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1 工 程 咨 询 技 术 研 究 气 藏 开 发 项 目 评 价 需 注 意 的 几 个 问 题 鄢 胜 财 摘 要 低 孔 低 渗 气 藏 开 发 渗 流 阻 力 大 产 能 低 压 降 快 产 量 递 减 快, 采 气 速 度 和 水 气 比 对 产 量 和 经 济 效 益 影 响 大, 如 何 确 定 合 理 产 量 和 水 气 比 上 升 对 产 量 如 何 影 响 是 此 类 气 田 开 发 项 目 后 评 价 的 重 要 环 节, 根 据 近 几 年 从 事 此 类 气 田 评 价 的 实 践 谈 点 体 会 关 键 词 低 孔 低 渗 气 藏 合 理 产 量 气 水 比 开 发 评 价 近 几 年 咨 询 公 司 担 负 了 西 南 油 气 田 分 公 司 和 华 北 关 油 键 气 词 田 分 建 设 公 项 司 目 气 ; 藏 后 开 评 发 价 ; 评 适 价 应 项 性 目 ;, 经 这 济 效 些 益 气 田 具 有 低 孔 低 渗 高 压 低 凝 析 油 边 底 水 不 活 跃 的 特 点 以 西 南 新 场 气 田 沙 溪 庙 气 藏 为 例, 平 均 孔 隙 度 为 9.98%, 平 均 渗 透 率 μm 2, 地 层 原 始 压 力 系 数 2.3 以 上, 气 体 成 分 甲 烷 含 量 98% 以 上 储 层 伊 / 蒙 混 层 占 10.17%, 普 遍 具 有 强 酸 敏 中 等 碱 敏 强 水 敏 性 低 根 据 测 试 无 阻 流 量 储 能 和 产 能 系 数 的 关 系, 无 阻 流 量 日 产 气 小 于 10 万 方 的 占 测 试 井 层 数 的 73%, 主 要 集 中 在 2-5 万 方, 从 此 可 以 看 出 此 类 气 藏 的 产 能 较 低, 见 图 低 孔 低 渗 强 水 敏 储 层 气 藏 开 发 基 本 特 点 1.1 渗 流 阻 力 大 产 能 低 从 二 项 式 产 能 方 程 ( P 2 Aq g Bq g ) 可 以 看 出, 气 体 从 地 层 边 界 流 向 井 的 过 程 中, 压 力 平 方 差 由 两 部 分 组 成 : 右 端 第 一 项 用 来 克 服 气 流 沿 流 程 的 粘 滞 阻 力, 第 二 项 用 来 克 服 气 流 沿 流 程 的 惯 性 阻 力 当 生 产 压 差 较 小, 气 井 产 量 较 小 时, 地 层 中 气 体 流 速 低, 主 要 是 第 一 项 起 作 用, 表 现 为 线 性 流 动, 气 井 产 量 与 压 差 之 间 成 直 线 关 系 当 气 井 产 量 增 大, 随 着 气 体 流 速 增 大, 第 二 项 逐 渐 起 着 主 要 作 用, 表 现 为 非 线 性 流 动, 气 井 产 量 和 压 差 之 间 不 成 直 线 关 系, 而 是 抛 物 线 关 系 如 果 气 井 生 产 压 差 过 大, 气 井 产 量 超 过 了 一 定 值 后, 气 井 生 产 就 会 把 一 部 分 压 力 降 消 耗 在 非 线 性 流 动 上, 降 低 了 生 产 效 率 由 于 含 水 饱 和 度 高, 在 较 大 生 产 压 差 下 生 产, 这 部 分 可 动 水 就 要 产 生 流 动, 气 藏 将 有 气 的 单 相 流 动 变 为 气 水 两 相 流 动, 气 相 渗 透 率 降 低, 引 起 产 量 递 减 低 孔 低 渗 储 层 气 藏 由 于 渗 流 阻 力 大 产 能 2 图 1 XX 气 田 产 能 系 数 与 无 阻 流 量 关 系 图 2 XX 气 田 储 能 系 数 与 无 阻 流 量 的 关 系 1.2 开 发 中 压 力 下 降 快 产 量 递 减 快 此 类 气 藏 都 用 天 然 能 量 衰 竭 式 开 采, 在 开 采 中 主 要 是 依 靠 气 体 膨 胀 能 量 驱 动, 地 层 压 力 1

2 下 降 较 快 随 着 地 层 压 力 的 下 降, 气 井 的 无 阻 流 量 逐 步 降 低 由 于 含 气 饱 和 度 下 降, 孔 隙 水 流 动 造 成 气 相 渗 透 率 降 低, 渗 流 阻 力 增 大, 水 气 比 升 高, 产 量 递 减 速 度 加 快 孔 隙 水 参 与 流 动, 在 地 层 中 水 由 闪 蒸 成 气 状 逐 渐 变 为 成 液 状, 造 成 井 筒 垂 直 管 流 中 流 体 密 度 增 加, 进 而 减 少 了 气 体 的 生 产 压 差, 使 天 然 气 产 量 递 减 进 一 步 加 快 下 边 图 中 就 反 映 了 这 一 特 点, 见 图 3 4 采 气 指 数 的 确 定 : 气 井 产 量 Qg 用 公 式 Qg=J h P2 计 算 ; 式 中 J 采 气 指 数,104m 3 /MPa H 参 与 产 的 气 层 厚 度,m P 生 产 压 差,MPa 选 择 合 理 的 生 产 压 差 和 采 气 指 数 是 气 井 产 量 产 量 计 算 的 重 要 环 节, 通 过 试 气 和 试 井 资 料, 在 试 井 指 示 曲 线 上 选 择 直 线 段, 代 表 合 理 压 差 和 合 理 采 气 指 数, 如 图 5 6 图 3 XX 井 无 阻 流 量 与 地 层 压 力 变 化 关 系 图 5 XX 气 田 XX 井 XX 层 试 气 曲 线 图 4 XX 井 无 阻 流 量 与 地 层 压 力 变 化 关 系 2 项 目 评 价 中 需 注 意 的 几 个 问 题 2.1 选 择 合 理 产 量 气 田 合 理 产 量 制 约 的 因 素 很 多, 但 主 要 的 是 保 证 有 较 好 的 经 济 效 益 和 较 高 的 采 收 率, 只 有 较 高 的 采 收 率 才 能 保 障 在 评 价 期 内 有 较 高 累 计 产 气 量, 产 气 量 是 制 约 经 济 效 益 的 重 要 因 素, 所 以 经 济 效 益 和 采 收 率 两 者 是 统 一 的 如 何 确 定 合 理 产 量, 从 对 此 类 气 藏 开 发 评 价 实 践 中 要 注 意 以 下 几 个 问 题 图 6 XX 气 田 XX 井 XX 层 试 气 曲 线 目 前 各 气 田 多 采 用 经 验 法, 用 无 阻 流 量 来 确 定 合 理 的 产 气 量, 对 于 低 孔 低 渗 储 层 的 气 田 选 择 无 阻 流 量 1/4-1/10 为 合 理, 图 7 为 某 气 田 无 阻 流 量 与 合 理 产 量 的 关 系 图 2

3 图 8 XX 气 田 气 水 比 与 产 量 关 系 图 图 8 XX 气 田 气 水 比 与 产 量 关 系 图 图 7 XX 气 田 无 阻 流 量 与 合 理 产 量 的 关 系 图 2.2 重 视 气 水 气 变 化 低 孔 低 渗 气 田 气 井 产 水 源 自 边 底 水 和 孔 隙 水, 随 气 藏 采 气 量 的 增 加, 边 底 水 侵 入 和 孔 隙 水 流 动 引 起 气 井 见 水, 气 水 比 上 升 边 底 水 和 孔 隙 水 流 动 在 气 藏 中 导 致 气 的 生 流 阻 力 增 加, 气 相 渗 透 率 降 低, 气 井 产 量 降 低, 见 图 8 边 底 水 的 侵 入 引 起 气 藏 储 量 动 用 降 低, 导 致 气 藏 采 收 率 降 低 气 水 在 井 筒 垂 直 管 流 中, 由 于 重 力 分 异 作 用 造 成 井 筒 积 液, 对 气 产 生 阻 力 降 低 了 生 产 压 差, 使 气 井 产 量 降 低, 井 筒 管 流 中 的 温 降 容 易 使 井 筒 产 生 水 合 物, 影 响 气 井 的 正 常 生 产, 影 响 开 发 效 果 和 气 田 开 发 的 经 济 效 益 因 此 在 气 藏 开 发 项 目 评 价 中 要 分 析 水 气 比 的 变 化 状 况 在 气 藏 评 价 中 气 水 比 变 化 需 要 分 析 原 因, 一 般 从 水 的 来 源, 水 的 物 理 状 态 气 量 变 化 对 产 出 水 的 携 带 能 力 气 水 比 对 产 量 的 影 响 进 行 分 析, 通 过 气 水 比 的 分 析 可 以 分 析 边 底 水 的 侵 入 状 况, 也 可 分 析 采 气 工 艺 的 适 应 性, 还 可 分 析 井 筒 积 水 状 况 低 孔 低 渗 气 藏 储 层 若 具 有 强 水 敏 抢 速 敏 的 特 点 就 更 需 要 重 视 气 水 比 的 变 化 参 考 文 献 : [1] 石 海 军. 西 南 新 场 气 田 2011 年 开 发 项 目 后 评 价,2011. [2] 罗 伯 特. 气 藏 工 程. 石 油 工 业 出 版 社,2007. [3] 唐 建 荣. 气 藏 工 程 技 术. 石 油 工 业 出 版 社,2011. [4] 中 华 人 民 共 和 国 石 油 天 然 气 行 业 标 准 SY/T 作 者 简 介 : 鄢 胜 财,1948 年 12 月 出 生,1990 年 毕 业 于 江 汉 石 油 学 院, 油 藏 高 级 工 程 师 具 有 多 项 省 部 级 科 技 成 果 曾 任 河 南 油 田 研 究 院 总 师 河 南 油 田 油 藏 处 总 师 开 发 处 副 处 长 和 开 发 事 业 部 主 任 师, 现 任 河 南 油 田 工 程 咨 询 有 限 公 司 高 级 专 家 3

4 致 密 气 藏 开 发 技 术 简 介 王 远 明 摘 要 开 展 聚 合 物 驱 项 目 的 后 评 价 工 作, 应 从 建 立 和 完 善 后 评 价 方 法 与 参 数 研 究 聚 合 物 驱 项 目 后 评 价 主 要 内 容 等 方 面 入 手, 全 面 总 结 油 田 聚 合 物 驱 项 目 管 理 的 经 验 与 教 训, 从 而 达 到 提 高 项 目 决 策 水 平 管 理 水 平 和 投 资 效 益 的 目 的 关 键 词 聚 合 物 驱 油 藏 工 程 地 面 工 程 经 济 后 评 价 致 密 气 是 三 大 非 常 规 气 ( 致 密 气 页 岩 气 煤 层 气 ) 之 一 自 上 世 纪 70 年 代 以 来, 全 球 已 发 现 或 推 测 发 育 致 密 气 的 盆 地 达 到 70 余 个, 资 源 量 约 210 万 亿 方,2008 年 产 量 达 到 4320 亿 方, 占 世 界 天 然 气 总 产 量 的 七 分 之 一, 成 为 天 然 气 勘 探 开 发 的 重 要 领 域 美 国 天 然 气 勘 探 开 发 的 实 践 表 明 : 致 密 气 煤 层 气 页 岩 气 对 常 规 气 生 产 的 梯 次 接 替 是 保 障 美 国 天 然 气 供 应 减 缓 对 外 依 赖 的 核 心 战 略 其 中, 致 密 气 作 为 首 个 接 替 领 域 地 位 举 足 轻 重 我 国 致 密 气 气 藏 分 布 广 泛 其 资 源 潜 力 十 分 巨 大 1 致 密 气 的 定 义 及 特 征 随 着 技 术 的 飞 速 进 步, 煤 层 气 和 页 岩 气 得 以 相 继 投 入 开 发 人 们 将 气 藏 分 为 常 规 天 然 气 藏 和 非 常 规 天 然 气 藏, 其 中 非 常 规 天 然 气 藏 包 括 致 密 气 煤 层 气 和 页 岩 气, 以 及 天 然 气 水 合 物 1.1 致 密 气 的 定 义 世 界 上 目 前 无 统 一 的 致 密 气 标 准 和 界 限, 不 同 国 家 根 据 不 同 时 期 的 资 源 状 况 技 术 及 经 济 条 件 以 及 税 收 政 策 来 制 定 其 标 准 和 界 限, 且 在 同 一 国 家 同 一 地 区, 随 着 认 识 程 度 的 提 高, 致 密 气 的 概 念 也 在 不 断 的 更 新 了 解 致 密 气 的 定 义 具 有 以 下 几 方 面 的 作 用 :1 目 前 已 开 发 低 渗 砂 岩 气 田 主 要 开 采 的 为 低 渗 储 量, 致 密 气 动 用 较 少, 按 致 密 气 思 路 将 进 一 步 拓 展 资 源 潜 力 ;2 储 量 管 理 过 程 中 划 分 出 低 渗 与 致 密 气 的 储 量 比 例, 有 利 于 进 行 储 量 的 分 类 管 理 ;3 对 于 致 密 气 开 发 还 需 要 进 一 步 发 展 相 应 的 工 艺 技 术, 并 制 定 有 效 的 开 发 技 术 政 策 ;4 对 于 致 密 气 的 规 模 开 发 可 以 申 请 国 家 相 关 政 策, 如 免 税 政 策 或 提 高 气 价 等 国 外 对 致 密 气 的 定 义 英 国 将 储 层 渗 秀 率 小 于 1 md 的 气 藏 定 义 为 致 密 气 藏, 德 国 将 储 层 渗 秀 率 小 于 0.6 md 的 气 藏 定 义 为 致 密 气 藏, 美 国 将 储 层 渗 透 率 小 于 0.1mD 的 气 藏 ( 不 包 含 裂 缝 ) 定 义 为 致 密 气 藏, 并 以 此 作 为 是 否 给 予 生 产 商 税 收 补 贴 的 标 准 1973 年, 美 国 能 源 部 对 可 进 行 工 业 开 采 的 致 密 含 气 层 标 准 作 了 如 下 界 定 : 1 用 常 规 手 段 不 能 进 行 工 业 性 开 采, 无 法 获 得 工 业 规 模 可 采 储 量 2 含 气 砂 层 的 有 效 厚 度 下 限 30.48m(100 英 尺 ) 含 水 饱 和 度 低 于 65% 孔 隙 度 5%~ 15% 3 目 的 层 埋 深 1500~4500m(5000~15000 英 尺 ) 4 产 层 总 厚 度 中 至 少 有 15% 为 有 效 厚 度 5 可 供 勘 探 面 积 不 少 于 31km 2 (12 平 方 英 里 ) 6 位 于 边 远 地 区 ( 当 时 考 虑 到 要 使 用 核 爆 炸 压 裂 法, 因 此 要 远 离 居 民 稠 密 区 ) 7 产 气 砂 岩 不 与 高 渗 透 的 含 水 层 互 层 除 此 以 外, 有 的 学 者 认 为 致 密 气 藏 是 指 需 经 大 型 水 力 压 裂 改 造 措 施, 或 者 是 采 用 水 平 井 多 分 支 井, 才 能 产 出 工 业 气 流 的 气 藏 4

5 1.1.2 国 内 对 致 密 气 的 定 义 目 前, 国 内 气 藏 分 类 标 准 以 渗 透 率 作 为 评 价 指 标, 主 要 划 分 为 高 渗 中 渗 低 渗 和 致 密 四 类, 见 表 1-1 表 1-2 表 1-1 按 储 层 物 性 对 气 藏 分 类 (SY/T ) 表 1-2 不 同 时 期 的 气 藏 定 义 标 准 综 上 所 述, 致 密 气 藏 具 有 渗 透 率 低 自 然 产 能 低 ; 经 过 大 型 水 力 压 裂 或 者 采 用 水 平 井 多 分 支 井, 才 能 产 出 工 业 气 流 等 特 点 故 致 密 气 藏 是 覆 压 基 质 渗 透 率 小 于 或 等 于 0.1mD 的 砂 岩 气 层, 单 井 一 般 无 自 然 产 能 或 自 然 产 能 低 于 工 业 气 流 下 限, 但 在 一 定 经 济 条 件 和 技 术 措 施 下 ( 包 括 压 裂 水 平 井 多 分 支 井 等 ) 可 以 获 得 工 业 天 然 气 产 量 的 气 藏 影 响 储 集 层 特 征 的 构 造 综 上 所 述, 致 密 气 藏 具 有 渗 透 率 低 自 然 产 能 低 ; 经 过 大 型 水 力 压 裂 或 者 采 用 水 平 井 多 分 支 井, 才 能 产 出 工 业 气 流 等 特 点 故 致 密 气 藏 是 覆 压 基 质 渗 透 率 小 于 或 等 于 0.1mD 的 砂 岩 气 层, 单 井 一 般 无 自 然 产 能 或 自 然 产 能 低 于 工 业 气 流 下 限, 但 在 一 定 经 济 条 件 和 技 术 措 施 下 ( 包 括 压 裂 水 平 井 多 分 支 井 等 ) 可 以 获 得 工 业 天 然 气 产 量 的 气 藏 1.2 致 密 气 藏 的 地 质 及 开 发 特 征 关 于 致 密 砂 岩 气, 在 国 外 一 般 将 其 归 属 于 连 续 型 气 藏 致 密 砂 岩 气 藏 是 指 孔 隙 度 低 (<12%) 渗 透 率 比 较 低 (0.1mD) 含 气 饱 和 度 低 (<60%) 含 水 饱 和 度 高 (40%) 单 井 一 般 无 自 然 产 能 或 自 然 产 能 低 于 工 业 气 流 下 限, 但 在 一 定 经 济 条 件 和 技 术 措 施 下 ( 包 括 压 裂 水 平 井 多 分 支 井 等 ) 可 以 获 得 工 业 天 然 气 产 量 的 气 藏 致 密 砂 岩 气 藏 几 乎 存 在 于 所 有 的 含 油 气 区, 最 早 于 1927 年 发 现 于 美 国 的 圣 胡 安 盆 地, 1976 年 在 加 拿 大 阿 尔 伯 达 盆 地 西 部 深 坳 陷 区 北 部 发 现 了 大 型 的 埃 尔 姆 沃 斯 致 密 砂 岩 气 田 我 国 自 1971 年 发 现 川 西 中 坝 气 田 之 后, 也 逐 步 系 统 地 开 始 了 对 致 密 砂 岩 含 气 领 域 的 研 究 致 密 气 藏 通 常 是 指 主 要 产 出 干 气 的 低 渗 透 储 层 已 经 开 发 的 低 渗 透 气 藏 许 多 都 发 现 于 砂 岩 地 层, 也 有 不 少 发 现 于 碳 酸 盐 岩 页 岩 和 煤 层 致 密 气 藏 的 直 井 在 钻 井 完 井 之 后, 通 常 需 要 通 过 增 产 措 施 才 能 获 得 具 有 商 业 价 值 的 产 量 为 了 准 确 地 评 估 和 开 发 致 密 气 藏, 人 们 需 要 从 岩 心 测 井 和 钻 井 记 录 以 及 试 井 分 析 中 获 取 数 据 相 对 常 规 气 藏 而 言, 评 价 致 密 砂 岩 气 藏 需 要 的 数 据 更 多 与 常 规 气 藏 相 因 素 : 1 断 层 断 裂 活 动 引 起 一 系 列 构 造 地 层 的 变 化, 改 变 储 集 层 埋 藏 条 件, 引 起 流 体 性 质 和 压 力 系 统 的 变 异 2 透 镜 体 透 镜 体 在 低 渗 致 密 砂 岩 中 占 相 当 大 的 比 重, 如 何 准 确 确 定 透 镜 状 砂 层 的 大 小 形 态 方 位 和 分 布, 是 能 否 成 功 开 发 这 类 气 藏 的 关 键 3 裂 缝 低 渗 致 密 储 集 层 的 渗 透 能 力 低, 但 只 要 能 与 裂 缝 搭 配, 就 能 形 成 相 对 高 产, 裂 缝 主 要 对 油 气 渗 流 做 贡 献, 裂 缝 孔 隙 度 一 般 不 会 超 过 2% 国 内 外 大 量 资 料 表 明, 在 一 定 埋 藏 深 度 下, 天 然 裂 缝 在 地 下 一 般 呈 闭 合 状 态, 缝 宽 多 为 10 50µm, 基 本 上 表 现 为 孔 隙 渗 透 特 征, 这 些 层 不 压 裂 往 往 无 产 能 低 渗 透 气 藏 储 集 层 特 征 1 非 均 质 性 强 物 性 的 各 向 异 性 非 常 明 显, 产 层 厚 度 和 岩 性 都 不 稳 定, 在 很 短 距 离 内 就 会 出 现 岩 性 岩 相 变 化 甚 至 尖 灭, 以 至 在 井 间 较 难 进 行 小 层 对 比 5

6 2 低 孔 低 渗 孔 隙 结 构 研 究 能 揭 示 储 层 内 部 的 结 构, 它 是 微 观 物 理 研 究 的 核 心 一 般 这 类 储 层 孔 隙 有 粒 间 孔 隙 次 生 孔 隙 微 孔 隙 和 裂 缝 四 种 基 本 类 型 粒 间 孔 隙 愈 少, 微 孔 隙 所 占 比 例 愈 大, 渗 透 率 就 愈 低 低 渗 致 密 砂 岩 受 后 生 成 岩 作 用 影 响 明 显, 它 以 次 生 孔 隙 ( 包 括 成 因 岩 作 用 新 生 的 孔 隙 和 经 改 造 后 的 原 生 孔 隙 两 部 分 ), 并 且 往 往 伴 随 着 大 量 的 微 孔 隙 不 论 何 种 成 因, 不 论 其 性 质 有 何 差 异, 这 类 砂 岩 都 具 有 孔 隙 连 通 但 喉 道 细 小 的 特 征, 一 般 喉 道 小 2µm 泥 质 含 量 高, 并 伴 生 大 量 自 生 粘 土, 这 是 低 渗 致 密 砂 岩 的 又 一 明 显 特 征 常 规 实 验 室 测 定 的 气 体 渗 透 率 与 实 际 储 集 层 条 件 下 的 渗 透 率 差 别 很 大, 这 对 低 渗 致 密 气 藏 尤 为 突 出 因 此 要 尽 量 模 拟 地 层 条 件 测 定 其 渗 透 率, 渗 透 率 随 埋 深 的 加 大 压 力 的 增 高 而 急 剧 地 减 小, 并 且 在 压 力 卸 载 后, 渗 透 率 恢 复 不 到 原 值 3 含 水 饱 和 度 高 致 密 储 层 的 毛 细 管 压 力 高, 从 而 导 致 地 层 状 态 下 含 水 饱 和 度 较 高 含 水 饱 和 度 增 加 导 致 气 体 相 对 渗 透 率 大 幅 度 下 降, 而 水 的 相 对 渗 透 率 也 上 不 去, 岩 石 一 般 为 弱 亲 水 到 亲 水 低 渗 透 致 密 气 藏 开 发 特 征 1 单 井 控 制 储 量 和 可 采 储 量 小, 供 气 范 围 小 产 量 低 递 减 快, 气 井 稳 产 条 件 差 2 气 井 的 自 然 产 能 低, 大 多 数 气 井 需 经 加 砂 压 裂 和 酸 化 才 能 获 得 较 高 的 产 量 或 接 近 工 业 气 井 的 标 准, 投 产 后 的 递 减 率 高 3 气 藏 内 主 力 气 层 采 气 速 度 较 大, 采 出 程 度 较 高, 储 量 动 用 充 分, 非 主 力 气 层 采 气 速 度 低, 储 量 基 本 未 动 用, 若 为 长 井 段 多 层 合 采 层 间 矛 盾 更 加 突 出 4 一 般 不 出 现 分 离 的 气 水 接 触 面, 储 集 层 的 含 水 饱 和 度 一 般 为 30%-70%, 因 此 井 筒 积 液 严 重, 常 给 生 产 带 来 影 响 5 气 井 生 产 压 差 大 采 气 指 数 小, 生 产 压 降 大 井 口 压 力 低, 可 供 利 用 的 压 力 资 源 有 限 6 由 于 孔 隙 结 构 特 征 差 异 大, 毛 管 压 力 曲 线 都 为 细 歪 度 型, 细 喉 峰 非 常 突 出, 喉 道 半 径 均 值 很 小, 使 排 驱 压 力 很 高, 也 存 在 着 启 动 压 力 现 象 低 渗 致 密 气 藏 开 发 的 关 键 技 术 : 深 度 压 裂 和 分 层 压 裂 改 造 技 术 蒸 汽 吞 吐 技 术 排 水 采 气 技 术 多 孔 介 质 油 气 体 系 相 态 分 析 技 术 裂 缝 识 别 和 监 测 技 术 等 2 国 外 致 密 气 藏 开 发 关 键 技 术 美 国 针 对 致 密 砂 岩 气 储 层 物 性 差 储 量 丰 度 高 单 井 井 控 储 量 小 等 地 质 与 开 发 特 征, 形 成 了 气 藏 描 述 井 网 加 密 分 层 压 裂 等 主 体 开 发 技 术 地 质 特 征 开 发 特 征 储 层 物 性 差 微 裂 缝 发 育 透 镜 状 气 藏 单 井 产 量 低 井 控 储 量 小 供 气 范 围 小 2.1 气 藏 描 述 技 术 美 国 发 展 了 以 提 高 储 层 预 测 和 气 水 识 别 精 度 为 目 标 的 二 三 维 地 震 技 术 系 列, 如 构 造 描 述 技 术 波 阻 抗 反 演 储 层 预 测 技 术 地 震 属 性 分 析 技 术 频 谱 成 像 技 术 三 维 可 视 化 技 术 地 震 叠 前 反 演 技 术 等 等 三 维 地 震 技 术 的 应 用 有 效 地 提 高 了 钻 井 成 功 率 1990 年 以 前, 以 二 维 地 震 为 主 体 技 术, 开 发 井 钻 井 成 功 率 小 于 70%;1990 年 以 后, 气 藏 描 述 及 三 维 地 震 技 术 的 应 用 使 钻 井 成 功 率 提 高 到 75%-85% 有 效 厚 度 大 多 层 叠 置 储 量 丰 度 高 大 规 模 钻 井 经 济 效 益 低 裂 缝 预 测 技 术 的 广 泛 应 用 对 井 位 优 化 起 到 了 关 键 作 用 主 要 有 岩 心 裂 缝 描 述 测 井 解 释 开 发 技 术 有 限 元 数 值 模 拟 地 震 相 干 属 性 分 析, 地 震 衰 减 属 性 分 析, 分 形 气 层 检 测 技 术 等 气 藏 描 述 井 网 加 密 分 层 压 裂 小 井 眼 快 速 钻 井 图 2-1 美 国 形 成 的 一 套 致 密 气 藏 开 发 技 术 6

7 2.2 井 网 加 密 技 术 对 于 多 层 叠 置 的 透 镜 状 气 藏, 由 于 单 井 泄 气 面 积 小, 井 间 加 密 是 提 高 气 藏 采 收 率 的 技 术 关 键 单 井 控 制 面 积,km 初 期 1.3 目 前 0.16 图 2-2 裂 缝 平 面 展 布 及 粘 土 矿 物 分 布 叠 合 图 (Rio Arriba County, NM) 0.0 Anadorko/Cherokee Texas/Bradford Texas/Ozona 盆 地 / 气 田 图 2-5 美 国 部 分 致 密 气 藏 开 发 井 网 密 度 图 2-3 裂 缝 平 面 展 布 含 气 饱 和 度 分 布 叠 合 图 (Rio Arriba County) 井 网 加 密 技 术 流 程 : 在 综 合 地 质 研 究 基 础 上, 应 用 试 井 生 产 动 态 分 析 和 数 值 模 拟 等 动 态 描 述 手 段, 确 定 井 控 储 量 与 供 气 区 形 态, 优 化 加 密 井 网 只 要 动 态 资 料 确 认 满 足 加 密 条 件, 就 可 以 实 施 井 网 加 密 2.3 增 产 工 艺 技 术 致 密 气 藏 渗 透 率 低, 自 然 产 能 低, 经 过 储 层 改 造 才 可 能 达 到 工 业 气 流 的 标 准 射 孔 加 砂 联 作 技 术 日 产 气 (10 4 m 3 ) 4 10 实 际 产 量 模 型 产 量 井 口 压 力 时 间 ( 年 ) 估 算 最 终 可 采 储 量 (10 8 m 3 ) 1 生 产 动 态 分 析 技 术 确 定 单 井 模 型, 预 测 生 产 动 态 模 型 井 口 压 力 泄 气 面 积 (km 2 ) 估 算 最 终 储 量 ( 亿 方 ) 压 力 (MPa) 估 算 最 终 可 采 储 量 (10 4 m 3 ) 平 均 供 给 面 积 小 于 0.16km 累 积 频 率 累 积 频 率 2 依 据 动 态 预 测, 做 单 井 最 终 采 气 3 结 合 地 质 参 数, 依 据 单 井 采 气 量 的 累 积 频 率 分 布 曲 线 量 确 定 单 井 泄 气 面 积 累 积 频 率 4 依 据 单 井 采 气 量 与 井 控 面 积 的 关 5 利 用 加 密 井 区 生 产 资 料, 进 行 6 地 质 与 动 态 相 结 合, 确 定 加 密 井 系, 确 定 加 密 井 累 采 气 量 技 术 方 法 验 证 位 泄 气 面 积 (k m 2 ) 图 2-4 美 国 井 网 加 密 技 术 流 程 图 7

8 射 孔 加 砂 联 作 技 术 分 为 负 压 射 孔 加 砂 联 作 技 术 与 超 正 压 射 孔 加 砂 联 作 技 术, 其 中 负 压 射 孔 加 砂 联 作 技 术 有 助 于 清 洁 射 孔 孔 眼, 在 负 压 差 的 作 用 下, 地 层 中 的 流 体 挤 向 射 孔 孔 眼 冲 刷 掉 了 包 在 破 碎 岩 石 表 面 的 射 孔 弹 的 金 属 碎 屑 以 及 被 射 流 带 到 孔 眼 里 面 的 砂 子 和 泥 岩 碎 屑, 从 而 打 开 一 个 地 层 流 体 向 井 筒 内 流 动 的 贯 通 良 好 的 自 然 通 道 然 而 当 油 藏 压 力 渗 透 率 和 岩 石 强 度 减 少 时, 负 压 射 孔 的 适 用 性 就 减 少 了 通 过 研 究 发 现 : 如 果 油 藏 压 力 小 或 都 已 经 衰 竭, 那 么 负 压 差 可 能 就 不 足 以 清 洁 射 孔 孔 眼 同 样 地, 渗 透 率 如 果 小, 地 层 流 体 也 许 流 动 得 不 够 快 以 至 不 能 清 洁 射 孔 孔 眼 而 且, 如 果 岩 石 强 度 小, 能 有 效 清 洁 射 孔 孔 眼 的 负 压 差 也 许 就 不 会 超 过 岩 石 的 破 裂 极 限 从 而 使 地 层 垮 塌 而 超 正 压 射 孔 作 业 和 加 砂 压 裂 配 套 使 用 能 解 决 负 压 射 孔 不 能 取 得 预 期 效 果 的 问 题 该 技 术 具 有 如 下 特 点 和 优 点 : (1) 一 次 性 管 柱 进 行 超 正 压 射 孔 与 加 砂 压 裂 连 续 作 业 超 正 压 射 孔 与 加 砂 压 裂 在 不 停 泵 的 情 况 下, 实 施 连 续 作 业, 对 目 的 井 段 一 次 性 完 成 射 孔 与 加 砂 压 裂 作 业, 有 效 利 用 射 孔 裂 缝, 改 善 压 裂 效 果 并 且 由 于 采 用 连 续 作 业, 减 少 了 工 序 压 井 次 数 及 压 井 时 间, 缩 短 了 试 油 周 期, 减 少 了 试 油 成 本, 同 时 也 减 小 了 对 地 层 的 伤 害 (2) 减 小 地 层 破 裂 压 力, 降 低 施 工 难 度 对 于 常 规 加 砂 压 裂, 射 孔 形 成 的 裂 缝 不 能 得 到 充 分 利 用, 在 进 行 加 砂 压 裂 时 射 孔 裂 缝 有 的 已 经 闭 合, 从 而 增 加 了 施 工 难 度 而 超 正 压 射 孔 与 加 砂 压 裂 联 作 技 术 的 应 用, 使 射 孔 裂 缝 得 以 保 持, 前 置 液 充 分 利 用 了 射 孔 裂 缝 进 入 地 层, 进 而 压 开 地 层, 减 小 了 地 层 的 破 裂 压 力, 降 低 施 工 泵 压, 特 别 对 于 致 密 地 层 可 降 低 施 工 难 度 对 于 储 层 在 1000 米 内 的 浅 井, 可 降 低 破 裂 压 力 3MPa~5MPa, 对 于 中 深 井 降 破 能 力 更 为 显 著 (3) 降 低 近 井 地 带 弯 曲 摩 阻 近 井 地 带 的 弯 曲 摩 阻 是 造 成 部 分 压 裂 井 失 败 的 主 要 原 因 由 于 射 孔 时 在 近 井 地 带 产 生 的 微 细 不 规 则 裂 缝 形 成 的 弯 曲 摩 阻, 致 使 常 规 加 砂 压 裂 时 高 速 流 动 的 前 置 液 在 流 经 近 井 地 带 时, 造 成 额 外 的 流 动 阻 力, 容 易 发 生 支 撑 剂 从 压 裂 液 中 析 出, 造 成 近 井 脱 砂, 发 生 砂 堵 而 采 用 联 作 技 术 就 可 以 引 导 前 置 液 沿 射 孔 主 裂 缝 延 伸, 从 而 降 低 裂 缝 弯 曲 摩 阻 的 影 响, 降 低 了 缝 内 流 动 阻 力 分 层 改 造 技 术 多 层 段 在 进 行 笼 统 压 裂 时 可 能 出 现 层 与 层 之 间 差 异 大, 并 没 有 泥 岩 遮 挡 层, 在 压 裂 时 可 能 只 压 开 物 性 好 的 层 段, 物 性 差 的 层 段 并 没 有 得 到 有 效 改 造 对 于 纵 向 上 不 集 中, 比 较 分 散, 横 向 上 连 续 性 差, 各 小 层 间 物 性 差 异 较 大 的 储 层, 需 根 据 每 一 小 层 的 物 性 特 征, 用 分 段 压 裂 做 出 针 对 性 改 造, 实 施 一 层 一 工 艺, 有 效 动 用 单 井 控 制 储 量, 获 得 最 佳 得 经 济 效 益 封 隔 器 分 层 改 造 技 术 封 隔 器 分 层 压 裂 关 键 在 封 隔 器, 选 择 的 封 隔 器 要 能 够 替 出 井 内 压 井 液, 能 建 立 多 个 独 立 的 油 套 环 形 空 间, 将 作 业 层 段 分 开, 施 工 过 程 中 互 不 影 响 下 带 封 隔 器 油 管 到 相 应 位 置 低 替 井 内 压 井 液 坐 封 封 隔 器 开 上 层 滑 套 酸 化 / 压 裂 排 液 图 2-6 封 隔 器 分 层 改 造 技 术 工 艺 流 程 简 图 该 工 艺 优 点 是 工 艺 流 程 较 简 单 ( 图 2-6), 每 个 层 位 压 裂 间 隔 时 间 短 压 裂 后 恢 复 井 口 即 可 排 液 并 投 产, 缺 点 是 若 发 生 砂 堵 处 理 较 麻 烦 封 隔 器 出 现 窜 漏 现 象 将 无 法 有 效 分 层 连 续 油 管 多 层 压 裂 技 术 使 用 连 续 油 管 带 喷 枪 进 行 水 力 喷 砂 射 孔, 射 孔 完 成 后 用, 通 过 套 管 注 液 进 行 加 砂 压 裂 当 第 一 层 压 裂 完 成 后 填 砂, 通 过 砂 桥 实 现 分 层 封 隔, 再 进 行 喷 射 射 孔 套 管 压 裂 第 二 层, 当 所 有 层 压 裂 完 成 后, 进 行 冲 砂 作 业, 最 后 进 行 正 常 的 排 液 求 产 8

