淺談天然氣凈化廠裝置區地坪防滲設計

王慧靈 肖 華 張 炯 賈 志 梅 川 胡 健 董麗萍

1.中國石油工程建設有限公司西南分公司, 四川 成都 610041；2.四川大學實驗室及設備管理處, 四川 成都 610061

0 前言

《全國地下水污染防治規劃》(2008～2020年)報告

中指出,由于中國石化工程的“跑、冒、滴、漏”以及各種突發事故,造成土壤、地表水和地下水污染,嚴重影響了生態環境和人類居住環境的安全性。自2008年以后,國

家環保部門在石油化工項目環境影響評價報告書的批復中,提出采取可靠的防滲措施以保護地下水環境,如中國石油四川彭州石化,中國石油慶陽石化,中國石化安慶石化、中科合資廣東煉油化工一體化等項目。不僅如此,現階段對天然氣凈化廠同樣也提出防滲處理要求,由于天然氣凈化廠與石化項目不同,基于實際工程出發,本文提出適用于天然氣凈化廠的污染防治分區、防滲設計方案。

1 污染防治分區

參考GB/T 50934-2013《石油化工工程防滲技術規范》,污染防治分區分為重點污染防治區、一般污染防治區和非污染防治區三類[1]。重點污染防治區多指隱蔽工程污染源泄漏后，不易被發現或不能及時處理的區域；一般污染防治區是指發生污染泄漏后,能被及時發現和處理的區域；非污染防治區是除一般和重點污染防治區之外的區域。

通常情況下將隱蔽工程和地下工程等不易發現、不易處理的部分劃分為重點污染防治區。天然氣凈化廠主體工藝裝置根據其污染源,多采用橇裝化、模塊化,橇塊與橇塊之間常有管線連接,及管溝布置,故主體工藝裝置地坪也劃分為重點污染防治區[1]。

根據天然氣凈化廠的特點,按天然氣凈化廠的重點裝置、設備列出可能產生的污染源,劃分合理的污染防治分區。天然氣凈化廠防滲處理的典型單元和設施[2-8],見表1。

表1天然氣凈化廠防滲處理的典型單元和設施

序號單元、設施污染防治區域及部位污染源防滲分區等級備注生產裝置區1 脫水單元溶液過濾器、再生系統等區域地坪含TEG、固體雜質、機械雜質的污水★開工時,堿洗工序還排放少量含堿污水2 脫硫、脫碳單元過濾器區(原料氣過濾、胺液過濾和酸氣過濾)、罐區(胺液閃蒸罐、污油閃蒸罐)、塔區(收塔、再生塔)地坪含MDEA、硅酮阻泡劑、少量FeS、少量H2S、CO2、固體雜質、機械雜質的污水★開工時,堿洗工序還排放少量含堿污水3 硫黃回收單元過濾器、反應器、換熱器、液硫池等區域地坪含少量液硫、Al2O3、硫黃、固體雜質、機械雜質的污水★-4 尾氣、酸水汽提單元分離器、汽提塔區地坪少量H2S、CO2、固體雜質、機械雜質的污水★-5 放空分離罐區分離器區地坪含極少量H2S和CO2、固體雜質、機械雜質★-6 空氮站微油潤滑壓縮機污水收集溝含少量潤滑油的污水★-7 系統管廊閥門集中區地坪含極少量H2S和CO2的污水☆增設收集井8 集氣總站排污管線含少量TEG、MDEA、鹽類、機械雜質★-9 相關構筑物設施排水溝、集水井、圍堰含少量TEG、MDEA、鹽類、機械雜質★-油品儲罐區1 液硫罐區罐區地坪和基礎及裝車區域含少量液硫、硫黃和機械雜質★-公用工程區1 鍋爐房酸罐污水排污池排污溝Na3PO4溶液、氨水溶液、機油★-2 變電所事故油池事故油池的底板及壁板污油★-水處理裝置區1 循環水單元循環排污水池含鹽類、機械雜質、PO3-4,水垢等☆收集循環水系統排污、鍋爐房排污2 檢修污水池檢修污水池的底板及壁板含MDEA及TEG等有機污染物的污水★-部分天然氣凈化廠也用檢修污水池暫時儲存堿洗液3 事故污水池事故水池的底板及壁板含MDEA、TEG、FeS、固體雜質等★-4 生活污水處理相關構筑物隔油池、化糞池、污水提升井、污水檢查井的底板及壁板含COD、BOD、N、P、油等污染物的污水★-5 生產污水處理相關構筑物集水池、調節池、氣浮池、水解酸化池(厭氧池)、缺氧池、好氧池、沉淀池、污水檢查井、水封井、檢漏井的底板及壁板含藥劑、硫化物、石油、懸浮物SS、COD、BOD等污染物的污水★-6 污泥儲存池污泥儲存池的底板及壁板含水率80%～99.8%的泥水混合物★-7 氣田水罐區裝置區地坪及圍堰含H2S、CO2、CH3OH、CH3SH、柴油、高鹽分的氣田水★-

