在石油工业中,泄漏就像疾病一样不可避免。
石油被称为“工业的血液”,是现代社会最重要的能源和化工原料。从我们熟悉的汽油、柴油等动力燃料到机械、仪表使用的润滑油,从有机化工原料乙烯、苯到合成纤维、合成橡胶、医药、农药、染料等等,大部分都是石油及其化工产品。可以说,我们的衣食住行、生产和生活都离不开石油。
石油工业是一个由上下游组成的综合性工业。从上游——石油的勘探开发由地下开采石油、天然气开始,到下游——以石油为原料,经过分馏、裂解等工艺生产出各种油品、烯烃(乙烯、丙烯、丁二烯)及芳烃(苯、甲苯、二甲苯)等基础原料和由这些原料合成的一系列产品(醇、醛、酸、酯等)与合成树脂、合成纤维、合成橡胶等高分子合成工业,都属于石油工业。
概括起来,石油工业分为采油、炼油、化纤、化肥四大产业,是我国的支柱工业之一。
在石油的生产、加工、储运乃至销售环节,始终伴随着易燃、易爆、高温、高压、有毒有害和腐蚀等危险因素。而“跑、冒、滴、漏”在石油工业普遍存在,是个“老、大、难”问题。现在很多企业还一直是“小漏维持生产、大漏停车检修”的局面。泄漏给生产带来了极大危害和无穷烦恼。随着生产装置的大型化,生产工艺向高温、高压、高速的方向发展,出现泄漏的机率越来越多,发生事故的危险越来越大,造成的经济损失也越来越大。往往一处管线、一台设备的泄漏就有可能导致一片油井、一套装置,乃至全厂停产,还极可能会引起火灾、爆炸,造成人员伤亡等重大事故发生。
可以说,泄漏是石油工业安全生产最大的威胁。
第一节 泄漏的概念
那么,泄漏的定义是什么?
由于密闭的容器、管道、设备等内外两侧存在压力差,因此在其使用过程中,内部介质在不允许流动的部位通过孔、毛细管等缺陷渗出、漏失或允许流动的部位流动量超过允许量的一种现象,叫作泄漏。
泄漏需要有泄漏通道及存在压力差,而压差是产生泄漏的根本原因。
一、泄漏的分类
石油工业的泄漏情况是复杂的、多种多样的,泄漏发生的部位及原因也相当广泛。站在不同的角度,泄漏就有不同的分类。
1.按泄漏的物质分
泄漏物质一般分为气态、液态、固态三类。石油工业常见的气态物质有天然气、煤气、蒸汽、空气、氧气等;液态物质有“水”(热水、自来水、软水、循环洗涤水、冷却水和污水)、“油”(原油、成品油)以及酸、碱、盐和溶剂等;常见的固态物质有粉尘、砂粒等;另外还有看不见的物质泄漏,如电、电磁波、紫外线等。最常见的泄漏物是石油、天然气和水。
2.按介质泄漏量来分
根据泄漏量的大小,可分为:渗漏、滴漏、喷漏。
3.按泄漏部位来分
可分为本体泄漏和密封泄漏。本体泄漏如管道、阀体、壳体等设备本身产生的泄漏;密封泄漏是指密封件的泄漏,如法兰、螺纹静密封泄漏以及泵、压缩机等动密封处的泄漏。
4.按泄漏介质的流向分
有向外泄漏、向内泄漏、内部泄漏,如阀门关闭后阀座处仍然有介质流过,叫作内漏。
5.按泄漏发生的频率分
有些泄漏是突发性的,也有些泄漏是渐进的、经常性的。突发性泄漏危害最大。
石油工业中最常见的泄漏,按介质以天然气、蒸汽最多;按部位以法兰最多,约占泄漏次数的60%以上。天然气比石油更具有危险性、突发性,事故发生的次数较高,后果也往往更为严重。
二、无泄漏标准
原中国石油化工总公司1992年修订的《石油化工设备完好标准》对石油化工厂通用的各类设备及无泄漏装置(区)都有明确的标准。
对于离心泵、离心式压缩机、离心式风机、管式加热炉、塔、管壳式换热器、贮罐、汽轮机、锅炉、电动机等通用设备的完好标准,都要求做到无泄漏。
一般来讲,静密封可能达到“无泄漏”、“零泄漏”,但是对于动密封,要达到“无泄漏”是相当困难的,甚至是不可能的。所谓的“无泄漏”是指泄漏量在规定的范围内。
无泄漏装置(区)的标准是:
(1)密封点统计准确无误;
(2)作风过硬,管理完善,见漏就堵,常查常改不间断;
