硫化氫及其防護

1、 硫化氫的危害及在鉆井硫化氫的危害及在鉆井作業(yè)中的防護作業(yè)中的防護一、硫化氫的來源一、硫化氫的來源 硫化氫是由硫和氫結合而成的化合物，動、植物機體中存在大量的硫和氫，動、植物機體由于高溫高壓作用或細菌作用分解可生成硫化氫。尤其在缺氧的環(huán)境下，微生物可以使有機硫和無機硫轉化為硫化氫。如腐臭的尸體、蛋的臭味就是少量硫化氫存在產生的，所以,天然氣或原油的脫出水中往往含有硫化氫，微生物作用也會在下水道中（有機物腐敗場所）產生硫化氫。在鉆井液中硫化氫有如下幾個方面的來源：1、某些鉆井液處理劑高溫熱分解產生硫化氫；2、細菌作用產生硫化氫；3、某些絲扣油在高溫中與游離硫反應生成硫化氫；4、鉆入含硫化氫地層、

2、地層流體侵入鉆井液，這是鉆井液中硫化氫的主要來源。二、硫化氫的特性二、硫化氫的特性（1）1、劇毒：其毒性可與氰化物相比，是一種致命的毒氣。 致死濃度：硫化氫為500ppm 氰化物為300ppm CO、CO2為1000ppm 按美、蘇標準，硫化氫安全臨界濃度是20mg/m3。2、硫化氫是無色的氣體，沸點是60OC。3、硫化氫的密度為空氣密度的1.189倍，經常在通風條件差的環(huán)境、低凹處聚集。4、硫化氫在低濃度（0.134.6ppm）時可聞到臭蛋味，當濃度高于4.6ppm時，剛 接觸的人員感到刺熱，嗅覺會迅速純化而聞不到臭味。二、硫化氫的特性二、硫化氫的特性（2）5、硫化氫在空氣中體積比達到4.3

3、46%范圍時，形成易爆炸的混合氣體，遇火 即發(fā)生強烈爆炸。（天然氣爆炸濃度為515%）6、硫化氫的燃點是250OC（甲烷為595 OC）燃燒時顯現(xiàn)出蘭色火焰，放出二氧化 硫、SO2毒性較H2S低，它危害人的眼睛和肺部。7、硫化氫易溶于水和油，也溶于醇類。在20 OC、一個大氣壓下，一體積水可溶 解2.9體積的硫化氫，溫度升高溶解度下降。 8、硫化氫水溶液對鋼材具有強烈的腐蝕作用，如果溶液中同時含有CO2或O，其 腐蝕速度會迅速增加。 三、硫化氫對人體的危害三、硫化氫對人體的危害1、硫化氫濃度概念的說明ppm濃度是指百萬分比濃度。1ppm=1/1000,000這里指的是體積比濃度。也有用重量比濃

4、度表示的，如SY/T 50872003，“含硫油氣井安全鉆井推薦作法”，用的是重量比濃度、單位是mg/m3。2、硫化氫對人體的危害。（用下表對照）硫化氫在空氣中的濃度 危 害 程 度0.13ppm4.6 ppm可嗅到臭蛋氣味,對人體危害不大。4.6ppm以上剛接觸有刺熱感，但會迅速消失。 10ppm (20ppm) 允許八小時暴露值，即安全臨界濃度值（TLV），超過安全臨界濃度必須戴上防毒面具。各國采用的安全臨界濃度值不盡相同。OSHA標準為10ppm，中國標準為20ppm50ppm只允許直接接觸10分鐘。 100ppm 刺激咽喉，引起咳嗽，在3到10分鐘內就會損傷嗅覺神經，并損壞人的眼睛，使