9 下 入 CT, 定 位 坐 封 封 隔 器 封 隔 器 试 压 CT 及 环 孔 低 替 为 基 液 解 封 封 隔 器 小 井 眼 填 砂 分 层 工 艺 技 术 小 井 眼 填 砂 分 层 工 艺 技 术 主 要 利 用 砂 塞 封 隔 已 施 工 段, 对 待 施 工 段 射 孔 后 进 行 压 裂 填 砂 封 隔, 从 而 实 现 分 层 该 工 艺 理 论 上 分 层 数 量 不 受 到 限 制, 但 由 于 砂 塞 必 需 达 到 一 定 厚 度 才 能 实 现 分 层, 故 层 间 距 较 小 情 况 下 无 法 实 现 分 层, 目 前 小 井 眼 填 砂 分 层 工 艺 在 低 效 区 块 实 现 分 层 的 最 小 层 间 距 为 30m 制 小 井 眼 填 砂 分 层 工 艺 技 术 面 临 难 点 : 1 层 间 距 短 填 砂 量 小, 砂 面 位 置 不 易 控 2 由 于 储 层 改 造 需 要, 需 改 造 井 大 多 数 为 斜 井, 井 斜 大 砂 不 易 沉 降 3 若 砂 面 位 置 不 合 适, 需 冲 砂, 冲 砂 高 度 不 好 控 制 井 控 风 险 大 冲 砂 易 导 致 已 填 砂 面 松 动 等 情 况 顶 替 CT 保 持 0.08~0.1m 3 /min 主 压 裂 喷 砂 射 孔 反 循 环 冲 砂 正 注 酸 液 前 置 液 + 段 塞 图 2-7 连 续 油 管 带 底 封 喷 砂 射 孔 压 裂 技 术 工 艺 流 不 合 格 下 连 续 油 管 冲 砂 重 填, 候 砂 沉 降 程 简 图 合 格 下 连 续 油 管 探 砂 面 填 砂 ( 含 候 砂 沉 降 ) 合 格 试 压 射 孔 上 段, 酸 化 下 连 续 油 管 冲 砂 排 液, 测 试 图 2-8 小 井 眼 填 砂 工 艺 流 程 简 图 不 合 格 填 砂 ( 含 候 砂 沉 降 ) 4 加 砂 压 裂 存 在 压 不 开 地 层 的 风 险 5 面 临 填 砂 高 度 不 易 控 制, 反 复 冲 填 砂 的 风 险 6 冲 砂 过 程 中 若 液 体 粘 度 较 低 排 量 较 小 则 无 法 将 砂 子 冲 出, 若 液 体 粘 度 较 高 排 量 较 大 则 易 将 射 孔 弹 屑 等 井 底 杂 质 冲 出, 导 致 连 续 油 管 被 卡 住 或 者 地 面 流 程 被 堵 小 井 眼 填 砂 分 层 工 艺 技 术 优 化 措 施 : 1 采 用 人 工 倒 灌 支 撑 剂 更 易 于 准 确 计 量 2 采 用 清 水 与 基 液 的 混 液 填 砂, 保 证 一 定 粘 度, 不 至 于 过 快 沉 降, 又 可 加 快 支 撑 剂 沉 降 到 井 底 的 速 度 3 填 砂 前 测 井 公 司 电 测 人 工 井 底, 为 计 算 填 砂 量 的 准 确 性 提 供 保 障 4 优 化 储 层 射 孔 位 置, 尽 量 扩 大 层 间 距 离, 从 而 利 于 填 砂 操 作 5 冲 砂 位 置 不 一 定 需 要 到 人 工 井 底, 能 保 证 在 最 下 面 一 个 施 工 井 段 以 下 即 可, 避 免 出 现 复 杂 情 况, 减 小 施 工 风 险 6 冲 砂 液 体 需 保 证 一 定 粘 度, 便 于 携 带 井 底 砂 到 地 面, 但 需 在 冲 砂 排 量 与 液 体 粘 度 之 间 做 好 平 衡, 避 免 井 底 杂 质 被 冲 起 卡 连 续 油 管 水 平 井 分 段 压 裂 技 术 目 前 水 平 井 已 经 成 为 低 渗 透 气 藏 开 发 的 有 力 手 段, 而 水 平 井 分 段 压 裂 是 水 平 井 开 发 不 可 缺 少 的 工 艺 技 术 近 几 年 来 水 平 井 分 段 压 裂 技 术 发 展 很 快, 目 前 水 平 井 分 段 压 裂 最 主 流 的 方 法 是 是 采 用 裸 眼 封 隔 器 加 滑 套 的 方 法 该 工 艺 的 典 型 优 点 是 可 以 按 照 设 计 将 水 平 段 分 为 多 段 进 行 压 裂, 且 施 工 过 程 比 较 简 单 该 工 艺 典 型 的 管 串 结 构 如 图 2-9 图 2-9 典 型 的 裸 眼 封 隔 器 分 段 压 裂 管 串 示 意 图 9

10 为 了 保 证 井 下 工 具 在 裸 眼 段 顺 利 下 入, 还 得 考 虑 对 井 筒 进 行 处 理 的 工 艺, 总 体 上, 裸 眼 封 隔 器 分 段 压 裂 工 艺 步 骤 过 程 如 下 : 套 管 刮 管 第 一 次 裸 眼 通 井 ( 双 划 眼 器 ) 第 二 次 裸 眼 通 井 ( 四 划 眼 器 两 组 间 隔 ) 模 拟 通 井 ( 钻 杆 + 裸 眼 封 隔 器 + 双 划 眼 器 管 柱 ) 钻 杆 送 裸 眼 封 隔 器 管 柱 替 液 座 封 悬 挂 封 和 裸 眼 封 隔 器 验 封 丢 手 起 送 入 工 具 换 装 井 口 下 插 管 验 封 安 装 采 气 井 口 装 置 分 段 压 裂 ( 酸 化 ) 施 工 大 型 压 裂 技 术 当 裂 缝 延 伸 净 压 力 大 于 两 个 水 平 主 应 力 的 差 值 与 岩 石 的 抗 张 强 度 之 和 时, 容 易 产 生 分 叉 缝, 多 个 分 叉 缝 就 会 形 成 多 裂 缝 系 统 ( 体 积 缝 ) 采 用 大 液 量 低 砂 比 大 排 量 段 塞 及 连 续 加 砂 相 结 合 的 体 积 压 裂 模 式, 不 仅 能 应 对 储 层 复 杂 的 微 细 裂 缝, 还 能 尽 可 能 形 成 较 长 的 水 力 裂 缝, 力 求 与 储 层 天 然 裂 缝 连 通, 提 高 裂 缝 对 储 层 流 动 区 域 的 控 制 范 围, 从 而 获 得 增 产 图 2-10 常 规 压 裂 的 裂 缝 控 制 流 动 区 域 图 图 2-11 体 积 压 裂 的 裂 缝 控 制 流 动 区 域 图 如 果 设 计 的 压 裂 液 粘 度 足 够 低, 施 工 的 排 量 足 够 大, 施 工 时 的 净 压 力 足 够 高, 就 可 能 实 现 全 缝 长 范 围 内 的 多 裂 缝 系 统 另 外 人 为 的 制 造 端 部 脱 砂, 不 断 在 地 层 内 蹩 开 新 缝, 也 能 实 现 体 积 压 裂 就 具 体 措 施 而 言 主 要 分 为 以 下 几 种 : 1 通 过 低 砂 比 大 液 量 大 排 量 等 技 术 措 施 增 大 波 及 体 积 2 以 粘 度 较 低 的 滑 溜 水 造 造 多 缝, 采 用 低 粘 压 裂 液 携 砂 对 裂 缝 进 行 充 填 3 滑 溜 水 + 低 粘 压 裂 液 多 段 塞 模 式 注 入 4 现 场 实 时 掌 控, 形 成 端 部 脱 砂 产 生 多 缝 5 通 过 酸 液 小 粒 径 陶 粒 降 低 施 工 风 险 2.4 钻 采 工 艺 技 术 小 井 眼 技 术 对 于 小 井 眼 的 提 法 有 各 种 各 样, 不 尽 相 同, 国 内 外 到 目 前 为 止 没 有 统 一 的 定 义 1 美 国 Amoco 公 司 :90% 以 上 的 井 眼 用 小 于 6 的 钻 头 钻 成 2 法 国 Elf 公 司 : 完 钻 井 眼 小 于 常 规 完 钻 井 眼 (81/2 ) 的 井 统 称 为 小 井 眼 3 凡 是 大 于 23/8 油 管 不 能 作 内 管 柱 的 井 称 小 井 眼 4 全 井 90% 的 井 眼 直 径 是 用 小 于 7 钻 头 钻 的 井 称 为 小 井 眼 5 还 有 的 认 为 环 空 间 隙 小 于 1 的 井 眼 为 小 井 眼 目 前, 比 较 普 遍 的 定 义 是 :90% 的 井 眼 直 径 小 于 7 或 70% 的 井 眼 直 径 小 于 6 的 井 称 为 小 井 眼 井 小 井 眼 钻 井 是 始 于 上 世 纪 40 年 代 迄 今 为 止, 小 井 眼 钻 井 活 动 遍 及 世 界 许 多 国 家, 如 美 国 法 国 德 国 英 国 加 拿 大 和 委 内 瑞 拉 等 美 国 是 目 前 世 界 上 钻 小 井 眼 井 最 多 的 国 家, 而 且 在 老 井 加 深 侧 钻 领 域 应 用 小 井 眼 技 术 最 多, 特 别 是 侧 钻 短 半 径 水 平 井 由 于 小 井 眼 钻 井 的 自 身 优 势, 在 世 界 范 围 内 正 蓬 勃 发 展, 小 井 眼 正 在 部 分 的 取 代 常 规 井 眼, 给 石 油 工 业 带 来 显 著 的 技 术 经 济 效 益 10

11 表 2-1 小 井 眼 钻 井 技 术 的 优 势 欠 平 衡 钻 井 技 术 欠 平 衡 压 力 钻 井 是 指 在 钻 井 过 程 中 钻 井 液 柱 作 用 在 井 底 的 压 力 ( 包 括 钻 井 液 柱 的 静 液 压 力, 循 环 压 降 和 井 口 回 压 ) 低 于 地 层 孔 隙 压 力 欠 平 衡 钻 井 又 分 为 : 气 体 钻 井 雾 化 钻 井 泡 沫 钻 井 充 气 钻 井 淡 水 或 卤 水 钻 井 液 钻 井 常 规 钻 井 液 钻 井 和 泥 浆 帽 钻 井 由 于 欠 平 衡 钻 井 能 够 对 储 层 起 到 较 好 的 保 护 作 用, 在 低 渗 致 密 气 藏 钻 井 中 得 到 广 泛 应 用, 美 国 欠 平 衡 钻 井 占 总 钻 井 数 的 比 例 已 达 到 30% 3 对 我 国 致 密 气 开 发 的 浅 见 3.1 我 国 致 密 气 开 发 技 术 我 国 自 1971 年 发 现 川 西 中 坝 气 田 之 后, 也 逐 步 系 统 地 开 始 了 对 致 密 砂 岩 含 气 领 域 的 研 究 至 今 已 探 索 形 成 了 一 套 致 密 砂 岩 气 田 有 效 开 发 主 体 技 术 特 色 技 术 和 适 用 的 配 套 技 术 体 系 主 要 有 : 1 高 精 度 二 维 地 震 技 术 ( 集 成 创 新 ) 2 富 集 区 优 选 井 位 优 选 技 术 ( 集 成 创 新 ) 3 快 速 钻 井 及 小 井 眼 钻 井 技 术 ( 集 成 创 新 ) 4 适 度 规 模 压 裂 技 术 ( 国 内 首 创 ) 5 井 下 节 流 技 术 ( 国 内 原 创 ) 6 排 水 采 气 技 术 ( 吸 收 引 进 再 创 新 ) 7 分 压 合 采 技 术 ( 集 成 创 新 ) 8 地 面 不 加 热 低 压 集 气 混 相 计 量 技 术 ( 国 内 首 创 ) 3.2 对 致 密 气 开 发 的 浅 见 中 国 致 密 气 分 布 广 泛 资 源 丰 富 潜 力 巨 大, 为 了 尽 快 将 资 源 转 化 为 产 量, 有 效 地 开 发 致 密 砂 岩 气, 缓 解 常 规 天 然 气 开 发 的 压 力, 急 需 进 行 深 入 细 致 的 研 究 与 探 索, 尽 快 突 破 地 质 认 识 与 工 艺 技 术 瓶 颈, 早 日 实 现 致 密 砂 岩 气 的 规 模 有 效 开 发 (1) 开 展 致 密 气 的 资 源 潜 力 研 究, 进 一 步 落 实 致 密 气 的 储 量 与 产 能 规 模 目 前 开 发 的 低 渗 气 田 部 分 属 于 致 密 气 范 畴, 但 主 要 是 按 低 渗 气 藏 的 勘 探 开 发 理 念 进 行, 如 按 致 密 气 的 思 路, 储 层 下 限 会 进 一 步 下 降, 储 量 将 更 加 丰 富, 更 需 要 进 一 步 评 价 致 密 砂 岩 气 资 源 潜 力, 拓 宽 勘 探 领 域 (2) 继 续 强 化 增 产 工 艺 技 术 攻 关, 尽 快 突 破 提 高 单 井 产 量 瓶 颈 技 术 工 艺 技 术 的 不 断 进 步 是 非 常 规 天 然 气 产 量 快 速 增 长 的 关 键, 直 井 分 层 压 裂 ( 尤 其 是 一 次 分 压 10 段 以 上 的 直 井 压 裂 技 术 ) 大 型 压 裂 水 平 井 分 段 压 裂 技 术 是 致 密 气 开 发 的 主 体 工 艺 技 术, 需 要 继 续 强 化 工 艺 技 术 攻 关, 尽 快 形 成 低 成 本 的 配 套 工 艺 技 术 (3) 深 化 开 发 技 术 政 策 和 配 套 技 术 研 究, 尽 快 实 现 致 密 气 规 模 有 效 开 发 致 密 气 藏 在 孔 隙 结 构 渗 流 特 征 等 多 方 面 与 低 渗 气 藏 存 在 差 异, 需 要 重 点 研 究 致 密 气 藏 开 发 机 理 开 发 规 律 井 型 井 网 优 化 合 理 配 产 和 合 理 产 能 规 模 等 开 发 技 术 政 策, 为 规 模 有 效 开 发 致 密 气 藏 做 好 技 术 储 备 (4) 选 取 典 型 试 验 区 进 行 现 场 攻 关 试 验, 尽 快 形 成 集 成 配 套 技 术 体 系 储 层 下 限 研 究 提 高 单 井 产 量 攻 关 试 验 配 套 开 发 技 术 研 究 作 者 简 介 : 王 远 明,1944 年 10 月 出 生,1967 年 毕 业 于 四 川 石 油 学 院 石 油 工 程 专 业 教 授 级 高 级 工 程 师, 先 后 从 事 采 气 钻 井 采 油 井 下 作 业 采 油 地 质 等 项 工 作 ; 先 后 被 评 为 采 油 工 程 师 (1982 年 ) 高 级 工 程 师 和 教 授 级 高 级 工 程 师 ; 先 后 担 任 采 油 技 术 员 井 下 作 业 技 术 员 副 经 理 ( 副 厂 长 ) 总 工 程 师 总 地 质 师 经 理 ( 厂 长 ) 等 职 务, 在 石 油 工 业 从 事 工 作 37 年, 工 作 期 间 共 计 获 得 省 部 级 科 技 成 果 奖 20 余 项, 在 全 国 石 油 系 统 杂 志 发 表 30 余 篇 学 术 论 文 先 后 在 四 川 中 西 冲 气 田 江 汉 油 田 以 及 河 南 油 田 等 油 气 田 工 作, 退 休 后 被 河 南 油 田 工 程 咨 询 有 限 公 司 聘 为 专 家 级 顾 问 11

12 关 于 精 细 油 藏 描 述 技 术 的 内 容 及 成 果 应 用 的 几 个 方 面 程 爱 巧 摘 要 精 细 油 藏 描 述 是 一 个 动 态 的 过 程, 应 该 贯 穿 油 田 开 发 的 各 个 阶 段 精 细 油 藏 描 述 是 针 对 已 开 发 油 田, 在 不 同 的 开 发 阶 段, 充 分 利 用 各 阶 段 所 取 得 的 油 藏 资 料 信 息, 对 油 藏 开 发 地 质 特 征 做 出 进 一 步 的 认 识 和 评 价, 建 立 可 视 的 三 维 地 质 模 型, 通 过 油 藏 数 值 模 拟 量 化 剩 余 油 分 布, 为 油 田 开 发 调 整 和 综 合 治 理 提 供 可 靠 的 地 质 依 据 关 键 词 沉 积 相 精 细 油 藏 油 层 划 分 注 采 井 网 1 精 细 油 藏 描 述 阶 段 的 划 分 1.1 开 发 初 期 精 细 油 藏 描 述 油 田 正 式 开 发 方 案 实 施 后, 开 发 基 础 井 网 全 部 完 钻 的 新 增 资 料 基 础 上 进 行 的 精 细 油 藏 描 述, 描 述 成 果 是 建 立 开 发 初 期 的 地 质 静 态 模 型, 为 储 量 复 算 射 孔 井 别 调 整 等 提 供 地 质 依 据 1.2 开 发 中 期 精 细 油 藏 描 述 开 发 中 期 即 为 油 田 开 发 的 主 体 开 发 阶 段, 该 阶 段 采 出 可 采 储 量 的 50-60%, 高 粘 油 可 达 到 60% 精 细 油 藏 描 述 的 对 象 是 主 力 油 层 水 淹 状 况 及 潜 力, 非 主 力 油 层 水 驱 见 效 情 况 动 用 状 况 及 潜 力, 为 井 网 局 部 全 部 调 整 或 层 系 调 整 提 供 地 质 依 据 1.3 开 发 后 期 精 细 油 藏 描 述 这 个 阶 段 油 田 开 发 基 本 处 于 双 高 时 期, 描 述 的 主 要 对 象 是 分 隔 体 及 剩 余 油 分 布, 为 进 一 步 提 高 采 收 率 提 供 地 质 依 据 2 精 细 油 藏 描 述 的 主 要 研 究 内 容 及 技 术 2.1 油 层 划 分 与 对 比 利 用 生 产 井 的 大 量 测 井 资 料, 结 合 地 震 资 料 和 岩 心 资 料, 在 测 井 曲 线 上 确 定 出 对 比 标 准 层, 在 标 准 层 控 制 下, 采 用 旋 回 对 比, 分 级 控 制, 不 同 相 带, 区 别 对 待 的 对 比 原 则 进 行 精 确 的 地 层 分 层 对 比 2.2 储 层 构 造 及 断 裂 特 征 描 述 结 合 以 前 以 及 新 增 资 料, 进 行 构 造 描 述 微 构 造 描 述 断 层 描 述 以 及 地 应 力 和 裂 缝 描 述 2.3 储 层 描 述 储 层 描 述 基 本 单 元 是 小 层 或 单 砂 层 沉 积 相 和 沉 积 微 相 描 述 描 述 剖 面 微 相 储 层 结 构 特 征 平 面 微 相 展 布 特 征 以 及 砂 体 的 侧 向 连 通 性 沉 积 相 指 在 一 定 沉 积 环 境 中 形 成 的 一 套 有 特 色 的 沉 积 物 ( 岩 石 ) 组 合, 沉 积 相 的 划 分 具 有 一 定 的 级 次 性, 通 常 划 分 为 相 亚 相 和 微 相 等 几 个 级 别, 开 发 中 后 期 储 层 沉 积 相 研 究 侧 重 于 单 砂 层 沉 积 微 相 研 究 沉 积 微 相 是 在 各 种 微 地 貌 单 元 中 形 成 的 沉 积 相 它 控 制 了 单 砂 层 内 砂 体 的 几 何 形 态 井 间 连 通 状 况 及 基 本 的 物 性 特 征 和 非 均 质 性 储 层 物 性 及 非 均 质 性 描 述 储 层 物 性 以 及 层 内 层 间 平 面 非 均 质 性 储 层 微 观 孔 隙 结 构 包 括 孔 隙 类 型 喉 道 类 型 孔 隙 结 构 特 征 参 数 等 2.4 储 层 流 体 分 布 研 究 通 过 开 发 井 网 及 生 产 动 态 资 料 对 油 藏 油 气 水 的 性 质 及 分 布 进 行 再 认 识 研 究, 内 容 包 括 : 流 体 垂 向 分 布 流 体 性 质 以 及 剩 余 油 富 集 因 素 及 富 集 区 2.5 三 维 地 质 模 型 油 藏 描 述 的 最 终 成 果 是 建 立 一 个 三 维 的 油 藏 地 质 模 型 充 分 应 用 精 细 油 藏 描 述 成 果 和 分 12

13 层 静 动 态 数 据 库 资 料, 采 用 地 层 构 造 沉 积 微 相 属 性 参 数 分 步 建 模 和 相 约 束 模 拟 的 方 式, 实 现 三 维 地 质 建 模 的 精 细 性 实 用 性, 以 及 与 油 藏 数 值 模 拟 的 一 体 化 操 作 2.6 地 质 储 量 复 算 根 据 精 细 油 藏 描 述 的 结 果 确 定 储 量 计 算 参 数 ( 含 油 面 积 有 效 厚 度 含 油 饱 和 度 等 ), 以 砂 体 为 计 算 单 元 对 油 藏 进 行 储 量 复 算 3 精 细 油 藏 描 述 成 果 的 应 用 与 效 果 2001 年 以 来, 赵 凹 油 田 加 大 了 精 细 油 藏 描 述 工 作 的 力 度, 截 止 目 前, 全 面 完 成 了 赵 凹 油 层 130 口 井 的 精 细 油 藏 描 述 以 及 剩 余 油 研 究 工 作, 完 成 了 赵 凹 油 层 130 口 井 的 三 维 地 质 建 模 工 作, 研 究 成 果 指 导 了 油 田 的 注 水 开 发 调 整 以 及 加 密 调 整 工 作, 实 现 了 研 究 成 果 向 生 产 力 的 转 化 重 点 在 以 下 几 个 方 面 : (1) 与 产 能 建 设 相 结 合, 指 导 开 发 方 案 编 制 利 用 精 细 储 层 构 造 模 型 及 剩 余 油 研 究 成 果 指 导 加 密 区 井 位 布 署 以 及 加 密 井 射 孔 压 裂 等 方 案 编 制 加 密 调 整 2 个 区 块, 含 油 面 积 38.8 km 2, 地 质 储 量 t (2) 指 导 加 密 井 布 井 方 案 设 计 一 是 根 据 沉 积 相 带 图 进 行 厚 度 预 测, 并 对 预 测 钻 遇 可 调 厚 度 达 不 到 下 限 的 井 位 进 行 取 消 二 是 根 据 沉 积 相 带 图 以 及 三 维 沉 积 相 模 型 进 行 井 位 移 动, 使 加 密 井 尽 可 能 增 加 钻 砂 体 的 数 量 及 厚 度, 增 加 控 制 储 量 t 三 是 利 用 剩 余 油 分 布 图 进 行 井 位 移 动, 避 开 中 高 水 淹 区, 增 加 可 调 厚 度, 降 低 加 密 油 井 的 初 含 水, 共 32 口 井 初 含 水 下 降 20 个 百 分 点 四 是 结 合 微 幅 度 构 造 图 与 剩 余 油 分 布 图, 在 正 向 圈 闭 或 微 幅 度 构 造 高 点 剩 余 油 相 对 富 集 区 布 井 (3) 指 导 加 密 井 射 孔 方 案 的 编 制 应 用 测 井 水 淹 层 解 释 图 版, 结 合 属 性 模 型 及 剩 余 油 研 究 成 果 指 导 加 密 井 射 孔 方 案 的 编 制, 加 密 区 共 有 86 个 层,198m 水 淹 层 未 射 孔, 降 低 了 加 密 井 初 含 水 (4) 与 注 采 井 网 调 整 完 善 相 结 合, 指 导 加 密 区 注 采 系 统 调 整 根 据 各 区 块 加 密 后 的 水 驱 特 点, 结 合 油 藏 精 细 描 述 成 果, 制 定 注 采 系 统 调 整 方 案, 完 善 注 采 关 系, 提 高 水 驱 控 制 程 度, 动 用 注 采 不 完 善 型 剩 余 储 量 注 采 系 统 调 整 26 口 井, 水 驱 控 制 程 度 提 高 3.4 个 百 分 点, 增 加 可 采 储 量 t (5) 与 稳 油 控 水 综 合 治 理 相 结 合, 指 导 注 水 调 整 及 措 施 挖 潜 近 几 年 来, 以 精 细 油 藏 描 述 成 果 为 依 托, 油 田 综 合 治 理 效 果 明 显 改 善, 目 前 油 田 综 合 含 水 为 89.58%, 含 水 上 升 率 为 -2.74%, 自 然 递 减 率 4.0%, 比 规 划 低 1.06 个 百 分 点 一 是 进 行 注 水 调 整, 优 化 注 水 结 构 : 主 要 根 据 剩 余 油 研 究 成 果 搞 好 平 面 层 间 注 水 结 构 调 整, 改 善 两 类 油 层 动 用 状 况 1 为 挖 潜 平 面 矛 盾 型 剩 余 油 抑 制 含 水 上 升 进 行 平 面 注 水 结 构 调 整, 扩 大 水 驱 波 及 体 积, 主 要 是 控 制 老 井 注 水 强 度, 加 强 新 井 注 水 强 度 ;2 为 挖 潜 层 间 矛 盾 型 剩 余 油, 进 行 层 间 注 水 结 构 调 整, 改 善 油 层 动 用 状 况, 缓 解 层 间 矛 盾 并 对 套 变 后 无 法 继 续 分 层 注 水 井 进 行 浅 调 剖, 封 堵 高 渗 透 层, 加 强 吸 水 差 油 层 动 用, 改 变 注 入 剖 面 二 是 进 行 油 井 措 施 挖 潜, 控 制 含 水 上 升, 挖 潜 平 面 层 间 剩 余 潜 力 主 要 是 通 过 采 用 油 井 压 裂 堵 水, 等 措 施 挖 掘 剩 余 潜 力, 改 善 开 发 效 果 作 者 简 介 : 程 爱 巧,1966 年 9 月 出 生,1989 年 7 月 年 毕 业 于 西 南 石 油 学 院 油 藏 工 程 专 业, 高 级 油 藏 工 程 师 曾 从 事 油 田 开 发 研 究 工 作, 主 持 或 参 与 局 级 以 上 重 大 项 目 5 项, 获 得 局 级 优 秀 成 果 6 项, 其 中 下 二 门 油 田 核 二 段 Ⅱ 油 组 聚 合 物 驱 动 态 监 测 及 段 塞 控 制 技 术 项 目 获 得 油 田 勘 探 局 科 技 进 步 一 等 奖 主 要 论 文 有 一 种 油 井 含 水 动 态 分 析 方 法 双 河 油 田 特 高 含 水 后 期 开 发 阶 段 注 采 结 构 调 整 的 实 践 与 应 用, 现 从 事 油 田 产 能 后 评 价 工 作 13

14 重 复 调 剖 效 果 室 内 实 验 研 究 冯 超 摘 要 针 对 水 驱 非 均 质 油 藏, 利 用 平 行 管 模 型 开 展 重 复 调 剖 室 内 实 验 研 究 对 于 水 驱 非 均 质 油 藏, 注 入 水 主 要 进 入 高 渗 透 层, 低 渗 层 相 对 吸 水 量 非 常 低, 造 成 高 渗 层 见 水 早, 含 水 增 加 速 度 比 较 快 一 次 调 剖 后, 原 油 综 合 采 收 率 比 水 驱 提 高 10.67%, 综 合 含 水 降 低 13.33% 低 中 渗 透 层 吸 水 量 增 加, 高 渗 层 吸 水 量 降 低, 但 高 渗 层 相 对 吸 水 量 仍 是 最 多, 低 渗 层 最 低 随 着 调 剖 次 数 的 增 加, 高 渗 层 相 对 吸 水 量 逐 渐 降 低, 低 中 渗 层 吸 水 量 逐 渐 增 加, 但 采 收 率 增 加 及 含 水 率 降 低 幅 度 逐 渐 减 小, 调 剖 效 果 逐 渐 变 差 因 此, 对 于 非 均 质 地 层, 调 剖 次 数 不 宜 过 多, 二 次 调 剖 以 后 应 采 取 调 驱 等 其 它 措 施 关 键 词 非 均 质 油 藏 化 学 调 剖 重 复 调 剖 平 行 管 模 型 我 国 东 部 油 田 大 多 进 入 高 含 水 期 为 达 到 稳 油 控 水 的 目 的, 各 油 田 均 采 取 了 一 系 列 措 施, 其 中 调 剖 作 为 提 高 采 收 率 的 主 导 工 艺 之 一, 各 油 田 均 取 得 了 较 好 的 效 果 [1,2] 随 着 调 剖 技 术 的 发 展 和 油 田 开 发 形 式 的 需 要, 调 剖 措 施 工 作 量 逐 年 增 加, 调 剖 的 重 复 率 越 来 越 高, 而 有 效 期 [3,4] 越 来 越 短, 调 剖 效 果 越 来 越 差 针 对 这 种 情 况, 本 文 通 过 室 内 实 验 开 展 重 复 调 剖 的 研 究, 分 析 调 剖 次 数 对 调 剖 效 果 的 影 响, 为 油 田 进 行 重 复 调 剖 提 供 有 力 依 据 1 室 内 实 验 1.1 实 验 条 件 原 油 和 煤 油 配 制 的 模 拟 油,42 下 粘 度 为 7.8mPa s; 水 : 矿 化 度 为 700mg/l; 调 剖 剂 Ⅰ: 主 剂 为 聚 丙 稀 酰 胺, 交 联 剂 为 无 水 硫 酸 钠 和 重 铬 酸 钾 ; 调 剖 剂 Ⅱ: 主 剂 为 聚 丙 稀 酰 胺, 交 联 剂 为 对 苯 间 苯 乌 洛 托 品 及 草 酸 等 ; 实 验 温 度 :45 ; 岩 心 模 型 是 用 长 31cm 内 径 2.6cm 的 岩 心 管 充 填 不 同 粒 径 的 石 英 砂, 制 成 低 中 高 不 同 渗 透 率 的 岩 心, 然 后 将 三 个 岩 心 管 进 行 并 联, 组 成 平 行 管 模 型 岩 心 管 参 数 见 表 1 岩 心 管 低 渗 中 渗 高 渗 渗 透 率 10-3 μ m 实 验 方 法 将 岩 心 模 型 饱 和 水, 测 定 其 孔 隙 度 渗 透 率 等 参 数 后, 分 别 饱 和 油, 然 后 将 高 中 低 岩 心 并 联 连 接, 进 行 水 驱 油 ; 当 综 合 含 水 达 到 90% 以 后, 注 入 调 剖 剂 Ⅰ, 并 放 置 24h, 待 成 胶 后 用 水 驱 替 ; 综 合 含 水 达 到 90% 以 后, 注 入 调 剖 剂 Ⅱ, 用 水 驱 替 ; 后 进 行 第 三 次 调 剖 实 验, 其 过 程 与 前 面 的 相 同 2 重 复 调 剖 效 果 分 析 2.1 水 驱 油 效 果 评 价 表 1 岩 心 模 型 参 数 孔 隙 度 % 含 油 饱 和 度 % 平 均 渗 透 率 10-3 μ m 平 均 孔 隙 度 % 平 均 含 油 饱 和 度 % 由 图 1~2 可 见, 水 驱 后, 岩 心 模 型 中 高 中 低 不 同 渗 透 层 其 采 收 率 和 含 水 率 差 异 较 大, 高 渗 透 层 采 收 率 比 中 渗 透 层 高 10.54%, 比 低 渗 层 高 27.19%; 中 高 深 层 含 水 率 在 水 驱 过 程 中 很 快 到 达 97%, 而 低 渗 层 含 水 率 为 0 这 主 要 14

15 是 由 于 渗 透 率 的 差 异, 各 岩 心 的 吸 水 量 不 同 从 图 3 相 对 吸 水 量 看, 高 渗 透 层 的 平 均 吸 水 量 占 总 注 入 量 的 55.06%, 而 低 渗 层 相 对 吸 水 量 低 于 7.49%, 因 此 高 渗 层 见 水 早, 含 水 增 加 速 度 比 较 快 采 收 率,% 含 水 率,% 注 水 量,PV 低 渗 中 渗 高 渗 综 合 水 驱 水 驱 一 次 调 剖 二 次 调 剖 图 1 采 收 率 变 化 曲 线 一 次 调 剖 二 次 调 剖 三 次 调 剖 注 水 量,PV 低 渗 中 渗 高 渗 综 合 图 2 含 水 率 变 化 曲 线 三 次 调 剖 相 对 吸 水 量,% 水 驱 一 次 调 剖 2.2 一 次 调 剖 效 果 评 价 二 次 调 剖 注 水 量,PV 低 渗 中 渗 高 渗 图 3 相 对 吸 水 量 变 化 曲 线 从 表 3 及 图 1~3 可 见, 一 次 调 剖 后, 原 油 综 合 采 收 率 比 水 驱 提 高 10.67% 高 渗 层 由 于 被 封 堵 采 收 率 增 加 量 仅 5.95%, 低 渗 层 采 收 率 增 加 了 20.4% 高 渗 层 含 水 率 最 多 降 低 4.83%, 中 渗 层 含 水 率 最 多 降 低 6.60%, 而 低 渗 层 含 水 率 增 加 到 83.33% 可 见, 一 次 调 剖 后, 启 动 了 中 低 渗 透 层, 封 堵 了 高 渗 层, 这 可 从 相 对 吸 水 量 看 出, 调 剖 后, 低 渗 透 层 吸 水 量 比 调 剖 前 提 高 了 2.47%, 中 渗 透 层 吸 水 量 提 高 了 5.11%, 而 高 渗 层 吸 水 量 降 低 了 7.58% 尽 管 调 剖 后 使 各 层 吸 水 量 趋 于 均 匀, 但 高 渗 层 相 对 吸 水 量 仍 是 最 多, 低 渗 层 最 低, 因 此 为 了 进 一 步 提 高 驱 油 效 果, 进 行 了 二 三 次 调 剖 2.3 二 三 次 调 剖 效 果 评 价 三 次 调 剖 从 表 3 及 图 1~3 可 见, 二 次 调 剖 中, 原 油 综 合 采 收 率 提 高 了 3.24% 各 层 采 收 率 增 加 幅 度 明 显 低 于 一 次 调 剖, 其 中 中 高 渗 层 采 收 率 增 加 量 很 小, 而 低 渗 层 在 采 收 率 增 加 量 上 贡 献 表 3 调 剖 后 采 收 率 及 相 对 吸 水 量 变 化 水 驱 一 次 调 剖 二 次 调 剖 三 次 调 剖 岩 心 采 收 率 % 相 对 吸 水 量 % 采 收 率 % 相 对 吸 水 量 % 采 收 率 % 相 对 吸 水 量 % 采 收 率 % 相 对 吸 水 量 % 低 渗 中 渗 高 渗 综 合

16 很 大, 采 收 率 增 加 了 5.54% 高 中 渗 层 含 水 率 最 多 分 别 降 低 4.81% 5.57%, 低 渗 层 含 水 率 始 终 增 加 相 对 吸 水 量 方 面, 高 渗 层 相 对 吸 水 量 降 低 到 40.59%, 低 中 渗 层 吸 水 量 分 别 增 加 到 14.85% 和 44.55%, 说 明 高 渗 透 层 被 堵 住, 二 次 调 剖 大 大 改 善 了 低 中 渗 层 在 三 次 调 剖 中, 各 层 采 收 率 增 加 幅 度 明 显 低 于 二 次 调 剖, 综 合 采 收 率 仅 提 高 了 1.48% 其 中 低 渗 层 在 采 收 率 增 加 量 最 大, 为 3.43% 低 中 高 渗 层 含 水 率 最 多 分 别 降 低 3.95% 0.68% 和 0.52%, 含 水 率 降 低 幅 度 非 常 小, 综 合 含 水 率 仅 降 低 0.52% 相 对 吸 水 量 方 面, 高 渗 层 相 对 吸 水 量 降 低 到 20.17%, 中 渗 层 吸 水 量 增 加 到 65.55% 尽 管 三 次 调 剖 对 高 渗 透 层 封 堵 效 果 比 较 好, 但 采 收 率 增 加 量 及 含 水 率 降 低 幅 度 非 常 小, 改 善 驱 油 效 果 不 明 显 可 见 随 着 调 剖 次 数 的 增 加, 调 剖 效 果 逐 渐 变 差, 因 此, 对 于 非 均 质 地 层, 调 剖 次 数 不 宜 [5] 过 多, 二 次 调 剖 以 后 应 采 取 调 驱 等 其 它 措 施 水 量 逐 渐 降 低, 低 中 渗 层 吸 水 量 逐 渐 增 加, 但 采 收 率 增 加 及 含 水 率 降 低 幅 度 逐 渐 减 小, 调 剖 效 果 逐 渐 变 差 (3) 对 于 非 均 质 地 层, 调 剖 次 数 不 宜 过 多, 二 次 调 剖 以 后 应 采 取 调 驱 等 其 它 措 施 参 考 文 献 : [1] 肖 传 敏, 王 正 良. 油 田 化 学 堵 水 调 剖 综 述 [J]. 精 细 石 油 化 工 进 展,2003. [2] 熊 春 明, 唐 孝 芬. 国 内 外 堵 水 调 剖 技 术 最 新 进 展 及 发 展 趋 势 [J]. 石 油 勘 探 与 开 发,2007. [3] 王 树 军, 田 爱 铃. 重 复 化 学 调 剖 物 理 模 拟 研 究 [J]. 钻 采 工 艺,2004. [4] 赵 曼 玲. 堵 水 调 剖 技 术 在 吉 林 油 田 的 应 用 和 发 展 [D]. 大 庆 石 油 学 院,2009. [5] 陈 永 浩, 曹 敏, 张 国 萍 等. 多 轮 次 调 剖 室 内 实 验 研 究 [J]. 内 蒙 古 石 油 化 工, 结 论 (1) 对 于 非 均 质 油 藏, 注 入 水 主 要 进 入 高 渗 透 层, 低 渗 层 相 对 吸 水 量 非 常 低, 造 成 高 渗 层 见 水 早, 含 水 增 加 速 度 比 较 快 (2) 随 着 调 剖 次 数 的 增 加, 高 渗 层 相 对 吸 作 者 简 介 : 冯 超,1983 年 11 月 出 生,2012 年 毕 业 于 东 北 石 油 大 学 油 气 田 开 发 专 业 2012 年 1 月 在 中 文 核 心 期 刊 科 学 技 术 与 工 程 上 发 表 重 复 调 剖 室 内 实 验 效 果 评 价 技 术 研 究, 现 从 事 工 程 咨 询 业 务 16

