硫化氢防护技术

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1、硫化氢防护技术 一 SY T6137 2005含硫化氢的油气生产和天然气处理装置作业的推荐做法二 SY T6277 2005含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规程三 SY T6610 2005含量硫化氢油气井井下作业推荐做法四 SY T5087 2005含硫化氢油气井安全钻井推荐作法五 SY T5225 2006石油与天然气钻井开发储运防火防爆生产技术规程六 华北油田井下作业井控实施细则2009七 华北油田钻井井控实施细则2009 课件引用行业标准 学习内容一 硫化氢及二氧化硫的基本知识二 硫化氢的检测与防护三 含硫化氢地区作业应急管理四 硫化氢中毒现场急救五 井下作业硫化氢防护六 钻井作业硫

2、化氢防护七 案例分析 一 硫化氢的基本知识1 硫化氢物理性质 1 剧毒 毒性仅次于氰化物 是致命的气体 至于人死亡浓度为750mg m 500ppm 正常条件下 硫化氢对人的安全临界浓度是30mg m 20ppm 2 无色气体 沸点为 60 3 相对密度1 189 比空气重 空气0 967 易在低洼处聚集 H2S密度为1 593Kg m 空气密度1 293kg m 4 在0 13 4 6ppm浓度范围内可闻到臭蛋味 硫化氢及二氧化硫的基本知识 1 化学分子式 H2S 分子量 34 08 2 当浓度在4 3 46 时 在空气中形成的混合气体遇火爆炸 甲烷爆炸浓度为5 15 3 燃点为260 甲烷

3、为595 燃烧时为蓝色火焰 并生成危害人眼睛和肺部的SO2 2H2S 2O2 S 2H2O SO2 4 H2S的浓度8 12PPm时有刺激感 100PPm时只能呆几分钟 500PPm时有窒息感 可致人眼 喉和呼吸道发炎 5 易溶于水和油 20 1个大气压下 一体积水可溶解2 9体积的H2S 6 H2S及其水溶液对金属有强烈的腐蚀作用 2 硫化氢的化学性质 硫化氢及二氧化硫的基本知识 3 硫化氢接触限值 1 阈限值 几乎所有工作人员长期暴露都不会产生不利影响的某种有毒物质在空气中的最大浓度 15mg m 10ppm 2 安全临界浓度 工作人员在露天安全工作8h可接受的硫化氢气体的最高浓度 30m

4、g m 20ppm 3 危险临界浓度 对生命和健康会产生不可逆转的或延迟性的影响 150mg m 100ppm 到达此浓度 现场作业人员应按预案立即撤离现场 此浓度也是硫化氢检测的三级报警值 硫化氢及二氧化硫的基本知识 4 即时危险浓度 对生命或健康有即时危险的的浓度 达到此浓度 会立即对生命生命造成威胁 或对健康造成不可逆转的会滞后的不良影响 或将影响人员撤离危险环境的能力 450mg m 300ppm 5 致人死亡的浓度 硫化氢致人死亡浓度为750mg m 500ppm 硫化氢及二氧化硫的基本知识 4 硫化氢对人体的危害 吸入高浓度 大于150mg m 100ppm 的硫化氢气体会导致气喘

5、 脸色苍白 肌肉痉挛 当硫化氢浓度大于1050mg m 700ppm 时 人很快失去知觉 几秒钟后就会窒息 呼吸系统和心脏停止工作 如果未及时抢救 会迅速死亡 而当硫化氢气体浓度大于3000mg m 2000ppm 时 人体只需吸一口硫化氢气体 就很难抢救而立即死亡 罗家16H井 含H2S 125g m 硫化氢及二氧化硫的基本知识 5 硫化氢中毒机理 硫化氢是一种剧毒 窒息性气体 是强烈的神经毒物 硫化氢对人体的危害有麻痹神经和腐蚀粘膜作用 硫化氢中毒机理 硫化氢主要经呼吸道进入人体 经肺部进入血液 与血液中的溶解氧发生化学反应 当硫化氢的浓度极低时 它将被氧化 对人体威胁不大 而浓度较高时

6、将夺去血液中的氧 阻断细胞内呼吸导致全身性缺氧 中枢神经对缺氧最敏感 首先会受到损害 由于中枢神经麻痹 使人丧失意识 而出现全身中毒反应 甚至死亡 有事例表明血液中存在酒精能加剧硫化氢的毒性 硫化氢及二氧化硫的基本知识 硫化氢接触湿润粘膜后与组织中的碱性物质结合成硫化纳 具有腐蚀性 造成眼和呼吸道的损害 硫化氢经粘膜吸收快 皮肤吸收甚慢 但当皮肤出汗时 硫化氢接触汗液并溶解成氢硫酸 对皮肤有一定的刺激作用 硫化氢带有臭鸡蛋味 在低浓度下 通过硫化氢的气味特性能检测到它的存在 但不能依靠气味来警示危险浓度 因为处于高浓度 超过150mg m 100ppm 的硫化氢环境中 人会由于嗅觉神经受到麻痹

