H2S探头在海洋平台的布置与控制方案

王 崴 李 俊 王 凯

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

H2S探头在海洋平台的布置与控制方案

王 崴 李 俊 王 凯

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

依据国家有关法规和运行标准，对海洋石油平台H2S的泄漏源和人员工作场所进行风险分析，划分H2S的风险区域；然后给出H2S和可燃气探头的工作原理与性能参数；最后在海洋平台上合理布置探测元件，并给出应对H2S风险的有效控制方案。

H2S气体监测 海洋石油平台 风险分析 探测性能 控制方案

H2S气体无色、剧毒，呈弱酸性，有典型的臭鸡蛋味，比重大于空气[1，2]。油田在投产后发现产液中含有H2S，是平台投产后的重大安全隐患。因此，对H2S的探测监控等方面开展风险评估工作，提出相应合理可行的措施建议，充分保证平台的正常生产与人员安全，是极其重要的一项工作。为此，笔者针对含H2S的海洋石油平台作业环境，依据国家有关法规和运行标准，设计科学、合理且详细的H2S探测设备布置方案，采取报警和保护措施。

平台上设置的探测系统要及时、准确地探测H2S气体，尽早进行逻辑分析与处理，实现报警，以保护平台操作人员和生产设施的安全。 当工艺系统中的H2S气体发生泄漏，或者H2S从泄漏的液态流体中挥发，探测系统及时加以探测主要取决于3个因素：探头位置是否与泄漏源接近；泄漏或挥发出来的H2S气体能否快速地扩散到探头探测的位置；探头接触H2S反应报警的时间。为此，设计如图1所示的H2S气体探测分析线路。

2 H2S风险分析与探测器的布置

2.1H2S风险分析

井口平台一旦发生H2S气体泄漏，处在H2S气体扩散范围内的作业人员将受到一定的影响。考虑人员防护上限浓度0.02‰以上的H2S毒气所产生的风险，《海洋石油作业H2S防护安全要求》中明确指出防护安全临界浓度为0.02‰，危险临界浓度为0.10‰[3]。

2.1.1H2S泄漏区域分析

分析可能泄漏或出现泄漏的位置和区域对有效的H2S气体探测是非常关键的，同时也是衡量人员暴露于H2S环境风险的一个重要参数。

危险区域内。平台危险区域的划分是根据出现引燃或爆炸浓度的可燃性气体的可能程度进行的，共分为3类(参见《海上固定平台安全规则》)。由于工艺气泄漏发生后，可燃性气体中含有一定浓度的H2S气体，对于0类、1类危险区来说，正常的操作情况下可能出现H2S气体；而对于2类危险区，在不正常的操作条件下，有可能出现H2S气体[4]。主要的油气处理系统有：井口采油树、生产测试管汇、生产分离器、生产加热器、原油外输泵、闭排系统、开排系统和冷放空系统。

非危险区域内。非危险区域内也有出现H2S气体的可能性，在注水单元内的设备，都有发生生产水泄漏的可能性，生产水中溶解有H2S，可能在甲板空间内挥发出来，如注水泵、注水过滤器及除砂器等。

H2S属于可溶气体，在常温常压下1体积的水中大约能够溶解2.6体积的H2S气体，而且溶解度随压力的增大、温度的降低而增加。液态水挥发的蒸汽生成速率很小，其中H2S气体挥发生成速率非常小，在充分通风的甲板空间内不会对人员产生较大影响，故不建议在注水设备区域加装固定H2S探头。

2.1.2人员暴露风险分析

平台的作业人员一般有平台长、吊机工、电工、操作工及后勤人员等，对于不同的工种，其职责不同，因此在平台各个区域内的活动时间分配也不相同。平台长负责整个平台的管理，进行巡检以及对外来作业人员的管理等，工作场所分布在平台与室内，每层甲板都得关注；操作工负责中控室与平台的维修，工作于平台与室内，同时每层甲板都得关注；吊机工负责吊机操作，因此大部分时间工作于平台的控制室内，基本活跃于上层甲板；电工负责平台电力电器的日常检修工作，工作场所为平台与室内，每层甲板都得关注；后勤负责平台人员的饮食，工作场所为室内。

从不同工种在不同区域内的H2S环境暴露风险来看，井口平台危险区域和生活区是重点关注的场所。

2.2H2S探头探测性能分析

固定式H2S探头可以24h连续监测现场H2S浓度，监测仪探头置于现场H2S易泄漏区域[5～10]。

2.2.1H2S探头工作原理

目前H2S气体探头分为两类，一类为半导体传感器，另一类为电化学传感器。

半导体传感器内装有MOS感应物质来监测H2S气体，MOS感应物充满于两电极之间，当MOS感应物吸收到H2S气体时，两电极间的电阻急剧下降，电阻的下降与所吸收到H2S气体的量成比例关系。

电化学传感器中的化学组分同待测气体发生电化学反应而在其中的两个电极间产生电位变化，该电位变化同待测气体的浓度成正比，通过电子方法将该信号同浓度值相对应，就可以直接得到气体浓度监测值。

