摘要：我国高含硫气田大规模开发尚属首次，缺乏成熟配套的安全控制技术、标准规范和管理体系，安全生产和应急处置面临一系列技术难题。普光气田硫化氢含量高、压力高、集输系统点多线长，泄漏监测与安全控制要求高，同时由于地形复杂，人口密集，应急处置和应急疏散难度大。为此，①通过建立含硫天然气泄漏山地扩散模型，对不同生产区域的安全防护距离进行了优化，确定了我国高含硫气田的安全防护距离；集成红外、激光、电化学和无线远程监测，形成了平面布局、立体布防、全方位的天然气泄漏多元监测体系；优化气井、集输、净化、外输紧急关断系统的逻辑关系，创建了大型高含硫气田上下游一体化的4级联锁关断系统。②应用含硫天然气泄漏山地扩散模型划分应急区域，建设了最大规模的紧急疏散通讯系统，通过应急疏散能力评估对应急道路进行了优化，研发了山地消防坦克和远程点火等装备，建立了完整的应急处置、人员疏散与应急救援体系，形成了复杂山地高含硫气田大规模应急疏散与救援技术。这些措施为该气田绿色、高效开发提供了安全保障。
        关键词：普光气田；高含硫天然气；天然气泄漏；泄漏监测；紧急关断；安全控制；应急疏散；应急管理
        普光气田天然气中的硫化氢含量高达15%，二氧化碳含量为8%左右，是典型的高含硫酸性气田，也是目前国内开发的硫化氢含量最高的天然气田。
        普光气田采用湿气集输工艺，集输系统地形复杂、点多面广，泄漏风险大[1]，准确快速监测难度大。一旦某个节点发生重大泄漏或应急事故，对上、下游的生产都会产生影响，因而从气井生产、管道集输、净化处理到天然气外输的各个环节都要求具有安全可靠的快速响应和联锁关断机制[2]。而且普光气田地处川东北山区，地形险峻，相对高差最大近1000m，人口稠密，应急救援难度很大。因此，安全控制和应急管理措施成为气田开发的重中之重。
        1 安全控制措施
        1.1 天然气泄漏扩散模拟及防护距离优化
        1.1.1复杂地形条件高含硫天然气泄漏扩散模拟[3]
        应用三维数字高程模型、非结构网格划分、非线性拟合等理论，真实再现普光复杂地形，建立了硫化氢山地扩散模型，模拟复杂山地高含硫天然气泄漏扩散规律。采用有色烟雾释放和六氟化硫(SF6)扩散示踪两种实验手段，对复杂山地硫化氢泄漏进行现场模拟实验，同时对扩散模型进行验证。共进行10组烟雾释放实验，记录影像150min；5组六氟化硫释放实验，收集六氟化硫数据165组。误差分析表明，模型与实测结果误差小于±15%。
        研究表明，在复杂地形影响下，硫化氢泄漏扩散具有显著的不确定性，主要表现为：向有利于气体运动和聚集的地形环境扩散，如：平缓坡地、山涧、山谷、河谷等；沿下风向分布，在泄漏口周边下风向临近区域形成稳定危害区域，远离泄漏口后，在山前、低洼处、气流通道等易形成危害区域；山体阻挡时，顺风逆坡而上，在山体正面形成大面积堆积，危害严重；在“U”形山谷大量蓄积，难以扩散，进而产生持续和大面积危害。
        1.1.2硫化氢防护距离优化
        采用高含硫天然气泄漏山地扩散模型，结合硫化氢毒理学分析，分别计算出集输管道、集气站和净化厂发生天然气泄漏的毒性负荷和1000ppm(硫化氢浓度1ppm=1.5mg/m3，下同)瞬间致死浓度硫化氢烟羽扩散距离，以此为参考建立硫化氢安全防护距离。
        模拟结果表明：
        1) 集输管道发生高含硫天然气泄漏时，1000ppm硫化氢烟羽最远扩散距离为11Om。综合考虑泄漏监测、紧急关断等安全保障和应急处置措施，同时参考加拿大EUB标准，将安全防护距离确定为100m。
        2) 集气站发生高含硫天然气泄漏时，1000ppm硫化氢烟羽最远扩散距离为286m。气井井口和井下同时安装了安全阀，具有远程关断、火灾易熔塞自动关断、高低压限压关断等多重关断措施，同时考虑单井产量高，人口密集，地形复杂等因素，将安全防护距离确定为300m。
        3) 净化厂发生高含硫天然气泄漏时，1000ppm硫化氢烟羽最远扩散距离为401m。考虑到净化厂有6套联合装置，净化处理规模大，为降低安全风险，将净化厂安全防护距离扩大到800m。
        投料试车前，在地方政府的大力支持下，对于设防距离内的2603户民居全部拆迁，并在管线、站场、净化厂周边安全距离处设置了界桩，起提示和警告作用。
        1.2 天然气泄漏多元监测技术
        1.2.1集气站场泄漏监测技术