5、人感到輕微頭痛，惡心及脈搏加快。長時間可能使人的眼睛、咽喉受到破壞。接觸4小時以上可能導致死亡。 200ppm 立即破壞嗅覺系統(tǒng)，眼睛、咽喉有灼燒感。長時間接觸會使眼睛和喉嚨遭到灼傷并可能導致死亡。 500ppm 失去理智和平衡知覺、呼吸困難，215分鐘內呼吸停止，如果不及時采取搶救措施，可能導致中毒者死亡。 700ppm 很快失去知覺，停止呼吸，如果不立即采取搶救措施，將導致中毒者死亡。 1000ppm 立即失去知覺，造成死亡或永久性腦損傷，智損殘。 2000ppm 吸一口氣立即死亡，搶救較困難 OSHA職業(yè)保護與保健法案（美） 上表資料，來自我國的防硫化氫教材。在SY/T 50872003

6、行業(yè)標準中是這樣描述的:H H2 2S S濃度濃度 人體中毒情況人體中毒情況 % % mg/mmg/m3 3 0.0010.0020.010.020.050.070.10 153015030075010501500 可嗅到一種明顯的臭蛋味可在露天安全工作8小時35分鐘，可抑制嗅覺，能刺痛眼和喉道很短時間內就抑制嗅覺，刺痛眼和喉道人發(fā)暈，幾分鐘內停止呼吸，需立即作人工呼吸很快就不省人事，若不立即作人工呼吸將導致死亡立即不省人事，幾分鐘內死亡 注：資料來源于API RP49，本參數(shù)表是在103.42Kpa和15.55 OC的條件下得出的。不管用什么方法表示，H2S毒性比CO大56倍，幾乎與氰化氫同

7、樣劇毒。四、含硫油氣井鉆井作業(yè)中若干安全問題四、含硫油氣井鉆井作業(yè)中若干安全問題1、井場布置注意事項（1）海上平臺布置應注意事項A、鉆井平臺首向應正對盛行風向，以保證生活區(qū)、飛機坪處在井口的上風位置。B、井架上和安全保護區(qū)都安裝“風向標”。并保證人員隨時轉移到井口上風方向通道暢通。C、當空氣中H2S濃度達到50PPM時，應掛H2S字樣的標牌，并升起紅旗。危險標牌應布置在平臺 每個側面，以便飛機、船舶都能看到。在夜間或能見度低時,應有相應的照明裝置。D、守護船在平臺上風方向停泊。E、密封救生艇應配備齊全，保證隨時可使用。F、在井口附證、鉆井上、泥漿清潔區(qū)及可能有H2S聚集的地方，應配備H2S檢測

8、設備（檢測儀器 精度應達5ppm，當空氣中H2S濃度達10ppm時能以聲和光方式報警），并有毒氣警告標志。（2）陸地井場布置注意事項（略）。2、含硫油氣田鉆井作業(yè)中的安全問題。A、生活區(qū)和守護船上應配備各種防H2S裝置，如H2S檢測儀、救急設施；醫(yī)務室備有 救治H2S中毒藥物、器材。B、井口裝置應具有抗硫性能。C、平臺上每個工作人員均應配備和都會使用的防毒面具、空氣呼吸器等。 D、燃燒臂應安裝好，并處于可使用狀態(tài)。E、在H2S易于出現(xiàn)的地方，都要備有洗眼器和洗眼藥水。（3.5%濃度的雙氧水）F、在H2S地層取芯時，當巖心出井口前，工作人員應戴上防毒面具，直到巖心搬走。G、所有人員都必須經過嚴格

9、的防H2S培訓取證；并要經過進行防H2S緊急情況的演 習訓練。平臺應制定符合平臺實際情況的各種工況情況下的防H2S應急計劃。H、鉆井地質設計中，應盡可能指明含H2S的地層深度及估計H2S的可能含量。I、當空氣中H2S含量達20ppm時，有關崗位人員要迅速戴防毒面具，非作業(yè)人員應撤到安全 地區(qū)待命。J、鉆井液PH值保持在10以上。 K、現(xiàn)場要備有適量的凈化劑、添加劑、防腐蝕。L、錄井一旦發(fā)現(xiàn)H2S顯示，應立即報告鉆井監(jiān)督和井口作業(yè)負責人。M、鉆井中發(fā)現(xiàn)H2S濃度達20ppm時，應暫停作業(yè)，保持循環(huán)，準備對付措施，通知守護船到 上風位置待命。N、堅持平衡鉆井，含硫化氫地層不允許欠平衡鉆井。O、起鉆