两种传感器的运行特点：半导体传感器最大的优点为使用寿命长、工作环境温度宽，缺点是线性范围窄、选择性差、响应时间偏慢、干扰因素多、误报几率大；电化学式传感器的优点是响应时间快、性能比较稳定、选择性较好、线性范围比较宽、耗电很小、分辨率0.001‰，缺点为寿命偏短。选用时应权衡侧重点做出最佳判断。

2.2.2H2S探头反应时间和探测范围

H2S扩散浓度相同的条件下，在空气流动性好的区域安装H2S探头，探测效果劣于在空气流动较差区域内进行探测的效果。换句话说，如果刚达到H2S气体探测报警浓度，但是探头接触H2S的时间较短，有可能无法发出报警信号。因此，探头的反应灵敏度对探测性能至关重要。

依据相关规定：H2S气体探头与释放源的距离，室外不宜大于2m，室内不宜大于1m；安装位置距地面高度30～60cm。

2.3可燃性气体探头

APIRP55中明确指出可以采用固定式可燃气体监测系统监测潜在H2S危险大气条件的存在，因此无需完全按照H2S探头的探测范围来布置探头，而且目前也无相关法规要求H2S探头必须覆盖整个危险区域。重点部位使用H2S探头探测，同时发挥平台甲板可燃性协助探测的作用，是最优的H2S探测方案。

2.4H2S探测装置的加装分析

2.4.1H2S固定式探头的布置

基于H2S泄漏点和人员暴露场所对H2S探头布置进行分析，并结合探头的工作原理，以某海洋平台为例，设计平台部分H2S探头加装位置如图2、3所示，其中有井口区(20口井)6个、生产管汇两个、生产加热器(两台)两个、生产分离器3个、原油外输泵(4台)3个、配电间进风口(主与应急)3个。

图3 H2S探头布置二

2.4.2H2S在线分析仪的布置

为了实时准确监测分离器中H2S的含量，在分离器的气相出口安装H2S在线分析仪，为H2S缓蚀药剂的选型和注入浓度提供依据。此方案的优点为实时监测，在中控室获取相关准确信息，可以更加高效地保护设备。

分析仪采用的测量方法有：醋酸铅纸带比色法、紫外吸收法、气相色谱法、电化学法。目前采用第一种方式的偏多，但随着科学的发展，第3种将成为发展趋势。

同时，可通过安装在线H2S腐蚀监测挂片，定期更换分析的方式，筛选出高效的防H2S缓蚀药剂注入到工艺设备中进行防腐，达到保护设备的目的。此方法的优点为价格相对在线分析仪较便宜，但实时监测的效果不理想。

2.4.3便携式H2S探测器

依据《海洋石油作业H2S防护安全要求》，配备探测范围为0.00‰～0.02‰和0.00‰～0.10‰的便携式H2S探测器各一套放在钻井监督室或钻台上，同时生活区配备几台，便于平台巡查。

3 H2S控制系统方案

将监测到的H2S探头信号接入中控系统，参考SY 6504-2000《浅海石油作业H2S防护安全规定》和SY/T 6610-2005《含H2S油气井下作业推荐作法》，设计当探头监测到H2S气体时中控系统的联锁动作如下[11，12]：

a. 当监测到的H2S气体浓度达到0.01‰时，中控室控制系统进行H2S气体泄漏报警。

b. 当监测到的H2S气体浓度达到0.02‰时(除生活区进风口、中控室进风口、电气开关间进风口、井口采油树)，中控室控制系统盘上进行H2S气体泄漏报警；平台状态灯报警；平台广播系统进行广播报警；关断相应的泄漏设备源头；切断作业现场可能出现的着火源；关闭井口平台组块工作间和生活楼通风口；启动喷淋系统进行H2S气体稀释、溶解。

c. 当监测到的H2S气体浓度达到0.05‰或者生活楼进风口、中控室进风口、电气开关间进风口和井口采油树监测到的H2S气体浓度达到0.02‰时，中控室控制系统进行H2S气体泄漏报警；平台状态灯报警；平台广播系统进行广播报警；关停生产设施；切断作业现场可能出现的着火源；关闭井口平台组块工作间和生活楼通风口；启动喷淋系统进行H2S气体稀释、溶解。

d. 当监测到的H2S气体浓度达到危险临界浓度0.10‰，且无法控制局面时，组织人员撤离。

4 结束语

海洋石油产液中含H2S是平台投产后的重大安全隐患，有效进行相关应对措施将保证井口平台的正常生产与人员安全。笔者分析并给出了H2S的探测分析路线，依据国家法规和行业标准，设计了适合海洋平台的应对H2S泄漏的气体监测探头合理布置方法，同时提出了H2S危害的有效控制方案。该系统在某海洋石油生产平台上投运后，达到了良好的监测效果，具有推广应用价值。

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[11] SY/T 6610-2005,含H2S油气井井下作业推荐作法[S].北京:石油工业出版社,2014.

[12] SY 6504-2000,浅海石油作业H2S防护安全规定[S].北京:石油工业出版社,2011.

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1000-3932(2016)01-0093-04

2015-11-03(修改稿)