7、而快速失去嗅觉 长时间处于低硫化氢浓度的大气中也会使嗅觉灵敏度减弱 警示 应充分认识到硫化氢能使嗅觉失灵 使人不能发觉危险性高浓度硫化氢的存在 硫化氢及二氧化硫的基本知识 二 二氧化硫的基本知识1 二氧化硫的性质二氧化硫是硫化氢在空气中燃烧的产物 二氧化硫的化学分子式 SO2 分子量 64 06 通常物理状态 无色气体 比空气重 沸点 10 0 14 可燃性 不可燃 由硫化氢燃烧形成 溶解性 易溶于水和油 溶解性随溶液温度升高而降低 气味和警示特性 有硫燃烧的刺激性气味 具有窒息作用 在鼻和喉粘膜上形成亚硫酸 硫化氢及二氧化硫的基本知识 2 二氧化硫对人体的危害 1 急性中毒 吸入一定浓度的二

8、氧化硫会引起人身伤害甚至死亡 暴露浓度低于54mg m 20ppm 会引起眼睛 喉 呼吸道的炎症 胸痉挛和恶心 暴露浓度超过54mg m 20ppm 可引起明显的咳嗽 打喷嚏 眼部刺激和胸痉挛 暴露于135mg m 50ppm 中 会刺激鼻和喉 流鼻涕 咳嗽和反射性支气管缩小 使支气管黏液分泌增加 肺部空气呼吸难度立刻增加 呼吸受阻 大多数人都不能在这种空气中承受15min以上 据报道 暴露于高浓度中产生的剧烈的反映不仅包括眼睛发炎 恶心 呕吐 腹痛和喉咙痛 随后还会发生支气管炎和肺炎 甚至几周内身体都很虚弱 硫化氢及二氧化硫的基本知识 2 慢性中毒 有报告指出 长时间暴露于二氧化硫中可能导致

9、鼻咽炎 嗅 味觉的改变 气短和呼吸道感染危险增加 有些人明显对二氧化硫过敏 肺功能检查发现在短期和长期暴露后功能有衰减 工作安排必须考虑任何原有的慢性呼吸疾病 因暴露于二氧化硫中能使其病情恶化 硫化氢及二氧化硫的基本知识 我国石油天然气行业标准SY T6610 2005 含硫化氢油气井井下作业推荐作法 中规定 二氧化硫的阈限值 工作人员长期暴露都不会产生不利影响的有毒物质在空气中的最大浓度 为5 4mg m 2ppm 二氧化硫安全临界浓度 工作人员在露天安全工作8小时可接受的硫化氢最高浓度 为13 5mg m 5ppm 启动立即行动计划 通知相关方 浓度27mg m 10ppm 即时危险浓度

10、对生命或健康有即时危险 的浓度 IDLH 为270mg m 100ppm 3 二氧化硫的职业接触限值 硫化氢及二氧化硫的基本知识 不同浓度下二氧化硫对人体的危害 硫化氢及二氧化硫的基本知识 三 有害气体浓度的概念 描述有害气体浓度有两种方式 即体积分数和密度 由于我国采用的是国际单位制 用密度表示气体浓度 而进口监测仪器采用的是体积比 用ppm来表示气体浓度 在对比时要进行必要的换算 体积分数 即指有害气体在空气中的体积比 常用ppm partpermilliom 表示 ppm浓度是指百万分比浓度 即 1ppm 1 1000000 形象的说 1ppm就是一立方厘米的有害气体在一立方米空气中均匀

11、扩散后的浓度 体积质量 指有害气体在一立方米空气中的质量 单位为mg m 硫化氢及二氧化硫的基本知识 在标准状态下 浓度与密度的换算公式 X 22 4 A MX 有害物质的ppm值A 有害物质的密度 mg m M 有害物质的分子量 摩尔质量 克 摩尔 硫化氢为34 二氧化硫为6422 4 常数 升 摩尔 例 10mg m 硫化氢密度换算为浓度ppm解 X 22 4 A M 22 4 10 34 6 588 10 6 588ppm例 10ppm二氧化硫浓度换算为密度mg m 解 A X M 22 4 10 64 06 22 4 28 59mg m 硫化氢及二氧化硫的基本知识 四 硫化氢的来源 硫