17 浅 析 地 震 勘 探 技 术 在 非 常 规 油 气 领 域 的 应 用 刘 耀 摘 要 地 震 勘 探 是 国 内 外 应 用 地 球 物 理 领 域 中 发 展 最 为 成 熟 应 用 最 为 广 泛 的 一 种 地 球 物 理 方 法 地 震 勘 探 基 本 原 理 是 利 用 人 工 激 发 的 地 震 波 在 弹 性 不 同 的 地 层 内 传 播 规 律 来 勘 测 地 下 的 地 质 情 况 通 过 观 测 和 分 析 大 地 对 人 工 激 发 地 震 波 的 响 应, 判 断 地 下 岩 层 的 性 质 和 形 态, 是 勘 测 石 油 天 然 气 资 源 固 体 矿 藏 的 重 要 手 段 非 常 规 油 气 资 源 接 替 已 经 成 为 许 多 国 家 资 源 战 略 和 石 油 企 业 发 展 的 重 要 组 成 部 分 中 国 国 民 经 济 和 社 会 发 展 十 二 五 规 划 明 确 要 求 推 进 非 常 规 油 气 资 源 开 发 利 用 我 国 非 常 规 油 气 资 源 丰 富, 勘 探 开 发 潜 力 巨 大 致 密 砂 岩 储 层 叠 前 反 演 页 岩 气 二 维 和 三 维 地 震 勘 探 等 技 术 的 应 用 为 非 常 规 油 气 勘 探 开 发 中 提 供 了 技 术 支 撑 关 键 词 地 震 勘 探 地 震 波 叠 前 反 演 非 常 规 油 气 资 源 1 国 内 外 非 常 规 油 气 资 源 目 前 全 球 非 常 规 石 油 资 源 为 t, 与 常 规 石 油 资 源 基 本 相 当 ; 全 球 非 常 规 天 然 气 资 源 为 m 3, 是 常 规 天 然 气 资 源 量 的 8.3 倍, 非 常 规 天 然 气 产 量 已 占 全 球 天 然 气 产 量 约 1/ 年, 美 国 非 常 规 天 然 气 产 量 达 到 m 3, 首 次 超 过 其 常 规 天 然 气 产 量, 也 首 次 取 代 俄 罗 斯 跻 身 全 球 天 然 气 产 量 第 一 位 置 新 能 源 掀 起 巨 浪, 引 发 全 球 业 界 瞩 目 我 国 非 常 规 油 气 资 源 十 分 丰 富 据 统 计, 我 国 页 岩 气 煤 层 气 致 密 砂 岩 气 等 三 种 非 常 规 天 然 气 资 源 量 达 m 3, 是 常 规 天 然 气 资 源 的 6 倍 左 右, 勘 探 开 发 前 景 十 分 广 阔 非 常 规 油 气 资 源 接 替 已 经 成 为 许 多 国 家 资 源 战 略 和 石 油 企 业 发 展 的 重 要 组 成 部 分 中 国 国 民 经 济 和 社 会 发 展 十 二 五 规 划 明 确 要 求 推 进 非 常 规 油 气 资 源 开 发 利 用 非 常 规 勘 探 地 质 条 件 具 有 复 杂 性 和 特 殊 性, 现 有 的 勘 探 技 术 难 以 适 应 满 足 需 求 ; 低 渗 透 储 层 单 井 产 量 低, 开 发 费 用 高, 严 重 制 约 了 非 常 规 勘 探 的 发 展 在 页 岩 气 和 煤 层 气 勘 探 开 发 领 域, 美 国 应 用 宽 方 位 高 密 度 三 维 地 震 勘 探, 通 过 勘 探 降 低 开 发 风 险, 提 高 开 发 效 果 与 美 国 相 比, 中 国 页 岩 气 藏 地 质 构 造 更 加 复 杂 2 致 密 砂 岩 储 层 勘 探 致 密 砂 岩 气 在 我 国 各 大 油 气 盆 地 都 有 分 布, 尤 其 以 鄂 尔 多 斯 和 四 川 盆 地 致 密 砂 岩 气 资 源 最 为 丰 富 地 处 鄂 尔 多 新 盆 地 北 部 的 苏 里 格 气 用 是 迄 今 中 国 所 发 现 的 最 大 气 田, 主 力 储 层 为 上 古 生 界 下 石 盒 子 组 石 英 砂 岩 属 辫 状 河 沉 积 有 效 厚 度 小 非 均 质 性 强, 孔 渗 条 件 差 储 量 丰 度 低, 为 典 型 的 致 密 砂 岩 岩 气 藏, 勘 探 开 发 对 储 层 预 测 的 需 求 非 常 迫 切 利 用 采 集 的 二 维 数 字 多 波 地 震 等 资 料, 开 展 该 区 致 密 砂 岩 储 层 预 测 研 究 (1) 岩 石 物 理 分 析 与 敏 感 因 子 优 选 岩 石 物 理 统 计 分 析 表 明, 该 区 含 气 砂 岩 与 泥 岩 叠 置 严 重, 纵 波 阻 抗 不 能 区 分 岩 性 更 难 以 区 分 流 体 通 过 纵 波 速 度 与 含 气 饱 和 度 以 及 全 波 列 测 井 数 据 的 弹 性 参 数 的 交 会 分 析, 遴 选 出 SI( 横 波 阻 抗 ) Vp/Vs( 纵 横 波 速 度 比 ) 为 致 密 砂 岩 含 流 体 性 的 敏 感 因 子 ; 利 用 λρ ( 拉 梅 系 数 与 密 度 之 积 ) 与 μρ( 剪 切 模 量 与 密 度 之 积 ) Vp/Vs 与 μρ λ/μ( 拉 梅 系 数 与 剪 切 模 量 之 比 ) 与 μρ 等 弹 性 参 数 的 交 会 解 释, 可 以 较 好 地 区 分 致 密 啥 样 含 气 储 层 (2) 叠 前 同 时 反 演 结 合 实 际 资 料 情 况, 采 用 部 分 叠 加 数 据 的 同 时 反 演 方 法, 同 时 反 演 生 成 PI( 纵 波 阻 抗 ) SI Vp/Vs ρ( 密 度 ) 等 包 含 敏 感 因 子 在 内 的 多 种 数 据 体, 作 为 预 测 17

18 盒 圈 定 含 气 砂 岩 有 利 层 段 的 重 要 信 息 图 1 叠 前 同 时 反 演 剖 面 图 (3) 纵 横 波 联 台 反 演 基 于 多 波 地 震 采 集 资 料 的 纵 横 波 联 合 反 演, 可 以 克 服 单 独 纵 波 反 演 或 横 波 反 演 所 带 来 的 多 解 性 问 题, 增 加 反 演 的 稳 定 性, 得 到 更 精 确 的 纵 横 波 阻 抗 速 度 密 度 泊 松 比 以 及 更 多 的 派 生 岩 性 及 流 体 敏 感 参 数, 为 岩 性 厚 度 和 含 气 性 预 测 提 供 了 更 多 的 信 息 如 纵 波 在 经 过 含 气 储 层 后, 速 度 会 明 显 减 少, 纵 波 阻 抗 为 低 值 ; 而 横 波 速 度 受 流 体 影 响 较 小, 会 略 有 增 加 或 基 本 不 变, 主 要 反 映 岩 石 骨 架 性 质, 反 演 剖 面 显 示 为 高 阻 抗, 纵 横 波 速 度 比 低 值 反 映 含 流 体 性 质, 据 此 综 合 信 息 含 气 性 预 测, 显 著 提 升 了 预 测 符 合 率 综 合 应 用 上 述 储 层 预 测 技 术 及 综 合 解 释 成 果, 年 间 在 苏 里 格 气 田 的 勘 探 及 扩 展 中, 提 供 采 纳 井 位 500 多 口,I+II 类 气 井 由 原 来 德 尔 40% 提 升 到 70% 3 页 岩 气 地 震 勘 探 受 美 国 页 岩 气 成 功 开 发 的 影 响, 近 几 年 中 国 掀 起 了 一 轮 页 岩 气 勘 探 及 研 究 的 热 潮 位 于 滇 北 和 川 南 的 页 岩 气 勘 探 区, 地 形 高 差 大 起 伏 剧 烈, 岩 层 出 露 广, 属 于 典 型 的 南 方 山 地 地 貌 勘 探 目 的 层 位 下 志 留 统 龙 马 溪 组 等 六 套 富 含 有 机 质 的 页 岩 层 段, 厚 度 m 该 区 勘 探 程 度 低, 年 针 对 页 岩 气 勘 探 部 署 了 二 维 地 震 勘 探, 以 调 查 页 岩 层 系 的 展 布 及 构 造 特 征, 探 测 和 评 价 页 岩 气 赋 存 的 有 利 区 带 和 目 标 根 据 该 地 震 地 质 特 点 和 页 岩 气 勘 探 地 质 任 务, 在 二 维 地 震 勘 探 中, 重 点 研 究 及 应 用 了 以 下 技 术 : 1 长 排 列 + 小 弯 线 + 小 道 距 的 二 维 观 测 系 统 设 计 2 针 对 性 的 点 段 试 验, 优 化 激 发 因 素 3 避 高 就 低, 避 陡 就 缓, 避 碎 就 整 优 选 炮 点 的 激 发 技 术 4 基 于 高 精 度 遥 感 信 息 的 分 线 设 计 与 辅 助 实 施 5 综 合 表 层 调 查 及 静 校 正 技 术 上 述 技 术 的 针 对 性 应 用, 整 体 上 保 证 了 信 号 质 量 和 剖 面 信 噪 比, 获 得 了 可 信 的 二 维 地 震 剖 面 和 勘 探 效 果 依 据 二 维 地 震 解 释 成 果, 掌 握 了 该 区 页 岩 层 系 展 布 及 构 造 特 征, 提 供 上 钻 的 探 井 获 得 了 工 业 价 值 的 页 岩 气 流, 为 后 续 三 维 地 震 部 署 和 评 价 钻 探 提 供 了 重 要 依 据 4 结 论 (1) 基 于 经 济 技 术 一 体 的 非 常 规 三 维 地 震 勘 探 技 术, 可 以 满 足 页 岩 气 勘 探 开 发 的 地 质 需 求, 有 益 于 提 高 勘 探 开 发 经 济 效 益 (2) 针 对 致 密 砂 岩 储 层 的 叠 前 弹 性 参 数 反 演, 显 著 提 升 了 储 层 预 测 精 度 和 可 靠 性 (3) 井 中 接 受 的 压 裂 微 震 监 测 技 术 已 基 本 成 熟 配 套, 并 见 到 了 切 实 的 监 测 效 果 研 发 基 于 井 中 和 地 面 相 结 合 的 井 地 联 合 微 震 监 测, 将 大 幅 度 提 高 微 震 监 测 的 灵 活 性 和 监 测 精 度 (4) 优 化 应 用 针 对 常 规 油 气 的 地 震 采 集 技 术, 在 页 岩 气 的 地 震 勘 探 中 已 取 得 初 步 成 果 作 者 简 介 : 刘 耀,1987 年 1 月 出 生, 2012 年 毕 业 于 长 江 大 学 勘 查 技 术 与 工 程 专 业, 现 从 事 工 程 咨 询 相 关 业 务 18

19 安 全 评 价 技 术 研 究 输 气 管 道 站 场 放 空 系 统 安 全 设 计 浅 析 乔 国 西 摘 要 放 空 系 统 是 天 然 气 长 输 管 道 站 场 最 重 要 的 安 全 设 施 之 一, 但 其 本 身 存 在 危 险 有 害 因 素 论 述 了 放 空 型 式 的 选 择 原 则, 总 结 了 放 空 系 统 安 全 设 计 的 一 些 重 要 事 项, 供 设 计 人 员 参 考 关 键 词 站 场 放 空 系 统 安 全 型 式 热 辐 射 回 火 脱 火 噪 声 放 空 系 统 是 输 气 站 场 重 要 的 安 全 设 施 之 一, 其 重 要 作 用 就 是 在 需 要 放 空 的 时 候, 使 站 场 或 长 输 管 道 压 力 尽 快 地 泄 放 至 安 全 范 围, 防 止 事 故 的 蔓 延 扩 大, 并 为 抢 修 赢 得 时 间 因 此, 在 输 气 站 场 设 计 中, 放 空 系 统 的 设 计 尤 为 重 要, 尤 其 是 放 空 系 统 的 安 全 性 和 可 靠 性 1 放 空 型 式 选 择 的 问 题 根 据 是 否 点 火 燃 烧, 输 气 站 场 放 空 系 统 型 式 可 分 为 放 空 竖 管 ( 即 冷 放 空 ) 和 放 空 火 炬 两 种 型 式 放 空 火 炬 在 天 然 气 放 空 时 能 够 及 时 点 火 燃 烧, 不 易 形 成 爆 炸 性 混 合 物, 从 这 一 方 面 来 说, 放 空 火 炬 则 比 放 空 竖 管 更 安 全 石 油 天 然 气 工 程 设 计 防 火 规 范 GB 第 条 规 定 : 放 空 管 放 空 量 等 于 或 者 小 于 m 3 /h 时, 放 空 竖 管 与 石 油 天 然 气 站 场 的 间 距 不 应 小 于 10m; 放 空 量 大 于 m 3 /h 且 等 于 或 小 于 m 3 /h 时, 不 应 小 于 40m 该 条 款 未 对 放 空 量 大 于 m 3 /h 的 放 空 竖 管 做 出 规 定 天 然 气 长 输 管 道 工 程 设 计 一 书 对 放 空 竖 管 和 放 空 火 炬 的 设 置 原 则 要 求 如 下 : 放 空 气 体 应 经 放 空 竖 管 排 入 大 气 放 空 量 小 于 m 3 /h 的 放 空 竖 管 可 不 点 火 排 放, 放 空 量 为 ~ m 3 /h 时, 对 放 空 的 天 然 气 宜 点 火 燃 烧 因 此, 通 常 情 况 下 业 内 都 认 为 放 空 量 大 于 m 3 /h 时 应 设 置 放 空 火 炬 点 火 排 放 而 不 是 直 接 排 放 换 句 话 说, 若 输 气 站 场 的 放 空 量 大 于 m 3 /h 时, 放 空 型 式 应 选 择 放 空 火 炬 ; 放 空 量 小 于 或 者 等 于 m 3 /h 时, 可 选 择 放 空 火 炬, 也 可 选 择 放 空 竖 管 放 空 火 炬 按 照 燃 烧 器 是 否 远 离 地 面 可 分 为 地 面 火 炬 和 高 架 火 炬 地 面 火 炬 具 有 占 用 防 护 区 面 积 较 小 维 修 方 便 光 污 染 空 气 污 染 噪 声 污 染 较 小 等 优 点, 但 同 时 也 具 有 投 资 大 处 理 量 小 万 一 不 正 常 工 作 时 有 潜 在 蒸 气 云 聚 集 的 危 险 等 缺 点 截 至 目 前, 地 面 火 炬 在 长 输 管 道 输 气 站 场 放 空 系 统 中 很 少 采 用, 采 用 的 火 炬 型 式 最 普 遍 的 还 是 高 架 火 炬 高 架 火 炬 按 照 火 炬 塔 的 支 撑 方 法 不 同 可 分 为 自 支 撑 式 绷 绳 支 撑 式 和 塔 式 支 撑 式 自 支 撑 式 火 炬 塔 一 般 是 最 符 合 要 求, 但 其 投 资 最 大, 一 般 限 制 火 炬 塔 高 为 61m~92m; 绷 绳 支 撑 式 火 炬 塔 投 资 最 小, 但 占 地 最 大 ( 典 型 的 绷 绳 半 径 等 于 火 炬 塔 总 高 的 一 半 ), 目 前 已 经 使 用 的 绷 绳 支 撑 式 火 炬 塔 最 大 高 度 可 达 245m; 塔 式 支 撑 式 火 炬 塔 仅 仅 用 于 较 大 火 炬 塔 且 自 支 撑 式 无 法 实 现, 或 者 可 使 用 的 区 域 排 除 了 使 用 绷 绳 设 计 的 可 能 目 前, 在 长 输 管 道 输 气 站 场 放 空 系 统 中 使 用 最 普 遍 的 高 架 火 炬 主 要 是 绷 绳 支 撑 式 和 塔 式 支 撑 式 2 放 空 火 炬 及 放 空 竖 管 最 近 安 装 距 离 选 取 的 问 题 放 空 竖 管 与 天 然 气 站 场 的 最 近 安 装 距 离 按 照 GB 石 油 天 然 气 工 程 设 计 防 火 规 范 第 条 的 规 定 执 行, 与 周 边 设 施 场 所 的 最 近 安 装 距 离 按 照 GB 石 油 天 然 气 工 程 设 计 防 火 规 范 第 条 表 的 规 定 执 行 19

20 放 空 火 炬 与 天 然 气 站 场 周 边 设 施 场 所 的 最 气 体 同 时 放 空 时, 由 于 原 料 气 放 空 量 大 压 力 高 近 安 装 距 离 应 经 辐 射 热 计 算 确 定, 辐 射 热 强 度 一 般 (4MPa), 使 紧 急 放 空 管 压 力 上 升, 造 成 酸 性 气 体 建 议 取 值 为 1.58kW/m 2 当 火 炬 高 度 确 定 后, 根 据 系 统 压 力 升 高, 致 使 酸 性 气 体 水 封 罐 防 爆 孔 憋 爆 的 放 空 火 炬 的 高 度 计 算 公 式 整 理 出 火 炬 距 离 站 场 周 事 故 因 此, 当 高 低 压 放 空 管 压 差 较 大 时, 分 别 边 设 施 场 所 的 最 近 安 装 距 离 公 式 为 : 设 置 是 必 要 的 此 外, 高 低 压 放 空 管 分 别 设 置 往 式 中 R=[ FQ 4 q -(H+Yc-h)]0.5+Xc 往 还 可 以 降 低 放 空 系 统 的 建 设 费 用, 故 大 型 站 场 宜 优 先 选 择 这 样 的 放 空 系 统 R 受 热 点 至 火 炬 筒 的 水 平 距 离,m 为 简 化 流 程, 在 某 些 情 况 下, 高 低 压 也 可 只 τ 辐 射 系 数 设 一 个 放 空 系 统 例 如, 在 高 压 放 空 气 量 较 小 或 者 F 气 体 扩 散 焰 辐 射 率 高 低 压 放 空 的 压 差 不 大 ( 如 压 差 为 0.5~1.0MPa) Q 火 炬 释 放 的 总 热 量,kW 时, 即 可 只 设 一 个 放 空 系 统 但 是, 此 时 必 须 对 可 q 允 许 热 辐 射 强 度,kW/m 2 能 同 时 排 放 的 各 放 空 点 背 压 进 行 计 算, 使 放 空 系 统 H 火 炬 筒 高 度,m 的 压 降 减 少 到 不 会 影 响 各 排 放 点 安 全 排 放 的 程 度 Yc 火 焰 中 心 至 火 炬 筒 顶 的 垂 直 距 离,m 根 据 美 国 石 油 学 会 标 准 泄 压 和 减 压 系 统 导 则 API h 受 热 点 至 火 炬 筒 下 地 面 的 垂 直 高 差,m RP521 规 定, 在 确 定 放 空 管 系 尺 寸 时, 应 使 可 能 同 Xc 火 焰 中 心 至 火 炬 筒 顶 的 水 平 距 离,m 时 排 放 的 各 安 全 阀 后 的 累 积 回 压 限 制 在 该 安 全 阀 任 意 给 定 一 个 D( 火 焰 中 心 至 受 热 点 的 距 离 ) 定 压 的 10% 左 右 值, 根 据 辐 射 系 数 的 计 算 公 式, 有 : τ=0.79( )1/16 ( )1/16 r D 式 中 r 大 气 相 对 湿 度,% D 火 焰 中 心 至 受 热 点 的 距 离,m 采 用 迭 代 计 算 逐 步 收 敛 的 方 法, 可 以 计 算 出 火 炬 距 离 站 场 或 周 边 其 他 场 所 设 施 的 最 近 安 装 距 离 在 不 考 虑 风 速 火 焰 长 度 以 及 计 算 精 度 不 高 的 情 况 ( 如 可 行 性 研 究 阶 段 ) 下, 也 可 按 照 泄 压 和 减 压 系 统 指 南 SY/T 第 条 由 Hajek 和 Ludwig 推 导 的 下 述 公 式 来 确 定 火 炬 至 必 须 限 制 辐 射 热 的 暴 露 目 标 之 间 需 要 的 最 小 距 离 : FQ D= 4 q 式 中 符 号 与 前 述 符 号 意 义 相 同 3 高 低 压 放 空 管 分 开 设 置 的 问 题 高 低 压 放 空 同 时 排 入 同 一 管 道 系 统, 若 处 置 不 当, 可 能 发 生 事 故 例 如, 四 川 气 田 开 发 初 期, 某 厂 酸 性 气 体 紧 急 放 空 管 与 DN100 原 料 气 放 空 管 相 连 并 接 入 40m 高 的 放 空 火 炬, 发 生 过 原 料 气 与 酸 性 4 回 火 与 脱 火 的 问 题 在 火 炬 工 作 的 情 况 下, 火 焰 前 沿 通 常 是 在 火 炬 塔 的 顶 部 然 而, 在 天 然 气 速 度 很 低 气 流 量 很 小 的 情 况 下, 也 即 气 流 速 度 低 于 燃 烧 速 度 时, 火 焰 焰 峰 有 可 能 回 入 火 炬 内 部 燃 烧 而 发 生 回 火 ; 若 速 度 更 小, 气 量 更 低, 可 能 在 火 炬 顶 部 发 生 空 气 的 返 混, 在 火 炬 中 形 成 爆 炸 混 合 物 相 反, 若 天 然 气 的 速 度 过 大, 火 炬 塔 管 顶 端 的 火 焰 升 到 烧 嘴 之 上 与 空 气 湍 流 混 合, 会 产 生 离 焰, 并 发 生 严 重 的 颤 动 若 速 度 再 增 加, 火 焰 会 继 续 上 浮, 将 有 火 焰 熄 灭 的 危 险, 即 产 生 脱 火 试 验 表 明 : 如 果 保 持 足 够 的 可 燃 气 体 就 能 产 生 一 个 从 地 面 上 看 得 见 的 火 焰, 空 气 进 入 塔 管 内 与 天 然 气 混 合 的 情 况 通 常 很 少 出 现 因 此, 为 了 安 全 的 目 的, 需 要 在 火 炬 预 调 试 和 随 后 阶 段 用 不 含 氧 气 的 介 质 连 续 吹 扫 火 炬 塔 预 吹 扫 置 换 了 火 炬 塔 中 存 在 的 任 何 空 气, 连 续 吹 扫 保 证 了 在 低 流 量 条 件 操 作 期 间 空 气 不 能 经 过 火 炬 头 进 入 火 炬 塔 为 了 减 少 防 止 空 气 渗 入 火 炬 塔 中 所 需 要 的 连 续 吹 扫 的 气 量, 通 常 在 火 炬 头 或 低 于 火 炬 头 处 设 置 两 种 常 见 的 机 械 密 封, 即 滞 止 型 密 封 ( 分 子 型 密 封 ) 和 速 度 型 密 封 滞 止 型 密 封 利 用 吹 扫 气 和 渗 入 空 气 的 分 子 质 量 差 20

21 来 形 成 重 力 密 封, 从 而 防 止 空 气 进 入 火 炬 塔 中 ; 这 种 密 封 通 常 把 经 过 火 炬 头 的 所 要 求 的 吹 扫 气 速 度 降 低 到 0.25mm/s 速 度 型 密 封 是 一 个 锥 形 头 部 障 碍 物, 并 带 有 一 个 或 者 多 个 折 流 板, 这 些 折 流 板 迫 使 空 气 离 开 火 炬 塔 内 壁, 在 那 里 遇 到 集 中 的 吹 扫 气 流 并 被 冲 出 火 炬 头 ; 这 种 密 封 通 常 把 经 过 火 炬 头 的 所 要 求 的 吹 扫 气 速 度 降 低 到 0.50mm/s~1.00mm/s 之 间 需 要 注 意 的 是, 吹 扫 气 速 度 减 小 密 封 不 是 火 焰 阻 火 器, 即 它 们 不 能 阻 止 逆 燃 ; 它 们 被 设 计 成 能 量 保 存 装 置, 目 的 是 减 少 要 求 的 吹 扫 气 流 量, 通 过 减 少 空 气 渗 入 火 炬 塔 的 量 来 防 止 逆 燃 滞 止 型 密 封 与 速 度 型 密 封 相 比, 虽 然 可 以 把 吹 扫 气 的 速 度 降 低 到 更 小 的 数 值, 但 是 这 个 吹 扫 流 量 并 不 能 防 止 火 炬 头 内 衬 烧 损, 导 致 火 炬 头 寿 命 缩 短, 且 这 种 烧 损 是 隐 蔽 的 因 此, 大 多 数 分 子 密 封 是 以 12.7mm/s 的 流 速 吹 扫, 保 持 火 焰 在 火 炬 头 外 部, 以 保 证 适 当 的 火 炬 寿 命 带 有 速 度 密 封 的 火 炬 头 安 装 在 火 炬 顶 部, 在 非 常 低 的 吹 扫 流 量 下 可 消 除 这 种 烧 损 用 来 防 止 逆 燃 的 还 有 阻 火 器 阻 火 器 存 在 以 下 缺 点 : 一 是 阻 火 器 容 易 堵 塞, 甚 至 在 火 炬 系 统 内 形 成 障 碍 物 ; 二 是 当 排 出 热 物 质 之 后 紧 跟 着 冷 却 时, 空 气 可 能 通 过 阻 火 器 被 抽 进 火 炬 系 统 因 此, 只 有 当 可 燃 气 体 是 无 腐 蚀 性 的 干 燥 气 体 而 且 没 有 可 凝 固 的 液 体 时 才 推 荐 采 用 ; 否 则, 宜 设 置 带 有 爆 破 片 的 旁 通 放 空 管 路, 以 防 止 阻 火 器 堵 塞 之 后 放 空 系 统 憋 压 控 制 火 炬 塔 不 出 现 脱 火 现 象 的 主 要 措 施 是 控 制 火 炬 出 口 出 的 马 赫 数 ; 马 赫 数 是 指 火 炬 出 口 处 的 排 放 气 体 允 许 线 速 度 与 声 波 在 该 气 体 中 的 传 播 速 度 的 比 值 马 赫 数 的 选 取 可 依 据 石 油 天 然 气 工 程 设 计 防 火 规 范 GB 条 文 说 明 第 条 进 行 选 取 : 对 站 场 发 生 事 故, 原 料 或 产 品 气 体 需 要 全 部 排 放 时, 按 最 大 排 放 量 计 算, 马 赫 数 可 取 0.5; 单 个 装 置 开 停 工 或 者 事 故 泄 放, 按 需 要 的 最 大 气 体 排 放 量 计 算, 马 赫 数 可 取 放 空 系 统 排 放 过 程 中 的 噪 声 问 题 输 气 站 场 放 空 系 统 排 放 过 程 中 产 生 的 噪 声 往 往 很 大, 距 离 大 气 排 放 口 30m 处 的 噪 声 强 度 可 以 近 似 按 下 式 确 定 : L30=L( 从 图 中 查 出 的 噪 声 声 压 强 度 )+10lg (1/2MC2) 式 中 L30 距 离 大 气 排 放 口 30m 处 的 声 压 强 度, db L( 从 图 1 中 查 出 的 噪 声 声 压 强 度 ) 从 图 1 中 查 出 的 噪 声 声 压 强 度,dB M 排 放 气 体 的 质 量 流 量,kg/s C 声 音 在 排 放 气 体 中 的 速 度,m/s 声 音 在 排 放 气 体 中 的 速 度 按 下 式 计 算 : kt C=91.2 ( )0.5 m 式 中 k 气 体 的 绝 热 指 数 T 气 体 温 度,K m 相 对 分 子 质 量 L 值 可 通 过 安 全 阀 上 下 游 压 力 比 值 由 图 1 查 出 图 1 距 离 大 气 排 放 口 30m(100ft) 处 测 量 的 声 压 强 度 与 安 距 离 大 全 气 阀 上 排 下 放 游 口 压 力 为 比 r 之 处 间 的 关 噪 系 声 图 强 度 按 下 式 计 算 : Lr=L30-20lg(r/30) 式 中 Lr 距 离 大 气 排 放 口 为 r 处 的 噪 声 强 度, db L30 距 离 大 气 排 放 口 30m 处 的 噪 声 强 度 r 离 开 大 气 排 放 口 的 距 离,m 通 过 上 述 计 算, 即 可 根 据 GB 工 业 企 业 厂 界 环 境 噪 声 排 放 标 准 第 条 规 定 的 工 业 企 业 厂 界 环 境 噪 声 排 放 限 值 以 及 GBJ87-85 工 业 企 业 噪 声 控 制 设 计 规 范 第 条 规 定 的 工 业 企 21

22 业 厂 区 内 各 类 地 点 噪 声 标 准 来 确 定 噪 声 排 放 是 否 参 考 文 献 : 超 标, 从 而 进 一 步 确 定 是 否 需 要 采 取 降 噪 措 施 [1]GB 石 油 天 然 气 工 程 设 计 防 火 规 范 [S]. 6 结 论 及 建 议 [2]SY/T , 泄 压 和 减 压 系 统 指 南 [S]. [3] 中 国 石 油 天 然 气 总 公 司. 石 油 地 面 工 程 设 计 手 册. 天 然 气 (1) 在 GB 等 设 计 规 范 中, 并 未 对 长 输 管 道 工 程 设 计 [M]. 山 东 东 营. 石 油 大 学 出 版 社,1995. 输 气 站 场 设 置 放 空 火 炬 放 空 竖 管 作 出 明 确 规 定 [4] 缪 鹏 飞. 地 面 火 炬 的 防 护 距 离 [J]. 消 防 技 术 与 产 品 信 鉴 于 放 空 火 炬 可 实 现 点 火 放 空, 降 低 火 灾 爆 炸 风 息.2004(6): [5] 晏 伟. 输 气 站 场 放 空 系 统 设 计 思 路 [J]. 石 油 工 程 建 险, 建 议 输 气 站 场 放 空 系 统 在 设 计 时 尽 可 能 选 用 放 设.2012,38(6): 空 火 炬 地 面 火 炬 虽 然 检 修 方 便 占 地 小 等 优 点, [6] 赵 立 丹. 天 然 气 长 输 管 道 站 场 放 空 系 统 计 算 [J]. 油 气 田 但 国 内 应 用 不 多, 建 议 选 用 高 架 火 炬 地 面 工 程.2011,30(8): (2) 火 炬 塔 底 部 电 气 设 备 管 线 等 应 具 有 防 热 辐 射 保 护 能 力, 避 免 紧 急 放 空 时, 对 设 备 造 成 损 伤 (3) 输 气 管 道 站 场 放 空 火 炬 常 用 的 阻 火 设 备 作 者 简 介 : 乔 国 西,1973 年 3 月 出 生,1996 年 毕 业 于 大 庆 为 阻 火 器, 但 阻 火 器 易 堵 塞, 建 议 设 置 带 有 爆 破 片 石 油 学 院 石 油 加 工 专 业, 高 级 工 程 师 注 册 安 全 工 程 师 二 的 旁 通 放 空 管 路, 以 防 止 阻 火 器 堵 塞 之 后 放 空 系 统 级 注 册 安 全 评 价 师, 曾 从 事 炼 油 生 产 工 作, 现 从 事 安 全 评 价 憋 压 工 作 22

23 模 糊 综 合 评 价 在 地 质 实 验 室 现 状 评 价 中 的 应 用 卢 忠 海 摘 要 运 用 模 糊 综 合 评 价 法 对 影 响 地 质 实 验 室 安 全 性 的 主 要 因 素 即 : 危 险 化 学 品 储 存, 危 险 化 学 品 使 用, 应 急 与 消 防 管 理, 实 验 室 管 理 进 行 安 全 评 价, 通 过 对 评 价 对 象 准 则 层 指 标 层 方 案 层 权 重 的 计 算, 判 断 其 各 种 因 素 在 各 自 层 次 上 的 安 全 等 级, 最 后 运 用 模 糊 综 合 评 价 对 整 个 实 验 室 进 行 安 全 等 级 的 判 定, 使 得 评 价 结 果 更 加 客 观 化 通 过 对 结 果 的 分 析, 可 知 评 价 对 象 哪 些 地 方 需 要 进 一 步 改 进, 有 利 于 企 业 更 好 的 了 解 其 自 身 存 在 的 不 足 之 处, 不 断 改 进, 力 求 达 到 安 全 生 产 运 行 的 目 的 关 键 词 地 质 实 验 室 模 糊 综 合 评 价 权 重 安 全 等 级 1 引 言 研 究 院 地 质 实 验 室 始 建 于 1972 年, 是 从 事 石 油 天 然 气 勘 探 开 发 地 质 实 验 分 析 的 专 门 机 构 地 质 实 验 室 主 要 从 事 地 层 古 生 物 储 层 岩 石 矿 物 有 机 地 球 化 学 常 规 岩 芯 油 气 水 分 析 等 方 面 的 样 品 检 测 和 实 验, 实 验 室 储 存 和 使 用 了 大 量 危 险 化 学 品, 危 险 化 学 品 的 安 全 储 存 和 使 用 是 地 质 实 验 室 安 全 管 理 工 作 的 重 要 内 容 本 文 使 用 模 糊 综 合 评 价 法 对 地 质 实 验 室 的 危 险 化 学 品 的 安 全 储 存 和 使 用 进 行 评 价, 模 糊 综 合 评 价 法 是 一 种 基 于 模 糊 数 学 的 综 合 评 标 方 法 该 综 合 评 价 法 根 据 模 糊 数 学 的 隶 属 度 理 论 把 定 性 评 价 转 化 为 定 量 评 价, 即 用 模 糊 数 学 对 受 到 多 种 因 素 制 约 的 事 物 或 对 象 做 出 一 个 总 体 的 评 价 它 具 有 结 果 清 晰, 系 统 性 强 的 特 点, 能 较 好 地 解 决 模 糊 的 难 以 量 化 的 问 题, 适 合 各 种 非 确 定 性 问 题 的 解 决 2 评 价 方 法 简 介 模 糊 综 合 评 价 就 是 以 模 糊 数 学 为 基 础, 应 用 模 糊 关 系 合 成 的 原 理, 通 过 构 造 等 级 模 糊 子 集, 把 反 映 评 价 对 象 的 模 糊 指 标 进 行 量 化 ( 即 确 定 隶 属 度 ), 然 后 利 用 模 糊 变 换 原 理 对 各 指 标 进 行 综 合, 具 体 评 价 步 骤 如 下 : 2.1 建 立 评 价 对 象 的 指 标 集 合 U U={u1,u2,,un} 因 素 集 合 U 就 是 m 个 评 价 指 标 的 集 合 评 价 指 标 的 选 取 要 满 足 评 价 对 象 的 完 备 性 独 立 性 可 行 性 以 及 通 用 性 四 个 基 本 原 则 2.2 建 立 评 价 等 级 集 合 V V={υ1,υ2,,υm} 一 个 等 级 对 应 一 个 模 糊 子 集 一 般 情 况 下, 评 价 等 级 数 n 取 [3,7] 中 的 整 数 2.3 确 定 评 价 指 标 的 权 向 量 A A=(a1,a2,,an) 2.4 进 行 单 指 标 评 价 并 建 立 单 因 素 模 糊 关 系 矩 阵 R 其 中 rnm 表 示 从 un 因 素 来 看 评 价 对 象 对 评 价 等 级 υm 的 隶 属 度, 即 确 定 从 单 因 素 来 看 评 价 对 象 对 各 等 级 模 糊 子 集 的 隶 属 度 rnm, 进 而 得 到 单 因 素 模 糊 关 系 矩 阵 R 2.5 确 定 模 糊 综 合 评 价 的 模 型 采 用 算 子 模 糊 合 成 算 子 将 矩 阵 进 行 模 糊 变 换, 得 到 评 价 对 象 的 评 价 向 量 B 2.6 归 一 化 处 理, 确 定 评 价 等 级 3 地 质 实 验 室 模 糊 综 合 评 价 3.1 建 立 对 象 指 标 集 合 U( 划 分 单 元 ) 在 影 响 安 全 因 素 分 为 四 大 类 : 危 险 化 学 品 储 存 危 险 化 学 品 使 用 应 急 与 消 防 管 理 实 验 室 管 理 即 U=[ 危 险 化 学 品 储 存 危 险 化 学 品 使 用 应 23

24 急 与 消 防 管 理 实 验 室 管 理 ] 3.4 进 行 单 指 标 评 价 各 单 元 的 安 全 影 响 因 素 如 表 所 示 由 项 目 组 成 员 对 实 验 室 的 各 项 影 响 因 素 进 行 表 地 质 实 验 室 的 安 全 影 响 因 素 评 价 现 场 考 察, 并 进 行 归 一 化 处 理 得 到 以 下 结 果 : 序 号 单 元 影 响 因 素 分 数 赋 值 1 危 险 化 学 品 储 存 储 存 库 房 符 合 性 0.25 化 学 试 剂 存 放 符 合 性 0.25 管 理 规 范 性 0.3 电 气 设 施 符 合 性 0.2 即 得 到 各 单 元 模 糊 关 系 矩 阵 R: 安 全 设 施 危 险 化 学 品 使 用 人 员 安 全 防 护 气 瓶 管 理 操 作 安 全 废 弃 物 的 处 置 0.2 消 防 器 设 施 配 置 合 理 性 0.25 应 急 与 应 急 预 案 编 制 规 范 性 消 防 管 应 急 设 施 配 置 合 理 性 0.25 理 演 练 情 况 和 效 果 0.25 机 构 设 置 0.1 安 全 管 理 制 度 0.2 岗 位 职 责 0.2 实 验 室 安 全 生 产 投 入 及 工 伤 保 险 管 理 隐 患 治 理 0.1 教 育 培 训 0.1 采 购 管 理 0.1 标 志 标 识 建 立 评 价 等 级 集 合 V 取 评 价 级 数 为 5, 分 别 为 很 安 全 较 安 全 中 等 较 不 安 全 很 不 安 全, 即 V=[ 很 安 全, 较 安 全, 中 等, 较 不 安 全, 很 不 安 全 ] 给 各 级 数 赋 值 如 下 : [ 很 安 全, 较 安 全, 中 等 较, 不 安 全, 很 不 安 全 ]=[100,85,65,50,30] 即 V=[100,85,70,50,30] 3.3 权 重 系 数 确 定 确 定 U=[ 危 险 化 学 品 储 存 危 险 化 学 品 使 用 应 急 与 消 防 管 理 实 验 室 管 理 ] 各 单 元 的 权 重 系 数 为 用 集 合 A={ } 表 示 3.5 综 合 评 价 结 果 B=AR={0.04,0.44,0.34,0.14,0.04}, 矩 阵 B 各 元 素 满 足 归 一 化 要 求, 按 要 求 进 行 归 一 化 处 理 时 各 元 素 值 保 持 不 变 按 照 5 个 等 级 对 地 质 实 验 室 进 行 评 价 的 结 果 表 明, 认 为 该 实 验 室 很 安 全 较 安 全 中 等 较 不 安 全 很 不 安 全 的 百 分 比 分 别 为 :10%,38%,32%, 16%,4% 对 矩 阵 B 各 元 素 分 别 按 评 价 等 级 集 合 V 赋 值, 则 总 得 分 为 : E= =71.7 即 地 质 实 验 室 的 安 全 等 级 在 中 等 安 全 和 较 安 全 之 间 基 本 上 满 足 安 全 生 产 要 求 但 是 某 些 分 单 元 还 是 存 在 部 分 隐 患, 需 要 重 点 改 进 特 别 是 对 于 那 些 权 重 系 数 比 较 大 的 单 元, 更 应 该 加 强 管 理, 确 保 实 验 室 的 安 全 4 结 论 本 文 对 地 质 实 验 室 进 行 本 质 安 全 影 响 因 素 分 析, 从 4 个 方 面 建 立 评 价 指 标 体 系, 利 用 模 糊 综 合 评 价 法 对 实 验 室 的 本 质 安 全 性 进 行 评 价 实 例 研 究 表 明, 所 采 用 的 模 糊 综 合 评 价 法 是 合 理 可 行 的 作 者 简 介 : 卢 忠 海,1971 年 10 月 出 生,1996 年 毕 业 于 大 庆 石 油 学 院 精 细 化 工 专 业, 高 级 工 程 师 一 级 安 全 评 价 师 注 册 安 全 工 程 师, 现 从 事 安 全 评 价 工 作 24