        高含硫天然气的剧毒性和易燃易爆特性对泄漏的准确、及时监测提出了很高的要求。为提高：泄漏监测的可靠性，在不同的生产装置区分别采用硫化氢、可燃气体等监测手段进行实时监测。根据天然气泄漏扩散模拟结果[3]对生产系统的泄漏监测点进行优化配置。泄漏监测布点原则主要有3点：①根据HAZOP分析和LEAK软件泄漏频率计算结果，综合考虑气候条件，确定布点方案；②根据工艺流程、装置设备以及人员活动频率确定布点方案；③根据特殊地段特点，借鉴国外泄漏监测经验，确定布点方案。
        根据站场工艺流程特点，结合监测仪器特性，在井口、分离器、加热炉等区域设置硫化氢探测器和可燃气体探测器，构建立体监测网络。根据硫化氢比空气重的特性，硫化氢探测器贴近地面安装，并可按要求设定报警值。可燃气体探测器利用红外光声原理探测甲烷浓度。此外还安装了火焰探测、视频监控以及报警装置。监测信号同步远传到站控室、中控室、119调度中心和应急指挥中心。
        1.2.2阀室泄漏监测技术
        在管道截断阀室配置电子防爆管单元，监测管线的压力变化并推断管线是否存在泄漏，根据电子防爆管单元的压降速率报警。同时还安装了硫化氢气体探测器、可燃气体探测器、状态指示灯和报警系统，报警状态直接传送给中控室。
        1.2.3隧道泄漏监测技术
        在集输管道隧道两端设置电化学式有毒气体探测器和开路式、红外吸收补偿式可燃气体探测器，并安装状态指示灯实现声光报警。此外，在隧道内还安装了新开发研制的激光监测装置[4]，同时监测甲烷和硫化氢两种气体的泄漏，监测距离达到1km，监测灵敏度20ppm，实现了远距离监测和微量泄漏预警。
        普光气田集输系统共设置各类泄漏监测装置900余套，其中在黄家岩隧道、眼梁隧道等5条隧道中安装了激光监测装置。
        1.2.4无线远程监测技术
        针对气田开发生产中的气井放喷作业、检维修、应急救援与疏散等特殊状况，利用无线远程多点布控技术，建立区域监测网络，跟踪监测天然气、硫化氢，以及大气中的二氧化硫、氧气等含量，为确定安全区域、指导疏散撤离、保障人员安全提供决策依据。该监测系统由两台主机和16台终端组成。一台主机用于现场监测，另一台用于远程数据传输，各终端监测数据无线传输到监控站，实现实时监控。无线远程监测半径达4km，可一次同时布设32个监测点。
        1.3 自动控制与联锁关断
        1.3.1 SCADA自动控制系统
        普光气田集输系统采用SCADA(Suppervisory Control And Data Acquisition System)自动控制系.统，它将先进的计算机技术、工业控制技术和通信技术有机地结合在一起，既具有强大的现场测控功能，又具有极强的组网通信能力，是自动化领域中广泛应用的重要系统之一。
        SCADA系统采用冗余光纤环网作为主干网，5.8G无线网络为备用。整个SCADA系统分为3大部分：过程控制系统(PCS)、安全仪表系统(SIS)以及中心数据处理系统。在每一个控制节点(站场和阀室)均分别设置两套子系统：即过程控制系统(PCS)和安全仪表系统(SIS)，作为一个单独的网络节点，挂在相同的光纤通信子网及5.8G无线备用网络上，分别对应实时数据服务器和中心安全仪表系统上传或下载数据。其中PCS主要负责正常的工艺流程控制和监视，SIS则负责对超出PCS控制范围的工艺控制对象进行相应的联锁保护。
        1.3.2上下游联锁关断系统
        普光气田根据生产流程可分为3大系统，即集输系统(含井口控制系统)、净化处理系统和天然气外输系统。这3大系统有各自独立的安全控制体系：集输系统采用SCADA+SIS，净化厂采用DCS+SIS系统，普光输气首站采用SCS+紧急关断(ESD)系统[2]。3大系统中任意一个系统出现重大泄漏或应急事故，都将直接威胁到上(下)游的安全[5]，因此要求3大系统实现联锁关断，而且要求响应及时，关断可靠。为此，按全气田、单线、单站、单元设备划分区域，实行4级联锁。通过优化控制逻辑、优选系统互联技术，整合3大控制系统，形成集输、净化及外输管道的联锁关断，创建了大型高含硫气田上下游一体化的4级联锁关断系统。当任何一个系统发生一级关断时，上下游的其他几个系统能自动触发一级关断，如切断阀门、关闭井口等，上下游各部分通过联锁进行控制，从而大大提高了系统的安全性。