10、時應使用刮泥器。P、鉆穿含硫層后，應加強工作區(qū)的檢測工作。1、失重腐蝕失重腐蝕實際上是在有水的條件下在金屬表面產生的電化學反應。 FeH2S H2O FexSy 2H 其FexSy有幾種形式，主要是FeS2、Fe9S8，這個反應必須在有水的條件下才能成立,因為有水情況下才有硫離子存在。H2S H2O HHSHS H2O HS=FexSy是一種疏松的物質，因而對鋼材產生破壞。失重腐蝕使鋼材產生蝕坑、斑點和大面積脫落，造成設備變薄、穿孔、強度減弱甚至造成斷裂。五、硫化氫的腐蝕問題五、硫化氫的腐蝕問題2、硫化物應力腐蝕 在有水的條件下，硫化氫先對金屬產生失重腐蝕，使金屬表面產生斑點、蝕坑,同時也使金

11、屬表面的水中存在大量氫原子，這些氫原子在一般條件下絕大部分會結合成氫分子，但在水中H2S和HS的濃度較大情況下，就大大阻止了氫原子結合成分子的速度，使金屬表面存在一定濃度的氫原子，這些氫原子中的一部分就滲入到金屬的內部，在有缺陷的地方聚集起來，結合成氫分子，氫分子所占的空間比氫原子所占的空間要大20多倍，就使金屬內部形成巨大的內壓，即在金屬內部形成很大內應力。如果金屬是軟鋼（20號以下的低碳鋼）質地會變硬，表面會出現(xiàn)氫泡。如果是高硬度的鋼，就會變脆，延伸性下降，會出現(xiàn)破裂，這就是常說的氫脆。硫化物應力腐蝕破裂（氫脆）的特征：A、斷口平整，不存在塑性變形，象陶瓷的斷口。B、主要發(fā)生在受拉應力時，

12、斷口主裂紋與拉力方向垂直。C、H2S應力腐蝕破裂多發(fā)生在設備使用不久，屬于低應力破裂。D、H2S應力腐蝕破裂往往是突然性斷裂，沒有任何先兆。E、裂源多發(fā)生在應力集中點。3、影響硫化氫腐蝕的因素A、溫度對硫化氫腐蝕的影響 失重腐蝕是一種化學過程，化學反應的速度隨溫度的升高而加快，隨溫度降 低而變慢。當溫度很低（5）時，氫的擴散速度慢，不會有明顯的硫化物應力腐蝕，溫度很高（90）時，氫的擴散速度極大，反而從鋼材中逸出，也不會發(fā)生硫化物的應力腐蝕。通過實驗，溫度在25 時，金屬被破壞的時間最短，硫化物應力腐蝕最活躍。B、PH值對H2S腐蝕的影響 H2S水溶液呈酸性，在堿性環(huán)境下會中和H2S，隨PH值

13、降低（酸性增大）腐蝕增加，當PH6時，硫化氫腐蝕嚴重；當PH6時，產生一般的腐蝕；PH升高，腐蝕減少，此外如果在溶液中含有氧或CO2，或兩者都有，硫化氫對鋼材的腐蝕速度會大大增加。 C、鋼材性能與硫化物應力腐蝕的關系 從以上講到的氫脆機理，一般地說，較硬的鋼材容量受硫化物的應力腐蝕。 許多碳素鋼和低合金鋼硫化物腐蝕破裂表明，其破裂的敏感性主要取決于鋼材的金相組織，通過對鋼材合理的熱處理，可以得到抗硫性能良好的金相組織，如經高溫調質處理，得到一種呈均勻球形分布的索氏體金相組織，抗硫化氫性能最好。焊接件的焊口對H2S應力腐蝕極為敏感，這是因為焊口處的金相呈馬氏體態(tài)，缺陷很多，容易聚集氫原子造成嚴重的氫脆。 鋼材表面情況對硫化物腐蝕也有很大影響。完好的表面可以均勻分布載荷，避免出現(xiàn)應力集中。受損傷的表面，如腐蝕坑、機械傷痕等，受傷處易形成應力集中點，是斷裂的