内压爆破事故防止与紧急处置措施

1.防止低应力脆性断裂导致的管道和设备内压爆破

使管道、设备的材质与工作环境相适应，避免金属材料在工作状态下发生低应力脆性断裂是防止管道和设备爆破的重要手段。

1）金属脆性断裂的特点和脆性断裂原因

金属发生脆性断裂的基本特征是发生断裂的金属构件的实际工作应力处在允许的范围内，承载工作截面的强度尺寸也符合设计要求，构件断口光滑、无明显塑性变形。

金属材料低应力脆性断裂的原因主要有两个：低温环境下韧性不足或湿的H2S与金属发生氢致开裂。由于目前页岩气中暂未发现有H2S的存在，因此页岩气集输与处理中管道和设备的低应力脆性断裂主要原因与金属材料韧性和脆性温度有关。

2）脆性断裂的预防

金属材料的韧性随温度的下降而减小，冲击韧性、延伸率、断面收缩率是表征金属材料韧性的主要指标。冲击韧性随温度降低而减小的趋势明显，常用来表征金属材料韧性随温度降低的速度和速度变化，并据此核对金属在低温条件下工作时的安全可靠性。

一般情况下，金属材料冲击韧性随温度的变化是非线性的，当温度下降到某一限度值时冲击韧性的下降速度会陡然加快，冲击韧性值发生突然大幅度下降，这个温度称为该金属的脆性转变温度。脆性转变温度取决于金属的材质。

管道、设备工作时，工作截面上各点处的温度平均值称为管道、设备金属材料的工作温度。金属材料工作温度与工作介质（页岩气）的温度、周边环境温度和工作介质通过壳壁与外界环境热量交换状况有关，随内部介质流动状况和外部环境条件的变化而变化。承压构件在预计工况下工作时可能达到的温度最低值即是金属的最低工作温度。

金属材料的最低工作温度可按式（10—1）计算：

式中　tw，min——承压构件的最低工作温度，K；

　　　tn，min——页岩气在集输及处理中可能达到的最低温度，K；

　　　hH——承压构件表面与外界环境的传热系数，W/（m2·K）；

　　　hB——承压构件内部页岩气与构件壳壁之间的传热系数，W/（m2·K）；

　　　tg，min——外部环境可能达到的最低温度，K。

通过式（10—1）可以看出，管道和设备的最低工作温度与很多因素相关，为保证管道和设备能在低温条件下不发生脆性断裂，应选用脆性转变温度足够低的金属材料，其强度值上限也应受到一定限制，目的是使它的脆性转变温度低于管道、设备工作的最低温度，且距离该最低温度有一定的安全余量。

此外，页岩气在处理过程中可能会存在其中的CO2和水处理不彻底的情况，在管线和设备中发生电化学腐蚀。腐蚀可导致管道和设备穿孔或壳壁变薄，从而导致局部应力集中，继而开裂。两种情况都会造成页岩气泄漏，发生爆破事故。因此为最大限度防止或减小腐蚀，应尽量保证页岩气在管道和设备中的干燥状态，控制腐蚀环境。(www.xing528.com)

2.防止超压工作

1）超压的防止

除气田开采后期矿场集输与处理生产需要在增压条件下进行外，井口压力在集输及处理环节中最高。在井口一级节流阀的后面安装自动的高、低压安全紧急截断装置，当下游压力升高到限定值或突然下降到失压状态时，该装置都能自动紧急关闭，截断气源。这样不仅有助于防止超压现象发生，还能在下游生产装置发生爆破时及时自动关闭气源。

页岩气矿场集输与处理生产区按压力等级不同分为若干区域，当工艺流程、自动控制设计不合理，机械故障或操作不当时，可能引起阀前后产生超压并导致爆破事故发生。因此在压缩机出口设置与入口相通的限压阀、选用安全可靠的压力调节阀、生产流程设计中合理划分和布置压力等级不同的生产区、加强对调压过程的监视，这些措施是防止压缩机出口和压力调节阀前、后出现超压现象的主要措施。

对高压流体进行适当压力释放也能防止管道和设备爆破。气体物料以一定的速度在几何容积一定的空间集聚，使有限空间气体质量数不断上升产生超压现象，以同样的速度及时、适当对外泄放一部分气体即可使升压趋势受到缓解。矿场集输与处理中的安全泄压是以天然气自身压力为动力，通过在压力作用下自动开启，泄压完毕后自动关闭的安全阀实现的。泄压安全阀有直接载荷式和先导式两种。其中，直接载荷式因为维修简便、价格低，应用最为广泛。先导式安全泄压阀灵敏度高和精确度较高，主要应用于工作压力高的场合。矿场集输与处理中的压力容器、压缩机、加热炉等可能发生超压现象的部位都应设置泄压安全阀。若气源处已经设置泄压能力足够大的安全阀或超压安全截断装置，可以不在上述装置上设置安全阀。

除了通过设置安全装置防止管道和设备超压工作外，在合理选用金属材料并提高焊接质量也是防止事故发生的重要手段。使用不符合设计要求的原材料、焊接材料或者不合适的焊接工艺导致承压构件内压爆破的事故屡见不鲜。因此承压构件制作、安装中应使用符合设计要求的原材料和焊接材料，采用适宜的焊接工艺保证焊接质量，满足矿场集输与处理中对承压构件工作安全性需求非常重要。

2）防止电化学腐蚀

管道和设备的壁厚因腐蚀作用出现壳壁变薄或应力腐蚀使金属缺陷扩展，承压能力严重降低时，会导致不能在合理的试用期内保持原有的承载能力或在正常的载荷作用情况下发生内压爆破。

前面小节已经说明保证页岩气脱水效率、CO2脱除效率，并维持集输及处理的干燥环境可以降低管道和设备腐蚀。但由于实际中很难通过工艺流程改进使腐蚀程度降到最低，因此在一般情况下可以通过使用缓蚀剂或者增加管道和设备壳壁的腐蚀余量，使承压构件工作截面上的强度尺寸始终高于工艺要求的最低允许值。

防止缺陷扩展导致内压爆破的重要措施之一是提高管道的水压试验压力，使已经存在而未被发现的缺陷在水压试验中充分暴露而被消除。对直径较大的埋地管道可以做定期智能清管检测，实时监测缺陷扩展情况。

3.内压爆破事故紧急处理

1）处置原则

内压爆破事故处置原则如下：在可能的最短时间内使爆破引起的天然气外泄受到控制，缩小事故涉及范围和继发性事故发生概率；最大限度降低事故造成的损失。

2）爆炸事故紧急处置

爆炸事故紧急处置的工作内容有：组织有关人员进入事故应急状态，向上级安全生产管理部门报告事故情况，必要时请求提供帮助；根据需要扩大事故处理中的禁火区域，执行事故应急有关的各种操作，禁止无关人员进入事故区域，转移事故区域内的可燃危险物品；核查与爆破点连通的上下游气源通道是否关闭，对未自动截断的气源进行人工关闭，必要时开启放空装置使超压区内部分天然气燃烧后排放；救护在事故中受到伤害的人员。