25 国 内 油 气 长 输 管 道 恐 怖 袭 击 风 险 浅 谈 孙 巧 摘 要 油 气 长 输 管 道 逐 渐 成 为 恐 怖 分 子 的 袭 击 目 标, 国 外 已 发 生 多 起 恐 怖 分 子 袭 击 油 气 管 道 造 成 重 大 事 故 的 案 例 ; 中 国 国 内 油 气 管 道 遭 受 恐 怖 威 胁 的 程 度 与 其 他 国 家 相 比 虽 然 还 没 有 那 么 严 重, 但 是 有 必 要 加 强 预 警 和 防 范, 并 把 油 气 长 输 管 道 的 安 全 纳 入 国 家 总 体 的 安 保 防 恐 规 划 之 中 ; 油 气 管 道 企 业 制 定 有 效 的 防 恐 怖 袭 击 应 急 预 案 并 加 强 日 常 应 急 演 练 是 预 防 管 道 遭 受 恐 怖 袭 击 的 有 效 手 段 关 键 词 长 输 管 道 恐 怖 袭 击 风 险 措 施 1 引 言 近 年 来, 油 气 长 输 管 道 逐 渐 成 为 恐 怖 分 子 的 袭 击 目 标, 仅 年 期 间, 全 球 就 发 生 了 23 起 针 对 能 源 管 道 和 设 施 的 恐 怖 主 义 事 件,2011 年 全 球 ( 不 包 括 中 国 ) 油 气 产 业 各 类 事 故 发 生 了 89 起, 从 事 故 性 质 分 类 看, 恐 怖 袭 击 排 在 第 一 位, 占 总 事 故 的 37.08%, 恐 怖 事 件 主 要 袭 击 对 象 是 油 气 管 道 等 储 运 设 施, 油 气 管 道 已 成 为 恐 怖 袭 击 风 险 的 高 发 区 2 国 内 油 气 管 道 防 恐 工 作 形 势 截 止 2010 年 底, 我 国 已 建 油 气 管 道 总 长 度 约 85000km, 其 中 天 然 气 管 道 45000km, 原 油 管 道 22000km, 成 品 油 管 道 18000km, 油 气 管 道 的 防 恐 工 作 形 势 严 峻, 油 气 管 道 特 别 是 天 然 气 管 道 成 为 恐 怖 分 子 攻 击 的 重 点 目 标 恐 怖 分 子 破 管 道 系 统 的 方 式 包 括 利 用 暴 力 手 段 大 规 模 袭 击 站 场 和 管 道 造 成 火 灾 爆 炸 事 故, 以 及 网 络 黑 客 利 用 计 算 机 病 毒 攻 击 管 道 计 算 机 网 络 人 为 破 坏 信 息 网 络, 造 成 管 道 的 自 控 和 通 信 系 统 瘫 痪, 引 发 二 次 事 故 新 疆 和 甘 肃 是 我 国 管 道 防 恐 工 作 的 重 点 区 域 新 疆 是 我 国 重 要 的 油 气 资 源 战 略 基 地, 另 外, 中 亚 地 区 向 中 国 输 送 石 油 和 天 然 气 的 管 道 也 全 部 穿 越 新 疆 ; 新 疆 也 是 我 国 社 会 环 境 最 为 复 杂 的 地 区 之 一, 民 族 分 裂 势 力 宗 教 极 端 势 力 恐 怖 势 力 活 动 猖 獗, 暴 力 事 件 高 发, 东 突 恐 怖 势 力 一 直 暗 中 进 行 各 种 暴 力 恐 怖 活 动, 策 划 针 对 中 国 境 内 的 输 油 气 管 道 大 型 石 化 企 业 铁 路 等 重 大 战 略 工 程 实 施 爆 炸 活 动, 油 气 管 道 的 防 恐 工 作 任 务 异 常 艰 巨 甘 肃 省 目 前 已 成 为 中 国 西 气 东 输 西 油 东 送 的 能 源 战 略 大 通 道 和 中 国 西 部 重 要 的 管 廊 带, 也 是 中 亚 和 新 疆 的 油 气 资 源 进 入 中 国 内 地 的 中 转 站, 在 中 国 能 源 战 略 中 具 有 举 足 轻 重 的 地 位, 是 我 国 油 气 供 应 的 重 要 咽 喉 地 段, 若 发 生 管 道 恐 怖 袭 击 事 件, 对 管 道 上 下 游 企 业 和 能 源 供 应 将 造 成 严 重 的 影 响, 管 道 防 恐 工 作 应 引 起 高 度 重 视 目 前 国 内 油 气 管 道 都 能 做 到 全 程 监 控, 但 是 对 管 道 在 境 外 部 分 的 监 控 则 难 以 保 证, 比 如 中 哈 原 油 管 道 中 俄 原 油 管 道 中 缅 油 气 管 道 及 中 国 - 中 亚 天 然 气 管 道 ( 中 国 境 内 为 西 气 东 输 二 线 工 程 ), 一 旦 管 道 在 境 外 部 分 遭 袭 而 关 闭, 将 会 造 成 下 游 大 面 积 的 停 油 停 气 这 几 条 主 要 的 油 气 管 道 在 境 外 部 分 线 路 长 不 可 控 因 素 多, 管 道 安 全 形 势 不 容 乐 观, 确 保 境 外 管 道 免 遭 恐 怖 分 子 袭 击 是 管 道 安 全 保 障 问 题 的 重 点 3 油 气 管 道 防 恐 安 保 措 施 建 议 油 气 长 输 管 道 与 国 家 的 战 略 和 经 济 利 益 休 戚 相 关, 加 强 能 源 战 略 通 道 安 保 工 作 防 止 管 道 遭 受 恐 怖 袭 击 对 维 护 国 家 战 略 安 全 社 会 稳 定 具 有 重 要 的 意 义, 有 必 要 加 强 预 警 和 防 范, 并 把 输 油 管 道 的 安 全 纳 入 国 家 总 体 的 安 保 防 恐 规 划 之 中 结 合 我 国 油 气 长 输 管 道 防 恐 工 作 的 特 点, 提 出 如 下 建 议 : (1) 从 制 度 上 重 视 防 恐 安 保 工 作, 将 HSE 管 理 体 系 拓 展 为 HSSE 管 理 体 系 ( 健 康 安 全 安 保 环 境 ), 将 安 保 管 理 目 标 视 作 同 其 他 经 营 指 标 一 样 重 要, 是 对 各 级 管 理 者 的 重 要 考 核 依 据 (2) 建 立 安 全 风 险 评 估 机 制 针 对 管 道 可 能 25

26 遭 受 的 恐 怖 袭 击 威 胁 制 定 防 恐 安 保 的 对 策 措 施, (5) 加 强 与 地 方 政 府 合 作 主 动 与 地 方 政 府 第 一, 进 行 威 胁 评 估, 通 过 多 种 渠 道 搜 集 管 道 所 在 加 强 沟 通, 对 管 道 安 全 保 护 工 作 方 案 应 急 预 案 进 地 区 面 临 暴 力 犯 罪 有 组 织 犯 罪 群 体 性 事 件 等 方 行 有 效 对 接, 做 到 安 保 防 恐 和 应 急 抢 险 工 作 的 统 一 面 的 情 况, 将 管 道 遭 受 恐 怖 袭 击 的 威 胁 进 行 分 级 ; 指 挥 ; 对 重 点 设 施 重 要 敏 感 部 位 管 道 重 大 穿 跨 第 二, 根 据 管 道 企 业 资 产 性 质, 分 析 企 业 面 临 的 关 越 开 展 专 项 安 保 防 恐 工 作, 全 面 提 升 重 点 要 害 部 位 注 度 和 资 产 易 损 性 情 况 ; 第 三, 根 据 威 胁 关 注 度 安 保 防 恐 水 平 和 资 产 易 损 性 情 况 进 行 综 合 分 析 评 估, 确 定 发 生 恐 (6) 加 强 管 道 防 恐 应 急 演 练 不 仅 新 疆 和 甘 怖 袭 击 的 风 险, 研 究 危 险 来 源, 查 找 安 全 保 护 的 薄 肃 等 地 区 的 管 道 要 强 化 防 恐 演 练, 其 他 相 对 安 全 的 地 区 也 应 将 管 道 防 恐 演 练 纳 入 常 态 化 的 日 常 应 急 弱 环 节 ; 第 四, 有 针 对 性 地 采 取 保 护 措 施, 针 对 管 演 练 ; 不 仅 要 预 防 管 道 站 场 的 火 灾 爆 炸 事 故, 更 道 企 业 现 有 情 况, 通 过 实 地 测 定 危 险 度, 研 究 制 定 要 重 视 网 络 黑 客 利 用 计 算 机 病 毒 攻 击 管 道 计 算 机 安 全 保 护 措 施 网 络 造 成 管 道 的 自 控 和 通 信 系 统 瘫 痪 的 破 坏 活 (3) 从 确 保 油 气 管 道 生 产 安 全 运 行 目 标 出 发, 动 构 建 完 善 管 道 设 施 安 全 防 范 标 准 体 系, 制 定 相 应 的 安 防 技 术 和 管 理 标 准, 并 严 格 执 行 如 对 重 要 油 气 设 施 的 实 体 围 墙 厚 度 视 频 监 控 探 头 数 量, 保 安 配 置 数 量 出 入 口 控 制 措 施 周 界 报 警 方 式 乃 至 员 工 参 考 文 献 : 出 行 所 乘 坐 的 交 通 工 具 等 均 进 行 了 详 尽 的 规 范, 确 [1] 冯 跃 威. 安 全 事 故 为 何 飙 升 [J]. 中 国 石 油 石 化 保 了 技 防 物 防 和 人 防 配 置 的 有 据 可 依, 有 效 避 免 [2] 蒲 明, 马 建 国.2010 年 我 国 油 气 管 道 新 进 展 [J]. 国 际 石 油 了 安 防 设 施 设 备 投 资 的 盲 目 性 建 立 完 备 的 防 恐 管 经 济.2011,( 03): 理 标 准 体 系, 包 括 防 恐 政 策 制 定 恐 怖 袭 击 风 险 评 [3] 雷 汝 南, 暴 玉 宁, 许 清 岚. 如 何 构 筑 重 要 输 气 管 道 安 全 防 估 和 处 置 等 方 面, 对 上 至 管 道 公 司 下 到 各 管 理 处 恐 应 急 体 系 [J]. 管 理 观 察.2011,( 5): 操 作 岗 位 人 员 提 出 了 具 体 的 可 操 作 性 的 管 理 要 [4] 汤 长 江, 刘 连 民, 李 国 华 等. 壳 牌 石 油 公 司 安 保 模 式 的 启 示 和 思 考 [J]. 警 察 技 术.2011,( 2): 求 [5] 戴 联 双, 汤 长 江, 冯 治 中 等. 油 气 管 道 恐 怖 袭 击 风 险 评 估 (4) 建 立 反 恐 情 报 信 息 研 判 机 制 重 视 防 恐 方 法 与 应 用 [J]. 油 气 储 运.2011,30(5): 情 报 信 息 的 收 集 研 判 工 作, 以 正 确 的 情 报 研 判 作 为 安 保 防 恐 工 作 的 导 向 ; 建 立 安 保 防 恐 专 业 人 员 队 伍 进 行 情 报 的 搜 集 研 判 工 作, 并 与 政 府 安 全 部 门 作 者 简 介 : 孙 巧,1984 年 1 月 出 生,2010 毕 业 于 中 国 石 油 大 的 信 息 互 动 ; 定 期 进 行 情 报 分 析 研 判, 定 期 发 布 研 学 ( 北 京 ) 油 气 储 运 专 业, 中 级 职 称 安 全 评 价 资 质, 现 在 判 结 果, 并 据 此 动 态 部 署 安 全 保 卫 工 作 从 事 油 气 管 道 安 全 评 价 及 安 全 运 行 保 障 研 究 工 作 26

27 基 于 高 斯 模 型 的 定 量 安 全 风 险 评 价 党 自 力 苏 立 志 乔 国 西 摘 要 石 化 企 业 易 燃 易 爆 化 学 品 的 泄 漏, 会 对 人 员 造 成 巨 大 伤 害 合 理 地 进 行 安 全 风 险 评 估, 加 强 安 全 措 施, 能 够 有 效 地 防 范 于 未 然 对 泄 漏 事 故 的 不 同 后 果 进 行 了 定 量 风 险 计 算, 采 用 高 斯 模 型, 模 拟 可 燃 物 质 在 大 气 中 的 扩 散, 借 助 MATLAB 编 程 计 算 扩 散 到 大 气 的 可 燃 物 体 积, 能 够 最 直 接 的 判 断 可 燃 云 团 对 人 员 的 伤 亡 概 率 值, 最 终 获 得 燃 烧 和 爆 炸 情 况 下 人 员 伤 害 的 后 果 关 键 词 泄 露 BLEVE 喷 射 火 模 型 TNO 石 化 企 业 储 存 大 量 易 燃 易 爆 化 学 品, 在 生 产 储 运 过 程 中, 出 现 泄 漏 扩 散 事 故 不 可 避 免, 可 能 会 对 相 关 人 员 造 成 巨 大 伤 害 若 是 大 量 的 可 燃 物 质 释 放 到 大 气 中, 将 会 形 成 可 燃 物 蒸 气 云, 若 在 爆 炸 极 限 内 遇 到 明 火, 会 引 起 火 灾 和 爆 炸, 严 重 时 导 致 人 员 死 亡, 建 筑 物 全 部 损 坏 虽 然 人 们 对 易 燃 易 爆 化 学 品 泄 漏 所 造 成 的 损 失 特 别 重 视, 但 是 没 有 有 效 的 定 量 数 据 进 行 合 理 的 安 全 风 险 评 估 为 了 最 大 程 度 上 分 析 石 化 企 业 易 燃 易 爆 品 泄 漏 的 危 害, 分 别 对 泄 漏 后 的 严 重 危 害 情 况 给 予 分 析, 在 模 拟 可 燃 物 质 在 大 气 的 扩 散 现 象 时, 可 采 用 高 斯 模 型, 将 现 场 问 题 转 化 为 数 学 计 算, 从 定 量 的 角 度 预 测 可 燃 物 质 所 造 成 的 危 害, 为 相 关 单 位 的 防 范 提 供 依 据 1 概 况 [1][2] 根 据 文 献 介 绍 的 泄 漏 频 率 对 某 厂 液 化 石 油 气 罐 区 液 化 丙 烯 罐 区 对 其 附 近 的 某 车 间 罐 区 值 班 室 的 风 险 贡 献 值 进 行 计 算 分 析 评 价 环 境 压 力 均 为 0.1MPa, 则 某 车 间 罐 区 值 班 室 周 边 危 险 源 的 概 况 如 表 1 所 示 : 表 1 某 车 间 罐 区 值 班 室 周 边 设 置 概 况 泄 漏 场 景 根 据 泄 漏 孔 径 大 小 可 分 为 完 全 破 裂 以 及 孔 泄 漏 两 大 类, 当 设 备 ( 设 施 ) 直 径 小 于 150mm, 取 小 于 设 备 ( 设 施 ) 直 径 的 孔 泄 漏 场 景 以 及 完 全 破 裂 场 景 分 别 选 取 典 型 的 泄 漏 代 表 值 : 小 孔 为 5mm, 中 孔 为 25mm, 大 孔 为 100mm 若 泄 漏 量 大 于 4540kg, 判 定 为 瞬 时 泄 漏, 否 则 认 为 持 续 泄 露 根 据 文 献 [2], 可 分 析 热 辐 射 的 危 害 火 球 池 火 及 喷 射 火 的 死 亡 概 率 值 可 按 (1) 式 计 算 : 4/3 Pr = ln Q t 热 (1) 式 中 P r 热 热 辐 射 暴 露 下 的 死 亡 概 率 值 Q 热 辐 射 强 度, 单 位 为 W/m 2 t 暴 露 时 间, 单 位 为 s, 最 大 值 为 20s 计 算 出 概 率 P r 热, 然 后 根 据 文 献 [2] 查 取 相 应 的 死 亡 概 率 方 位 设 备 名 称 危 险 物 质 ( 分 类 ) 容 积 (m 3 ) 最 高 工 作 压 力 (MPa) 密 度 (kg/m 3 ) 泄 漏 上 方 高 度 (m) 间 距 (m) 南 液 化 气 Ⅰ 区 球 罐 液 化 气 ( 甲 类 ) 西 北 液 化 气 Ⅱ 区 球 罐 液 化 气 ( 甲 类 ) 北 丙 烯 罐 丙 烯 ( 甲 类 ) 丙 烯 罐 丙 烯 ( 甲 类 )

28 2 沸 腾 液 体 扩 展 为 蒸 气 云 爆 炸 (BLEVE) 持 续 泄 漏 情 况 下 的 火 灾, 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 和 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 对 人 员 和 设 备 损 害 不 大 而 丙 烯 罐 区 的 后 加 压 存 储 的 可 燃 气 体 突 然 瞬 态 泄 漏 时, 如 果 立 果 非 常 严 重, 在 中 孔 泄 漏 情 景 下 发 生 喷 射 火, 都 会 即 遇 到 火 源 就 会 发 生 剧 烈 的 燃 烧, 产 生 巨 大 的 火 造 成 人 员 100% 死 亡, 设 备 基 本 都 被 损 害 球, 形 成 强 烈 的 热 辐 射, 造 成 人 员 伤 亡 和 财 产 损 失 表 2 BLEVE 场 景 下 计 算 结 果 4 高 斯 模 型 扩 散 方 程 物 质 名 称 主 要 存 在 场 所 火 球 半 径 (m) 死 亡 概 率 (%) 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 液 化 石 液 化 气 Ⅱ 区 (2 2000m 3 ) 油 气 液 化 气 Ⅱ 区 (2 1000m 3 ) 丙 烯 罐 区 (4 100m 3 ) 丙 烯 丙 烯 罐 区 (2 400m 3 ) 在 重 大 危 险 源 处 发 生 BLEVE 时, 值 班 室 所 受 的 影 响 表 2 从 中 可 以 看 出, 在 液 化 气 罐 区 和 丙 烯 罐 区, 若 罐 体 发 生 破 裂, 很 容 易 引 起 沸 腾 液 体 扩 展 为 蒸 气 云 爆 炸, 通 过 以 上 计 算 可 以 看 出, 液 化 气 和 丙 烯 在 发 生 蒸 汽 云 爆 炸 时, 其 火 球 半 径 较 大, 在 火 球 半 径 内 部 的 人 认 为 全 部 死 亡 3 喷 射 火 的 计 算 计 算 液 化 气 罐 区 和 丙 烯 罐 区, 储 存 的 介 质 均 为 液 化 石 油 气 和 液 化 丙 烯, 属 于 易 燃 易 爆 物 品, 若 储 罐 发 生 泄 漏 后 立 即 被 点 燃, 则 出 现 喷 射 火 现 象 通 过 储 罐 泄 漏 情 况 的 分 析 计 算, 可 知 喷 射 火 发 生 的 情 况 为 小 孔 和 中 孔 泄 漏, 详 细 计 算 结 果 见 表 3 从 以 上 的 结 果 可 以 看 出, 对 于 某 车 间 罐 区 值 班 室 分 析 可 知, 最 严 重 时 候 能 造 成 人 员 在 100% 死 亡, 后 果 极 其 严 重, 因 此 要 特 别 给 予 重 视, 加 强 防 护 在 4.1 高 斯 模 型 扩 散 方 程 高 斯 模 型 的 坐 标 系 的 建 立, 原 点 为 排 放 点 ( 若 为 高 架 源, 原 点 为 排 放 点 在 地 面 的 投 影 ),x 轴 为 风 速 方 向,y 轴 为 水 平 面 上 垂 直 于 x 轴, 正 向 在 x 轴 的 左 侧,z 轴 垂 直 于 水 平 面 xoy, 向 上 为 正 向 在 此 坐 标 系 下 烟 流 中 心 线 或 烟 流 中 心 线 在 xoy 面 的 投 影 与 x 轴 重 合, 从 而 建 立 数 学 模 型 位 于 地 面 H r 高 处 的 连 续 稳 态 源 的 烟 羽 模 型 为 : 2 Q 1 y C x, y, z exp 2 y zu 2 y z H r 1 z H r exp exp 2 z 2 z (2) 式 中 C(x,y,z) 连 续 排 放 时, 形 成 稳 定 的 流 场 后, 给 定 地 点 (x,y,z) 的 污 染 物 的 浓 度,kg/m 3 Q 连 续 排 放 的 物 料 质 量 流 量,kg/s U 风 速,m/s σ y,σ z 侧 风 向 和 垂 直 风 向 的 扩 散 系 数,m x 下 风 向 距 离,m y 侧 风 向 距 离,m z 垂 直 风 向 距 离,m 表 3 垂 直 喷 射 火 计 算 结 果 及 其 危 害 物 质 名 称 主 要 存 在 场 所 泄 漏 场 景 火 焰 长 度 (m) 接 受 的 热 辐 射 通 量 (kw/m 2 ) 人 死 亡 概 率 Pr 热 (%) 死 亡 概 率 Pd(%) 液 化 石 油 气 丙 烯 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 丙 烯 罐 区 (4 100) 丙 烯 罐 区 (2 400) 小 孔 泄 漏 中 孔 泄 漏 小 孔 泄 漏 中 孔 泄 漏 小 孔 泄 漏 中 孔 泄 漏 小 孔 泄 漏 中 孔 泄 漏

29 位 于 地 面 H r 高 处 的 瞬 时 点 源 的 烟 团, 地 面 上 的 泄 漏 场 景 下 的 燃 烧 爆 炸 结 果, 分 别 见 表 4 和 表 5 坐 标 系 随 烟 团 移 动, 坐 标 系 的 中 心 位 于 烟 团 的 中 心 4.2 结 果 分 析 烟 团 中 心 在 x=ut 处, 平 均 浓 度 方 程 为 : 闪 火 的 火 焰 区 域 等 于 点 燃 时 可 燃 云 团 LFL 的 2 * Q 1 y 范 围, 闪 火 火 焰 区 域 内, 人 员 的 死 亡 概 率 值 为 C x, y, z, t exp x y z y (3) 100%; 闪 火 火 焰 区 域 外, 人 员 的 死 亡 概 率 值 为 z H r 1 z H 当 为 小 孔 泄 漏 场 景 时, 在 人 高 为 1.8m 处, 值 班 室 r exp exp 2 z 2 均 不 在 LFL 范 围 内, 死 亡 概 率 为 0 当 为 中 孔 泄 漏 z 场 景 时, 除 了 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 泄 漏 情 况 下, 在 人 高 式 中 为 1.8m 处, 值 班 室 均 不 在 LFL 范 围 内, 死 亡 概 率 C(x,y,z,t) 瞬 时 排 放 时, 给 定 地 点 (x,y,z) 和 为 0, 其 余 情 况 下 的 泄 露 LFL 范 围 均 包 括 值 班 室, 时 间 t 的 污 染 物 的 浓 度,kg/m 3 概 率 为 100% Q 瞬 时 排 放 的 物 料 质 量,kg 对 于 瞬 时 泄 漏 的 影 响, 在 风 速 为 2m/s 情 况 下, σ x,σ y,σ z 下 风 向 侧 风 向 和 垂 直 风 向 的 泄 漏 10s 后, 从 计 算 结 果 可 以 看 出, 在 1.8m 处 位 置, 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 的 LFL 范 围 包 括 值 班 室, 而 丙 烯 罐 扩 散 系 数,m; 扩 散 系 数 的 确 定 见 文 献 [2] 区 (4 100m 3 ) 的 LFL 范 围 不 包 括 值 班 室, 液 化 石 当 给 定 某 一 可 燃 爆 炸 浓 度 时, 可 以 计 算 有 效 浓 油 气 Ⅱ 区 泄 漏 后, 人 员 死 亡 率 为 100%, 丙 烯 罐 区 度 内 可 燃 气 在 大 气 中 的 分 布 边 界, 边 界 内 部 均 处 于 (2 400m 3 ) 发 生 泄 漏 后, 人 员 死 亡 率 为 0 本 来 可 燃 爆 炸 范 围 内 部 因 此, 对 于 给 定 的 浓 度 值, 可 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 距 离 值 班 室 较 远, 而 丙 烯 罐 区 (4 编 程 计 算 蒸 气 云 团 燃 烧 爆 炸 浓 度 范 围 内 的 体 积 在 100m 3 ) 距 离 值 班 室 的 距 离 较 近, 出 现 这 样 的 计 大 气 扩 散 的 过 程 中, 通 过 对 高 斯 模 型 进 行 分 析, 在 算 结 果 和 现 象 的 原 因 是, 主 要 受 风 的 影 响, 在 瞬 时 大 于 给 定 浓 度 的 区 域 内, 与 地 面 平 行 的 水 平 面 上, 泄 漏 10s 后, 泄 漏 的 可 燃 气 体 会 随 着 大 气 飘 动, 液 任 一 截 面 均 为 椭 圆, 取 人 高 为 1.8m 来 计 算 燃 烧 爆 化 气 离 值 班 室 更 近 了, 而 丙 烯 飘 过 了 值 班 室, 向 更 炸 的 水 平 区 域 范 围 对 于 泄 漏 类 型 为 瞬 时 泄 漏 的, 远 处 飘 去, 因 此 会 出 以 上 现 象 液 化 气 Ⅰ 区 和 丙 烯 泄 漏 量 估 算 值 可 认 为 4540kg 因 此 可 以 得 出 在 不 同 罐 区 (2 400m 3 ) 发 生 泄 漏 的 情 况 下, 值 班 室 人 高 表 4 烟 羽 模 型 计 算 结 果 项 目 烟 羽 模 型 ( 小 孔 ) 烟 羽 模 型 ( 中 孔 ) 项 目 爆 炸 范 围 水 平 (m 2 ) 是 否 在 爆 炸 范 围 内 死 亡 概 率 (%) 爆 炸 水 平 范 围 (m 2 ) 是 否 在 爆 炸 范 围 内 死 亡 概 率 (%) 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 0 否 是 100 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 0 否 0 0 否 0 丙 烯 罐 区 (4 100m 3 ) 否 是 100 丙 烯 罐 区 (2 400m 3 ) 0 否 是 100 表 5 烟 团 模 型 计 算 结 果 项 目 烟 团 模 型 (10s) 烟 团 模 型 (30s) 项 目 爆 炸 水 平 范 围 (m 2 ) 是 否 在 闪 燃 范 围 内 死 亡 概 率 (%) 爆 炸 水 平 范 围 (m 2 ) 是 否 在 闪 燃 范 围 内 死 亡 概 率 (%) 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 否 否 0 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 是 是 100 丙 烯 罐 区 (4 100m 3 ) 否 否 0 丙 烯 罐 区 (2 400m 3 ) 否 否 0 29

30 1.8m 处 不 在 LFL 范 围 内 部, 死 亡 率 为 0 炸 超 压 蒸 气 云 的 爆 炸 浓 度 范 围 体 积 采 用 高 斯 模 型 类 似 分 析 瞬 时 泄 漏 情 况 下, 在 风 速 为 2m/s, 泄 积 分 计 算, 采 用 MATLAB 软 件 进 行 编 程 计 算 结 果 漏 时 间 为 30s 时 的 结 果 从 计 算 结 果 可 以 看 出, 在 从 表 6 可 以 看 出, 在 储 罐 发 生 泄 漏 时, 当 为 小 1.8m 处 位 置, 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 的 LFL 范 围 范 围 包 孔 泄 漏 的 烟 羽 模 型, 在 空 气 中 发 生 蒸 气 云 爆 炸 情 况 括 值 班 室, 而 其 他 罐 区 泄 漏 的 爆 炸 范 围 均 不 包 括 值 下, 对 人 员 基 本 上 无 重 大 伤 害, 死 亡 率 认 为 0; 但 是 班 室 出 现 这 种 现 象 的 原 因 与 10s 时 的 原 因 相 似 当 为 中 孔 泄 漏 的 烟 羽 模 型, 除 了 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 对 5 蒸 气 云 爆 炸 模 型 (TNO) 人 员 无 伤 害, 其 他 情 况 下 的 伤 害 死 亡 率 均 为 100% 若 储 罐 发 生 的 是 大 孔 泄 漏 和 破 裂 泄 漏 情 况 下, 根 据 文 献 [2], 若 要 计 算 蒸 气 云 爆 炸 模 型 冲 击 波 烟 团 会 在 空 气 中 漂 浮, 在 泄 漏 10s 和 30s 时 分 别 发 生 超 压, 则 需 要 计 算 爆 炸 源 的 燃 烧 能 因 此, 计 算 出 TNO 情 况 下, 无 论 任 何 情 况 泄 露, 均 会 对 人 导 致 重 表 6 蒸 汽 云 爆 炸 计 算 结 果 和 对 人 的 概 率 项 目 项 目 可 燃 体 积 (m 3 ) 燃 烧 能 (J) 爆 炸 超 压 (MPa) 死 亡 概 率 (%) 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 烟 羽 模 型 ( 小 孔 ) 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 丙 烯 罐 区 (4 100m 3 ) 丙 烯 罐 区 (2 400m 3 ) 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 烟 羽 模 型 ( 中 孔 ) 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 丙 烯 罐 区 (4 100m 3 ) 丙 烯 罐 区 (2 400m 3 ) 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 烟 团 模 型 ( 扩 散 10 秒 时 ) 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 丙 烯 罐 区 (4 100m 3 ) 丙 烯 罐 区 (2 400m 3 ) 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 烟 团 模 型 ( 扩 散 30 秒 时 ) 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 丙 烯 罐 区 (4 100m 3 ) 丙 烯 罐 区 (2 400m 3 ) 表 7 小 孔 泄 露 场 景 下, 各 个 罐 区 对 值 班 室 的 影 响 项 目 项 目 小 孔 泄 露 的 死 亡 概 率 大 孔 泄 露 的 死 亡 概 率 大 孔 和 破 裂 泄 露 的 死 亡 概 率 喷 射 火 喷 射 火 TNO 闪 燃 闪 燃 TNO 闪 燃 (10-6 ) 火 球 (10-7 ) TNO(10-7 ) (10-9 ) (10-6 ) (10-6 ) (10-6 ) 最 终 概 率 (10-5 ) 液 化 石 油 气 Ⅰ 区 液 化 石 油 气 Ⅱ 区 丙 烯 罐 区 (4 100m 3 ) 丙 烯 罐 区 (2 400m 3 ) 蒸 气 云 爆 炸 浓 度 范 围 内 的 体 积, 进 而 可 以 计 算 爆 炸 源 强 度 [3], 查 图 可 得 到 比 拟 爆 炸 超 压, 从 而 得 到 爆 大 的 危 害, 人 员 基 本 上 全 部 死 亡 30

31 6 某 车 间 罐 区 值 班 室 综 合 死 亡 概 率 持 续 泄 漏 情 况 下, 不 会 发 生 火 球 现 象, 瞬 时 泄 漏 场 景 下, 不 会 发 生 喷 射 火 现 象 各 个 场 景 下 储 罐 的 泄 漏 概 率 和 发 生 后 果 的 概 率 见 文 献 [1] 若 储 罐 发 生 的 是 大 孔 泄 漏 和 破 裂 泄 漏 情 况 下, 烟 团 会 在 空 气 中 漂 浮, 在 泄 漏 10s 和 30s 时 分 别 发 生 TNO 情 况 下, 无 论 任 何 情 况 泄 露, 均 会 对 人 导 致 重 大 的 危 害, 人 员 基 本 上 全 部 死 亡 参 考 文 献 : [1]SY/T 基 于 风 险 检 验 的 基 础 方 法. [2]AQ/T 化 工 企 业 定 量 风 险 评 价 导 则. [3] 张 瑞 华. 陈 国 华. 张 晖 等.TNO 多 能 法 在 蒸 气 云 爆 炸 模 拟 评 价 中 的 工 程 应 用 [J]. 华 南 理 工 大 学 学 报. 作 者 简 介 : 党 自 力,1988 年 3 月 出 生,2014 年 毕 业 于 华 北 电 力 大 学 热 能 工 程 专 业, 发 表 过 低 温 省 煤 气 及 其 动 态 特 性 分 析 论 文, 现 从 事 安 全 评 价 工 作 31

32 基 于 安 全 人 机 工 程 对 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 的 分 析 陈 莉 莉 摘 要 由 于 人 们 的 直 觉, 也 由 于 几 大 核 泄 漏 事 故 带 来 的 消 极 影 响, 人 们 往 往 对 核 电 怀 有 偏 见 公 众 的 这 种 不 理 解 不 支 持 已 经 成 为 我 国 核 事 业 发 展 的 一 道 障 碍, 因 此 对 美 国 历 史 上 最 严 重 的 核 事 故 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 作 深 入 分 析, 力 求 让 公 众 了 解 核 能 支 持 核 能 详 细 叙 述 了 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 的 发 生 经 过 事 故 结 果 和 影 响, 并 从 安 全 人 机 工 程 的 角 度 分 析 导 致 事 故 发 生 的 原 因 是 人 的 操 作 失 误 和 设 计 不 合 理 最 后 结 合 几 大 核 事 故, 分 析 核 事 故 多 是 人 为 原 因, 并 得 出 结 论 : 只 要 遵 守 相 应 标 准 和 规 程, 核 事 故 是 可 以 避 免 的 当 今 社 会 进 步 与 经 济 发 展 的 两 大 难 题 是 能 源 短 缺 和 环 境 污 染, 我 国 应 勇 于 抓 住 机 遇, 有 效 应 对 挑 战, 和 平 利 用 核 能, 从 而 加 强 环 境 保 护 建 设 生 态 文 明, 促 进 经 济 发 展 环 境 安 全 与 社 会 和 谐 关 键 词 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 人 机 系 统 人 机 接 口 核 能 安 全 1 前 言 时 代 杂 志 对 历 史 上 发 生 的 最 令 人 恐 怖 的 核 事 故 进 行 了 回 顾, 评 出 史 上 十 大 核 事 故 :4 号 反 应 堆 发 生 爆 炸, 更 多 爆 炸 随 即 发 生 并 引 发 大 火, 致 使 放 射 性 尘 降 物 进 入 空 气 中, 产 生 的 放 射 性 尘 降 物 数 量 是 在 广 岛 投 掷 的 原 子 弹 所 释 放 的 400 倍 ; 1999 年 9 月 30 日, 发 生 在 东 京 东 北 部 东 海 村 铀 回 收 处 理 设 施 的 东 海 村 核 事 故 是 日 本 历 史 上 最 为 严 重 的 核 灾 难 等, 每 例 事 故 都 触 目 惊 心, 让 人 心 有 余 悸 2004 年 8 月 10 日, 日 本 美 滨 核 电 站 发 生 蒸 汽 泄 漏 导 致 4 人 死 亡 7 人 严 重 受 伤 的 事 件 后, 核 电 站 安 全 问 题 再 次 进 入 公 众 关 注 视 野 2009 年 7 月 17 日, 河 南 杞 县 被 传 核 泄 漏, 一 时 间, 辐 射 外 泄 断 子 绝 孙 核 爆 炸 等 说 法 在 杞 县 居 民 间 传 播, 当 晚 杞 县 城 里 大 有 十 室 九 空 之 势 可 见, 由 于 缺 少 对 核 电 站 的 了 解, 再 加 上 世 界 各 地 核 事 故 的 频 繁 发 生, 公 众 对 核 电 怀 有 极 大 的 恐 惧 和 偏 见 因 此, 在 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 30 周 年 之 际, 作 者 从 安 全 人 机 工 程 学 角 度 对 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 作 深 入 分 析, 找 出 事 故 发 生 的 原 因, 避 免 类 似 事 故 发 生 2 安 全 人 机 工 程 学 安 全 人 机 工 程 学 是 从 安 全 的 角 度 和 着 眼 点, 运 用 人 机 工 程 学 的 原 理 和 方 法 去 解 决 人 机 结 合 面 的 安 全 问 题 的 一 门 新 兴 学 科 它 立 足 于 对 人 们 在 劳 动 过 程 中 的 保 护, 着 重 从 人 的 生 理 心 理 生 物 力 学 劳 动 科 学 诸 方 面 研 究 生 产 过 程 中 如 何 实 现 人 机 环 境 三 方 面 因 素 的 协 调 安 全 人 机 工 程 学 的 研 究 对 象 是 人 机 和 人 机 结 合 面 三 个 安 全 因 素 ( 如 图 1 所 示 ), 中 心 问 题 是 从 系 统 安 全 预 防 事 故 及 职 业 病 的 观 点 来 研 究 和 解 决 人 与 机 环 境 的 合 理 关 系 其 主 要 研 究 目 的 是 :1 对 人 机 以 及 围 绕 着 人 和 机 器 的 关 系 和 环 境 条 件 组 成 的 综 合 体 建 立 合 理 的 方 案, 更 好 地 在 人 机 之 间 合 理 地 分 配 功 能, 使 人 和 机 有 机 结 合 ;2 有 效 地 发 挥 人 的 作 用, 最 大 限 度 地 为 人 提 供 安 全 卫 生 和 舒 适 的 环 境, 达 到 保 障 人 的 健 康 舒 适 愉 快 地 活 动 的 目 的, 同 时 提 高 活 动 效 率 [2] 3 事 故 综 述 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 通 常 简 称 三 哩 岛 事 件, 是 1979 年 3 月 28 日 发 生 在 美 国 宾 夕 法 尼 亚 州 萨 斯 奎 哈 河 三 哩 岛 核 电 站 的 一 次 严 重 放 射 性 物 质 泄 漏 事 人 生 理 特 性 人 机 结 合 面 物 质 性 能 机 心 理 特 性 作 业 方 式 32 生 物 力 学 [1] 图 1 人 机 系 统 示 意 图 安 全 条 件