12、化氢是由硫和氢结合而成的气体 硫和氢都存在于动植物的机体中 在高温 高压及细菌的作用下 经分解可产生硫化氢 对油气井硫化氢的来源 可归结于以下几个方面 1 热作用于油层时 石油中的有机硫化物分解 产生出硫化氢 因地层埋藏越深 地温越高 硫化氢含量将随地层埋深的增加而增加 2 石油中的烃类和有机质通过储集层水中的硫酸盐的高温还原作用而产生硫化氢 硫化氢及二氧化硫的基本知识 3 通过裂缝等通道 下部地层中硫酸盐层的硫化氢上窜 在非热采区 因底水运移 将含有硫化氢的地层水推入生产井而产生硫化氢 4 修井泥浆高温分解 1 磺化酚醛树脂100 分解成H2S 2 三磺 丹煤 褐煤 环氧树脂 150 分解成

13、H2S 3 磺化褐煤130 分解成H2S 4 本质素硫酸铁铬盐180 分解成H2S 5 丝扣油高温与游离硫反应生成H2S 一般含H2S井禁用红丹丝扣油 5 另外在石油天然气加工 集输场所 进行管线清洗 处理时 处理剂发生化学反应而产生硫化氢 硫化氢及二氧化硫的基本知识 五 硫化氢对油田作业系统的影响 一 硫化氢对油田作业的腐蚀和影响1 硫化氢造成管材的电化学腐蚀 氢脆破坏 硫化氢溶于水形成酸性环境 对金属的腐蚀形式有电化学腐蚀 氢脆和硫化物应力腐蚀开裂 以后两种为主 一般统称为氢脆破坏 氢脆破坏往往造成井下管柱突然断落 地面管汇和仪表爆破 井口装置破坏 甚至发生严重的井喷失控或火灾事故 硫化氢

14、及二氧化硫的基本知识 1 电化学腐蚀 也称失重腐蚀 实际上是硫化氢在有水的条件下在金属表面产生的电化学反应 这个反应要在有水的条件下才能成立 干燥无水的情况下 硫化氢不产生腐蚀 因为只有在有水的情况下 才有硫离子存在 生成物FexSy是一种疏松的物质 因此这种腐蚀对钢材产生破坏作用 失重腐蚀使钢材产生蚀坑 斑点和大面积脱落 造成设备变薄 穿孔 强度减弱等现象 甚至造成破裂 硫化氢及二氧化硫的基本知识 2 氢脆破坏 是指电化学腐蚀所产生的氢原子 在结合成氢分子时体积增大 致使低强度钢或软钢发生氢鼓泡 高强度钢产生裂纹 使钢材变脆 3 硫化物应力腐蚀开裂 是指钢材在足够大外加拉力或残余张力下 与氢

15、脆裂纹同时作用下发生的破裂 硫化氢及二氧化硫的基本知识 2 硫化物应力腐蚀破坏机理 硫化氢在金属表面有水的条件下 先对金属产生失重腐蚀 使金属表面产生斑点 蚀坑 同时也使金属表面的水中存在大量氢原子 这些氢原子在一般条件下绝大部分会结合成氢分子 但在水中硫化氢和HS 的浓度较大的情况下 就大大阻止了氢原子结合成分子的速度 使金属表面存在一定浓度的氢原子 这些氢原子中的一部分就渗入到金属的内部 在有缺陷的地方聚集起来 结合成氢分子 氢分子所占的空间比氢原子所占的空间要大20多倍 这使金属内部形成巨大内压 即在金属内部形成很大的内应力 如果金属是软钢 20号以下的低碳钢 质地会变硬 表面会出现氢泡

16、 如果是高硬度的钢就会变脆 延展性下降 出现破裂 硫化氢及二氧化硫的基本知识 硫化物应力腐蚀破裂的五个特征 1 断口平整 不存在塑性变形 像陶瓷断口 2 主要发生在受拉应力时 断口主裂纹与拉力方向垂直 3 硫化氢应力腐蚀破裂多发生在设备使用不久 属于低应力下破裂 4 硫化物应力腐蚀破裂往往是突然性断裂 没有任何先兆 5 裂源多发生在应力集中点 硫化氢及二氧化硫的基本知识 3 硫化氢的其他影响 1 硫化氢还能加速非金属材料的老化 在地面设备 井口装置 井下工具中 都有橡胶 浸油石墨 石棉填料等非金属材料制成的密封件 它们在硫化氢环境中使用一定时间后 橡胶会产生鼓脆胀大 失去弹性 浸油石墨及石棉绳上的油被溶解而导致密封件的失效 2 硫化氢主要是对水基泥浆具有较大的污染 它会使泥浆性能发生很大变化 如密度下降 PH值下降 粘度上升 以至形成流不动的冻胶 颜色变为瓦灰色 墨色 或墨绿色 3 硫化氢排入大气造成的环境污染 这里所说的环境污染不单指井场空气的污染 对距井场 公里内的居民 学校 机关 厂矿等都有污染的危险 硫化氢及二氧化硫的基本知识 二 影响硫化氢腐蚀的因素 1 温度 2 溶液的PH