论文部分内容阅读
【摘 要】本文探讨了FeS生成及FeS与空气中的氧气结合而发生自燃、爆炸的机理。简述了原油稳定塔拆除过程中,为防止FeS自燃现象的发生,保证拆除工作安全、顺利的开展,而制定的施工措施。
【关键词】 FeS;自燃;爆炸
Construction measures to prevent spontaneous combustion of FeS during crude oil stability tower removal process
Liu Jun, Huang Wei-an, Zhang Chang-sheng
(Jiangsu Petroleum Exploration Bureau Oilfield Construction Department Jiangdu Jiangsu 225261)
【Abstract】This article discusses the FeS and FeS formation and combination of oxygen in the air would ignite the explosion mechanism. Stability of crude oil briefly tower demolition process, in order to prevent spontaneous combustion phenomena FeS, to ensure removal of the safety and smooth conduct, and the development of construction measures.
【Key words】FeS; Spontaneous combustion; Explosion
1. 前言
江苏油田富民联合站初建于80年代,该站经过多次改造扩建,主要以原油稳定、油气水分离、注水及污水处理为主。目前根据富民油区产能需要进行调整,将站内停用多年的原油稳定区设备、容器及管网进行拆除。拆除工作量主要涉及原油稳定塔、加热炉、电脱水器、浮头换热器、混烃罐、轻油罐、三相分离器等容器共十台,同时拆除设备容器间的管网。在这些设备容器中,仍然残存有一定量原油和天然气。
2008年夏天,该站一台三相分离器在开罐作业时,意外发生爆炸,后经专家鉴定是硫化亚铁自燃引起。
江苏油建安装一公司承担原油稳定区设备和管网的拆除任务,面对拆装过程中可能发生硫化亚铁自燃甚至爆炸的风险,经过多次论证制定了周密的施工措施。
要防止硫化亚铁自燃现象的发生,首先要了解硫化亚铁的产生和发生自燃现象的机理。
2. 硫化亚铁的产生、自燃机理及分布规律
2.1 硫化亚铁产生的机理
油品中的硫大致分成活性硫和非活性流两大类。活性硫包括单质活性流(S)、硫化氢(H2S)、硫醇(RCH2CH2SH),其特点是在一定温度下与铁反应生成硫化亚铁。
Fe+S=FeS
H2S+Fe== FeS+H2
RCH2CH2SH+Fe==RCHCH2+FeS+H2
2.2 硫化亚铁自燃的机理。
FeS是深棕色或黑色固体,难溶于水,密度4.74g/cm3,熔点1193℃。目前的原油处理都采用密闭的工艺流程,即使含有硫化亚铁,也不可能发生自燃现象。硫化亚铁在空气中受热或光照时,与氧发生如下化学反应:
FeS+3/2 O2=FeO+SO2+49KJ
该反应过程中,负二价硫氧化成四价硫,放出一定热量。由于氧化亚铁(FeO)在空气中不稳定,继续发生下列反应:
2FeO+1/2 O2=Fe2O3+271KJ
硫化亚铁与氧气发生反应时,二价铁离子被氧化成三价铁离子放出更大量的热量。由于局部温度急剧升高,在比较密闭的容器中,当其中存在可燃的油或气时,会迅速燃烧,以致发生爆炸事故。
2.3 FeS在原油处理设备中的分布规律。
FeS在原油处理设备中的分布一般遵循这一规律:原油中硫含量越高,产生FeS越多;微细的FeS产物会随油品从上游不断地往下游转移;在油品流动速度相对较低的区域,不断地聚集沉积下来,因此在容器底部就会有更多的硫化亚铁聚集沉积。
3. 原油稳定塔拆除过程中防止FeS自燃的施工措施
原油稳定装置拆除过程中,为预防FeS自燃现象发生,最重要一环就是不能随意开启设备容器的人孔、手孔、清扫孔及阀门等,防止空气进入设备体内,严格控制设备体内的氧气含量。
这十台需拆除的设备中,原油稳定塔的体积、重量及高度最大,其外形尺寸为1m×21m,整体总重量约为18吨。下面重点阐述原油稳定塔的拆除方案:
3.1 拆除接管,迅速封堵。
拆卸与稳定塔接管连接的第一法兰螺栓,移开阀门或法兰接管,迅速采用盲法兰将两端封闭。
3.2 塔底充水,排除残气。
在稳定塔下端出油口处安装一闸阀,阀门外侧安装进水口,缓慢上水;开启稳定塔顶部排气阀,向稳定塔体内充水,待稳定塔顶部排气阀溢水为止,确保塔体内残余气体排尽。
3.3 注入氮气,排空积水。