(3)泄漏率经常保持在0.5‰以下,并无明显泄漏;
(4)静密封档案做到资料记录齐全。
三、石油化工设备、管路密封点计算办法及要求
1.静密封点的计算方法
一个静密封结合处算一个密封点,例如:一对法兰,不论其规格大小,均算一个密封点;一个阀门一般算4个密封点,如阀门另有丝堵或阀后联结放空,则应多算一个(特殊阀门例外);一个丝扣活接头算3个密封点。
有一处泄漏就算一个泄漏点,不论是密封点或焊缝裂纹、砂眼以及其它原因等造成的泄漏,不论其大小,均作漏点统计。
2.静密封泄漏检验标准
在检查时,达到以下要求即认为合格:
(1)设备及管路的结合部位用肉眼观察,不结焦、不冒汽、无物料渗漏。
(2)焊接或联结部位或仪表工艺管、空气管的联结处,用肥皂水试漏,无气泡(真空部位,用薄纸条吸的办法)。
(3)在氨水、氧气、瓦斯气等易燃易爆或有毒气体系统,用肥皂水或试纸检查无气泡,不变色。
第二节 泄漏的危害
在我国许多石油企业中,“跑、冒、滴、漏”现象随处可见,如云雾缭绕(蒸汽)、异味扑鼻(油、气及中间产品)。由于司空见惯,也就习以为常,甚至在有些人看来是天经地义的,其实这正是管理不善、技术落后的标志。
一、石油工业的生产特点
石油工业的生产特点决定了泄漏是安全正常生产最大的敌人。
首先,从介质上看,石油工业的原料、中间产品和成品的绝大部分易燃、易爆,属于化学危险品。
石油工业的工作对象就是石油、天然气,石油产品电阻率高,介电常数低,易产生和积聚静电,较其它行业具有更大的危险性。
其次,从生产工艺条件上看,石油工业具有高温、高压、深冷等特点。
由于高温、高压、深冷能够提高生产效率,降低能耗,取得更好的经济效益,石油化工的生产工艺条件日益高深。例如,石油裂解炉内的温度高达800~1000℃。生产尿素的反应压力在10MPa以上,高压聚乙烯需要在100~300MPa和50~300℃的高温下才能聚合生成。空气分离、制氮流程温度须低至-170℃,液化天然气需要在-200℃低温下才能运送。高压易使设备材料损坏,泄漏机会增多,使物质的爆炸极限范围变宽,更易发生着火或爆炸;高温可使金属材料发生蠕变,改变金相组织,降低机械强度;低温会使得设备材料变脆易裂;高温系统如果温度超过物料的燃点,泄漏到空气中就会自燃起火。另外,由于技术和管理水平、经济条件的限制,生产设施在耐腐蚀、耐高温、耐高压及密封性能上尚存在问题,都会对设备的强度和密封性能产生不利影响而成为泄漏隐患。
第三,从生产方式上看,石油工业具有连续性、工艺过程复杂、规模大、控制难度大的特点。
石油的生产及其化工过程连续性强,其中一道工序中断,都很可能影响整个生产过程,停车不仅浪费原料、损失产量,而且还会影响设备的使用寿命。
现代工业的生产规模日益扩大。为了保证生产正常、连续、稳定地进行,各种原料、中间产品和成品的储存、运输量也越来越大,生产高度集中、产品储存也比较集中。一旦发生火灾、爆炸事故,易于波及蔓延,引起连锁反应,造成巨大损失。
生产工艺也越来越复杂,各种管道纵横交错,密密麻麻,让人眼花缭乱。生产操作越来越复杂多变,在生产中关错一个闸门、看错一个数据,都有可能带来一场事故。
电脑与自动化控制与管理技术广泛进入生产操作,这跟早先的操作与管理技术有明显不同,人们的认识也不可能完全跟上。
第四,火源、电源、热源交织使用,点火源多。
在石油工业中,能够引起物料着火、爆炸的火源很多,如加热炉明火、静电火花、电气火花、冲击摩擦热等。有些点火源很隐蔽,不易被人们察觉,如潜伏性强的静电。随着各种电气设备和自动化仪表的广泛应用,由于电接点接触不良、线路短路等所致的电火花引起的火灾明显增多。在易燃易爆物存在的场合,点火源越多,火灾危险性越大。
二、主要危害
泄漏给石油工业造成的危害是巨大的,主要有下面几个方面:
1.物料和能量损失
