

2015 - 10 - 15。

戴万能（1984—），男，四川省乐山市人，博士，工程师，电话 028 - 85604589，电邮 dai_wn@petrochina.com.cn。