从稳定塔顶部排气阀向塔体内注入氮气,开启稳定塔底部的进水口闸阀,直至塔内的水排尽,关闭塔顶的排气阀和稳定塔下端的进水闸阀。
3.4 吊车预吊,割断裙座。
采用80吨吊车将稳定塔顶部吊起,并使钢丝绳负载。采用火焰切割,切断稳定塔体底部裙座。
3.5 起吊塔体,缓慢放倒。
采用80吨吊车吊起塔体顶部,同时55吨吊车配合吊起塔底,将稳定塔体缓慢平放。
3.6 二次充水,排除氮气。
再次将稳定塔体充水,置换塔体内的氮气后密封。
3.7 带水切割,纵向“剖腹”。
在平放的稳定塔上侧,沿塔体全长纵向切开。
3.8 环向肢解,移运站外。
对稳定塔环向切割成三部分,迅速移运站外。由于塔体内部已完全暴露在空气中,硫化亚铁自燃产生的大量热量散发到空气中,也就不可能引发爆炸。
4. 问题讨论
经过项目部周密的部署,严格遵守制定的施工措施,原油稳定塔及九台设备和管网按期、安全、顺利的完成了拆除任务。
我们觉得为了防止硫化亚铁自燃而引发爆炸,仍然有一些问题值得探讨:
在原油处理工艺系统内,只要有硫存在,必然会产生硫化亚铁。活性硫腐蚀产物-FeS是含硫原油处理及储运设备检修、拆除的一大“隐形杀手”,目前国内外主要采取隔离法、清洗法和钝化法等方法防止硫化亚铁自燃。
隔离法:即防止硫化亚铁与空气中的氧气接触,如采用惰性气体保护或水封保护。本工程采用隔离法用于原油处理设备的拆除施工,成功避免了因硫化亚铁自燃引发的爆炸事件。
清洗法:对容器设备采用蒸汽、酸性溶液或碱性溶液等化学清洗方法。清洗的废液必须进行一定的化学处理,否则会对环境造成一定的伤害。
钝化法:用钝化剂对设备进行处理,将易自燃的硫化亚铁转化为稳定的化合物,从而防止硫化亚铁的自燃。这是防止硫化亚铁自燃最为安全的方法,通过钝化消除其活性,达到阻止其自燃的目的,而且对设备腐蚀性小,对环保无影响,但成本较高。
选用何种方法预防硫化亚铁自燃,应因时因地、因设备、因环境而确定。
参考文献
[1] 刘忠生, 王有华, 戴金铃.酸性水罐氮气保护防止硫化亚铁自燃事故的设计分析[J]. 当代化工,2009,(02)
[2] 万成略,汪丽.可燃气体含氧量安全限值的探索.中国安全科学学报,1999.
[3] 谢传欣,王慧欣.硫化铁自燃防范研究报告.中国石化青岛安全工程研究院,2006.
[文章编号]1006-7619(2010)07-02-618
[作者简介] 刘军(1982-),男,湖北荆州人,2005年毕业于长江大学(江汉石油学院)材料成型及控制工程,助理工程师,曾担任石家庄-太原成品油管道二期工程技术总负责,富一站拆除工程技术总负责,富民油田以污代清工程技术总负责。
【关键词】 FeS;自燃;爆炸
Construction measures to prevent spontaneous combustion of FeS during crude oil stability tower removal process
Liu Jun, Huang Wei-an, Zhang Chang-sheng
(Jiangsu Petroleum Exploration Bureau Oilfield Construction Department Jiangdu Jiangsu 225261)
【Abstract】This article discusses the FeS and FeS formation and combination of oxygen in the air would ignite the explosion mechanism. Stability of crude oil briefly tower demolition process, in order to prevent spontaneous combustion phenomena FeS, to ensure removal of the safety and smooth conduct, and the development of construction measures.
【Key words】FeS; Spontaneous combustion; Explosion
1. 前言
江苏油田富民联合站初建于80年代,该站经过多次改造扩建,主要以原油稳定、油气水分离、注水及污水处理为主。目前根据富民油区产能需要进行调整,将站内停用多年的原油稳定区设备、容器及管网进行拆除。拆除工作量主要涉及原油稳定塔、加热炉、电脱水器、浮头换热器、混烃罐、轻油罐、三相分离器等容器共十台,同时拆除设备容器间的管网。在这些设备容器中,仍然残存有一定量原油和天然气。
2008年夏天,该站一台三相分离器在开罐作业时,意外发生爆炸,后经专家鉴定是硫化亚铁自燃引起。
江苏油建安装一公司承担原油稳定区设备和管网的拆除任务,面对拆装过程中可能发生硫化亚铁自燃甚至爆炸的风险,经过多次论证制定了周密的施工措施。
要防止硫化亚铁自燃现象的发生,首先要了解硫化亚铁的产生和发生自燃现象的机理。