33 故, 其 压 水 堆 核 电 站 堆 心 熔 毁, 一 座 反 应 堆 大 部 分 元 件 烧 毁 由 于 核 电 站 安 全 壳 的 有 效 保 护, 只 有 少 量 的 放 射 性 气 体 排 出 事 情 持 续 了 36 小 时, 但 却 给 人 们 留 下 终 生 不 灭 的 印 象 三 哩 岛 核 电 站 如 图 2 所 示 二 次 失 水 由 于 操 作 人 员 的 屡 次 失 误, 在 一 回 路 水 继 续 通 过 卸 压 阀 外 泄 又 得 不 到 补 给 的 情 况 下, 因 压 力 降 低 而 产 生 了 堆 芯 沸 腾, 堆 内 水 不 断 汽 化 而 逐 渐 减 少, 使 堆 芯 形 成 了 空 腔, 并 造 成 堆 芯 外 露 达 数 小 时, 燃 料 元 件 包 壳 的 温 度 已 升 到 约 1000 这 时, 虽 然 自 动 控 制 系 统 又 再 一 次 通 过 另 一 路 管 道 把 大 量 冷 却 水 注 入 堆 芯, 但 由 于 燃 料 元 件 包 壳 与 水 蒸 汽 发 生 剧 烈 氧 化 反 应, 生 成 氢 气, 导 致 堆 内 约 有 1/3 的 燃 料 元 件 包 壳 破 损, 使 部 分 贮 存 在 燃 料 元 件 空 腔 中 的 气 态 和 发 挥 性 的 放 射 性 裂 变 产 物 释 放 出 来, 回 流 入 一 回 路 水 在 此 同 时, 一 回 路 的 失 灵 卸 压 阀 将 含 有 放 射 性 核 素 的 蒸 汽 不 断 排 入 卸 压 箱, 造 成 卸 压 箱 水 位 过 高, 安 全 隔 膜 被 破 裂, 大 量 高 温 的 含 有 放 射 性 核 素 的 一 回 路 水 即 溢 出 到 安 全 壳 内 的 地 面 上, 部 分 通 3.1 事 故 经 过 图 2 三 哩 岛 核 电 站 过 污 水 泵 流 入 辅 助 厂 房 据 统 计, 流 入 辅 助 厂 房 内 的 污 染 水 约 有 1600m 3, 这 些 高 温 的 一 回 路 水 溢 出 容 1979 年 3 月 28 日 凌 晨 4 时 30 分 左 右, 三 哩 岛 核 电 站 的 2 号 反 应 堆, 在 例 行 检 修 以 后 重 新 开 始 运 行 当 功 率 逐 渐 提 升 到 额 定 范 围 时, 二 次 回 路 上 的 一 台 冷 凝 水 泵 突 然 停 止 运 转, 造 成 蒸 汽 发 生 器 的 给 水 中 断, 一 次 回 路 由 于 得 不 到 充 分 的 冷 却 而 温 度 上 升 于 是 安 全 控 制 系 统 就 按 照 预 先 设 定 的 程 序, 自 动 打 开 卸 压 阀, 以 排 出 部 分 蒸 汽, 降 低 一 回 路 的 压 力 当 排 出 部 分 蒸 汽, 压 力 降 到 正 常 范 围 时, 卸 压 阀 出 现 意 外, 没 有 自 动 关 闭, 造 成 蒸 汽 源 源 不 断 地 排 入 卸 压 箱 内 由 于 一 回 路 压 力 和 温 度 的 不 断 升 高, 堆 芯 区 的 燃 料 元 件 得 不 到 充 分 冷 却, 此 时 计 算 机 控 制 系 统 即 按 原 先 的 程 序 启 动 辅 助 给 水 统 但 是 管 路 上 又 出 现 了 一 个 意 外 : 该 系 统 中 几 台 泵 的 出 口 阀 在 两 周 前 的 检 修 时 关 闭 了, 没 有 及 时 打 开 ( 这 是 严 重 违 反 操 作 规 程 的 ), 所 以 没 有 水 注 入 蒸 汽 发 生 器, 而 操 作 人 员 又 未 察 觉 到 该 阀 门 已 关 闭 的 指 示 信 号 由 于 卸 压 阀 的 失 灵, 造 成 一 回 路 通 过 此 阀 不 断 向 外 排 出 蒸 汽, 堆 芯 局 部 失 水, 本 来 2 分 钟 后 因 为 堆 芯 冷 却 不 足, 堆 芯 紧 急 冷 却 系 统 会 自 动 启 动, 使 高 压 注 水 泵 开 启 向 一 回 路 注 水 流 入 堆 芯 可 是 又 发 生 了 第 三 次 意 外 : 操 作 人 员 犯 了 一 个 判 断 性 的 错 误, 自 作 主 张 地 通 过 手 动 控 制 系 统 把 其 中 的 一 台 高 压 注 入 水 泵 关 闭 了, 这 样 又 人 为 造 成 了 堆 芯 区 的 第 器, 流 到 地 面 后 就 很 快 蒸 发, 导 致 放 射 性 气 体 和 气 溶 胶 向 外 释 放 而 污 染 环 境 据 统 计, 放 射 性 惰 性 气 体 的 释 放 量 约 为 ~5 1017Bq, 放 射 性 碘 的 释 放 量 约 为 Bq, 放 射 性 氪 的 释 放 量 约 为 Bq, 放 射 性 氙 的 释 放 量 约 为 Bq 当 日, 运 行 人 员 发 现 事 故 时, 堆 心 燃 料 的 47% 已 经 融 毁 并 发 生 泄 漏, 系 统 发 出 了 放 射 性 物 质 泄 漏 的 警 报, 但 由 于 当 时 警 报 蜂 起, 核 泄 漏 的 警 报 并 未 引 起 运 行 人 员 的 注 意, 甚 至 后 来 也 无 人 能 够 回 忆 起 这 个 警 报 直 到 当 晚 8 点 二 号 堆 一 二 回 路 均 恢 复 正 常 运 转 时, 运 行 人 员 始 终 没 有 察 觉 到 堆 心 的 损 坏 和 放 射 性 物 质 的 泄 漏 此 后, 宾 州 州 长 出 于 安 全 考 虑 于 3 月 30 日 疏 散 了 核 电 站 5 英 里 范 围 内 的 学 龄 前 儿 童 和 孕 妇, 并 下 令 对 事 故 堆 心 进 行 检 查 检 查 中 才 发 现 堆 心 严 重 损 坏 约 20 吨 二 氧 化 铀 堆 积 在 压 力 槽 底 部, 大 量 放 射 性 物 质 堆 积 在 围 阻 体, 少 部 分 放 射 性 物 质 泄 漏 到 周 围 环 境 中 3.2 事 故 后 果 事 故 后, 有 关 机 构 对 周 围 居 民 进 行 了 连 续 跟 踪 研 究, 研 究 结 果 显 示 : 在 以 三 哩 岛 核 电 站 为 圆 心 的 50 英 里 范 围 内 的 220 万 居 民 中 无 人 发 生 急 性 辐 射 反 应 ; 33

34 34 周 围 居 民 所 受 到 的 辐 射 相 当 于 进 行 了 一 次 胸 部 透 视 的 辐 射 剂 量 ; 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 对 于 周 围 居 民 的 癌 症 发 生 率 没 有 显 著 性 影 响 ; 三 哩 岛 附 近 未 发 现 动 植 物 异 常 现 象 ; 当 地 农 作 物 产 量 未 发 生 异 常 变 化 ; 但 是, 泄 漏 事 故 造 成 核 电 站 二 号 堆 严 重 损 毁, [3] 直 接 经 济 损 失 达 10 亿 美 元 之 巨 3.3 事 故 影 响 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 是 核 能 史 上 第 一 起 堆 心 熔 化 事 故, 在 整 个 事 件 中, 运 行 人 员 的 错 误 操 作 和 人 机 接 口 设 计 不 合 理 是 重 要 的 原 因, 提 示 人 们 : 核 电 站 运 行 人 员 的 培 训 面 对 紧 急 事 件 的 处 理 能 力 控 制 系 统 的 友 好 性 等 细 节 对 核 电 站 的 安 全 运 行 有 着 重 要 影 响 4 分 析 三 哩 岛 核 电 站 的 不 符 合 安 全 人 机 工 程 之 处 根 据 对 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 相 关 资 料 的 查 阅 与 分 析, 发 现 此 事 故 主 要 是 由 于 不 符 合 安 全 人 机 工 程 而 发 生 的, 其 相 关 原 因 包 括 两 个 方 面 : (1) 人 的 因 素 专 家 在 事 后 的 调 查 报 告 中, 详 细 描 述 了 三 哩 岛 事 故 进 展 过 程 中 现 场 的 工 况 信 息 操 纵 员 的 反 应 操 纵 员 的 动 作 及 后 果, 并 列 出 了 事 故 发 展 进 程 中 重 要 事 件 的 时 间 表 在 此 基 础 上, 总 结 了 致 使 事 故 发 展 至 不 可 逆 转 阶 段 的 4 个 人 为 重 要 失 误 事 件,4 个 事 件 为 :1 操 纵 员 未 能 及 早 发 现 卸 压 阀 关 闭 时 发 生 的 卡 座 故 障, 导 致 冷 却 剂 长 时 间 的 泄 漏 ;2 维 修 人 员 在 维 修 辅 助 给 水 系 统 时, 没 有 将 隔 离 阀 恢 复 到 打 开 位 置, 事 后 操 纵 员 也 没 有 发 现, 导 致 辅 助 给 水 系 统 无 法 供 水, 蒸 汽 发 生 器 烧 干 ;3 操 纵 员 过 早 关 闭 1 台 安 注 泵, 高 压 注 水 被 扼 制, 导 致 注 入 的 冷 却 剂 不 足 以 补 充 泄 漏, 冷 却 剂 继 续 丧 失, 压 力 严 重 下 降 ; 4 操 纵 员 过 早 切 断 冷 却 剂 泵, 自 然 循 环 也 未 能 建 立, 导 致 堆 芯 裸 露, 冷 却 丧 失, 温 度 升 高 [4] 事 故 当 时 的 几 个 操 作 人 员, 甚 至 连 堆 芯 内 因 失 水 温 度 高 引 起 堆 芯 沸 腾 的 问 题 都 没 有 想 到 过, 在 安 全 壳 内 观 察 到 有 强 放 射 性 水 平 以 后 的 三 四 小 时 里 仍 没 意 识 到 燃 料 元 件 包 壳 可 能 严 重 损 坏 等 等, 可 见 操 作 人 员 的 实 际 素 质 与 技 能 水 平 是 何 等 之 差 操 作 人 员 培 训 不 充 分 故 障 处 理 的 能 力 低 读 错 漏 读 数 据 紧 急 情 况 下 操 作 慌 乱 产 生 误 操 作, 最 终 导 致 事 故 发 生 可 见, 操 作 人 员 和 工 程 技 术 人 员 必 须 接 受 获 得 判 断 能 力 方 面 的 实 践 训 练, 这 对 确 保 核 电 站 安 全 至 关 重 要 (2) 人 机 接 口 设 计 不 良 人 机 接 口 包 括 显 示 装 置 控 制 装 置 以 及 报 警 系 统 等 人 机 接 口 设 计 不 良, 将 会 在 人 和 机 器 之 间 产 生 信 息 沟 决 策 沟 和 行 为 沟 指 导 三 哩 岛 核 电 站 的 人 机 接 口 设 计 的 人 类 工 效 学 原 理 是 种 自 发 的 朴 素 的 先 验 知 识, 因 此 系 统 没 考 虑 操 作 者 的 生 理 心 理 特 征, 更 没 有 深 入 分 析 如 何 优 化 操 作 接 口 以 使 操 作 人 员 方 便 可 靠 地 控 制 具 体 原 因 有 : 显 示 装 置 设 计 不 合 理 由 于 设 计 不 合 理, 运 行 人 员 不 能 根 据 仪 表 指 示 及 时 判 断 稳 压 器 泄 压 阀 卡 座 ; 系 统 缺 少 显 示 反 映 堆 内 水 位 高 低 的 仪 表, 因 此 反 应 堆 已 经 缺 水 而 操 作 者 并 不 知 晓 ; 些 反 映 重 要 信 息 的 显 示 器 被 安 装 在 墙 角 边 和 仪 表 板 之 后, 容 易 被 操 作 人 员 忽 略 控 制 装 置 设 计 不 合 理 控 制 装 置 设 计 不 合 理 主 要 表 现 在 : 不 同 功 能 的 控 制 器 安 装 在 一 起, 其 相 互 关 系 不 易 辨 别 引 起 运 行 人 员 在 紧 急 状 况 下 产 生 误 操 作 ; 控 制 器 的 运 动 方 向 不 符 合 人 的 操 作 习 惯, 因 而 产 生 逆 转 错 误 ; 控 制 器 缺 乏 复 位 装 置 和 报 警 信 号 引 起 人 的 无 意 的 操 作 错 误 ; 控 制 器 的 位 置 和 组 合 方 式 不 合 理, 引 起 操 作 延 迟 过 大 甚 至 误 操 作 等 控 制 室 布 局 不 好 控 制 室 的 规 模 很 大, 总 长 20 多 米 的 控 制 盘 上 布 满 了 各 种 指 示 仪 表 操 作 开 关 和 报 警 信 号 操 纵 员 操 作 活 动 范 围 很 大, 工 作 负 担 沉 重, 神 经 高 度 紧 张, 因 而 操 作 失 误 较 多 在 事 故 发 生 过 程 中, 曾 发 出 100 多 个 报 警 信 号, 如 此 多 的 报 警 信 号 严 重 地 干 扰 了 操 纵 员 的 思 维, 信 息 过 量 影 响 操 纵 员 正 确 判 断 5 结 论 三 哩 岛 核 泄 漏 事 故 的 发 生, 其 原 因 既 有 设 计 的 缺 陷 和 设 备 的 故 障, 更 有 人 为 的 错 误 操 作 从 三 哩

35 岛 核 泄 漏 事 故 的 影 响 和 教 训 中, 各 国 对 核 电 厂 的 设 洁 安 全 和 可 大 规 模 提 供 稳 定 电 力 的 优 势, 日 益 受 计 建 造 和 运 行 做 了 很 多 改 进, 核 电 厂 的 核 安 全 水 到 青 睐 加 快 核 能 和 平 利 用, 成 为 加 强 环 境 保 护 平 得 到 了 很 大 提 高 至 于 切 尔 诺 贝 利 核 电 站 事 故 的 建 设 生 态 文 明 的 必 然 选 择 总 之 只 有 安 全 地 利 用 核 能, 发 生 是 由 于 它 是 一 种 石 墨 慢 化 轻 水 堆, 无 安 全 壳, 才 能 适 应 经 济 发 展 和 满 足 不 断 增 长 的 能 源 需 求, 促 进 我 国 现 有 的 核 电 站 是 压 水 堆 电 站 或 重 水 堆 水 站, 都 社 会 经 济 生 态 环 境 的 协 调 发 展, 实 现 我 国 的 繁 荣 有 安 全 壳, 不 会 发 生 类 似 切 尔 诺 贝 利 电 站 那 样 的 事 与 和 谐 故 [5] 在 2006 年 4 月 18 日 的 核 能 发 展 与 核 安 全 座 谈 参 考 文 献 : 会 上, 潘 自 强 毛 用 泽 钱 绍 钧 王 乃 彦 等 院 士 就 [1] 张 景 林. 安 全 人 机 工 程 [M]. 煤 炭 工 业 出 版 社,2002. 如 何 正 确 理 性 地 看 待 该 事 故 以 及 我 国 核 电 发 展 前 [2] 王 凯 全, 邵 辉 等. 事 故 理 论 与 分 析 技 术 [M] 景 等 问 题 进 行 了 探 讨, 他 们 就 中 国 核 电 站 是 否 安 [3] 王 遥. 核 电 厂 操 纵 员 认 知 可 靠 性 实 验 分 析 [D]. 全 的 疑 问 给 出 了 掷 地 有 声 的 正 面 答 复 : 中 国 核 [4] 陈 竹 舟, 叶 长 青. 如 何 应 对 核 与 辐 射 恐 怖 [M] 工 业 50 年 的 发 展 过 程 是 安 全 的 中 国 的 核 电 站 是 [5] 中 国 科 学 技 术 协 会 主 编, 中 国 核 学 会 编 著 安 全 的 让 这 些 院 士 挺 直 了 腰 杆 底 气 十 足 回 答 的 前 提, 是 中 国 发 展 核 事 业 的 50 年 中 拥 有 了 高 质 量 的 技 术 保 障 严 格 的 监 督 管 理 体 系 以 及 中 国 核 电 作 者 简 介 : 陈 莉 莉,1986 年 2 月 出 生,2012 年 毕 业 于 中 国 站 多 年 来 连 续 安 全 运 行 的 业 绩 石 油 大 学 ( 北 京 ) 安 全 技 术 及 工 程 专 业, 取 得 河 南 省 第 二 届 随 着 经 济 的 发 展, 传 统 的 能 源 供 给 日 趋 紧 张, 安 全 生 产 科 技 成 果 三 等 奖, 现 从 事 安 全 评 价 及 安 全 生 产 标 准 温 室 气 体 排 放 的 形 势 越 来 越 严 峻, 而 核 能 具 有 清 化 工 作 35

36 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 安 全 性 的 模 糊 评 价 张 冯 倩 摘 要 联 合 站 是 原 油 集 输 处 理 的 中 心 仪 表 控 制 系 统 作 为 联 合 站 的 重 要 组 成 部 门, 对 其 安 全 评 价 尤 其 重 要 文 章 提 出 采 用 模 糊 综 合 评 价 的 方 法 来 对 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 进 行 安 全 预 测 和 分 析, 以 寻 找 其 中 的 薄 弱 环 节 关 键 词 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 安 全 评 价 模 糊 评 价 1 引 言 联 合 站 是 转 油 站 的 一 种, 是 原 油 生 产 过 程 中 的 一 个 重 要 的 组 成 部 分, 是 油 田 原 油 集 输 处 理 的 中 枢, 是 油 田 生 产 的 重 要 环 节 随 着 石 油 化 工 行 业 技 术 日 渐 进 步 发 达, 先 进 的 技 术 不 断 地 地 应 用 于 石 油 化 工 行 业 中, 这 其 中 就 包 括 了 集 散 控 制 系 统 (Ditributed Control Systems,DCS), 它 广 泛 地 应 用 于 联 合 站 控 制 系 统 中 由 于 仪 表 控 制 系 统 作 为 全 站 控 制 的 中 心 枢 纽, 集 监 视 控 制 及 保 护 一 体 化 的 功 能, 并 且 具 备 高 度 的 可 靠 性, 以 及 硬 件 与 软 件 的 灵 活 配 置 的 种 种 优 势, 目 前 它 完 全 取 代 了 传 统 的 人 工 操 作, 真 正 意 义 上 实 现 了 可 操 作 的 自 动 化 控 制 2 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 安 全 评 价 的 目 的 仪 表 控 制 系 统 是 整 个 联 合 站 的 核 心 枢 纽, 因 此, 对 其 进 行 受 全 评 价 分 析 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 的 安 全 水 平, 查 找 其 生 产 过 程 中 存 在 的 安 全 隐 患, 制 定 风 险 防 范 的 措 施, 对 于 实 现 生 产 装 置 的 稳 定 运 行, 减 少 事 故 发 生, 增 加 油 田 企 业 的 经 济 效 益, 具 有 重 要 的 现 实 意 义 为 此, 对 其 进 行 安 全 评 价 要 达 到 以 下 两 个 目 的 : 一 是 对 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 进 行 定 量 分 析, 寻 找 出 系 统 评 价 的 最 优 方 案 ; 二 是 确 定 系 统 类 别 的 重 要 因 子, 并 对 各 评 价 单 元 赋 值, 找 出 各 评 价 单 元 在 整 体 中 所 占 比 重 3 安 全 评 价 的 方 法 安 全 评 价 又 称 危 险 性 和 风 险 评 价, 理 论 依 据 四 个 原 理 : 相 关 性 原 理 类 推 原 理 惯 性 原 理 量 变 到 质 变 原 理 目 前, 以 安 全 评 价 原 理 为 基 础 衍 生 出 来 的 安 全 评 价 方 法 有 以 下 几 种 : 安 全 检 查 表 法 (SCA) 专 家 评 议 法 预 先 危 险 分 析 法 (PHA) 故 障 假 设 法 (WI) 危 险 与 可 操 作 性 研 究 (HAZOP) 故 障 树 分 析 法 (FTA) 和 事 件 树 分 析 法 (ETA) 等 这 些 方 法 既 有 定 性 给 出 评 价 结 果, 也 有 定 量 给 出 评 价 结 果 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 的 安 全 评 价 具 有 多 因 素 多 类 别 的 特 点, 效 用 函 数 的 确 定 和 计 算 非 常 复 杂, 但 是 模 糊 评 价 方 法 对 解 决 这 一 问 题 非 常 方 便, 定 性 地 给 出 系 统 的 安 全 指 标 4 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 的 模 糊 评 价 4.1 确 定 评 价 单 元 在 影 响 仪 表 控 制 系 统 的 安 全 因 素 中 筛 选 出 18 个 因 子, 并 分 为 5 大 类, 如 表 1 所 列 表 1 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 单 元 类 别 划 分 单 元 类 别 ( 总 分 ) 因 素 分 数 赋 值 环 境 条 件 5 动 力 条 件 5 1 现 场 仪 表 (18) 外 观 安 装 3 使 用 维 护 6 运 行 环 境 4 软 件 系 统 7 2 控 制 室 (27) 硬 件 系 统 6 电 源 接 地 10 线 路 环 境 8 敷 设 方 式 8 3 通 讯 系 统 (24) 外 观 线 路 维 护 8 静 电 7 雷 电 3 4 外 在 环 境 (17) 电 磁 辐 射 3 火 灾 爆 炸 7 操 作 员 素 质 6 5 安 全 管 理 (14) 规 章 制 度 3 安 全 检 查 5 36

37 4.2 构 造 结 构 判 断 矩 阵 在 建 立 递 阶 层 次 结 构 体 系 后, 根 据 上 下 层 次 之 间 的 隶 属 关 系, 对 表 1 种 的 五 大 类 按 照 AHP( 层 次 分 析 法 ) 规 定 的 5 级 标 准 进 行 成 对 比 较, 可 得 出 一 个 5 5 的 判 断 矩 阵 : A1 A2 A3 A4 A5 在 矩 阵 A 中,A1 为 现 场 仪 表 ;A2 为 控 制 室 ; A3 为 通 讯 系 统 ;A4 为 外 在 环 境 ;A5 表 示 安 全 管 理 4.3 层 次 分 析 求 特 征 向 量 和 权 重 利 用 matlab 软 件, 使 用 命 令 [V,D]=eig(A) 求 解, 得 到 λmax=5.049, 其 特 征 向 量 为 (0.5091, ,0.5634,0.2487,0.1369), 则 权 重 : W W W W W 权 重 值 (0.249,0.286,0.276,0.122,0.067) n RI 确 定 各 类 别 分 数 若 以 各 类 别 总 分 为 100 分, 那 么 现 场 仪 表 控 制 室 通 讯 系 统 外 在 环 境 安 全 管 理 等 五 类 的 分 数 分 别 为 24.9,28.6,27.6,12.2,6.7 在 确 定 类 别 单 元 总 分 后, 一 般 情 况 下, 每 个 单 元 的 评 价 因 素 权 向 量 凭 经 验 可 以 进 行 大 致 判 断, 没 有 必 要 使 用 AHP 方 法, 其 中 各 因 素 分 数 赋 值 见 表 1 所 列 5 结 束 语 在 联 合 站 仪 表 控 制 系 统 模 糊 方 法 的 分 析 中, 可 以 看 出 个 评 价 单 元 在 联 合 站 仪 表 控 制 中 所 占 的 权 重, 比 如 控 制 室 通 讯 系 统 现 场 仪 表 所 占 的 权 重 比 较 大, 在 生 产 管 理 中 要 重 点 关 注, 给 予 重 视, 以 防 事 故 的 发 生 参 考 文 献 : 表 2 平 均 随 机 一 致 性 指 标 RI 一 致 性 检 验 进 行 一 致 性 检 验 : max n CI 0.01 n 查 表 2,n=5 时,RI=1.12, 则 CI RI 1.12 因 此, 判 断 矩 阵 A 的 结 果 可 以 接 受, 求 得 的 权 重 值 可 以 使 用 即 : A [1] 韦 松 云. 谈 安 全 评 价 方 法 [J]. 企 业 科 技 与 发 展 [2] 刘 荣 志. 油 田 联 合 站 自 动 化 控 制 系 统 的 优 化 研 究 [J]. 自 动 化 应 用 :26-27 [3] 吕 辉, 陈 惠. 油 田 站 库 测 控 系 统 优 化 设 计 [J]. 第 七 届 工 业 仪 表 与 自 动 化 学 术 会 议.2006 [4] 龚 钦 霞. 联 合 站 自 动 控 制 系 统 的 整 合 [J]. 油 气 田 地 面 工 程 :57-58 [5] 王 秉 仪, 张 惠 良, 左 信. 在 役 DCS 运 行 性 能 评 估 与 可 靠 性 分 析 [J]. 石 油 化 工 自 动 化, :22-25 作 者 简 介 : 张 冯 倩,1988 年 11 月 出 生,2013 年 毕 业 于 西 南 石 油 大 学 油 气 测 控 工 程 专 业, 现 从 事 企 业 文 化 管 理 工 作 37

38 工 程 设 计 技 术 研 究 污 水 水 质 对 注 汽 锅 炉 运 行 的 影 响 与 药 剂 的 筛 选 试 验 张 燚 摘 要 锅 炉 运 行 效 果 的 进 水 水 质, 可 以 确 定 为 水 中 的 二 氧 化 硅 各 种 金 属 离 子 ( 铁 铜 ), 溶 解 氧 硬 度 油 PH 值 等 以 上 污 染 物 超 标 后 会 从 腐 蚀 和 结 垢 两 方 面 影 响 锅 炉 正 常 运 行 采 用 大 炉 膛, 热 负 荷 低, 水 循 环 良 好, 水 冷 壁 管 不 易 发 生 结 垢 采 用 强 化 混 凝 除 硅, 具 有 不 增 加 水 的 硬 度, 除 硅 效 果 好, 成 本 较 低 等 优 点, 本 试 验 针 对 离 子 交 换 树 脂 的 出 水 进 行 除 硅 试 验, 通 过 优 化 除 硅 剂 加 量, 合 理 降 低 除 硅 成 本 除 硅 剂 加 入 量 在 300mg/L 时 比 较 经 济 可 行, 出 水 能 达 到 含 硅 50mg/L 以 下, 硅 去 除 率 为 75%,COD 去 除 率 为 50%, 处 理 成 本 为 1.5 元 /m 3 在 污 水 中 基 本 为 溶 解 性 COD 的 情 况 下, 三 维 超 导 离 子 净 水 装 置 COD 的 去 除 率 为 90% 当 污 水 COD 在 200mg/L, 其 出 水 COD 在 30mg/L 左 右 单 耗 为 0.6 元 /m 3 关 键 词 污 水 水 质 注 汽 锅 炉 结 垢 药 剂 选 试 验 1 引 言 河 南 油 田 近 年 开 展 了 含 油 污 水 处 理 合 格 后 用 于 过 热 蒸 汽 注 汽 锅 炉 的 现 场 试 验 研 究 工 作 该 技 术 在 我 国 也 是 处 于 试 验 研 究 阶 段 电 厂 过 热 蒸 汽 锅 炉 因 汽 轮 机 的 要 求 更 高, 对 锅 炉 的 进 水 水 质 的 要 求 则 更 高 因 此, 采 用 何 种 技 术, 需 要 对 水 质 标 准 锅 炉 进 水 水 质 进 行 研 究 以 及 在 经 济 技 术 上 进 行 对 比 研 究, 以 确 定 适 合 的 水 质 标 准 和 工 艺 污 水 中 成 分 对 锅 炉 运 行 的 影 响 锅 炉 受 热 面 的 结 垢 情 况 药 剂 的 筛 选 试 验, 这 些 是 该 项 目 重 要 的 技 术 研 究 内 容 及 环 节 2 污 水 中 成 分 对 锅 炉 的 影 响 分 析 根 据 75 吨 过 热 蒸 汽 注 汽 锅 炉 进 水 水 质 标 准, 应 执 行 火 力 发 电 机 组 及 蒸 汽 动 力 设 备 水 汽 质 量 (GB/T ) 河 南 油 田 该 锅 炉 用 水 水 质 要 求 详 见 表 1 影 响 锅 炉 运 行 效 果 的 进 水 水 质, 可 以 确 定 为 水 中 的 二 氧 化 硅 各 种 金 属 离 子 ( 铁 铜 ), 溶 解 氧 硬 度 油 PH 值 等 以 上 污 染 物 超 标 后 会 从 腐 蚀 和 结 垢 两 方 面 影 响 锅 炉 正 常 运 行 对 锅 炉 正 常 运 行 的 影 响 的 具 体 成 分 有 以 下 几 种 : 油 给 水 含 油 过 高, 会 使 注 汽 锅 炉 内 产 生 泡 沫, 影 响 蒸 汽 质 量, 同 时 产 生 导 热 性 极 差 的 油 质 水 垢, 造 成 传 热 恶 化 和 使 炉 管 过 热, 影 响 注 汽 锅 炉 安 全 稳 定 运 行 另 外 会 污 染 离 子 交 换 树 脂 总 硬 度 给 水 中 的 总 硬 度 主 要 导 致 注 汽 锅 炉 炉 管 内 表 面 结 垢, 造 成 传 热 恶 化 和 使 炉 管 过 热, 影 响 注 汽 锅 炉 安 全 稳 定 运 行, 同 时 降 低 锅 炉 热 效 率 二 氧 化 硅 给 水 二 氧 化 硅 含 量 过 高, 注 汽 锅 炉 出 口 20% 以 上 水 相 无 法 溶 解 给 水 携 带 的 二 氧 化 硅, 易 使 注 汽 锅 炉 炉 管 内 表 面 形 成 二 氧 化 硅 结 晶, 使 炉 管 受 热 面 不 均, 并 形 成 垢 点 腐 蚀 金 属 离 子 ( 铁 铜 ) 给 水 金 属 离 子 过 高, 会 破 坏 锅 炉 内 壁 上 的 磁 性 氧 化 铁 保 护 膜, 同 时 破 坏 离 子 交 换 树 脂 结 构, 造 成 树 脂 中 毒 ph 值 注 汽 锅 炉 要 求 ph 值 呈 碱 性, 主 要 考 虑 软 化 水 与 注 汽 锅 炉 之 间 的 腐 蚀, 同 时 避 免 二 氧 化 硅 结 垢 溶 解 氧 给 水 溶 解 氧 过 高 会 造 成 注 汽 锅 炉 炉 管 内 表 面 腐 蚀, 以 及 注 汽 管 道 的 内 表 面 腐 蚀, 同 时 破 坏 注 汽 锅 炉 炉 管 内 表 面 的 磁 性 氧 化 铁 保 护 膜 3 锅 炉 受 热 面 的 结 垢 分 析 带 有 杂 质 的 给 水 在 锅 炉 中 受 热 时, 水 中 的 重 碳 酸 盐 类 会 受 热 分 解, 生 成 难 溶 的 沉 淀 物 水 中 非 碳 酸 盐 类 的 溶 解 度 是 随 温 度 升 高 而 逐 渐 下 降 的, 当 达 到 饱 和 浓 度 后, 这 种 盐 类 便 沉 淀 析 出 在 水 体 中 结 晶 的 形 成 悬 浮 的 晶 体 颗 粒, 较 松 软, 称 为 泥 渣, 可 38

39 以 通 过 锅 炉 排 污 清 除 ; 在 壁 面 上 结 晶 的 将 在 金 属 表 (2) 硅 酸 盐 水 垢 这 种 水 垢 主 要 成 分 是 铝 铁 面 上 形 成 坚 硬 而 致 密 的 沉 积 物, 称 为 水 垢 一 般 将 的 硅 酸 化 合 物 锅 炉 中 的 给 水 中 的 铝 铁 化 合 物 和 硅 酸 沉 积 在 省 煤 器 和 蒸 发 受 热 面 上 的 沉 积 物 称 为 水 垢, 主 要 来 自 补 给 水 和 凝 汽 器 泄 漏 的 冷 却 水 将 因 蒸 汽 带 盐 而 沉 积 在 过 热 受 热 面 上 的 称 为 盐 垢 (3) 磷 酸 盐 水 垢 这 种 水 垢 发 生 在 锅 炉 炉 水 水 垢 按 其 化 学 成 分 可 分 为 下 列 几 种 : 采 用 磷 酸 盐 处 理 且 炉 水 中 PO4-3 及 铁 含 量 较 高 时, (1) 钙 镁 水 垢 钙 镁 水 垢 主 要 成 分 为 钙 一 般 在 水 冷 壁 管 中 生 成, 水 垢 呈 白 色, 容 易 从 管 壁 镁 盐 类, 可 分 为 下 列 4 种 碳 酸 盐 水 垢 : 最 常 见 的 脱 落 水 垢, 主 要 成 分 是 钙 镁 的 碳 酸 盐 这 种 水 垢 主 要 在 (4) 氧 化 铁 垢 这 种 水 垢 主 要 成 分 为 铁 的 氧 水 未 沸 腾 处 形 成, 如 凝 汽 器 给 水 管 道 和 非 沸 腾 式 化 物 一 般 发 生 在 大 型 锅 炉 中 高 热 负 荷 区 的 水 冷 壁 省 煤 器 中, 但 在 炉 水 中 强 烈 沸 腾 条 件 下 形 成 泥 渣 ; 管 壁 上, 其 主 要 成 因 是 给 水 和 炉 水 中 含 铁 量 过 高 及 硫 酸 盐 水 垢 : 这 种 水 垢 坚 硬 致 密, 常 沉 积 在 温 度 高 高 热 负 荷 蒸 发 率 较 大 的 受 热 面 上, 如 水 冷 壁 管 和 锅 炉 管 束 ; (5) 铜 垢 当 热 力 系 统 中 铜 合 金 部 件 受 腐 蚀, 硅 酸 盐 水 垢 : 主 要 成 分 为 硅 酸 钙 硅 酸 镁, 化 合 物 铜 的 腐 蚀 物 便 随 给 水 进 入 锅 炉, 形 成 铜 垢 主 要 发 形 态 有 CaSO 4 CaSO 4.2H 2O 2CaSO 4.H 2O 等 生 在 热 负 荷 高 的 水 冷 壁 管 上 这 种 水 垢 最 硬, 导 热 性 差, 通 常 在 锅 炉 热 负 荷 高 的 4 药 剂 筛 选 试 验 沸 腾 管 如 水 冷 壁 管 和 沸 腾 炉 埋 管 处 形 成 ; 混 合 水 按 照 稠 油 注 汽 系 统 设 计 规 范 垢 : 是 由 钙 镁 的 碳 酸 盐 硫 酸 盐 硅 酸 盐 及 铁 铝 (SY/T ) 对 热 采 锅 炉 给 水 水 质 标 准 的 规 氧 化 物 组 成, 其 性 质 随 成 分 不 同 而 差 别 较 大 定, 要 求 锅 炉 进 水 SiO2 50mg/L 目 前 的 除 硅 通 表 1 75 吨 过 热 蒸 汽 注 汽 锅 炉 的 用 水 水 质 要 求 序 号 项 目 标 准 GB/T 稠 联 水 质 本 次 标 准 1 总 硬 度 (CaCO3) 2umol/L ~0 mg/l 2umol/L 2 铁 30ug/L 30ug/L 3 溶 解 氧 7 ug/l 0.02 mg/l 7 ug/l 4 铜 5 ug/l 5 ug/l 5 PH 值 (25 ) 9.0~9.5 7~ ~9.5 6 油 0.3 mg/l ~0.5 mg/l 0.3 mg/l 7 二 氧 化 硅 20ug/kg ~140 mg/l 20ug/kg 8 悬 浮 物 1~3 mg/l 9 总 矿 化 度 ~3400 mg/l 100 mg/l( 锅 筒 内 ) 10 Cl- ~1100mg/L 4 mg/l( 锅 筒 内 ) 11 含 硫 0~8 mg/l 10mg/L 39

