海上油气平台硫化氢探测设备布置与选型研究

平 洋

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

海上油气平台在生产过程中通常会产生硫化氢气体，该气体具有较强毒性和可燃性。因此，硫化氢气体的泄漏对海上油气平台生产和人员安全存在极大危害。本文介绍了海上油气平台硫化氢气体探测设备布置方法，并在此基础上结合项目应用实例进行布置优化分析，保证平台平稳生产和人员安全，为硫化氢探测设备的进一步推广应用提供参考。

1 硫化氢气体特性及探测要求

硫化氢是可燃性无色气体，空气中爆炸极限为4.3%～45.5%（体积比），自燃温度260℃；硫化氢也是强烈的神经毒物，对粘膜亦有明显的刺激作用。较低浓度，即可引起呼吸道及眼粘膜的局部刺激作用；浓度愈高，全身性作用愈明显，表现为中枢神经系统症状和窒息症状。

海上平台油气田设施上设置的探测系统应能及时、准确地探测硫化氢气体，尽早地进行逻辑分析、处理，实现报警，保护平台操作人员及生产设施的安全。

表1 硫化氢浓度与毒害作用对应表Table 1 Corresponding table of hydrogen sulfide concentration and toxicity

表2 硫化氢探测设备的性能参数Table 2 Performance parameters of hydrogen sulfide detection equipment

在含硫化氢的海洋油田生产设施作业中，应评估环境的苛刻程度。如果工作区域的硫化氢浓度8h 加权平均数（TWZ）高于阈限值15mg/m3（10ppm），应提供个人保护。

当平台工艺系统中的硫化氢气体发生泄漏，或者硫化氢从泄漏的液态流体中散发出来的时候，探测系统能否及时地探测到，应考虑3 个因素：

① 探头位置是否接近于含有泄漏源的泄漏区域内。

② 探头位置在最大可能检测到泄漏或扩散出来的硫化氢气体方向。

③ 探头在规定的响应时间内能否对接触到的硫化氢做出报警。

2 硫化氢探测设备布置方法

目前，海上平台使用的硫化氢探测设备主要有固定式和便携式两种。当现场需24h 连续监测硫化氢浓度时，应采用固定式硫化氢探测设备，探头的多少可以根据现场测定点的数量来确定。探头置于现场硫化氢易泄漏区域，应安装在整个工作区域都能探测的位置。

如果大气中的硫化氢浓度达到或超过15mg/m3（10ppm），海上油田钻井平台应配备探测范围0ppm ～20ppm 和0ppm ～100ppm 的便携式硫化氢探测设备各一套[1]。便携式硫化氢探测设备的第1 级预警阈值均应设置在10ppm，第2 级报警阈值均应设置在20ppm。

2.1 固定式硫化氢探测设备布置推荐位置

针对含硫化氢的海洋油气田生产设施，通过对泄漏区域、扩散路径及人员经常暴露场所的分析，平台的作业人员一般有平台长、吊机工、电工、操作工等，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。从不同工种在不同区域内硫化氢环境暴露风险来看，油气处理系统危险区域及生活区是重点关注的场所。

固定式探头的布置如下：

1）含硫化氢的采油设施

①井口采油树；②生产测试管汇；③生产分离器；④生产加热器；⑤闭排罐；⑥开排罐；⑦冷放空系统；⑧清管球发射器；⑨硫化氢可能聚集的其他区域，如泄压和排放口。

2）生活楼：生活区进风口。

3）组块房间：电气开关间进风口、中控室进风口。

2.2 固定式硫化氢探测设备安装要求

固定硫化氢探测设备安装位置为离地面高度300mm ～600mm，同时探测器布置及相关安装要求应结合生产厂商的要求为基础，布置范围要求如下[2]：

图1 油气平台生产区域硫化氢和可燃气探测设备布置图Fig.1 Layout of hydrogen sulfide and combustible gas detection equipment in production area of oil and gas platform

1）有毒气体释放源在室外开放或半开放场所，当检测点位于释放源的最小频率风向的上风侧时，有毒气体检测点与释放源的距离不宜大于2m；当检测点位于释放源的最小频率风向的下风侧时，有毒气体检测点与释放源的距离不宜大于1m。

2）有毒气体释放源处于封闭场所，有毒气体检测器距释放源不宜大于1m。

3 硫化氢探测设备选型

目前硫化氢气体探头分两类，一类为固体氧化物MOS半导体传感器，另一类为电化学传感器。

固体金属氧化物半导体检测硫化氢气体，传感器由两片薄片组成：一片是加热片，另一片是对硫化氢气体敏感的气敏片。两片薄片都以真空镀膜的方式安装在一个硅芯片上，加热片将气敏片的工作温度提升到能对硫化氢气体反应的水平，气敏片上有金属氧化物，可动态地显示硫化氢气体浓度的变化。

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检测值。

表3 硫化氢探测设备优化布置数量统计Table 3 Quantity statistics of optimized layout of hydrogen sulfide detection equipment

两种传感器性能对比：MOS 半导体传感器优点为工作环境温度宽，使用寿命长；缺点为线性范围窄，选择性差，响应时间偏慢，干扰因素多，误报几率大。电化学的特点是响应时间快，性能比较稳定，选择性较好、线性范围比较宽，耗电很小，分辨率可达1ppm；缺点为工作环境温度窄。根据两种传感器性能特点，目前海上油气平台主要采用电化学传感器。

4 项目应用实例

某项目油田为高含硫油田，硫化氢探测设备主要布置在井口区、电加热器、测试管汇、测试分离器、物流阀区等重要生产设备设施周边。主要区域布置图如图1 所示。

在图1 中，同一区域内硫化氢探测设备数量略少于可燃气探测设备数量。因为在硫化氢泄漏的过程中一般伴随着可燃气的泄漏，可燃气探头对硫化氢气体的泄漏也起到一定的辅助检测作用。因此，在可燃气探测设备布置密集区域，硫化氢探测设备数量可适当减少[3]，充分发挥可燃气探测设备的辅助监测作用，实现布置方案优化。

5 结束语

本文介绍了海上油气平台硫化氢探测设备布置和选型方法，对硫化氢探测设备布置位置、安装要求、性能参数进行总结，并结合项目实例进行布置优化，为硫化氢探测设备的进一步推广应用提供参考。