2. 硫化亚铁的产生、自燃机理及分布规律
2.1 硫化亚铁产生的机理
油品中的硫大致分成活性硫和非活性流两大类。活性硫包括单质活性流(S)、硫化氢(H2S)、硫醇(RCH2CH2SH),其特点是在一定温度下与铁反应生成硫化亚铁。
Fe+S=FeS
H2S+Fe== FeS+H2
RCH2CH2SH+Fe==RCHCH2+FeS+H2
2.2 硫化亚铁自燃的机理。
FeS是深棕色或黑色固体,难溶于水,密度4.74g/cm3,熔点1193℃。目前的原油处理都采用密闭的工艺流程,即使含有硫化亚铁,也不可能发生自燃现象。硫化亚铁在空气中受热或光照时,与氧发生如下化学反应:
FeS+3/2 O2=FeO+SO2+49KJ
该反应过程中,负二价硫氧化成四价硫,放出一定热量。由于氧化亚铁(FeO)在空气中不稳定,继续发生下列反应:
2FeO+1/2 O2=Fe2O3+271KJ
硫化亚铁与氧气发生反应时,二价铁离子被氧化成三价铁离子放出更大量的热量。由于局部温度急剧升高,在比较密闭的容器中,当其中存在可燃的油或气时,会迅速燃烧,以致发生爆炸事故。
2.3 FeS在原油处理设备中的分布规律。
FeS在原油处理设备中的分布一般遵循这一规律:原油中硫含量越高,产生FeS越多;微细的FeS产物会随油品从上游不断地往下游转移;在油品流动速度相对较低的区域,不断地聚集沉积下来,因此在容器底部就会有更多的硫化亚铁聚集沉积。
3. 原油稳定塔拆除过程中防止FeS自燃的施工措施
原油稳定装置拆除过程中,为预防FeS自燃现象发生,最重要一环就是不能随意开启设备容器的人孔、手孔、清扫孔及阀门等,防止空气进入设备体内,严格控制设备体内的氧气含量。
这十台需拆除的设备中,原油稳定塔的体积、重量及高度最大,其外形尺寸为1m×21m,整体总重量约为18吨。下面重点阐述原油稳定塔的拆除方案:
3.1 拆除接管,迅速封堵。
拆卸与稳定塔接管连接的第一法兰螺栓,移开阀门或法兰接管,迅速采用盲法兰将两端封闭。
3.2 塔底充水,排除残气。
在稳定塔下端出油口处安装一闸阀,阀门外侧安装进水口,缓慢上水;开启稳定塔顶部排气阀,向稳定塔体内充水,待稳定塔顶部排气阀溢水为止,确保塔体内残余气体排尽。
3.3 注入氮气,排空积水。
从稳定塔顶部排气阀向塔体内注入氮气,开启稳定塔底部的进水口闸阀,直至塔内的水排尽,关闭塔顶的排气阀和稳定塔下端的进水闸阀。
3.4 吊车预吊,割断裙座。
采用80吨吊车将稳定塔顶部吊起,并使钢丝绳负载。采用火焰切割,切断稳定塔体底部裙座。
3.5 起吊塔体,缓慢放倒。
采用80吨吊车吊起塔体顶部,同时55吨吊车配合吊起塔底,将稳定塔体缓慢平放。
3.6 二次充水,排除氮气。
再次将稳定塔体充水,置换塔体内的氮气后密封。
3.7 带水切割,纵向“剖腹”。
在平放的稳定塔上侧,沿塔体全长纵向切开。
3.8 环向肢解,移运站外。
对稳定塔环向切割成三部分,迅速移运站外。由于塔体内部已完全暴露在空气中,硫化亚铁自燃产生的大量热量散发到空气中,也就不可能引发爆炸。
4. 问题讨论
经过项目部周密的部署,严格遵守制定的施工措施,原油稳定塔及九台设备和管网按期、安全、顺利的完成了拆除任务。
我们觉得为了防止硫化亚铁自燃而引发爆炸,仍然有一些问题值得探讨:
在原油处理工艺系统内,只要有硫存在,必然会产生硫化亚铁。活性硫腐蚀产物-FeS是含硫原油处理及储运设备检修、拆除的一大“隐形杀手”,目前国内外主要采取隔离法、清洗法和钝化法等方法防止硫化亚铁自燃。
隔离法:即防止硫化亚铁与空气中的氧气接触,如采用惰性气体保护或水封保护。本工程采用隔离法用于原油处理设备的拆除施工,成功避免了因硫化亚铁自燃引发的爆炸事件。
清洗法:对容器设备采用蒸汽、酸性溶液或碱性溶液等化学清洗方法。清洗的废液必须进行一定的化学处理,否则会对环境造成一定的伤害。
钝化法:用钝化剂对设备进行处理,将易自燃的硫化亚铁转化为稳定的化合物,从而防止硫化亚铁的自燃。这是防止硫化亚铁自燃最为安全的方法,通过钝化消除其活性,达到阻止其自燃的目的,而且对设备腐蚀性小,对环保无影响,但成本较高。
选用何种方法预防硫化亚铁自燃,应因时因地、因设备、因环境而确定。
参考文献
[1] 刘忠生, 王有华, 戴金铃.酸性水罐氮气保护防止硫化亚铁自燃事故的设计分析[J]. 当代化工,2009,(02)
[2] 万成略,汪丽.可燃气体含氧量安全限值的探索.中国安全科学学报,1999.
[3] 谢传欣,王慧欣.硫化铁自燃防范研究报告.中国石化青岛安全工程研究院,2006.
[文章编号]1006-7619(2010)07-02-618
[作者简介] 刘军(1982-),男,湖北荆州人,2005年毕业于长江大学(江汉石油学院)材料成型及控制工程,助理工程师,曾担任石家庄-太原成品油管道二期工程技术总负责,富一站拆除工程技术总负责,富民油田以污代清工程技术总负责。