40 常 采 用 钙 镁 剂 除 硅 阴 离 子 交 换 树 脂 除 硅 等 方 法, Si 含 量 该 试 验 分 析 方 法 是 : 水 中 二 氧 化 硅 的 含 量 但 都 存 在 不 利 因 素, 钙 镁 剂 除 硅 加 药 量 大, 容 易 产 分 析 方 法 按 照 国 家 标 准 GB/T 工 业 循 环 生 硬 度 升 高 而 阴 离 子 交 换 树 脂 除 硅 存 在 成 本 高, 冷 却 水 中 二 氧 化 硅 含 量 的 测 定 分 光 光 度 法 的 规 定 再 生 困 难 本 技 术 采 用 强 化 混 凝 除 硅, 具 有 不 增 加 进 行 试 验 数 据 和 结 论 见 下 表 2 水 的 硬 度, 除 硅 效 果 好, 成 本 较 低 等 优 点, 本 试 验 (2) 除 COD 试 验 在 100ml 原 水 中 分 别 加 入 针 对 离 子 交 换 树 脂 的 出 水 进 行 除 硅 试 验, 通 过 优 化 双 氧 水 mg/L, 再 加 入 聚 除 硅 剂 加 量, 合 理 降 低 除 硅 成 本 铝 / 硫 化 亚 铁 mg/L, 搅 拌 均 匀, 静 止 沉 降, (1) 除 硅 试 验 配 置 除 硅 剂 1000ml, 浓 度 5g/L; 测 试 COD 含 量, 期 间 监 测 ph 变 化 情 况, 做 好 记 录 配 盐 酸 100ml, 浓 度 1:1; 配 置 PAM 1000ml, 浓 度 在 最 佳 加 药 量 范 围 再 细 化 加 药 量, 重 复 试 验 过 程 0.4g/L; 取 原 水 100ml, 调 节 ph 到 7; 分 别 加 入 除 确 定 最 佳 加 药 量 情 况 下, 可 试 验 聚 铝 的 不 同 加 药 硅 剂 25~500mg/L 加 入 PAM1.5ml 调 ph 到 7, 混 量, 观 察 对 试 验 结 果 有 无 影 响 试 验 情 况 见 表 3 至 合 均 匀 静 止 30~60min, 取 上 清 液, 分 析 其 中 的 表 7 表 3 加 不 同 浓 度 的 双 氧 水 和 100mg/L 聚 铝 后 COD 含 量 表 2 除 硅 试 验 数 据 H2O2 浓 度 气 浮 出 回 用 出 除 硅 剂 加 药 量 (mg/l) 气 浮 出 水 处 理 后 硅 含 量 (mg/l) 备 注 外 输 出 水 处 理 后 硅 含 量 (mg/l) 原 水 备 注 原 水 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 絮 体 多 下 沉 水 清 无 絮 絮 体 多 下 沉 水 清 无 絮 絮 体 多 下 沉 62.0 少 量 絮 悬 浮 絮 体 多 下 沉 47.0 少 量 絮 悬 浮 絮 体 多 下 沉 37.0 少 量 絮 悬 浮 絮 体 多 下 沉 表 5 试 验 加 除 硅 剂 去 除 COD 的 效 果 除 硅 剂 加 药 量 硅 COD COD 原 水 mg/L 表 4 加 不 同 浓 度 氧 化 剂 后 COD 含 量 检 测 项 目 原 水 加 H2O2(200mg/L)+FeS(200mg/L) 加 除 硅 剂 (300mg/L) 气 浮 出 回 用 出 气 浮 出 回 用 出 气 浮 出 回 用 出 COD SO S Fe ( 注 : 加 入 FeS 后 水 中 硫 酸 根 离 子 和 Fe 离 子 增 加 ) 40

41 表 6 加 不 同 浓 度 高 锰 酸 钾 去 除 COD 的 试 验 结 果 室 内 试 验, 试 验 情 况 见 表 8 高 锰 酸 钾 浓 度 mg/l COD(mg/L) 原 水 表 7 在 酸 性 环 境 下 加 双 氧 水 去 除 COD ph COD(1) COD(2) 图 1 快 离 子 导 体 电 磁 能 水 清 器 示 意 图 原 水 ( 注 : 用 硫 酸 调 ph 值,(1) 加 入 双 氧 水 300mg/L, 硫 化 亚 铁 200mg/L (2) 加 入 双 氧 水 300mg/L, 不 加 硫 化 亚 铁 ) (3) 除 COD 设 备 防 腐 及 防 止 结 垢 的 试 验 除 COD 的 设 备 是 一 种 被 称 为 三 维 超 导 离 子 净 水 装 置 它 采 用 特 殊 工 艺 和 材 料 定 制 而 成 的 电 催 化 处 理 装 置, 根 据 水 中 污 染 物 的 种 类 和 性 质, 在 装 置 内 部 填 充 形 状 特 殊 的 稀 土 金 属 催 化 材 料, 这 类 材 料 的 离 子 具 有 较 高 的 迁 移 速 度 及 导 电 特 性 系 统 工 作 时, 在 外 加 电 场 的 作 用 下, 悬 浮 流 动 的 超 导 离 子 分 别 被 感 应 出 正 负 极 性, 由 于 离 子 的 迁 移, 在 装 置 内 部 感 应 出 无 数 多 的 阳 级 及 阴 极 区 域, 使 原 水 中 带 负 电 荷 和 正 电 荷 的 污 染 物 质 分 别 在 阳 极 区 域 和 阴 极 区 域 吸 附 并 发 生 电 化 学 催 化 氧 化 和 还 原 反 应, 燃 烧 吸 附 并 转 换 水 中 的 污 染 物 质, 通 过 综 合 作 用 加 速 污 染 物 的 分 解 及 回 收, 使 废 水 中 残 留 的 油 机 杂 Ca Mg 离 子 细 菌 硫 化 物 等 污 染 物 迅 速 被 去 除, 达 到 彻 底 净 化 水 质 之 目 的 图 1 为 快 离 子 导 体 电 磁 能 水 清 器 示 意 图, 图 2 为 该 装 置 的 照 片 用 现 场 的 水 做 图 2 该 装 置 的 照 片 5 结 论 在 给 水 品 质 较 差 的 工 业 锅 炉 中, 水 垢 主 要 为 钙 镁 水 垢 在 电 站 锅 炉 中, 水 处 理 设 备 好, 给 水 硬 度 小, 已 经 基 本 不 发 生 钙 镁 水 垢, 其 水 垢 主 要 为 氧 化 铁 垢 铜 垢 和 硅 酸 盐 垢 根 据 各 种 水 垢 的 生 成 机 理, 结 合 河 南 油 田 污 水 经 过 处 理 后 的 水 回 用 作 为 注 汽 锅 炉 补 给 水 的 使 用 特 点, 其 结 垢 情 况 及 药 剂 筛 选 试 验 研 究 的 结 论 是 : 41

42 表 8 现 场 水 室 内 试 验 的 数 据 原 水 出 水 序 号 项 目 结 果 序 号 项 目 结 果 1 钙 51.9mg/L 1 钙 13.9mg/L 2 镁 5.2mg/L 2 镁 0.6mg/L 3 矿 化 物 2102mg/L 3 矿 化 物 mg/L 4 二 氧 化 硅 80mg/L 4 二 氧 化 硅 2.7mg/L 5 总 碱 度 32mmol/L 5 总 碱 度 35mmol/L 6 CODcr 34.96mg/L 6 CODcr 0 7 铁 0mg/L 7 铁 0mg/L 8 含 油 4.2mg/L 8 含 油 0mg/L 9 悬 浮 物 5.6mg/L 9 悬 浮 物 2.2mg/L (1) 水 垢 为 钙 镁 水 垢 若 采 用 双 级 钠 离 子 串 联 交 换 系 统 作 为 给 水 处 理 设 备, 在 原 水 硬 度 较 大 的 情 况 下, 出 水 硬 度 <0.005mmol/L, 满 足 工 业 锅 炉 的 用 水 要 求, 同 时 接 近 电 站 锅 炉 给 水 质 量 标 准, 能 满 足 注 汽 锅 炉 锅 炉 安 全 性 要 求 (2) 钙 镁 水 垢 主 要 发 生 于 蒸 发 受 热 面, 如 水 冷 壁 管 束 等 本 设 计 采 用 大 炉 膛, 热 负 荷 低, 水 循 环 良 好, 水 冷 壁 管 不 易 发 生 结 垢 若 同 时 配 合 采 用 工 业 锅 炉 所 采 用 的 排 污 率 5%, 锅 炉 安 全 性 完 全 能 得 到 保 证 蒸 汽 压 力 升 高, 蒸 汽 溶 盐 能 力 随 之 提 高, 同 时 饱 和 蒸 汽 中 易 于 溶 解 的 盐 分 在 过 热 蒸 汽 中 的 溶 解 度 也 较 大 蒸 汽 过 热 度 (50 ) 较 小 时, 则 在 过 热 器 中 的 过 热 蒸 汽 对 盐 类 的 溶 解 能 力 基 本 不 变 ( 也 有 较 大 的 盐 类 溶 解 能 力 ), 同 时 因 为 烟 气 温 度 低, 过 热 器 有 较 大 的 抗 盐 分 沉 积 的 能 力 (3) 饱 和 蒸 汽 中 溶 解 的 盐 分 主 要 是 硅 酸, 但 其 主 要 对 电 站 锅 炉 系 统 中 的 汽 轮 机 ( 降 温 扩 容 过 程 ) 危 害 较 大, 对 锅 炉 影 响 较 小 (4) 在 加 入 除 硅 剂 和 PAM 后, 调 节 ph 到 7.0 的 时 候 比 较 合 适, 太 高 影 响 除 硅 效 果, 太 低 除 硅 效 果 更 好, 但 可 能 会 导 致 设 备 出 现 腐 蚀 问 题 (5) 除 硅 剂 加 入 量 在 300mg/L 时 比 较 经 济 可 行, 出 水 能 达 到 含 硅 50mg/L 以 下, 过 高 的 加 入 量 会 增 加 成 本 硅 去 除 率 为 75%,COD 去 除 率 为 50% 处 理 成 本 为 1.5 元 /m 3 (6) 在 污 水 中 基 本 为 溶 解 性 COD 的 情 况 下, 三 维 超 导 离 子 净 水 装 置 COD 的 去 除 率 为 90% 当 污 水 COD 在 200mg/L, 其 出 水 COD 在 30mg/L 左 右 单 耗 为 0.6 元 /m 3 参 考 文 献 : [1] 火 力 发 电 机 组 及 蒸 汽 动 力 设 备 水 汽 质 量 (GB/T ). [2] 稠 油 注 汽 系 统 设 计 规 范 (SY/T ). [3] 曾 玉 彬 等. 稠 油 污 水 回 用 热 采 锅 炉 的 中 试 研 究 [J]. 工 业 水 处 理,2007,27(7): 作 者 简 介 : 张 燚,1971 年 10 月 出 生,1992 年 毕 业 于 江 汉 石 学 院 环 境 工 程 专 业, 给 排 水 高 级 工 程 师 全 国 注 册 公 用 设 备 ( 给 水 排 水 ) 工 程 师, 一 直 从 事 油 田 污 水 处 理 注 水 市 政 给 排 水 设 计 及 研 究 工 作 42

43 2.1 常 用 措 施 关 于 编 制 水 土 保 持 治 理 类 可 研 项 目 的 一 些 探 讨 陶 新 良 摘 要 水 土 保 持 治 理 类 项 目 可 研 编 制 有 其 自 身 独 特 的 编 制 原 则, 不 同 于 其 他 安 全 环 保 隐 患 治 理 项 目 水 保 治 理 项 目 采 用 的 措 施 主 要 包 括 工 程 措 施 植 物 措 施 和 临 时 措 施 等 ; 通 常 在 方 案 编 制 过 程 中, 尽 量 采 用 植 物 措 施, 降 低 对 当 地 生 态 的 二 次 扰 动 水 保 治 理 项 目 栽 种 的 植 物 还 能 产 生 一 定 的 经 济 效 益 关 键 词 水 土 保 持 典 型 植 物 措 施 近 些 年 来, 笔 者 做 了 几 例 中 石 化 华 北 分 公 司 水 土 保 持 治 理 类 可 行 性 研 究 项 目 报 告 通 过 此 类 项 目 可 研 报 告 的 编 制, 加 上 笔 者 收 集 的 一 些 资 料, 现 针 对 荒 漠 化 水 土 流 失 风 蚀 水 蚀 现 象 严 重 地 区 的 水 土 保 持 治 理 的 可 研 编 制 与 大 家 进 行 探 讨 1 关 于 方 案 编 制 需 要 遵 循 的 原 则 每 个 方 案 的 编 制 都 需 要 首 先 遵 循 一 定 的 原 则, 水 土 保 持 治 理 类 项 目 也 不 例 外, 但 又 有 自 身 的 特 殊 要 求 第 一, 水 土 保 持 治 理 工 作 要 认 真 贯 彻 落 实 国 家 地 方 和 集 团 公 司 的 环 境 保 护 法 律 法 规 方 针 政 策 及 有 关 规 定, 符 合 国 家 地 方 和 集 团 公 司 的 发 展 规 划 环 境 保 护 规 划 及 生 态 环 境 功 能 区 划 的 要 求 第 二, 方 案 应 以 水 土 保 持 实 现 生 态 恢 复 为 目 的, 以 改 善 大 牛 地 气 田 集 输 站 场 周 边 生 态 环 境 保 障 油 气 田 开 发 建 设 为 目 标, 优 先 采 用 先 进 的 沙 障 种 植 植 树 种 草 等 防 沙 治 沙 技 术 第 三, 方 案 水 土 保 持 措 施 中 选 用 树 种 草 种 主 要 为 乡 土 树 草 种 和 已 经 引 种 成 功 的 树 草 种 同 时, 应 从 实 际 出 发, 在 有 效 防 治 工 程 建 设 新 增 水 土 流 失 的 同 时, 要 充 分 考 虑 方 案 的 经 济 合 理 性, 以 较 少 的 投 入 争 取 最 大 的 生 态 和 社 会 效 益 第 四, 方 案 应 紧 密 结 合 项 目 区 域 水 土 流 失 特 点, 科 学 合 理 地 配 置 各 类 水 土 保 持 措 施 ; 各 种 措 施 布 设 时 兼 顾 考 虑 石 油 天 然 气 行 业 规 范, 达 到 有 效 生 态 美 观 的 目 的 ; 同 时 还 要 考 虑 项 目 实 施 后, 所 栽 种 的 植 物 措 施 的 养 护 问 题 2 水 土 保 持 治 理 方 案 编 制 水 土 保 持 治 理 方 案 主 要 采 用 工 程 措 施 植 物 措 施 和 临 时 措 施 等, 并 且 还 要 按 项 目 区 所 涉 及 的 不 同 立 地 类 型 进 行 有 针 对 性 的 设 计 所 以, 编 制 方 案 时, 首 先 要 调 查 清 楚 项 目 所 处 区 域 立 地 类 型, 是 流 动 沙 丘 是 半 固 定 沙 丘 还 是 风 沙 草 滩 过 渡 区 等 ; 不 同 立 地 条 件, 治 理 方 案 大 不 相 同, 需 要 有 针 对 性 的 给 出 治 理 方 案 (1) 工 程 措 施 方 面 : 井 场 区 地 势 平 坦 开 阔, 在 区 内 进 行 土 地 平 整, 施 工 结 束 后 及 时 土 地 整 治, 对 占 用 耕 地 的 临 时 占 地 适 时 复 耕 ; 站 场 阀 室 区 修 筑 排 水 沟, 并 采 用 预 制 混 凝 土 盖 板 覆 盖 ; 集 气 管 线 管 沟 随 挖 随 填, 回 填 后 及 时 进 行 土 地 整 治, 表 土 回 覆, 对 占 用 耕 地 的 及 时 进 行 土 地 复 耕 ; 道 路 两 侧 设 置 纵 横 向 排 水 沟, 并 采 用 预 制 混 凝 土 盖 板 覆 盖 ; 其 他 工 程 区 主 要 是 区 内 修 筑 排 水 沟, 并 用 预 制 混 凝 土 盖 板 覆 盖 (2) 植 物 措 施 方 面 : 井 场 区 周 边 沙 丘 地 采 用 插 柳 条 修 建 方 格 沙 障 ; 在 站 场 阀 室 区 进 行 绿 化 美 化 工 程, 在 站 场 围 墙 外 四 周 设 置 乔 灌 防 护 林 带 ; 集 气 管 线 区 主 要 是 采 用 沙 障 固 沙 ; 在 工 程 道 路 两 侧 进 行 了 种 植 防 护 林 行 道 树 撒 播 草 籽 防 护 边 坡 等 措 施, 在 沙 丘 处 修 建 草 方 格 沙 障 和 柳 篱 沙 障 ; 输 电 线 路 区 临 时 占 地 主 要 恢 复 植 被 或 撒 播 草 籽 ; 其 他 工 程 区 主 要 是 区 域 四 周 防 护 林 和 沙 障 固 沙 (3) 临 时 措 施 方 面 : 主 要 是 施 工 过 程 中 的 临 时 堆 土 坡 脚 采 用 草 袋 装 土 拦 挡 坡 面 和 顶 面 防 尘 网 临 时 覆 盖 等, 遇 大 风 干 旱 天 气 时 结 合 临 时 洒 水 防 尘 等 措 施 2.2 典 型 植 物 措 施 案 例 分 析 (1) 沙 障 典 型 设 计 43

44 1 平 铺 式 方 格 沙 障 设 置 技 术 (2) 井 场 区 植 被 恢 复 设 计 采 用 直 立 式 沙 蒿 沙 障 或 者 沙 柳 玉 米 秸 秆 平 铺 主 要 采 用 沙 柳 造 林 技 术 措 施 包 括 以 下 措 施 内 式 方 格 沙 障 沙 障 铺 设 时 根 据 实 际 原 材 料 的 供 应 情 容 : 况 将 沙 蒿 沙 柳 或 玉 米 秸 秆 与 主 害 风 方 向 垂 直 平 1 整 地 : 沙 柳 栽 植 时 需 穴 状 整 地, 经 过 专 用 机 铺 在 沙 丘 上, 厚 3~5cm, 上 面 用 沙 土 压 埋, 形 成 械 和 大 型 车 辆 的 不 断 碾 压, 井 场 铺 垫 的 红 土 变 得 非 1m 1m 的 网 格 每 100m² 需 原 料 约 35kg 常 坚 硬, 在 进 行 挖 土 试 验 时, 人 工 成 孔 十 分 困 难 主 风 方 向 剖 面 图 ( 比 例 :1:200) 1 平 铺 式 方 格 沙 障 典 型 设 计 图 1:200 图 1 平 铺 式 沙 障 设 计 图 2 直 立 式 沙 障 ( 柳 篱 沙 障 ) 设 置 技 术 采 用 沙 柳 柳 条 为 材 料, 柳 条 长 度 以 70~130cm 为 宜, 埋 设 走 向 与 主 风 方 向 垂 直, 在 沙 丘 上 划 线 后 开 沟, 沟 深 40~50cm 开 沟 后 将 材 料 基 部 插 入 沟 底, 下 部 加 一 些 比 较 短 的 稍 头, 两 侧 培 沙, 扶 正 踏 实, 培 沙 要 高 出 沙 面 10cm, 柳 条 插 好 后 将 其 编 织 在 一 起, 形 如 篱 笆 此 技 术 最 好 在 降 雨 后 设 置 1 沙 蒿 沙 柳 或 秸 秆 等 原 地 面 线 根 据 九 普 油 气 生 产 支 持 中 心 所 做 的 机 械 挖 土 植 被 恢 复 试 验 结 论, 综 合 考 虑 其 可 行 性 和 经 济 性, 整 地 时 采 用 旋 耕 机 破 土 的 方 法, 具 体 做 法 是 先 用 旋 耕 机 进 行 旋 耕, 让 原 地 的 沙 土 和 红 土 充 分 搅 拌, 形 成 栽 植 穴, 孔 径 mm, 孔 深 m, 根 据 植 被 恢 复 设 计 指 标 形 成 相 应 间 距 的 网 格 整 地 时 预 留 检 修 或 维 护 场 地 和 通 道 2 栽 植 : 当 晚 秋 早 春 之 时 或 者 夏 季 连 阴 雨 天, 选 取 1-2 年 生 优 质 苗 保 持 根 系 完 整, 如 有 损 伤, 适 当 修 剪 栽 植 株 行 距 1m 2m, 行 与 主 风 向 垂 直 3 抚 育 管 理 : 第 二 年 冬 季 平 茬, 以 后 每 四 年 一 次, 隔 行 交 替 进 行 平 茬 (3) 集 输 管 线 区 植 被 恢 复 设 计 集 输 管 线 区 植 被 恢 复 主 要 采 用 种 植 沙 蒿 等 措 施 播 种 : 在 沙 障 内 撒 播, 把 种 子 均 匀 地 撒 在 沙 土 表 面, 为 保 障 成 活 率, 对 其 进 行 覆 土 2cm, 播 后 镇 压 草 籽 在 播 前 需 进 行 种 子 处 理 抚 育 管 理 : 幼 苗 期 生 长 缓 慢, 须 加 强 看 护, 适 时 进 行 除 草 播 种 翌 年, 缺 苗 断 垄 处 进 行 补 播 表 1 沙 蒿 种 草 指 标 表 柳 篱 沙 障 草 种 带 宽 (m) 种 植 方 式 种 子 规 格 单 位 面 积 需 种 量 (kg/hm 2 ) 沙 蒿 8-12 撒 播 Ⅰ 级 原 地 面 线 施 工 作 业 带 边 界 施 工 作 业 带 边 界 剖 面 图 ( 比 例 :1:200) A-A 断 面 剖 面 图 1:100 柳 条 捆 绑 带 培 沙 直 立 式 方 格 沙 障 典 型 设 计 图 ( 侧 视 图 ) 1:200 图 2 直 立 式 沙 障 设 计 图 原 地 面 线 A 施 工 作 业 带 边 界 B 集 输 管 线 区 植 被 恢 复 平 面 设 计 图 1:100 图 3 集 输 管 线 区 植 被 恢 复 设 计 图 施 工 作 业 带 边 界 A 44

45 恢 复 (4) 进 站 道 路 植 被 恢 复 设 计 进 站 道 路 一 般 采 用 两 旁 种 植 樟 子 松 进 行 植 被 樟 子 松 种 植 技 术 : 1 整 地 : 栽 植 时 小 直 坑 整 地, 规 格 为 长 25cm, 宽 20cm, 深 40-50cm, 即 四 壁 皆 陡 直 的 坑, 然 后 回 填 表 土 10-15cm 2 栽 植 : 春 季 或 雨 季 人 工 植 苗 造 林, 栽 植 前 苗 木 需 全 部 蘸 泥 浆 栽 植 时 苗 木 直 立 穴 中, 保 持 根 系 舒 展, 分 层 覆 土 踏 实, 埋 土 比 原 土 痕 高 2cm, 栽 后 及 时 灌 水 3 抚 育 管 理 : 苗 木 造 林 成 活 后 应 进 行 一 次 掰 芽, 留 一 个 主 头, 并 在 秋 季 埋 土 防 风 过 冬 表 2 进 站 道 路 防 护 林 造 林 设 计 指 标 表 树 草 种 行 数 / 宽 度 株 距 (m) 樟 子 松 每 侧 1 行 3 苗 木 种 子 规 格 苗 高 0.8-1m 株 / 穴 1 需 种 苗 量 33 株 /100m 次 扰 动 树 草 种 行 数 / 宽 度 表 3 井 场 道 路 防 护 林 造 林 设 计 指 标 表 株 距 (m) 苗 木 种 子 规 格 S S S S S S S S S S S S S S S S S S 井 场 道 路 植 被 恢 复 平 面 图 1:100 株 / 穴 B A A 泥 结 石 路 面 宽 度 需 种 苗 量 备 注 沙 柳 每 侧 1 行 2 长 度 70-80cm 1 50 株 /100m 也 可 视 现 沙 蒿 每 侧 1 行 Ⅰ 级 50kg/hm 2 场 植 被 情 况 就 近 移 栽 沙 蒿 沙 柳 土 路 肩 土 路 肩 硬 化 路 面 A-A 断 面 剖 面 图 1:100 B 图 5 井 场 道 路 植 被 恢 复 设 计 图 (5) 井 场 道 路 植 被 恢 复 设 计 井 场 道 路 植 被 恢 复 采 取 在 路 肩 铺 沙 障, 沙 障 内 撒 播 沙 蒿 ; 同 时 在 路 肩 两 侧 栽 种 沙 柳 进 行 植 被 恢 复 3 小 结 图 4 进 站 道 路 植 被 恢 复 设 计 图 水 土 保 持 治 理 类 可 研 报 告 编 制 过 程 中, 首 先 要 调 查 项 目 所 处 地 域 地 貌, 以 及 当 地 本 土 植 物 类 型 ; 在 设 计 治 理 方 案 时, 采 用 的 措 施 除 必 须 的 工 程 措 施 外, 尽 量 采 用 植 物 措 施, 降 低 对 当 地 生 态 环 境 的 二 华 北 分 公 司 水 土 保 图 持 治 理 类 项 目 主 要 涉 及 到 大 牛 地 气 田, 属 于 毛 乌 素 沙 漠 边 缘 地 带, 风 蚀 水 蚀 现 象 严 重 同 时, 治 理 对 象 主 要 包 括 井 场 道 路 管 线 站 场 等, 基 本 涵 盖 了 油 气 田 生 产 区 域 类 型 ; 针 对 不 同 区 域, 分 别 制 定 了 有 针 对 性 的 植 物 措 施, 以 后 再 有 此 类 项 目, 建 设 内 容 基 本 不 会 超 越 本 文 所 列 不 同 生 产 区 域 类 型 的 植 物 措 施 设 计 方 案 作 者 简 介 : 陶 新 良,1983 年 7 月 出 生,2010 年 毕 业 于 西 安 建 筑 科 技 大 学 市 政 工 程 专 业, 中 级 工 程 师 三 级 安 全 评 价 师 在 核 心 期 刊 油 气 田 地 面 工 程 发 表 论 文 秦 家 屯 联 合 站 废 液 处 理 站 改 造 工 程 案 例 分 析, 现 在 从 事 污 水 处 理 设 计 工 作 45

46 浅 谈 220kV 油 田 变 电 站 无 功 补 偿 系 统 应 用 摘 要 本 文 通 过 实 际 工 程 项 目, 对 额 定 容 量 较 大 负 荷 变 动 较 大 的 油 田 220kV 变 电 站 的 无 功 补 偿 容 量 配 置 进 行 分 析 计 算, 确 定 合 理 的 无 功 补 偿 容 量, 选 择 合 适 的 电 容 器 分 组 容 量, 配 置 无 功 补 偿 设 备 关 键 词 无 功 补 偿 功 率 因 数 VQC 电 压 无 功 自 动 补 偿 凌 云 想 1 前 言 油 田 早 期 的 变 电 站, 有 的 站 缺 少 无 功 补 偿 装 置, 有 的 站 无 功 补 偿 系 统 运 行 时 间 长, 设 备 老 化 严 重, 部 分 电 容 器 损 坏, 造 成 母 线 无 功 功 率 因 数 偏 低, 不 仅 造 成 大 量 电 网 损 耗, 同 时 造 成 系 统 电 压 偏 低, 无 功 功 率 需 由 省 网 补 充 根 据 电 力 系 统 电 压 和 无 功 电 力 技 术 导 则 ( 试 行 ), 电 力 系 统 的 无 功 电 源 与 在 交 流 电 路 中, 由 电 源 供 给 负 载 的 电 功 率 有 两 种, 分 别 是 有 功 功 率 和 无 功 功 率 无 功 功 率 电 源 如 同 有 功 功 率 电 源 一 样, 是 保 证 电 力 系 统 电 能 质 量 电 压 质 量 降 低 网 络 损 耗 以 及 安 全 运 行 所 不 可 缺 少 的 部 分 在 电 力 系 统 中, 无 功 要 保 持 平 衡, 否 则, 将 会 使 系 统 电 压 下 降, 严 重 时 会 导 致 设 备 损 坏 系 统 解 列 此 外, 电 网 的 功 率 因 数 和 电 压 降 低, 使 电 气 设 备 得 不 到 充 分 利 用, 促 使 电 能 传 输 能 力 下 降, 损 耗 增 加 因 此, 解 决 好 无 功 补 偿 问 题, 有 着 极 为 重 要 的 意 义 为 了 最 大 限 度 地 减 少 无 功 功 率 的 传 输 损 耗, 提 高 输 配 电 设 备 的 效 率, 电 力 系 统 配 置 的 无 功 补 偿 装 置, 应 能 保 证 在 系 统 有 功 负 荷 高 峰 和 负 荷 低 谷 运 行 方 式, 分 ( 电 压 ) 层 和 分 ( 供 电 ) 区 的 无 功 平 衡 合 理 布 局 无 功 负 荷, 在 高 峰 或 低 谷 时 都 应 采 用 分 ( 电 压 ) 层 和 分 ( 供 电 ) 区 基 本 平 衡 的 原 则 进 行 配 置 和 运 行, 并 应 具 有 灵 活 的 无 功 电 力 调 节 能 力 与 检 修 备 用 因 此,500kV 与 220kV 电 网 层 问, 应 提 高 运 行 功 率 因 素, 甚 至 不 交 换 无 功 500kV 电 网 的 受 端 系 统, 其 配 套 安 装 的 无 功 补 偿 设 备 是 分 别 安 装 在 其 供 电 的 220kV 及 以 下 变 电 所 中 的 本 文 着 重 讨 论 220kV 电 压 等 级 的 变 电 站 内 需 要 配 置 的 无 功 补 偿 容 量 2 提 高 功 率 因 数 的 意 义 在 一 定 的 有 功 功 率 下, 当 用 户 的 cosφ 比 较 小, 视 在 功 率 比 较 大, 为 了 满 足 用 电 的 需 要, 供 电 线 路 和 变 压 器 的 容 量 需 要 大, 这 样, 增 加 了 供 电 投 资 降 低 设 备 利 用 率, 也 增 加 线 路 网 损 负 载 的 功 率 因 数 过 低, 供 电 设 备 的 容 量 不 能 充 分 利 用, 在 一 定 的 电 压 下 向 负 载 输 送 一 定 的 有 功 功 率 时, 通 过 输 电 线 路 的 电 流 增 大, 导 线 电 阻 的 能 量 损 耗 和 导 线 阻 抗 会 造 成 电 压 降 所 以, 功 率 因 数 是 电 力 系 统 中 的 一 个 重 要 指 标 根 据 全 国 用 电 规 定, 在 电 网 高 峰 负 荷 时, 用 户 的 功 率 因 数 应 达 到 的 标 准 : 高 压 用 电 的 工 业 用 户 和 高 压 用 电 装 有 带 负 荷 调 整 电 压 装 置 的 电 力 用 户, 功 率 因 数 为 0.9 以 上, 其 它 用 户,100kVA 及 以 上 电 力 用 户 和 大 中 型 电 力 排 灌 站, 功 率 因 数 为 0.85 以 上 ; 农 业 用 电 功 率 因 数 为 0.80 以 上 凡 功 率 因 数 达 不 到 上 述 规 定 的 用 户, 供 电 部 门 会 在 其 用 户 使 用 电 费 的 基 础 上, 按 一 定 比 例 对 其 进 行 罚 款 所 以, 需 要 提 高 用 户 的 功 率 因 数, 必 须 进 行 无 功 补 偿 3 必 要 性 分 析 无 功 补 偿 在 系 统 中 的 作 用 : 提 高 功 率 因 数, 节 约 利 率 电 费 ; 降 低 输 电 线 路 及 变 压 器 的 损 耗 ; 增 加 电 网 的 传 输 能 力, 提 高 设 备 利 用 率 ; 改 善 电 能 质 量 下 面 对 增 加 无 功 补 偿 的 必 要 性 进 行 分 析 : (1) 提 高 变 电 站 功 率 因 数 是 满 足 国 家 相 关 标 准 的 需 要 电 力 系 统 电 压 和 无 功 电 力 技 术 导 则 46

47 (SD ) 国 家 电 网 公 司 电 力 系 统 无 功 补 偿 配 置 技 术 原 则 (Q/GDW ) 电 力 系 统 安 全 稳 定 导 则 (DL ) 均 要 求 : 220kV 及 以 下 变 电 所 220kV 侧 功 率 因 数 应 为 0.95~1 盐 镇 变 于 1993 年 投 产, 因 油 田 滚 动 开 发 的 特 点, 投 产 时 负 荷 较 轻, 为 了 防 止 线 路 末 端 翘 尾 巴 的 现 象,35kV 侧 没 有 安 装 电 容 补 偿 装 置, 仅 预 留 了 35kV 电 容 补 偿 装 置 安 装 位 置, 但 随 着 负 荷 逐 年 的 增 加, 目 前, 盐 镇 变 功 率 因 数 为 0.89, 电 站 功 率 因 数 偏 低, 不 满 足 国 家 相 关 标 准 要 求 而 且 电 力 系 统 安 全 稳 定 导 则 (DL ) 标 准 中 的 相 关 规 定 为 保 证 受 端 系 统 发 生 突 然 失 去 一 回 重 载 线 路 或 一 台 大 容 量 机 组 ( 包 括 发 电 机 失 磁 ) 等 事 故 时 保 持 电 压 稳 定 和 正 常 供 电, 不 致 出 现 电 压 崩 溃, 受 端 系 统 中 应 有 足 够 的 动 态 无 功 备 用 容 量 盐 镇 变 目 前 功 率 因 数 偏 低, 缺 少 无 功 补 偿 装 置, 不 满 足 国 家 相 关 标 准 要 求 (2) 装 设 变 电 站 无 功 补 偿 系 统 是 降 低 网 损 提 高 设 备 利 用 率 的 需 要 供 电 系 统 的 功 率 因 数 较 低 即 无 功 功 率 较 大 将 会 引 起 : 增 加 电 力 网 中 输 电 线 路 上 的 有 功 功 率 损 耗 和 电 能 损 耗 在 保 证 输 送 同 样 的 有 功 功 率 时, 无 功 功 率 就 要 增 加, 这 样 势 必 就 要 在 输 电 线 路 中 传 输 更 大 的 电 流, 从 而 使 电 网 系 统 损 耗 增 大, 增 加 电 费 支 出 ; 功 率 因 数 过 低 还 将 使 线 路 的 电 压 损 备 投 资 额 4 无 功 补 偿 原 则 (1) 电 网 的 无 功 补 偿 应 以 分 层 分 区 和 就 地 平 衡 为 原 则, 并 随 负 荷 ( 或 电 压 ) 变 化 进 行 调 整, 避 免 经 长 距 离 线 路 或 多 级 变 压 器 传 送 无 功 功 率 (2) 电 力 系 统 的 无 功 电 源 与 无 功 负 荷 具 有 灵 活 的 无 功 电 力 调 节 能 力 与 检 修 备 用, 并 留 有 适 当 裕 度, 以 保 证 系 统 各 中 枢 点 的 电 压 在 正 常 和 事 故 后 均 能 满 足 电 网 稳 定 的 要 求 (3) 变 电 站 日 负 荷 变 化 较 大, 无 功 功 率 随 之 变 化, 当 无 功 补 偿 系 统 根 据 负 荷 容 量 的 变 化 自 动 调 节 补 偿 容 量 时, 可 以 使 无 功 补 偿 系 统 节 能 效 果 更 加 明 显 (4) 变 电 所 内 装 设 的 高 压 感 性 和 容 性 无 功 设 备 容 量, 应 根 据 电 力 系 统 近 远 期 调 相 调 压 电 力 系 统 稳 定 电 压 质 量 标 准 工 频 过 电 压 和 潜 供 电 流 方 面 的 需 要 选 择 (5) 无 功 补 偿 容 量 可 分 为 固 定 与 可 调 节 两 部 分, 固 定 部 分 满 足 最 低 负 荷 时 无 功 补 偿 系 统 要 求 补 偿 容 量, 可 调 节 部 分 根 据 负 荷 变 化 情 况 自 动 调 节 无 功 补 偿 系 统 要 求 补 偿 容 量, 此 时 既 可 满 足 无 功 补 偿 随 负 荷 变 化 进 行 自 动 调 节, 同 时 减 少 可 调 节 部 分 的 补 偿 容 量, 可 以 降 低 工 程 投 资 5 无 功 补 偿 装 置 确 定 耗 增 大, 结 果 负 荷 端 的 电 压 就 要 下 降, 甚 至 会 低 于 允 许 偏 移 值, 从 而 严 重 影 响 异 步 电 动 机 及 其 它 用 电 设 备 的 正 常 运 行 特 别 在 用 电 高 峰 季 节, 功 率 因 数 太 低 会 出 现 大 面 积 地 区 的 电 压 偏 低, 将 给 油 田 的 生 产 造 成 很 大 的 损 失 (3) 使 电 力 系 统 内 的 电 气 设 备 容 量 不 能 充 分 利 用, 因 为 发 电 机 或 变 压 器 都 有 一 定 的 额 定 电 压 额 定 电 流 和 额 定 容 量, 在 正 常 情 况 下, 这 些 参 数 是 不 容 许 超 过 的, 若 功 率 因 数 降 低, 则 有 功 出 力 也 将 随 之 降 低, 使 设 备 容 量 不 能 得 到 充 分 利 用 无 功 负 荷 在 电 网 上 传 送, 占 用 了 输 变 配 电 设 备 资 源, 使 上 述 设 备 利 用 率 降 低 同 时, 当 用 户 功 率 因 数 偏 低 时, 需 要 从 电 网 吸 收 无 功 功 率, 致 使 发 电 机 组 就 要 多 发 无 功, 少 发 有 功 ; 为 满 足 负 荷 需 要, 此 时 需 要 增 大 设 备 容 量, 提 高 设 在 石 油 和 天 然 气 开 采 过 程 中, 钻 井 采 油 集 输 储 运 及 加 工 等 环 节, 都 要 消 耗 大 量 的 动 力 油 田 主 要 用 电 设 备 是 抽 油 机 和 注 水 泵 设 备 抽 油 机 工 作 状 态 有 其 自 身 的 特 征, 负 荷 变 化 范 围 大, 变 化 周 期 快, 在 往 复 过 程 中 存 在 能 量 反 馈 现 象 我 国 的 油 田 不 像 中 东 的 油 田 那 样 有 很 强 的 喷 发 能 力, 多 为 低 渗 透 的 低 能 低 产 油 田, 大 部 分 油 田 要 靠 注 水 压 油 入 井, 再 用 抽 油 机 把 油 从 地 层 中 提 升 上 来, 油 田 注 水 泵 在 实 际 阶 段 就 存 在 额 定 流 量 与 实 际 流 量 不 相 匹 配 的 问 题, 注 水 泵 直 接 用 电 网 驱 动, 存 在 启 动 电 流 大 电 机 冲 击 严 重 油 田 电 网 电 压 波 动 大 等 现 象, 故 需 采 用 动 态 补 偿 最 理 想 常 见 的 无 功 补 偿 技 术 主 要 有 : 动 态 补 偿 固 定 补 偿 47