泄漏首先流失了有用物料和能量,这是不言而喻的。泄漏增加了物料消耗,使企业成本上升,效益下降。价格昂贵的物质泄漏所造成的经济损失是显而易见的,而像水、蒸汽这些便宜的物质则容易被人忽视,但是积累起来就会叫人大吃一惊。据建设部1996年统计,我国城市供水损失的60%以上为管网漏失,而漏失率占总供水量的13%~15%,损失惊人。
泄漏还会降低生产装置和机器设备的出力率和运转率,严重的泄漏还会导致生产无法正常运行,装置被迫停车抢修,造成更为严重的经济损失。如今现代化的炼油联合生产装置,停产1天将损失百万元以上。开停车不仅经济损失大,而且对装置本身的损坏也大,发生事故的可能性增大。
2.引发事故灾害
泄漏是导致石油工业发生火灾、爆炸事故的主要原因。一是因为生产物料几乎都是易燃易爆物质;二是空气无处不在;三是由于生产工艺、安装、检修等过程的需要,离不开火源。因此,在生产过程中,一旦物料泄漏到周围大气中,或由于负压操作、系统串气,空气窜入生产装置内,都极有可能发生着火、爆炸、中毒等事故,造成厂毁人亡。如炼油厂减压塔渣油温度高达370℃,一旦泄漏就极易自燃;减压塔内为负压操作,若空气漏入塔内,与高温油气混合极易发生爆炸,后果不堪设想。
据日本对石化联合企业灾害事故统计的768起事故中,由泄漏引起的多达332起,占事故总数的42%。产生泄漏的部位最多的是配管,包括阀门和法兰,约137起,占泄漏总数的41%。
3.环境污染
泄漏是生产环境恶化、造成环境污染的重要根源。泄漏到环境中的物质一般难以回收,严重污染了空气、水以及土壤。如很多化工厂区气味难闻,烟雾弥漫,对环境造成严重污染,严重危害职工的身体健康。油井、污水系统的泄漏和油罐伴生气挥发就是油田的主要污染源。
溢油已成为水体特别是海洋的最大的一个污染源,被称为海洋的“超级杀手”。据统计,近30年来,油轮因相撞、搁浅等事故而泄漏的原油达200万吨以上,近海油井事故泄漏100万吨。泄漏进海洋中的石油对生态环境和海洋生物造成极大的威胁。人们永远也不应该忘记电视屏幕上海豹艰难地浮上布满石油的海面换气的镜头。盖有石油的海水严重缺氧,使海洋生物窒息死亡。海鸟的羽毛沾上石油后,就再也飞不起来,最后冻饿而死。在石油污染的环境中,鱼类产下的卵不能孵化,既使孵化成鱼也会很快夭折。
第三节 泄漏扩散及泄漏量的计算
油气等有毒有害物质泄漏以后的扩散范围的研究是进行工业危险源评价、制定泄漏事故应急预案、确定泄漏损失的基础技术依据,对于预防泄漏事故、控制其蔓延具有重要意义。
一般来说,毒性较小、挥发速度较慢的常态液体呈可控状态;压力或冷冻液化气体或常态气体泄漏则难以控制,往往造成灾难性后果。国内外很多人对泄漏扩散进行了研究,建立了多种泄漏扩散模型,对泄漏的泄放过程、输送和扩散过程进行了数学物理描述。中石化青岛安全工程研究院建立的HLY模型体系,将常见泄漏形式分为5种泄漏模式和6种扩散模式,并给出了计算公式,由于计算复杂,一般由计算机完成计算过程。
泄漏量不仅与泄漏介质的状态、本身的物理性质有关,还与缺陷的大小、几何形状等有关系。很多文献给出了泄漏量计算公式,由于比较繁琐,这里不再列出。在现场生产中要求不那么精确的情况下,可使用下面介绍的简单粗算公式。
1.液体的泄漏量计算
式中 Q——泄漏量 ft2/s
A----漏孔面积 ft2
g----重力加速度 ft/s2
h----压力 ft
2.气体泄漏量的估算:
Q≈6.4d2P
式中 Q——泄漏的气量,m3/h
d——孔的直径,mm
P——容器内的绝对压力,MPa
3.原油泄漏的污染面积
S≈53.5 Q 0.89
式中 S——污染面积 m2
Q——泄漏量 m3
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