??????? 摘要：我國高含硫氣田大規模開發尚屬首次，缺乏成熟配套的安全控制技術、標準規范和管理體系，安全生產和應急處置面臨一系列技術難題。普光氣田硫化氫含量高、壓力高、集輸系統點多線長，泄漏監測與安全控制要求高，同時由于地形復雜，人口密集，應急處置和應急疏散難度大。為此，①通過建立含硫天然氣泄漏山地擴散模型，對不同生產區域的安全防護距離進行了優化，確定了我國高含硫氣田的安全防護距離；集成紅外、激光、電化學和無線遠程監測，形成了平面布局、立體布防、全方位的天然氣泄漏多元監測體系；優化氣井、集輸、凈化、外輸緊急關斷系統的邏輯關系，創建了大型高含硫氣田上下游一體化的4級聯鎖關斷系統。②應用含硫天然氣泄漏山地擴散模型劃分應急區域，建設了最大規模的緊急疏散通訊系統，通過應急疏散能力評估對應急道路進行了優化，研發了山地消防坦克和遠程點火等裝備，建立了完整的應急處置、人員疏散與應急救援體系，形成了復雜山地高含硫氣田大規模應急疏散與救援技術。這些措施為該氣田綠色、高效開發提供了安全保障。
??????? 關鍵詞：普光氣田；高含硫天然氣；天然氣泄漏；泄漏監測；緊急關斷；安全控制；應急疏散；應急管理
??????? 普光氣田天然氣中的硫化氫含量高達15%，二氧化碳含量為8%左右，是典型的高含硫酸性氣田，也是目前國內開發的硫化氫含量最高的天然氣田。
??????? 普光氣田采用濕氣集輸工藝，集輸系統地形復雜、點多面廣，泄漏風險大[1]，準確快速監測難度大。一旦某個節點發生重大泄漏或應急事故，對上、下游的生產都會產生影響，因而從氣井生產、管道集輸、凈化處理到天然氣外輸的各個環節都要求具有安全可靠的快速響應和聯鎖關斷機制[2]。而且普光氣田地處川東北山區，地形險峻，相對高差最大近1000m，人口稠密，應急救援難度很大。因此，安全控制和應急管理措施成為氣田開發的重中之重。
??????? 1 安全控制措施
??????? 1.1 天然氣泄漏擴散模擬及防護距離優化
??????? 1.1.1復雜地形條件高含硫天然氣泄漏擴散模擬[3]
??????? 應用三維數字高程模型、非結構網格劃分、非線性擬合等理論，真實再現普光復雜地形，建立了硫化氫山地擴散模型，模擬復雜山地高含硫天然氣泄漏擴散規律。采用有色煙霧釋放和六氟化硫(SF6)擴散示蹤兩種實驗手段，對復雜山地硫化氫泄漏進行現場模擬實驗，同時對擴散模型進行驗證。共進行10組煙霧釋放實驗，記錄影像150min；5組六氟化硫釋放實驗，收集六氟化硫數據165組。誤差分析表明，模型與實測結果誤差小于±15%。
??????? 研究表明，在復雜地形影響下，硫化氫泄漏擴散具有顯著的不確定性，主要表現為：向有利于氣體運動和聚集的地形環境擴散，如：平緩坡地、山澗、山谷、河谷等；沿下風向分布，在泄漏口周邊下風向臨近區域形成穩定危害區域，遠離泄漏口后，在山前、低洼處、氣流通道等易形成危害區域；山體阻擋時，順風逆坡而上，在山體正面形成大面積堆積，危害嚴重；在“U”形山谷大量蓄積，難以擴散，進而產生持續和大面積危害。
??????? 1.1.2硫化氫防護距離優化
??????? 采用高含硫天然氣泄漏山地擴散模型，結合硫化氫毒理學分析，分別計算出集輸管道、集氣站和凈化廠發生天然氣泄漏的毒性負荷和1000ppm(硫化氫濃度1ppm=1.5mg/m3，下同)瞬間致死濃度硫化氫煙羽擴散距離，以此為參考建立硫化氫安全防護距離。
??????? 模擬結果表明：
??????? 1) 集輸管道發生高含硫天然氣泄漏時，1000ppm硫化氫煙羽最遠擴散距離為11Om。綜合考慮泄漏監測、緊急關斷等安全保障和應急處置措施，同時參考加拿大EUB標準，將安全防護距離確定為100m。
??????? 2) 集氣站發生高含硫天然氣泄漏時，1000ppm硫化氫煙羽最遠擴散距離為286m。氣井井口和井下同時安裝了安全閥，具有遠程關斷、火災易熔塞自動關斷、高低壓限壓關斷等多重關斷措施，同時考慮單井產量高，人口密集，地形復雜等因素，將安全防護距離確定為300m。
??????? 3) 凈化廠發生高含硫天然氣泄漏時，1000ppm硫化氫煙羽最遠擴散距離為401m。考慮到凈化廠有6套聯合裝置，凈化處理規模大，為降低安全風險，將凈化廠安全防護距離擴大到800m。
??????? 投料試車前，在地方政府的大力支持下，對于設防距離內的2603戶民居全部拆遷，并在管線、站場、凈化廠周邊安全距離處設置了界樁，起提示和警告作用。
??????? 1.2 天然氣泄漏多元監測技術