48 固 定 补 偿 : 曾 因 其 结 构 简 单, 造 价 低 的 优 点 压 侧 母 线 电 压, 达 到 提 高 电 压 合 格 率 的 目 的 在 早 期 的 系 统 内 变 电 站 大 量 运 用, 适 用 于 无 功 负 (5) 装 置 自 动 化 程 度 高, 采 用 菜 单 式 人 机 交 荷 稳 定 的 场 合, 但 由 于 其 固 有 的 缺 点 : 容 量 调 整 互 操 作 界 面, 操 作 简 单 方 便 需 人 工 干 预 易 过 补 或 欠 补 无 法 隔 离 故 障 正 逐 步 被 VQC 所 替 代 6 补 偿 容 量 的 确 定 采 用 VQC 电 压 无 功 自 动 补 偿 : 传 统 的 电 压 无 功 6.1 根 据 变 压 器 容 量 确 定 补 偿 容 量 补 偿 调 节 都 是 通 过 改 变 电 容 器 投 入 的 数 量 及 调 节 根 据 国 家 能 源 部 电 力 系 统 电 压 和 无 功 电 力 技 主 变 分 接 头 开 关 来 实 现 的,VQC 电 压 无 功 自 动 补 偿 术 导 则 (SD ) 中 对 补 偿 容 量 的 规 定 : 主 要 采 用 Q=2πFCU(Q: 无 功 补 偿 容 量 ;FC: 电 220kV 及 以 下 电 压 等 级 的 变 电 所 中, 应 根 据 需 要 配 容 ;U: 端 电 压 ) 原 理, 电 容 器 为 一 次 固 定 接 入, 置 无 功 补 偿 设 备, 其 补 偿 容 量 可 按 主 变 压 器 容 量 通 过 改 变 电 容 器 两 端 端 电 压 达 到 改 变 补 偿 容 量 的 的 0.1~0.3 确 定, 在 主 变 压 器 最 大 负 荷 时, 其 二 目 的 次 侧 的 功 率 因 数 不 小 0.95~1 VQC 电 压 无 功 自 动 补 偿 构 成 方 式 主 要 是 在 电 容 根 据 以 上 原 则 计 算 可 知,220kV 盐 镇 变 单 台 变 器 组 上 串 接 一 台 自 耦 变 压 器, 共 分 9 档, 每 档 可 调 压 器 容 量 为 kVA, 每 台 变 压 器 配 置 无 功 补 偿 节 5% 的 电 压, 通 过 调 节 自 耦 变 压 器 副 边 电 压 来 改 容 量 为 12000~36000kVar 时 可 满 足 系 统 对 无 功 补 变 电 容 器 的 端 电 压, 在 需 要 对 一 次 设 备 进 行 调 节 偿 的 基 本 需 求 时, 装 置 自 动 发 出 命 令 给 相 应 设 备 的 执 行 机 构 进 6.2 根 据 功 率 因 数 确 定 补 偿 容 量 行 自 动 调 节, 同 时 还 可 自 动 监 测 动 作 的 执 行 效 根 据 国 家 电 网 公 司 电 力 系 统 无 功 补 偿 配 置 技 果 VQC 电 压 无 功 自 动 补 偿 主 要 构 成 框 架 如 图 5-1 术 原 则 Q/GDW 中 规 定 : 4.4 条 35kV~ 所 示, 主 要 由 无 功 自 动 调 节 装 置 电 压 调 节 器 220kV 变 电 站, 所 配 置 的 无 功 补 偿 装 置, 在 主 变 最 高 压 电 容 组 合 电 器 三 部 分 组 成 大 负 荷 时 其 高 压 侧 功 率 因 数 应 不 低 于 0.95, 在 低 谷 负 荷 时 功 率 因 数 不 应 高 于 0.95, 不 低 于 0.92 的 原 则 来 确 定 无 功 补 偿 容 量 无 功 补 偿 容 量 分 为 固 定 与 可 调 节 两 部 分, 固 定 部 分 满 足 最 低 负 荷 时 无 功 补 偿 系 统 要 求 补 偿 容 量, 可 调 节 部 分 根 据 负 荷 变 化 情 况 自 动 调 节 无 功 补 偿 系 统 要 求 补 偿 容 量, 此 时 既 可 满 足 无 功 补 偿 随 负 荷 变 化 进 行 自 动 调 节, 同 时 减 少 可 调 节 部 分 图 5-1 VQC 电 压 无 功 自 动 补 偿 主 要 构 成 框 架 图 的 补 偿 容 量, 可 以 降 低 工 程 投 资 VQC 电 压 无 功 自 动 补 偿 的 优 点 为 : 为 了 满 足 国 家 电 网 公 司 的 要 求, 在 最 大 及 低 (1) 节 能 效 果 更 明 显, 实 现 了 随 电 网 无 功 变 谷 负 荷 均 要 满 足 功 率 因 数 的 要 求, 采 用 固 定 + 可 调 化 实 时 调 节 无 功 补 偿 量, 有 效 提 高 功 率 因 数, 降 的 无 功 补 偿 系 统 低 损 耗 (1) 最 大 负 荷 时 提 高 功 率 因 数 所 需 补 偿 的 最 (2) 减 少 了 因 电 容 器 投 放 引 起 的 过 电 压 涌 大 容 性 无 功 量 : 流 等 现 象 盐 镇 变 正 常 运 行 方 式 最 大 负 荷 为 110MW, 最 低 (3) 保 证 电 容 器 工 作 电 压 在 额 定 电 压 以 下, 负 荷 40MW, 平 均 负 荷 74MW 最 大 负 荷 110MW 计 算 延 长 电 容 器 使 用 寿 命 所 需 无 功 容 量 为 : (4) 调 节 无 功 的 同 时 可 以 调 节 主 变 电 压, 降 QC=P (tgarc cosф1- tgarc cosф2) 压 变 压 器 可 通 过 调 节 主 变 档 位 来 改 变 低 压 侧 母 线 式 中 电 压, 升 压 变 压 器 可 通 过 调 节 主 变 档 位 来 改 变 高 QC- 电 容 器 补 偿 容 量. 48

49 P- 最 大 有 功 功 率 cosф1- 补 偿 前 的 功 率 因 数 cosф2- 补 偿 后 的 功 率 因 数 按 国 家 电 网 公 司 电 力 系 统 无 功 补 偿 配 置 技 术 原 则 Q/GDW 条 中 规 定, 最 大 负 荷 时 功 率 因 数 应 不 低 于 0.95 的 要 求, 功 率 因 数 取 0.97 QC=P (tgarc tgarc0.97) =P ( ) =P 单 台 变 压 器 最 大 有 功 功 率 按 P=110/2=55MW 计, 则 Qc1=14.393Mvar 选 择 电 容 器 容 量 时 还 要 考 虑 下 面 二 部 分 因 数 :1 考 虑 电 抗 器 抵 消 部 分 : 电 抗 率 5%,Q=QC/ (1-0.05)=15.15Mvar;2 考 虑 运 行 电 压 的 因 数 : 因 无 功 输 出 =ωcu2, 即 与 电 压 平 方 成 正 比, 因 此 电 容 器 在 运 行 电 压 下 输 出 要 打 折 扣, 基 准 运 行 电 压 37kV, 电 抗 率 5%, 则 37/0.95 3=22.486kV, 单 只 电 容 器 额 定 电 压 为 Uce=12kV, 侧 (22.486/24) 2=0.88, 安 装 容 量 应 为 ( ) /0.88=16.35Mvar 考 虑 上 述 二 部 分 因 数 安 装 容 量 应 为 (14.393)/0.95/0.88=17.25Mvar (2) 低 谷 负 荷 时 所 需 补 偿 的 最 小 容 性 无 功 量 按 国 家 电 网 公 司 电 力 系 统 无 功 补 偿 配 置 技 术 原 则 Q/GDW 条 中 规 定, 在 低 谷 负 荷 部 分 为 可 调 节 补 偿 容 量, 补 偿 容 量 为 15000kVar, 自 动 补 偿 方 式 采 用 VQC 电 压 无 功 自 动 补 偿 方 式, 根 据 负 荷 变 化 情 况 实 现 对 无 功 补 偿 容 量 的 自 动 调 节 因 电 容 器 室 尺 寸 较 小, 无 法 安 装 全 部 的 电 容 器, 故 将 电 容 器 与 电 抗 器 调 节 器 等 电 气 设 备 布 置 于 35kV 配 电 室 外 7 设 计 方 案 7.1 一 次 设 备 部 分 在 35kV 侧 I II 段 母 线 分 别 建 设 电 压 自 动 无 功 补 偿 系 统 1 套, 无 功 补 偿 装 置 采 用 固 定 3600kVar+ 可 调 VQC15000 kvar 无 功 补 偿 装 置, 调 节 器 采 用 ST /38.5kV 型 户 外 自 动 调 节 组 合 电 器, 通 过 35kV 无 功 自 动 调 节 装 置 实 现 无 功 补 偿 的 自 动 调 节 本 次 设 计 电 容 器 组 合 固 定 部 分 布 置 于 35kV 配 电 室 内, 可 调 部 分 与 电 抗 器 调 节 器 等 电 气 设 备 布 置 于 35kV 配 电 室 外 无 功 补 偿 装 置 电 源 接 自 35kV 配 电 装 置 I II 段 母 线 2 个 备 用 出 线 间 隔, 每 套 装 置 前 加 装 GW5-35IID/630A 隔 离 开 关 及 LW8-35 断 路 器 各 1 台, 采 用 电 缆 进 线 方 式 电 源 进 线 处 加 装 避 雷 器, 避 雷 器 安 装 于 户 外 支 架 上 电 容 器 额 定 电 压 的 确 定, 应 按 照 变 压 器 35kV 侧 标 称 最 高 电 压 38.5kV 来 确 定, 用 2 只 11kV 串 联 时 功 率 因 数 不 应 高 于 0.95, 不 低 于 0.92 的 要 求, 再 结 成 Y 接 线, 是 不 满 足 要 求 的, 因 功 率 因 数 取 0.94 QC =P (tgarc tgarc0.94) =P ( ) =P 单 台 变 压 器 最 低 有 功 功 率 按 P=40/2=20MW 计, 则 Qc=3Mvar, 考 虑 电 抗 器 抵 消 部 分 及 此 电 容 器 在 运 行 电 压 下 输 出 要 打 折 扣, 故 安 装 容 量 应 为 3/0.95/0.88=3.6Mvar 综 合 以 上 分 析, 故 每 台 主 变 无 功 补 偿 容 量 范 围 为 3600kVar~17250kVar, 为 便 于 电 容 器 配 置, 本 次 设 计 单 台 主 变 最 大 无 功 补 偿 容 量 为 18000kVar 每 台 主 变 设 计 电 容 补 偿 容 量 分 为 两 部 分 : 一 部 分 为 固 定 补 偿 容 量, 补 偿 容 量 为 3000kVar; 一 38.5/1.7321/2=11.113>11kV, 故 应 选 12kV 高 压 电 容 组 合 电 器 主 要 参 数 如 下 : 1) 电 容 器 组 接 线 方 式 : 单 星 型 ; 2) 单 台 电 容 器 额 定 电 压 :Uce=12kV; 3) 单 台 电 容 器 额 定 容 量 : Qce=500kVar Cce=11.05uF; 4) 单 台 电 容 器 熔 断 器 额 定 电 流 :Ice=55A; 5) 装 置 调 谐 度 :A=5%; 6) 单 台 电 抗 器 额 定 容 量 :Qle>240kW 7.2 二 次 设 备 部 分 35kV 无 功 自 动 调 节 装 置 通 过 调 节 电 容 器 两 端 端 电 压 来 实 现 无 功 调 节 及 无 功 自 动 补 偿, 同 时 对 并 联 电 容 器 组 进 行 保 护 控 制 35kV 无 功 自 动 调 节 装 置 主 要 参 数 如 下 : 49

50 1) 额 定 电 源 电 压 :DC220V 或 DC110V; 8 无 功 补 偿 的 效 益 2) 额 定 相 电 压 :100/3V; 无 功 补 偿 无 疑 是 电 力 节 能 最 重 要 的 措 施 之 3) 额 定 交 流 电 流 :5A 或 1A; 一 我 国 从 50 年 代 起 就 实 行 了 利 率 电 费 调 整 办 4) 额 定 频 率 :50HZ; 法, 把 无 功 补 偿 上 升 到 了 政 策 法 规 层 面, 要 求 5) 交 流 电 压 回 路 : 长 期 运 行 1.2Un; 全 社 会 共 同 重 视, 强 制 做 好 无 功 补 偿 方 面 的 工 6) 交 流 电 流 回 路 : 长 期 运 行 2In; 作 7) 抗 干 扰 性 能 : 每 一 半 波 电 压 幅 值 共 模 为 合 理 有 效 的 无 功 补 偿 可 以 为 电 力 用 户 与 供 电 2.5kV, 差 模 为 1kV; 系 统 带 来 巨 大 的 收 益, 这 已 是 不 争 的 事 实 输 配 8) 绝 缘 性 能 : 导 电 电 路 分 别 对 地 交 流 回 路 电 线 路 变 压 器 等 配 电 设 施 上 的 有 功 损 耗 可 降 低 和 直 流 回 路 交 流 电 流 回 路 和 交 流 电 压 回 路 之 35%--50%, 设 备 带 载 能 力 可 增 加 20%--30% 从 业 间, 用 开 路 电 压 为 500V 的 测 试 仪 器 测 试 其 绝 缘 电 内 总 结 的 无 功 当 量 概 念 上 看, 每 投 入 1kvar 低 压 电 阻 值 不 应 小 于 100MΩ 容 器, 每 天 可 以 节 约 小 时 =2.16kwh 电 kV 无 功 自 动 调 节 装 置 基 本 特 性 : 能 我 国 的 电 网 十 分 庞 大, 企 事 业 单 位 还 在 消 耗 (1) 保 护 功 能 有 三 段 电 流 保 护 过 电 压 保 护 着 系 统 的 大 量 无 功, 可 见, 积 极 有 效 的 发 展 无 功 低 电 压 保 护 不 平 衡 电 流 保 护 不 平 衡 电 压 保 补 偿 事 业, 让 没 有 补 偿 好 的 用 电 点 合 理 的 补 偿 起 护 TV 断 线 报 警 非 电 量 保 护 控 制 回 路 异 常 报 来, 让 故 障 的 无 功 补 偿 设 备 恢 复 运 行, 将 会 为 社 警 弹 簧 未 储 能 报 警 压 力 异 常 报 警 装 置 故 障 会 和 企 业 带 来 巨 大 的 经 济 效 益 报 警 根 据 实 际 耗 电 量 统 计,220kV 盐 镇 变 项 目 实 施 (2) 采 用 图 形 液 晶 全 中 文 显 示, 菜 单 式 人 机 后 每 年 可 减 少 电 耗 节 约 电 费 68.5 万 元 /a 交 互 ; 可 实 时 显 示 各 种 运 行 状 态 及 数 据, 信 息 详 改 造 前 功 率 因 数 0.89, 网 损 为 kW h, 细 直 观, 操 作 调 试 方 便 采 用 无 功 补 偿 装 置 后 线 路 平 均 功 率 因 数 可 达 到 0.97 (3) 通 信 规 约 采 用 IEC 规 约 或 以 上, 网 损 为 (0.89/0.97)2= kW MODBUS 规 约 可 选, 设 有 双 RS-485 通 信 接 口 ; 组 网 h; 与 不 投 补 偿 装 置 相 比, 对 整 个 变 电 站 负 荷 而 经 济 方 便, 可 直 接 与 微 机 监 控 或 保 护 管 理 机 联 言, 每 年 减 少 网 损 耗 电 量 =143 网 通 讯 104kW h, 电 费 按 0.48 元 /kw h 计 算, 每 年 可 节 约 (4) 具 有 录 波 功 能, 装 置 记 录 保 护 跳 闸 前 4 电 费 68.5 万 元 周 波, 跳 闸 后 6 周 波 ( 每 周 波 24 点 ) 的 采 样 数 据, 保 护 跳 闸 后 上 送 变 电 站 自 动 化 主 站, 也 可 以 通 过 9 结 论 故 障 分 析 软 件 进 行 故 障 分 析 通 过 无 功 补 偿 的 设 置 可 提 高 220kV 变 电 站 变 功 7.4 主 要 工 程 量 率 因 数, 减 少 电 网 损 耗, 同 时 提 高 设 备 利 用 率 220kV 变 电 站 无 功 补 偿 系 统 建 设 主 要 工 程 量 见 消 除 安 全 隐 患, 提 高 电 网 运 行 的 安 全 性 可 靠 性 和 表 7-1 表 kV 变 电 站 无 功 补 偿 系 统 建 设 主 要 工 程 量 表 经 济 性, 确 保 油 田 生 产 生 活 的 可 靠 供 电 序 号 工 程 内 容 单 位 数 量 1 自 动 调 节 组 合 电 器 ST9/15000/38.5kV 台 kV 无 功 自 动 调 节 装 置 WDBP/35kV 台 kV 高 压 电 容 组 合 电 器 TBB35/18000/AK2 组 kV 断 路 器 LW8-35/630A 台 kV 隔 离 开 关 GW5-35IID/630A 组 kV 电 力 电 缆 YJV62-26/35kV1 185 m 土 建 改 造 套 1 简 介 : 凌 云,1965 年 3 月 出 生,1985 年 毕 业 于 江 西 理 工 大 学 电 气 自 动 化 专 业, 高 级 工 程 师, 国 家 注 册 电 气 工 程 师 国 家 注 册 咨 询 工 程 师, 先 后 在 国 家 正 式 期 刊 上 发 表 论 文 6 篇, 一 直 从 事 电 气 咨 询 与 工 程 设 计 工 作, 50

51 油 田 生 产 系 统 管 线 腐 蚀 监 测 技 术 宋 新 红 摘 要 本 文 通 过 对 油 田 地 面 生 产 系 统 腐 蚀 监 测 想 技 术 的 分 类 及 常 用 方 法 的 介 绍, 掌 握 腐 蚀 监 测 系 统 的 建 立 实 施, 了 解 腐 蚀 监 测 的 意 义 及 腐 蚀 监 测 的 发 展 趋 势, 为 油 田 地 面 集 输 系 统 管 线 腐 蚀 监 测 系 统 的 设 计, 提 供 参 考 关 键 词 腐 蚀 监 测 测 试 分 析 1 腐 蚀 监 测 的 分 类 腐 蚀 监 测 可 分 为 两 大 类 : 离 线 检 测 和 在 线 监 测 离 线 检 测 是 在 设 备 运 行 一 定 时 期 后 检 测 有 无 裂 纹, 有 无 局 部 腐 蚀 穿 孔 的 危 险, 剩 余 壁 厚 是 多 少, 它 主 要 是 为 了 控 制 危 险 性 和 防 止 突 发 事 故, 获 得 的 是 腐 蚀 的 结 果, 主 要 方 法 有 超 声 波 法 漏 磁 法 等 在 线 监 测 则 是 检 测 因 介 质 作 用 使 设 备 发 生 的 腐 蚀 速 度 是 多 少, 获 得 的 是 设 备 腐 蚀 过 程 的 有 关 信 息, 以 及 生 产 操 作 参 数 ( 包 括 加 工 工 艺 腐 蚀 防 护 措 施 ) 与 设 备 运 行 状 态 之 间 相 互 联 系 的 数 据, 并 依 此 数 据 调 整 生 产 操 作 参 数, 其 主 要 目 的 是 控 制 腐 蚀 的 发 生 与 发 展, 使 设 备 处 于 良 性 运 行 在 线 监 测 系 统 目 前 多 用 于 化 工 与 炼 油 行 业, 在 油 气 田 地 面 集 输 系 统 中 应 用 较 少 2 常 用 腐 蚀 监 测 方 法 腐 蚀 监 测 技 术 是 由 实 验 室 腐 蚀 试 验 方 法 和 设 备 的 无 损 检 测 技 术 发 展 而 来 的 从 传 统 的 腐 蚀 监 测 方 法 从 原 理 上 可 分 为 物 理 测 试 ( 失 重 挂 片 法 电 阻 法 氢 监 测 ) 电 化 学 测 试 ( 线 性 极 化 电 阻 法 ) 化 学 分 析 ( 分 析 铁 离 子 氯 离 子 H2S CO2 ph 值 细 菌 等 ) 传 统 的 腐 蚀 监 测 主 要 是 人 工 在 停 车 检 修 期 间 安 装 和 取 出 挂 片 进 行 监 测, 以 及 在 停 车 期 间 对 设 备 进 行 检 查 为 了 及 时 发 现 腐 蚀 造 成 的 破 坏, 发 展 了 现 代 监 测 技 术 如 : 超 声 波 法 电 阻 法 电 偶 法 热 象 法 射 线 技 术 及 各 种 探 针 技 术 近 年 来 又 出 现 了 许 多 新 的 监 测 技 术, 如 交 流 阻 抗 技 术 电 化 学 噪 声 技 术, 并 在 这 些 技 术 基 础 上 相 应 的 研 制 了 各 类 的 腐 蚀 监 测 仪 器 常 用 的 内 腐 蚀 监 测 方 法 及 特 点 见 表 1.1 表 1.1 表 明 : 电 阻 法 线 性 极 化 法 MCROCOR 快 速 腐 蚀 速 率 测 定 等 方 法 只 能 测 试 腐 蚀 速 率, 不 能 反 应 腐 蚀 形 态, 腐 蚀 产 物 硫 化 铁 对 电 阻 法 的 测 定 有 较 大 的 影 响 ; 线 性 极 化 法 只 能 用 于 导 电 介 质 中, 这 三 种 测 定 方 法 是 通 过 软 件 及 仪 表 的 二 次 转 换 所 得 的 腐 蚀 数 据, 受 生 产 厂 家 生 产 水 平 影 响 大, 同 时 这 些 仪 器 成 本 高 属 于 精 密 仪 器 在 现 场 应 用 容 易 受 到 干 扰, 氢 探 头 只 测 定 氢 通 量, 不 能 反 应 腐 蚀 速 的 快 慢 挂 片 失 重 法 是 室 内 进 行 腐 蚀 规 律 评 价 的 经 典 方 法, 也 是 油 气 田 现 场 腐 蚀 监 测 的 标 准 方 法 3 腐 蚀 监 测 系 统 的 建 立 实 施 油 田 生 产 系 统 管 线 腐 蚀 在 线 实 时 监 测 主 要 实 施 在 站 场 和 埋 地 管 线 处 站 场 腐 蚀 在 线 实 时 监 测 系 统 的 建 立 : 选 择 探 头 安 装 在 油 气 管 线 上, 由 数 据 采 集 器 采 集 与 腐 蚀 速 度 有 关 的 模 拟 信 号, 放 大 后 转 换 成 数 字 信 号, 并 传 送 到 监 控 室 计 算 机 通 信 接 口 是 连 接 数 据 采 集 器 和 计 算 机 的 接 口 数 据 到 达 计 算 机 后 处 理 显 示 建 立 数 据 库 ( 可 直 接 进 入 DCS 网 和 局 域 网 络 ) 通 过 多 点 实 时 在 线 监 测, 获 得 生 产 过 程 中 管 线 各 点 腐 蚀 状 况 数 据 汇 总 到 监 控 计 算 机 后, 根 据 反 馈 数 据 调 整 生 产 工 艺 控 制 腐 蚀 的 进 行 等 51

52 图 1.1 在 线 腐 蚀 监 测 系 统 在 管 线 中 的 安 装 示 意 图 表 1. 1 常 用 在 线 腐 蚀 监 测 技 术 简 介 方 法 名 称 挂 片 法 电 阻 法 (E/R) 主 要 原 理 适 用 环 境 得 到 信 息 缺 点 优 点 1 测 量 周 期 长, 对 腐 蚀 状 态 1 费 用 少 变 化 的 反 应 速 度 慢 2 测 定 腐 蚀 与 结 垢 2 挂 片 的 处 理 装 取 较 烦 量, 确 定 腐 蚀 类 型 3 无 法 反 映 腐 蚀 环 境 的 参 数 3 能 鉴 别 局 部 腐 蚀 1 整 个 试 验 周 期 内 的 平 均 腐 蚀 速 变 化 对 腐 蚀 速 率 的 影 响 通 过 金 属 挂 片 损 耗 量 除 以 时 间 度 任 何 环 境 4 试 样 一 旦 取 出, 就 不 能 再 来 确 定 腐 蚀 速 率 2 确 定 腐 蚀 类 型 ( 点 蚀 或 其 它 局 次 使 用, 因 此 无 法 连 续 监 测 部 腐 蚀 ) 5 只 能 取 得 一 段 时 期 内 的 平 均 腐 蚀 速 率, 不 能 取 得 实 时 数 据, 不 能 完 全 满 足 生 产 系 统 腐 蚀 监 测 的 需 要 测 量 电 阻 探 头 的 金 属 损 耗 量 而 1 配 上 自 控 和 数 据 处 理 技 术, 可 1 不 能 鉴 别 局 部 腐 蚀 测 量 腐 蚀 探 头 腐 蚀 后 面 积 减 任 何 环 境 以 连 续 测 量 腐 蚀 速 率 的 变 化 2 腐 蚀 产 物 导 电 引 起 误 差 大 测 定 时 间 短 小, 电 阻 增 大 2 同 时 可 以 测 量 介 质 温 度 3 监 测 设 备 费 用 高 线 性 极 化 用 两 电 极 或 三 电 极 测 量 极 化 电 阻 电 解 质 溶 液 介 质 瞬 时 腐 蚀 速 率 1 只 适 用 于 导 电 介 质 2 不 能 鉴 别 局 部 腐 蚀 3 监 测 设 备 费 用 高 实 现 实 时 监 测 1 腐 蚀 速 率 MICROCOR 快 速 腐 蚀 速 率 测 定 测 量 感 抗 式 探 头 的 金 属 损 失 量 任 何 环 境 2 与 环 境 监 测 软 件 配 合, 加 上 其 它 探 头, 可 同 时 给 出 腐 蚀 过 程 中 其 1 不 能 鉴 别 局 部 腐 蚀 2 监 测 设 备 费 用 高 测 定 时 间 短 它 变 量 : 温 度 压 力 PH 值 等 在 H2S 存 在 的 腐 蚀 环 境 的 变 化 如 果 积 聚 的 压 力 氢 探 头 通 过 测 量 氢 探 头 内 压 力 的 变 化 预 测 腐 蚀 的 变 化 场 合 或 其 它 可 能 引 起 氢 以 一 定 的 速 率 持 续 增 加, 然 后 有 一 天 突 然 以 10 倍 的 量 增 大, 就 表 明 1 不 能 反 映 腐 蚀 速 率 2 监 测 设 备 费 用 高 测 定 氢 通 量, 反 映 H2S 腐 蚀 变 化 脆 的 介 质 腐 蚀 状 况 恶 化 52

53 埋 地 管 线 腐 蚀 在 线 实 时 监 测 : 结 合 管 线 阴 极 保 护 系 统, 辅 助 具 有 无 线 传 送 功 能 的 阴 极 保 护 参 量 的 实 时 监 测 系 统, 将 管 线 的 保 护 电 位, 整 流 器 的 输 出 电 压 输 出 电 流, 牺 牲 阳 极 的 输 出 电 位, 输 出 电 流 及 土 壤 中 的 杂 散 电 流 的 频 率 幅 值 和 交 直 流 分 量 等 所 有 数 据 通 过 无 线 网 络 上 传 到 中 央 监 控 系 统, 进 行 综 合 分 析, 提 供 腐 蚀 极 化 曲 线 状 态 4 腐 蚀 监 测 的 意 义 腐 蚀 监 测 工 作 属 基 础 性 检 测 研 究 工 作, 其 本 身 不 能 产 生 直 接 经 济 效 益 但 通 过 监 测, 能 有 效 地 了 解 油 田 生 产 系 统 各 环 节 的 腐 蚀 状 况 存 在 问 题, 为 防 腐 工 作 明 确 了 目 标 及 方 向, 做 到 发 现 问 题 及 时 治 理, 避 免 了 各 生 产 设 施 进 一 步 受 到 严 重 腐 蚀 以 及 因 腐 蚀 所 带 来 的 一 切 不 良 后 果, 其 间 接 经 济 及 社 会 效 益 极 为 显 著, 提 高 了 油 田 综 合 开 发 效 益 5 腐 蚀 监 测 的 发 展 趋 势 国 内 华 北 油 田 新 疆 塔 里 木 油 田 中 原 油 田 西 北 局 塔 河 油 田 等 各 大 油 田 都 已 实 施 腐 蚀 监 测 系 统, 部 分 油 田 已 建 立 了 油 田 腐 蚀 监 测 数 据 管 理 系 统, 腐 蚀 监 测 得 以 统 一 管 理 系 统 分 析, 并 指 导 针 对 性 有 序 开 展 防 腐 工 作, 健 全 了 油 田 腐 蚀 监 测 网 络, 形 成 适 合 各 油 田 特 点 的 腐 蚀 监 测 技 术 与 制 度 随 着 油 气 管 线 向 着 长 距 离 大 口 径 高 压 力 厚 壁 化 发 展, 管 道 腐 蚀 监 测 与 腐 蚀 防 治 一 样, 是 管 道 腐 蚀 控 制 技 术 中 不 可 忽 略 的 重 要 环 节 单 一 腐 蚀 参 数 的 监 测 难 以 满 足 腐 蚀 控 制 的 更 高 要 求, 而 各 种 在 线 腐 蚀 监 测 技 术 与 计 算 机 技 术 相 结 合 建 立 腐 蚀 在 线 实 时 监 测 网, 就 能 将 数 据 的 采 集 处 理 分 析 预 测 及 反 馈 命 令 一 体 化, 从 而 实 现 油 气 管 道 腐 蚀 状 态 的 全 面 实 时 监 测, 尤 其 对 于 城 市 输 油 气 管 网 及 偏 远 复 杂 环 境 下 的 长 输 管 道 腐 蚀 状 态 相 关 情 况 的 安 全 监 控 具 有 重 要 意 义 作 者 简 介 : 宋 新 红,I966 年 5 月 出 生,I99I 年 毕 业 于 河 南 油 田 职 工 大 学 采 油 工 程 专 业, 油 气 集 输 高 级 工 程 师, 现 从 事 油 气 集 输 工 程 设 计 53

54 浅 谈 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 设 计 赵 永 锋 摘 要 本 文 介 绍 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 体 系 的 组 成, 主 刚 架 结 构 墙 面 屋 面 系 统 的 设 计 特 点 及 材 料 构 成, 探 讨 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 设 计 中 应 注 意 的 问 题, 使 更 多 的 设 计 人 员 了 解 和 推 广 使 用 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 关 键 词 轻 型 钢 结 构 主 刚 架 结 构 屋 面 系 统 墙 面 系 统 1 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 体 系 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 体 系 包 括 主 刚 架 结 构 檩 条 及 墙 梁 结 构 支 撑 系 统 屋 面 墙 面 等 围 护 结 构 由 于 所 有 构 件 都 先 设 计 后, 在 工 厂 预 制 加 工 完 毕, 然 后 运 到 施 工 现 场 安 装, 大 大 加 快 施 工 进 度 和 施 工 精 度, 目 前 国 外 将 此 结 构 非 常 广 泛 地 应 用 于 各 种 建 筑 类 型 中, 近 年 来 我 国 也 在 逐 步 应 用 1.1 主 刚 架 结 构 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 一 般 分 为 单 跨 双 跨 多 跨 刚 架 以 及 带 挑 檐 和 带 毗 邻 的 刚 架 等 形 式, 跨 度 一 般 可 做 到 15~72m, 较 经 济 的 跨 度 是 21~36m, 高 度 为 4.5~9.0m 门 式 刚 架 纵 向 间 距 一 般 采 用 6~9m, 斜 梁 坡 度 为 1/8~1/20, 在 雨 水 较 多 地 区 宜 取 较 大 值 门 式 刚 架 的 柱 脚 多 采 用 铰 接 支 承, 通 常 为 平 板 支 座, 设 一 对 或 两 对 地 脚 螺 栓, 当 用 于 5t 以 上 桥 式 吊 车 时 应 将 柱 脚 设 计 成 刚 接 多 跨 刚 架 的 中 柱 多 采 用 上 下 端 均 为 铰 接 的 摇 摆 柱 刚 架 在 设 计 时 要 考 虑 刚 架 弯 矩 包 络 图 来 变 截 面 和 选 择 拼 接 节 点, 其 中 柱 一 般 为 独 立 的 单 元 构 件, 斜 梁 可 划 分 为 若 干 单 元, 通 常 采 用 5 段 设 计, 在 反 弯 点 位 置 附 近 拼 接, 梁 的 中 间 支 座 下 端 设 计 成 水 平, 以 便 与 中 柱 连 接 单 元 构 件 本 身 采 用 焊 接, 单 元 构 件 之 间 可 通 过 端 板 以 高 强 螺 栓 连 接 1.2 檩 条 及 墙 梁 结 构 屋 面 檩 条 常 用 截 面 形 式 有 实 腹 式 空 腹 式 和 格 构 式 三 种, 一 般 优 先 采 用 实 腹 式 构 件, 实 腹 式 檩 条 总 体 分 两 大 类, 由 卷 边 槽 形 (C 型 ) 或 斜 卷 边 (Z 型 ) 冷 弯 薄 壁 型 钢 构 成 檩 条 一 般 设 计 成 单 跨 简 支 结 构, 实 腹 式 檩 条 可 采 用 连 续 支 座, 目 前 国 内 多 用 C 型 檩 条 并 采 用 简 支 支 座, 而 国 外 更 多 采 用 连 续 支 座 连 续 支 座 在 同 等 截 面 条 件 承 载 力 要 大, 但 檩 条 尺 寸 及 预 留 孔 设 置 要 求 相 对 较 高, 因 此 采 用 连 续 支 座 是 一 个 发 展 方 向 当 檩 条 跨 度 大 于 4m 时, 一 般 在 檩 条 中 间 设 置 拉 条 或 撑 杆 一 道, 当 檩 条 跨 度 大 于 6m 时, 应 在 檩 条 间 跨 度 三 分 点 处 各 设 一 道 拉 条 或 撑 杆, 斜 拉 条 与 刚 性 檩 条 连 接 拉 条 通 常 采 用 圆 钢, 根 据 不 同 荷 载 和 檩 距 取 直 径 8~12mm, 目 前 有 些 工 程 采 用 薄 壁 角 钢 作 拉 条, 这 种 拉 条 不 但 能 起 到 很 好 的 抗 倾 覆 作 用, 而 且 对 屋 面 板 起 到 一 定 的 支 撑 作 用, 外 观 整 齐, 檩 条 定 位 准 确, 便 于 屋 面 板 安 装 墙 面 墙 梁 通 常 支 承 于 主 刚 架 柱 上, 墙 体 荷 载 通 过 墙 梁 传 给 钢 柱 墙 梁 可 为 单 个 柱 距 的 简 支 梁 或 多 个 柱 距 的 连 续 梁, 后 者 从 墙 梁 的 受 力 性 能 材 料 利 用 来 看 更 为 合 理 墙 梁 多 采 用 薄 壁 槽 钢 或 卷 边 槽 钢 通 常 因 承 担 水 平 风 荷 载, 墙 梁 的 最 大 刚 度 平 面 在 水 平 方 向 槽 口 的 朝 向 应 视 具 体 的 情 况 而 定, 一 般 槽 口 向 上, 便 于 连 接, 但 容 易 积 灰 积 水, 钢 材 易 锈 蚀 ; 槽 口 向 下, 不 易 积 灰 积 水, 但 连 接 不 便 为 了 减 小 墙 梁 在 竖 向 荷 载 作 用 下 的 计 算 跨 度, 提 高 墙 梁 的 稳 定 性, 常 在 墙 梁 上 设 置 拉 条, 当 墙 梁 跨 度 大 于 4m 时, 在 檩 条 中 间 位 置 设 置 一 道 拉 条, 当 墙 梁 跨 度 大 于 6m 时, 在 檩 条 跨 度 三 分 点 处 设 两 道 拉 条, 构 造 做 法 同 屋 面 拉 条 1.3 支 撑 系 统 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 中 支 撑 系 统 非 常 重 要, 在 保 证 结 构 整 体 稳 定 性 方 面 举 足 轻 重 一 般 在 每 个 温 度 区 段 或 者 分 期 建 设 区 段 中, 设 置 54

55 能 独 立 构 成 空 间 稳 定 的 支 撑 体 系 柱 间 支 撑 的 间 距 根 据 安 装 条 件 确 定, 一 般 取 30~40m 房 屋 高 度 较 大 时, 柱 间 支 撑 要 分 层 设 置, 在 设 置 柱 间 支 撑 的 对 应 开 间 同 时 设 置 屋 盖 横 向 支 撑 以 组 成 几 何 不 变 体 系, 纵 向 水 平 力 通 过 水 平 刚 性 系 杆 传 递, 刚 性 系 杆 一 般 为 圆 钢 管 或 组 合 角 钢 根 据 计 算 要 求, 当 刚 架 梁 刚 架 柱 内 侧 翼 缘 需 要 设 置 侧 向 支 撑 时, 可 利 用 连 接 于 外 侧 翼 缘 的 檩 条 或 墙 梁 设 置 隅 撑 一 般 隅 撑 采 用 单 角 钢 制 作, 可 连 接 在 内 翼 缘 附 近 的 腹 板 上, 也 可 连 接 在 内 翼 缘 上 1.4 屋 面 系 统 轻 型 钢 结 构 的 屋 面 系 统 主 要 由 屋 面 檩 条 屋 面 支 撑 及 屋 面 板 组 成 就 屋 面 板 而 言, 有 两 大 类, 一 类 为 非 保 温 屋 盖, 另 一 类 为 保 温 屋 盖, 二 者 均 由 彩 色 镀 锌 或 镀 铝 锌 压 型 钢 板 等 轻 质 材 料 加 工 制 成 非 保 温 彩 色 钢 板 屋 盖 是 用 彩 色 钢 板 经 压 型 机 连 续 辊 压 成 型 的 单 层 板, 它 仅 用 于 防 风 防 雨 和 简 易 外 装 饰, 多 用 于 无 保 温 要 求 的 设 备 存 放 间 简 易 库 房 车 间 等 工 程 中 保 温 彩 色 钢 板 屋 盖 又 可 分 为 两 类, 一 类 是 现 场 多 层 拼 装, 用 单 层 彩 色 钢 板 压 型 板 和 轻 质 保 温 材 料, 用 紧 固 件 和 配 件 在 施 工 过 程 中 分 层 安 装 成 的 围 护 结 构 可 根 据 要 求 的 不 同 分 为 单 层 压 型 板 下 铺 轻 质 保 温 材 双 层 压 型 板 中 间 铺 轻 质 保 温 材 单 层 压 型 板 上 铺 轻 质 保 温 材 和 防 水 材 单 层 压 型 板 下 喷 粘 保 温 材 等 多 种 形 式 ; 一 类 是 工 厂 复 合 而 成 的 整 体 保 温 板 材 型, 是 在 工 厂 内 将 两 层 彩 色 钢 板 与 中 间 的 轻 质 保 温 材 通 过 专 用 机 械 设 备 和 方 法 将 其 复 合 成 整 体 的 保 温 板 材, 俗 称 夹 芯 板 屋 面 板 的 连 接 构 造 一 般 有 三 种 方 式, 即 螺 钉 外 露 式 暗 扣 式 和 锁 缝 式 螺 钉 外 露 式 是 最 简 单 最 便 宜 的 一 种 方 式, 但 其 防 水 效 果 不 好, 尤 其 是 使 用 几 年 后 胶 垫 老 化 及 板 热 胀 冷 缩 会 使 钉 孔 变 大 而 导 致 漏 水 ; 暗 扣 式 比 较 常 用, 其 屋 面 防 水 效 果 要 好 于 螺 钉 外 露 式, 基 本 上 不 会 漏 雨, 由 于 其 中 总 有 一 块 通 过 机 械 扣 合 连 在 另 一 块 板 上, 抗 负 风 压 能 力 不 强, 抗 温 度 应 力 的 能 力 也 不 强 ; 锁 缝 式 是 最 优 的 一 种, 由 于 板 的 两 个 纵 边 做 成 阴 阳 扣, 阴 扣 中 注 有 半 流 体 密 封 胶, 阴 阳 扣 在 现 场 扣 合 后 通 过 机 械 使 板 边 翻 转 360 度, 紧 密 锁 在 一 起, 同 时 密 封 胶 在 卷 动 过 程 中 受 挤 压 而 填 满 缝 隙 起 到 防 止 毛 细 水 的 作 用, 锁 紧 后 抵 抗 负 风 压 的 能 力 强, 缺 点 是 屋 面 板 局 部 破 损 时 更 换 板 相 对 困 难 因 此, 当 建 筑 物 的 屋 面 很 大 时, 优 先 选 用 锁 缝 屋 面 和 暗 扣 方 式 采 用 螺 钉 外 露 板 时, 屋 面 坡 度 可 用 5%, 采 用 锁 缝 板 屋 面 坡 度 可 低 至 1/ 墙 面 系 统 轻 型 钢 结 构 墙 面 系 统 包 括 墙 梁 墙 面 支 撑 及 墙 面 板 组 成 墙 面 板 也 分 两 大 类, 一 类 是 非 保 温 墙 面, 另 一 类 为 保 温 墙 面 其 中 非 保 温 墙 面 做 法 及 类 型 可 参 照 非 保 温 屋 面 保 温 彩 色 钢 板 墙 面 可 分 为 三 种, 第 一 种 为 压 型 钢 板 面 板, 内 嵌 玻 璃 纤 维 棉 保 温, 再 铺 一 层 内 板, 保 护 保 温 棉 并 起 到 美 观 作 用, 板 多 为 竖 放 压 型 钢 板 在 没 有 好 的 收 边 做 法 时, 不 宜 横 放, 主 要 是 板 水 平 方 向 搭 接 处 的 防 水 不 易 处 理 好, 容 易 造 成 渗 漏, 有 些 建 筑 物 在 做 好 一 层 防 水 层 后 在 铺 上 横 放 彩 板 起 装 饰 作 用 外 层 墙 板 最 好 选 用 具 有 PVDF 涂 层 的 镀 铝 锌 板, 内 衬 板 无 耐 候 要 求, 可 选 用 厚 0.48mm 硅 改 树 酯 涂 层 彩 板 ; 第 二 种 为 复 合 板, 板 多 为 横 放, 其 构 造 复 杂, 美 观 大 方, 造 价 较 高, 适 合 要 求 较 高 的 厂 房 商 场 及 办 公 用 房 复 合 板 的 构 造 的 核 心 问 题 是 如 何 解 决 好 连 接 处 的 防 雨 以 及 板 的 防 火 保 温 美 观 问 题 多 数 横 板 在 竖 向 连 接 处 防 水 处 理 的 较 好, 而 横 向 连 接 不 易 处 理 只 有 加 防 水 压 条, 使 外 墙 面 每 隔 6~9m 就 有 一 道 竖 向 钢 板 条 而 影 响 美 观 横 板 刚 度 大, 安 装 时 对 墙 梁 的 平 整 度 要 求 高, 墙 梁 不 平 整, 平 板 有 时 装 不 上, 即 使 装 上, 在 光 线 照 射 下 也 很 容 易 看 到 凸 凹 不 平 复 合 板 由 工 厂 定 尺 生 产, 应 充 分 考 虑 建 筑 专 业 开 洞 开 窗 的 位 置, 加 工 前 做 好 布 板 设 计 ; 第 三 种 是 高 档 的 复 合 平 板, 通 常 采 用 厚 0.78mm 的 优 质 镀 铝 锌 钢 板 作 为 外 层 板, 厚 0.53mm 钢 板 55

56 作 为 内 板, 表 面 轧 花 增 加 了 艺 术 表 现 力 2 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 材 料 选 用 2.1 主 结 构 用 材 料 主 刚 架 钢 构 件 一 般 采 用 Q235B 或 Q345B 以 上 等 级 的 钢 材, 单 从 技 术 经 济 指 标 来 看 Q345B 更 好 些, 在 同 一 建 筑 中 不 宜 使 用 两 种 钢 材, 以 免 钢 构 件 运 到 现 场 后 不 易 取 样 鉴 定 由 于 钢 材 的 焊 接 特 性 要 求, 焊 接 结 构 要 使 用 B 级 及 以 上 等 级 的 钢 对 于 檩 条 及 墙 梁, 由 于 国 产 Q345 的 冷 弯 特 性 不 好, 冷 弯 时 易 出 现 细 小 裂 纹, 故 多 采 用 Q235 国 外 厂 家 使 用 等 同 于 或 优 于 Q345 的 钢 材 制 造 檩 条 及 墙 梁 结 构, 设 备 也 允 许 冷 弯 3mm 钢 板 高 强 螺 栓 是 结 构 用 材 料 最 重 要 的 零 件, 尽 管 钢 结 构 整 体 变 形 性 能 很 好, 但 节 点 一 旦 破 坏, 便 是 脆 性 破 坏 高 强 螺 栓 一 般 易 选 用 10.9S 级 承 压 型 由 于 轻 型 钢 结 构 连 接 时 多 采 用 发 兰 连 接, 摩 擦 型 高 强 螺 栓 不 能 完 全 发 挥 能 力, 故 宜 用 承 压 型 高 强 螺 栓 ; 采 用 非 发 兰 式 连 接 时 宜 采 用 摩 擦 型 螺 栓 2.2 围 护 结 构 材 料 屋 面 和 墙 面 彩 色 钢 板 按 其 基 板 的 用 途 不 同 镀 层 不 同 涂 层 不 同 可 分 为 若 干 类 别, 彩 板 的 选 择 要 对 基 材 镀 层 涂 层 分 别 确 定 不 应 简 单 地 用 彩 板 的 笼 统 概 念 来 指 导 应 用 和 订 货 彩 色 钢 板 的 基 材 在 我 国 分 为 五 种 : 低 碳 钢 冷 轧 钢 带 小 锌 花 平 整 钢 带 大 锌 花 平 整 钢 带 锌 铁 合 金 钢 带 和 电 镀 锌 钢 带 一 般 不 使 用 低 碳 钢 冷 轧 钢 带 电 镀 锌 钢 带 作 彩 板 的 基 板 彩 色 钢 板 镀 层 有 热 镀 锌 热 镀 锌 铝 合 金 热 镀 铝 锌 热 镀 铝 及 电 镀 锌 和 热 镀 锌 合 金 化 钢 板 六 种 其 中 热 镀 锌 铝 合 金 热 镀 铝 锌 热 镀 铝 钢 板 我 国 尚 无 生 产, 需 从 国 外 进 口 各 镀 层 板 订 货 时 要 从 寿 命 和 经 济 两 方 面 考 虑, 注 明 彩 色 钢 板 镀 层 厚 度 要 求 彩 色 钢 板 的 涂 层 是 钢 板 抵 抗 大 气 和 环 境 腐 蚀 的 重 要 屏 障 和 建 筑 色 彩 艺 术 的 重 要 手 段 市 场 上 彩 色 钢 板 的 涂 层 种 类 很 多, 主 要 有 聚 酯 涂 料 有 机 硅 改 性 聚 酯 涂 料 聚 偏 氟 乙 烯 涂 料, 为 建 筑 常 选 用 的 涂 料 还 有 丙 烯 酸 涂 料 聚 氯 乙 烯 涂 料, 这 些 涂 料 有 各 自 匹 配 的 底 层 涂 料 另 外 还 有 聚 氯 乙 烯 基 贴 膜 聚 氟 乙 烯 基 贴 膜 丙 稀 酸 基 贴 膜 等 贴 膜 彩 板 选 择 使 用 时 应 综 合 考 虑 涂 层 的 使 用 寿 命 和 价 格 彩 色 钢 板 夹 芯 板 的 芯 材 是 夹 芯 板 保 温 隔 热 隔 音 和 传 递 剪 力 的 部 件 目 前 有 聚 苯 乙 烯 泡 沫 板 硬 质 聚 氨 酯 岩 棉 板 玻 璃 棉 板 等 材 质 使 用 时 应 考 虑 防 水 防 火 保 温 隔 热 施 工 方 便 经 济 比 较 外 形 与 美 观 等 因 素, 综 合 平 衡 而 后 选 用 3 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 设 计 中 注 意 的 问 题 3.1 建 筑 设 计 建 筑 的 平 面 设 计 中 如 柱 网 的 确 定 通 道 布 置 一 定 要 与 使 用 单 位 主 设 计 单 位 施 工 安 装 单 位 结 合, 尤 其 是 端 墙 和 边 墙, 由 于 一 些 施 工 安 装 厂 家 经 过 长 期 施 工, 积 累 经 验, 对 各 种 配 件 的 制 作 和 安 装 形 成 了 自 己 的 特 点 和 习 惯, 常 有 固 定 的 规 格, 也 就 要 求 柱 网 与 他 们 的 产 品 相 配 合, 提 前 结 合, 方 便 施 工, 缩 短 工 期 支 撑 系 统 是 极 其 重 要 的 构 件, 常 常 设 计 成 X 形, 布 置 通 道 门 窗 时 要 考 虑 这 些 支 撑 是 否 有 影 响 门 窗 布 置 要 考 虑 墙 梁 布 置 特 点 来 设 计, 一 般 来 说, 带 形 窗 更 适 合 轻 型 钢 结 构, 而 隔 墙 防 火 墙 及 防 火 分 区 的 设 计 也 要 考 虑 墙 梁 及 檩 条 的 存 在 立 面 的 色 彩 设 计 也 要 注 意 无 论 是 复 合 板 还 是 压 型 钢 板 都 是 板 材 厂 提 供 的 卷 才 压 制 而 成, 颜 色 要 受 到 限 制, 有 些 色 彩 可 根 据 色 标 来 定 制, 但 需 要 较 长 的 时 间 周 期 和 较 高 的 造 价, 因 此 不 能 随 心 所 欲 地 喷 涂 颜 料 3.2 结 构 设 计 门 式 刚 架 结 构 设 计 首 先 要 注 意 结 构 体 系 的 完 整 性, 受 力 及 传 力 途 径 清 晰 性 不 论 是 工 业 56

57 用 途 还 是 商 业 用 途 的 建 筑 物 常 常 因 为 功 能 的 需 要, 使 结 构 体 系 遭 到 破 坏, 因 此 结 构 设 计 时 要 注 意 处 理 被 破 坏 的 结 构 体 系, 如 建 筑 外 墙 因 采 用 砖 墙 玻 璃 等 建 筑 材 料 或 因 门 窗 洞 口 开 的 过 多 纵 向 不 设 檩 条 或 檩 条 被 分 割 得 非 常 凌 乱, 使 得 建 筑 的 纵 向 传 力 遭 到 破 坏, 这 就 要 增 加 刚 性 细 杆 和 支 撑 等 措 施, 以 修 补 纵 向 传 力 系 统 的 完 整 性 门 式 刚 架 结 构 的 经 济 性 在 于 它 的 变 截 面, 变 截 面 设 计 也 取 决 于 工 厂 的 加 工 能 力, 目 前 国 产 计 算 程 序 有 上 海 同 济 开 发 的 3D3S 北 京 建 筑 研 究 院 开 发 的 STS 等 都 自 动 计 算 变 截 面 功 能 但 设 计 人 员 在 设 计 时 要 充 分 利 用 变 截 面 特 点, 合 理 设 计 截 面 譬 如, 影 响 H 截 面 抗 弯 能 力 的 因 素 有 截 面 高 度 翼 缘 宽 度 和 翼 缘 厚 度 增 加 截 面 高 度 是 提 高 截 面 抗 弯 能 力 最 有 效 的 方 法, 由 于 轻 型 钢 结 构 腹 板 都 很 薄, 用 钢 量 增 加 不 多, 但 抗 弯 能 力 增 加 很 多 同 时 经 济 的 设 计 不 但 要 变 截 面 高 度, 更 重 要 的 是 要 变 翼 缘 的 宽 度 厚 度 及 腹 板 的 厚 度 主 刚 架 制 作 单 元 的 选 择 也 是 非 常 重 要 的, 要 根 据 弯 矩 图 来 选 择 连 接 节 点, 在 受 力 较 小 的 地 方 拼 接, 为 便 于 运 输, 制 作 单 元 不 宜 出 现 超 常 构 件, 一 般 选 6~11m 为 宜 主 刚 架 节 点 设 计 时, 由 于 轻 型 钢 结 构 自 重 轻, 而 钢 材 及 高 强 螺 栓 抗 剪 能 力 很 强, 节 点 抗 剪 问 题 不 大 解 决 节 点 抗 弯 问 题, 螺 栓 布 置 要 靠 外 侧, 以 提 供 较 大 的 抵 抗 力 矩 斜 梁 与 柱 连 接 可 采 用 端 板 横 放 端 板 竖 放 端 板 斜 放 三 种 形 式, 端 板 横 放 易 于 加 工 制 作, 充 分 利 用 墙 梁 空 间 加 大 力 臂, 提 高 抗 弯 能 力, 安 装 时, 柱 提 供 临 时 支 座, 便 于 对 正 螺 孔 和 安 装 螺 栓 ; 端 板 竖 放 时, 当 柱 为 变 截 面 时, 除 柱 翼 缘 要 拼 接 外, 螺 栓 处 在 弯 矩 剪 力 最 大 的 地 方, 受 弯 矩 和 剪 力 共 同 作 用, 安 装 不 方 便, 当 柱 不 变 截 面 时, 可 采 用 端 板 竖 放, 节 点 构 造 及 尺 寸 不 需 放 大 样 确 定, 螺 栓 比 较 容 易 排 列 ; 端 板 斜 放 是 受 力 最 好 的 一 种, 对 角 线 提 供 了 最 大 力 臂, 但 加 工 精 度 要 求 高 一 般 工 程 设 计, 常 采 用 端 板 横 放 隅 撑 是 轻 型 钢 结 构 的 重 要 构 件, 对 保 证 梁 柱 平 面 外 稳 定 起 着 至 关 重 要 的 作 用, 梁 的 支 座 及 跨 中 区 段 宜 设 双 隅 撑, 反 弯 点 区 段 可 设 单 隅 撑, 间 距 可 大 些 柱 的 隅 撑 常 不 被 设 计 者 重 视, 工 程 中 常 见 梁 设 隅 撑 而 柱 不 设, 这 是 不 妥 的, 柱 也 应 设 双 隅 撑 设 计 时 必 须 把 节 点 构 造 表 达 清 楚, 节 点 构 造 一 定 要 与 计 算 模 型 一 致 在 有 的 设 计 中, 斜 梁 与 柱 按 刚 结 计 算 而 实 际 工 程 则 把 钢 柱 省 去, 把 斜 梁 支 承 在 钢 筋 混 凝 土 柱 或 砖 柱 上, 易 出 工 程 事 故 门 式 刚 架 斜 梁 和 钢 柱 的 翼 缘 板 或 腹 板 可 以 变 厚 度, 但 相 邻 板 厚 度 不 能 突 变, 使 两 板 厚 相 差 较 大, 设 计 时 应 逐 步 的 变 薄, 一 般 以 2mm~ 4mm 厚 的 级 差 变 化 为 宜 工 程 位 于 高 地 震 区 时, 柱 间 支 撑 不 宜 再 用 圆 钢, 一 般 采 用 角 钢 截 面, 并 通 过 计 算 求 得 其 杆 件 截 面 3.3 设 备 专 业 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 与 其 他 结 构 不 同, 墙 面 及 屋 面 都 是 轻 质 材 料 构 成, 不 能 任 意 增 设 吊 点, 檩 条 等 承 载 能 力 也 不 高 轻 型 钢 结 构 的 经 济 性 有 赖 于 提 供 荷 载 的 准 确 性, 一 般 说 檩 条 可 按 0.15KN/m2 考 虑 悬 挂 荷 载, 电 缆 桥 架 母 线 大 型 风 管 消 防 干 管 等 都 不 能 直 接 吊 在 檩 条 上, 一 般 用 专 门 设 计 的 吊 架 挂 在 主 刚 架 梁 上, 因 此 设 备 专 业 布 置 管 线 一 定 要 注 意 轻 型 钢 结 构 的 特 点, 与 结 构 专 业 结 合, 合 理 解 决 设 备 的 安 装 问 题 4 结 束 语 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 虽 然 广 泛 应 用 于 各 种 工 业 厂 房 和 民 用 建 筑, 但 对 于 有 腐 蚀 性 气 体 的 厂 房 应 避 免 采 用 因 此 在 设 计 结 构 选 型 时 要 扬 长 避 短, 合 理 应 用 门 式 刚 架 轻 型 钢 结 构 体 系 作 者 简 介 : 赵 永 峰,1979 年 6 月 出 生,2002 年 毕 业 于 河 南 科 技 大 学 建 筑 工 程 专 业, 土 建 高 级 工 程 师 国 家 一 级 注 册 结 构 工 程 师, 现 从 事 土 建 工 程 设 计 工 作 57

58 HAZOP 分 析 方 法 及 应 用 分 析 庞 茂 华 袁 智 君 摘 要 随 着 我 国 石 油 化 工 行 业 的 不 断 发 展, 针 对 易 燃 易 爆 有 毒 危 害 生 产 装 置 的 安 全 设 计 和 运 行 管 理 要 求 日 益 严 格 HAZOP 分 析 应 用 得 到 了 高 度 重 视 本 文 简 要 介 绍 了 HAZOP 分 析 的 基 本 含 义 目 的 及 应 用 原 则, 举 例 说 明 该 方 法 的 应 用 要 点 关 键 词 HAZOP 分 析 方 法 应 用 HAZOP 是 hazard and operability( 危 险 与 可 操 作 ) 的 缩 写 是 一 种 辨 识 设 计 缺 陷 工 艺 过 程 危 险 及 操 作 性 问 题 的 结 构 化 分 析 方 法 1963 年 由 英 国 帝 国 蒙 德 化 学 公 司 (ICI) 化 学 工 程 师 T. 克 莱 兹 发 明, 并 首 次 在 该 公 司 新 建 的 苯 酚 厂 应 用, 后 来 经 过 不 断 的 改 进 完 善 和 发 展, 目 前 已 成 为 一 种 成 熟 的 风 险 分 析 方 法 1 应 用 范 围 及 前 景 1.1 应 用 范 围 HAZOP 的 主 要 应 用 范 围 : 炼 油 厂 化 工 厂 ( 煤 化 工 厂 ) 化 肥 厂 油 气 田 生 产 气 体 处 理 厂 污 水 处 理 厂 海 上 钻 井 平 台 医 药 中 间 体 化 工 精 细 化 工 新 能 源 工 厂 等 1.2 意 义 该 方 法 克 服 了 传 统 的 单 凭 注 重 操 作 规 程 规 则 预 防 措 施 和 追 溯 性 的 安 全 方 法 的 不 足 之 处, 强 调 的 是 工 艺 安 全 管 理 (PSM) 通 过 对 工 艺 系 统 装 置 的 HAZOP 分 析, 提 出 的 补 充 措 施, 可 获 得 三 个 方 面 的 效 果 : 一 是 对 设 计 细 节 的 补 充 完 善 ; 二 是 对 设 备 采 购 的 建 议 ; 三 是 对 生 产 操 作 规 程 和 管 理 维 护 的 建 议 1.3 应 用 趋 势 许 多 工 业 化 发 达 国 家 在 危 险 辨 识 中 推 广 应 用 这 一 方 法 美 国 早 在 1996 年 就 形 成 国 际 电 工 委 员 会 标 准 (IEC hazard and operability stuaies(hazop studies) application guide ), 在 相 关 领 域 施 行, 该 标 准 2006 年 修 订 我 国 在 2007 年 由 国 家 安 监 总 局 下 发 的 化 学 危 险 品 建 设 项 目 安 全 评 价 细 则, 要 求 在 建 设 项 目 安 全 评 价 中 应 用 此 方 法 2008 年 9 月, 国 务 院 安 委 会 办 公 室 下 发 关 于 进 一 步 加 强 危 险 化 学 品 安 全 生 产 工 作 的 指 导 意 见 ( 安 委 办 2008 第 26 号 ), 明 确 要 求 : 组 织 有 条 件 的 中 央 企 业 应 用 危 险 与 可 操 作 性 分 析 技 术 (HAZOP), 提 高 化 工 生 产 装 置 潜 在 风 险 辨 识 能 力 2011 年, 国 务 院 安 全 监 督 总 局 办 公 厅 在 安 监 总 厅 管 三 2011 第 16 号 文 中 进 一 步 明 确 提 出 : 积 极 推 进 新 建 化 工 项 目 在 设 计 阶 段 应 用 HAZOP, 逐 渐 将 HAZOP 应 用 扩 大 至 涉 及 有 毒 有 害 易 燃 易 爆 和 液 化 气 体 以 及 采 取 危 险 化 工 工 艺 的 化 工 装 置 最 近, 由 中 国 石 化 青 岛 安 全 工 程 研 究 院 承 担 完 成 了 安 全 行 业 标 准 危 险 与 可 操 作 性 分 析 方 法 应 用 指 南 的 起 草 工 作, 等 待 批 准 2 HAZOP 术 语 及 概 念 为 了 对 工 艺 过 程 或 装 置 的 危 险 进 行 深 入 全 面 合 理 的 分 析,HAZOP 对 分 析 过 程 的 内 容 进 行 了 规 范 化 定 义 其 主 要 术 语 有 分 析 节 点 引 导 词 工 艺 参 数 偏 差 操 作 步 骤 工 艺 指 标 原 因 后 果 措 施 其 中 : (1) 分 析 节 点 : 可 以 理 解 为 工 艺 单 元, 是 指 有 确 定 边 界 的 设 备 ( 如 两 个 容 器 之 间 的 管 线 ) 单 元 有 时 为 了 分 析 需 要, 有 些 较 大 的 工 艺 单 元 需 要 划 分 为 更 小 的 分 析 单 元 (2) 引 导 词 : 用 于 定 性 或 定 量 描 述 工 艺 指 标 的 简 单 词 语, 引 导 识 别 工 艺 过 程 的 危 险 趋 势 58

59 主 要 有 空 白 减 量 过 量 部 分 伴 随 相 逆 异 常 等 (3) 参 数 : 一 般 化 工 和 油 田 的 生 产 工 艺 装 置 的 参 数 大 同 小 异, 根 据 情 况 确 定, 主 要 有 流 量 组 分 压 力 温 度 液 位 PH 值 电 压 电 流 速 度 粘 度 密 度 等 (4) 偏 差 : 工 艺 过 程 或 装 置 运 行 偏 离 工 艺 指 标 的 情 况, 通 常 表 达 形 式 是 引 导 词 + 工 艺 参 数 3 方 法 应 用 3.1 分 析 过 程 组 建 分 析 团 队 划 分 分 析 节 点 选 择 分 析 节 点 ( 确 定 分 析 对 象 ) 解 释 工 艺 指 标 建 立 偏 差 ( 确 定 状 态 偏 差 ) 分 析 偏 差 原 因 明 确 已 有 措 施 确 定 ( 研 究 ) 偏 差 后 果 提 出 改 进 建 议 3.2 分 析 团 队 的 组 建 由 富 有 经 验 的, 对 所 评 估 的 工 艺 装 置 过 程 或 系 统 有 着 广 泛 了 解 的 安 全 工 程 师 组 成 的 团 队 进 行 工 作 一 个 团 队 一 般 有 5-8 人 组 成, 主 要 成 员 有 工 艺 设 计 人 员 装 置 操 作 人 员 仪 表 控 制 人 员 安 全 / 环 境 人 员 机 械 / 电 气 人 员 及 其 它 人 员 3.3 资 料 收 集 HAZOP 分 析 所 需 要 的 资 料 大 致 有 以 下 方 面 : 1 管 道 及 仪 表 控 制 流 程 图 (P&IDs) 2 工 艺 流 程 图 (PFD) 3 工 艺 流 程 说 明 ( 总 说 明 书 ) 4 因 果 图 及 控 制 联 锁 说 明 5 危 险 物 料 安 全 数 据 表 (MSDS) 6 设 备 数 据 表 7 其 它 必 要 的 参 考 文 件, 如 : 操 作 手 册 管 道 规 格 书 安 全 阀 计 算 书 设 备 数 据 表 等 3.4 工 作 方 法 团 队 成 员 采 用 头 脑 风 暴 (brainstorming) 法 开 展 工 作 系 统 地 对 分 析 节 点 装 置 进 行 各 参 数 ( 流 量 压 力 温 度 组 分 液 位 等 ) 与 引 导 词 ( 有 无 多 少 高 低 ) 联 合 应 用 分 析, 找 出 导 致 该 偏 差 的 所 有 原 因, 进 行 充 分 讨 论 后, 形 成 建 议, 并 将 建 议 反 馈 给 相 关 部 门 ( 建 设 方 设 计 单 位 供 货 方 等 ) 落 实 实 际 上 就 是 针 对 确 定 一 个 分 析 节 点, 识 别 出 那 些 具 有 潜 在 危 险 的 偏 差, 这 些 偏 差 通 过 引 导 词 引 出 使 用 引 导 词 的 目 的 就 是 为 了 保 证 对 所 有 工 艺 参 数 的 偏 差 都 进 行 分 析, 分 析 它 们 可 能 的 后 果 原 因 已 有 的 保 护 措 施 等, 如 果 已 有 的 措 施 不 能 满 足 现 有 的 安 全 要 求, 则 要 提 出 建 议 措 施 风 险 包 括 对 操 作 / 管 理 人 员 的 风 险 环 境 气 象 变 化 的 风 险, 生 产 状 态 运 行 参 数 本 身 变 化 的 风 险 等 3.5 举 例 说 明 ( 以 河 南 油 田 为 例 ) (1) 站 场 单 元 主 要 有 以 下 一 些 : 采 油 井 场 采 气 井 场 计 量 站 混 输 泵 站 中 转 站 集 气 站 联 合 站 天 然 气 集 气 处 理 厂 输 油 泵 站 等 (2) 节 点 划 分 节 点 划 分 的 方 法 : 一 是 工 艺 功 能 法 即 根 据 整 个 站 场 所 实 现 的 生 产 功 能 来 划 分, 如 放 空 工 艺 排 污 工 艺 计 量 工 艺 等, 二 是 场 区 模 块 法, 即 根 据 工 艺 过 程 所 布 置 的 区 域 来 划 分, 另 外 是 将 两 种 方 法 综 合 应 用 的 以 中 转 站 为 例, 对 其 节 点 划 分 如 表 所 示 表 中 转 站 节 点 划 分 举 例 节 点 编 号 节 点 说 明 1 进 站 阀 至 计 量 管 汇 2 计 量 管 路 至 计 量 分 离 器 3 进 站 阀 / 计 量 分 离 器 至 生 产 分 离 器 4 生 产 分 离 器 液 相 至 外 输 泵 5 外 输 泵 至 加 热 炉 6 液 相 加 热 炉 至 外 输 管 道 ( 接 口 ) 7 生 产 分 离 器 气 相 至 除 油 器 8 气 相 除 油 器 至 外 输 管 道 ( 接 口 ) (3) 偏 差 的 建 立 以 中 转 站 为 例, 采 用 参 数 + 引 导 词 形 成 各 个 节 点 的 偏 差 表 达 不 同 工 艺 或 站 场, 参 数 有 所 59

60 不 同, 见 表 所 示 表 参 数 偏 差 的 表 达 举 例 序 号 偏 差 引 导 词 参 数 1 压 力 偏 高 高 压 力 2 压 力 偏 低 低 压 力 3 温 度 偏 高 高 温 度 4 结 束 语 目 前 HAZOP 已 经 成 为 石 油 化 工 行 业 主 要 的 风 险 分 析 方 法 之 一, 国 家 和 行 业 也 在 积 极 推 广, 在 油 气 田 地 面 工 程 咨 询 设 计 中, 要 逐 步 落 实 HAZOP 分 析 方 法 的 应 用, 细 化 对 系 统 风 险 的 控 制 方 案 设 计 4 温 度 偏 低 低 温 度 5 流 量 偏 高 高 流 量 6 流 量 偏 低 低 流 量 接 下 来 需 要 由 团 队 根 据 可 能 出 现 的 异 常 情 况, 对 进 而 可 能 造 成 的 危 险 进 行 具 体 的 分 析 考 察 设 计 或 管 理 措 施 是 否 满 足 要 求, 提 出 补 充 措 施 建 议 作 者 简 介 : 庞 茂 华,1965 年 1 月 出 生, 郑 州 大 学 工 业 与 民 用 建 筑 专 业 毕 业, 国 家 二 级 注 册 建 筑 师 土 建 高 级 工 程 师, 现 在 河 南 油 田 工 程 咨 询 有 限 公 司 从 事 土 木 建 筑 工 程 设 计 工 作 60

61 风 光 互 补 式 发 电 系 统 的 控 制 器 明 新 淼 摘 要 能 源 是 发 展 国 民 经 济 和 提 高 人 民 生 活 水 平 的 重 要 物 质 基 础, 而 开 发 新 型 能 源 是 缓 解 能 源 紧 缺 状 况 提 高 企 业 经 济 效 益 和 保 护 环 境 的 重 要 措 施 在 目 前 众 多 可 再 生 能 源 与 新 能 源 技 术 开 发 中 潜 力 最 大 最 具 开 发 价 值 的 是 风 能 和 太 阳 能, 并 且 太 阳 能 和 风 能 具 有 极 强 的 互 补 性 本 作 品 就 是 以 风 力 发 电 和 光 伏 发 电 作 为 控 制 对 象 而 设 计 的, 本 控 制 器 具 有 可 靠 性 高, 能 源 利 用 率 高, 成 本 低 等 特 点 关 键 词 风 光 互 补 发 电 升 压 斩 波 功 率 切 换 高 可 靠 性 高 利 用 率 改 革 开 放 30 多 年 来, 中 国 经 济 有 了 飞 速 发 展, 也 付 出 了 相 当 大 的 资 源 和 环 境 代 价 发 达 国 家 工 业 化 200 多 年 遇 到 的 环 境 问 题, 在 我 国 30 多 年 的 快 速 发 展 中 集 中 出 现, 使 我 国 能 源 供 应 日 益 紧 张, 环 境 污 染 日 趋 严 重, 常 规 能 源 面 临 日 益 枯 竭 的 窘 境 改 变 不 可 持 续 的 发 展 方 式, 开 发 新 能 源 已 成 为 当 务 之 急 2005 年, 我 国 在 社 会 经 济 发 展 的 十 一 五 规 划 纲 要 中, 首 次 提 出 约 束 性 的 量 化 节 能 减 排 目 标 : 到 2010 年, 我 国 单 位 GDP 能 耗 由 2005 年 的 1.22 吨 标 准 煤 下 降 到 1 吨 标 准 煤 以 下, 降 低 20% 左 右 ; 单 位 工 业 增 加 值 用 水 量 降 低 30% 主 要 污 染 物 排 放 总 量 减 少 10% 2012 年, 我 国 政 府 再 次 提 出 了 新 的 目 标, 即 到 2020 年 单 位 GDP 二 氧 化 碳 排 放 比 2005 年 下 降 40% 至 45%, 非 化 石 能 源 占 一 次 能 源 消 费 的 比 重 达 到 15% 左 右 能 源 是 发 展 国 民 经 济 和 提 高 人 民 生 活 水 平 的 重 要 物 质 基 础, 因 此 开 发 新 型 能 源 是 缓 解 能 源 紧 缺 状 况 提 高 企 业 经 济 效 益 和 保 护 环 境 的 重 要 措 施 在 目 前 众 多 可 再 生 能 源 与 新 能 源 技 术 开 发 中 潜 力 最 大 最 具 开 发 价 值 的 是 风 能 和 太 阳 能 风 能 和 太 阳 能 具 有 极 强 的 互 补 性, 但 是 风 能 和 太 阳 能 发 电 的 功 率 会 随 着 外 部 环 境 的 变 化 而 变 化, 因 此 在 风 能 和 太 阳 能 的 利 用 过 程 中 迫 切 需 要 控 制 器 来 使 风 能 和 太 阳 能 的 输 出 功 率 和 电 压 维 持 在 一 个 比 较 稳 定 的 范 围 内, 提 高 风 能 和 太 阳 能 的 利 用 率 本 设 计 就 是 一 款 基 于 单 片 机 作 为 处 理 器 的 具 有 电 压 实 时 监 测 的 小 型 风 光 互 补 发 电 系 统 的 高 效 控 制 器 1 作 品 内 容 简 介 本 作 品 是 基 于 单 片 机 控 制 的 小 型 风 能 光 能 互 补 发 电 系 统 的 控 制 器, 能 够 将 风 能 和 太 阳 能 转 换 而 来 的 不 稳 定 电 能 变 换 成 稳 定 的 直 流 电 该 控 制 器 特 别 适 合 应 用 于 边 远 地 区 的 照 明 用 电, 城 市 路 灯 照 明 系 统, 通 信 基 站 以 及 海 上 浮 标 等 可 利 用 分 布 式 发 电 的 用 电 场 合 系 统 的 主 要 硬 件 构 成 是 两 个 boost 升 压 斩 波 电 路, 电 压 检 测 电 路 以 及 发 电 系 统 和 电 网 之 间 的 功 率 切 换 电 路, 主 控 芯 片 为 使 用 广 泛 的 51 系 列 单 片 机, 电 压 检 测 采 用 专 用 的 检 测 芯 片 ADC0809, 系 统 具 有 过 载 保 护, 短 路 保 护, 光 电 系 统 和 电 网 自 由 切 换 以 及 对 系 统 各 个 部 分 状 态 的 检 测 和 显 示 等 功 能 各 个 指 示 灯 不 同 状 态 指 示 的 功 能 如 下 : 表 1 功 能 指 示 表 指 示 灯 蓝 灯 红 灯 黄 灯 闪 烁 蓄 电 池 过 放 风 机 输 入 欠 压 光 伏 板 输 入 欠 压 常 亮 蓄 电 池 正 常 风 机 输 入 正 常 光 伏 板 输 入 正 常 不 亮 无 风 机 输 入 几 乎 为 零 光 伏 板 输 入 几 乎 为 零 61

62 2 系 统 总 体 设 计 框 图 本 系 统 的 主 要 功 能 如 下 : (1) 主 电 路 具 有 短 路 保 护, 过 载 保 护, 系 统 安 全 可 靠 性 高 (2) 输 出 电 压 稳 定, 可 以 有 效 利 用 的 电 压 范 围 广 (3) 实 时 准 确 地 控 制 输 出 电 压, 并 带 有 故 障 检 测 和 显 示 功 能 (4) 蓄 电 池 和 负 载 所 需 的 功 率 可 以 通 过 风 力 发 电 机 和 光 伏 电 池 提 供, 也 可 以 又 电 网 提 供 (5) 电 路 简 单, 成 本 低, 供 电 可 靠 性 高 (6) 电 路 强 弱 电 可 靠 隔 离, 安 全 系 数 高 阳 能 的 高 效 利 用 3.2 可 以 在 风 光 发 电 和 电 网 之 间 自 由 切 换 在 正 常 情 况 下, 由 风 力 发 电 机 和 光 伏 电 板 给 蓄 电 池 和 负 载 供 电, 当 天 气 条 件 非 常 恶 劣 时, 比 如 连 续 几 天 的 阴 雨 天 气 和 风 速 很 低 时, 蓄 电 池 储 存 的 能 量 耗 尽, 为 了 使 系 统 和 负 载 正 常 工 作, 将 由 电 网 给 负 载 供 电 减 小 了 外 界 气 候 条 件 对 系 统 的 影 响, 提 高 了 负 载 供 电 的 可 靠 性 3.3 系 统 各 个 部 分 均 设 有 状 态 检 测 和 状 态 显 示 系 统 的 各 个 部 分 都 设 有 相 应 的 LED 灯 来 显 示 当 前 系 统 各 个 部 分 运 行 的 状 态 可 以 很 方 便 的 帮 助 系 统 的 操 作 人 员 了 解 系 统 的 运 行 状 态 4 作 品 结 构 原 理 图 4.1 系 统 硬 件 结 构 图 系 统 的 主 电 路 原 理 图 图 1 设 计 框 图 该 控 制 器 采 用 单 片 机 对 风 力 发 电 机 和 光 伏 电 池 组 的 输 出 电 压 进 行 实 时 监 测, 根 据 输 入 电 压 的 大 小 确 定 电 力 MOSFET 的 导 通 时 间, 维 持 负 载 输 出 电 压 和 蓄 电 池 的 充 电 电 压 一 直 保 持 稳 定, 提 高 了 风 能 和 太 阳 能 的 利 用 率, 实 现 能 源 的 高 效 率 用 图 2 主 电 路 图 3 控 制 器 技 术 亮 点 3.1 可 充 电 的 电 压 范 围 广, 风 光 互 补 性 强 风 力 发 电 机 和 光 伏 电 池 板 输 出 电 压 为 0-18V, 当 风 力 发 电 机 或 者 光 伏 电 池 板 输 出 电 压 达 到 7V 时 就 可 以 给 12V 的 蓄 电 池 和 负 载 供 电, 风 光 互 补 性 强, 可 充 电 电 压 低, 实 现 了 风 能 和 太 4.2 系 统 程 序 框 图 图 3 系 统 的 控 制 电 路 原 理 图 62