??????? 1.2.1集氣站場泄漏監測技術
??????? 高含硫天然氣的劇毒性和易燃易爆特性對泄漏的準確、及時監測提出了很高的要求。為提高：泄漏監測的可靠性，在不同的生產裝置區分別采用硫化氫、可燃氣體等監測手段進行實時監測。根據天然氣泄漏擴散模擬結果[3]對生產系統的泄漏監測點進行優化配置。泄漏監測布點原則主要有3點：①根據HAZOP分析和LEAK軟件泄漏頻率計算結果，綜合考慮氣候條件，確定布點方案；②根據工藝流程、裝置設備以及人員活動頻率確定布點方案；③根據特殊地段特點，借鑒國外泄漏監測經驗，確定布點方案。
??????? 根據站場工藝流程特點，結合監測儀器特性，在井口、分離器、加熱爐等區域設置硫化氫探測器和可燃氣體探測器，構建立體監測網絡。根據硫化氫比空氣重的特性，硫化氫探測器貼近地面安裝，并可按要求設定報警值。可燃氣體探測器利用紅外光聲原理探測甲烷濃度。此外還安裝了火焰探測、視頻監控以及報警裝置。監測信號同步遠傳到站控室、中控室、119調度中心和應急指揮中心。
??????? 1.2.2閥室泄漏監測技術
??????? 在管道截斷閥室配置電子防爆管單元，監測管線的壓力變化并推斷管線是否存在泄漏，根據電子防爆管單元的壓降速率報警。同時還安裝了硫化氫氣體探測器、可燃氣體探測器、狀態指示燈和報警系統，報警狀態直接傳送給中控室。
??????? 1.2.3隧道泄漏監測技術
??????? 在集輸管道隧道兩端設置電化學式有毒氣體探測器和開路式、紅外吸收補償式可燃氣體探測器，并安裝狀態指示燈實現聲光報警。此外，在隧道內還安裝了新開發研制的激光監測裝置[4]，同時監測甲烷和硫化氫兩種氣體的泄漏，監測距離達到1km，監測靈敏度20ppm，實現了遠距離監測和微量泄漏預警。
??????? 普光氣田集輸系統共設置各類泄漏監測裝置900余套，其中在黃家巖隧道、眼梁隧道等5條隧道中安裝了激光監測裝置。
??????? 1.2.4無線遠程監測技術
??????? 針對氣田開發生產中的氣井放噴作業、檢維修、應急救援與疏散等特殊狀況，利用無線遠程多點布控技術，建立區域監測網絡，跟蹤監測天然氣、硫化氫，以及大氣中的二氧化硫、氧氣等含量，為確定安全區域、指導疏散撤離、保障人員安全提供決策依據。該監測系統由兩臺主機和16臺終端組成。一臺主機用于現場監測，另一臺用于遠程數據傳輸，各終端監測數據無線傳輸到監控站，實現實時監控。無線遠程監測半徑達4km，可一次同時布設32個監測點。
??????? 1.3 自動控制與聯鎖關斷
??????? 1.3.1 SCADA自動控制系統
??????? 普光氣田集輸系統采用SCADA(Suppervisory Control And Data Acquisition System)自動控制系.統，它將先進的計算機技術、工業控制技術和通信技術有機地結合在一起，既具有強大的現場測控功能，又具有極強的組網通信能力，是自動化領域中廣泛應用的重要系統之一。
??????? SCADA系統采用冗余光纖環網作為主干網，5.8G無線網絡為備用。整個SCADA系統分為3大部分：過程控制系統(PCS)、安全儀表系統(SIS)以及中心數據處理系統。在每一個控制節點(站場和閥室)均分別設置兩套子系統：即過程控制系統(PCS)和安全儀表系統(SIS)，作為一個單獨的網絡節點，掛在相同的光纖通信子網及5.8G無線備用網絡上，分別對應實時數據服務器和中心安全儀表系統上傳或下載數據。其中PCS主要負責正常的工藝流程控制和監視，SIS則負責對超出PCS控制范圍的工藝控制對象進行相應的聯鎖保護。
??????? 1.3.2上下游聯鎖關斷系統
??????? 普光氣田根據生產流程可分為3大系統，即集輸系統(含井口控制系統)、凈化處理系統和天然氣外輸系統。這3大系統有各自獨立的安全控制體系：集輸系統采用SCADA+SIS，凈化廠采用DCS+SIS系統，普光輸氣首站采用SCS+緊急關斷(ESD)系統[2]。3大系統中任意一個系統出現重大泄漏或應急事故，都將直接威脅到上(下)游的安全[5]，因此要求3大系統實現聯鎖關斷，而且要求響應及時，關斷可靠。為此，按全氣田、單線、單站、單元設備劃分區域，實行4級聯鎖。通過優化控制邏輯、優選系統互聯技術，整合3大控制系統，形成集輸、凈化及外輸管道的聯鎖關斷，創建了大型高含硫氣田上下游一體化的4級聯鎖關斷系統。當任何一個系統發生一級關斷時，上下游的其他幾個系統能自動觸發一級關斷，如切斷閥門、關閉井口等，上下游各部分通過聯鎖進行控制，從而大大提高了系統的安全性。