2 防滲設計

防滲設計是一項系統工程設計,而不是一個獨立的設計過程。由源頭控制、防止滲漏、污染源收集三部分組成。

2.1 源頭控制

源頭控制即主動防滲設計。主要指在廠址選擇階段，考慮遠離地下水和地表水豐富的區域以及在生產工藝的選擇、管道及設備設計等方面盡量避免對環境造成污染。

在天然氣凈化廠廠址選擇階段,應了解廠址的自然環境、生態環境、水文地質條件和地下水環境敏感保護目標等方面資料,選擇包氣帶防污性能強、項目場地地下水不易污染和地下水環境不敏感的場地,并盡量遠離地下水和地表水飲用水源保護區；在總平面布置中應盡量將處理和儲存含有毒、有害、危險介質的設備裝置按其物料的物性分類集中布置；在工藝路線的選擇上應優先選用國內外先進的環保生產工藝技術,減少污染源的產生；在管道及裝置設備的設計中,通過對管道及設備的連接方式、密封方式和材質的比選,加強對管道、設備防腐處理,減少污染物排放,從源頭上控制污染物的泄漏、滲漏,降低產生污染的風險；另外在液體儲罐環墻基礎內可設滲漏檢測,感測電纜可通過引線與外界單獨聲光報警器相連,或者通過專門的元器件構成整體檢測網絡,并與中央監控系統相連,根據工程中液體儲罐內液體性質的不同,選擇不同的滲漏檢測形式。

2.2 防止滲漏

防止滲漏即被動防滲設計。是指對構成污染的單質、化合物或混合物提供防止滲漏措施。天然氣凈化廠裝置常見的滲漏污染物有油品、溶劑、注劑、污水、初期雨水、事故水等。

被動防滲設計包括確定污染防治區的劃分、防滲結構形式和防滲材料的選擇及確定等內容。在被動防滲設計前,應了解生產、儲存和運輸介質的物理化學性質和生產加工工藝,項目環境影響評價及環保部門對該項目環評報告批復等方面內容。還需要充分考慮滲漏的可能性,通常情況下滲漏可大致分為正常滲漏、非正常滲漏和事故滲漏等,以上因素也將影響到防滲設計的做法。本文將研究裝置區地坪防滲設計及相關附屬構筑物的防滲設計。

2.2.1 裝置區地坪防滲

本文中所提到的地坪防滲設計,是指工程中環評報告文件列出的需要進行防滲的裝置區地坪防滲設計,通常采取的防滲結構形式有天然防滲結構層、柔性防滲結構層、剛性防滲結構層和復合防滲結構層。

天然防滲結構層是指黏土防滲層和鈉基膨潤土構成的防滲層,當建設項目場地有充足的滿足要求的黏土時,為減少投資,優先采用黏土防滲層,可減少投資,縮短施工工期。天然防滲結構層見圖1。

圖1 天然防滲結構層

柔性防滲結構層是指采用一些新型工藝材料來滿足防滲需求,如HDPE膜、PVC膜等。

剛性防滲結構層是指抗滲鋼纖維混凝土、抗滲合成纖維混凝土、抗滲鋼筋混凝土和抗滲素混凝土等幾種形式,通過在混凝土中添加高分子材料防水劑[9],以及摻加鋼纖維、合成纖維、鋼筋等提高混凝土的抗裂能力和整體性。剛性防滲結構層見圖2。

圖2 剛性防滲結構層

復合防滲結構層是由前三種防滲結構形式組合而成。考慮到HDPE膜材質非常薄,長時間的紫外線直接照射容易老化,通常復合防滲結構層設計時在HDPE膜上下面增加土工布來保護,同時上面鋪設一定厚度的細沙層。復合防滲結構層見圖3。

圖3 復合防滲結構層

裝置區地坪防滲設計推薦采用剛性防滲結構層和復合防滲結構層。

由于具體工程的不同性質,環評報告及環境影響評價報告列出不同的防滲等級,通常分為重點污染防治區和一般污染防治區。裝置區地坪結構層的做法根據防滲等級的不同而不同,在滿足相關規范要求的前提下,設計時可選擇不同的材質和不同的結構層厚度,本文列出的不同材料的典型結構層做法均為重點污染防治區。一般污染防治區做法可在重點污染防治區做法的基礎上選擇其他材料和結構層厚度,且均需滿足防滲等級的要求。

2.2.2 罐區地坪防滲

罐區防火堤內地坪基礎宜采用鋪設HDPE膜的防滲方式,即復合防滲結構層形式[10-13]。鋪設膜時需要專業施工單位來完成,要求當天鋪設當天焊接,同時還要做檢測來保證施工質量,見圖4。有防滲要求的防火堤可采用鋼筋混凝土形式,鋼筋混凝土堤具有占地少、整體性好、密封性好、強度高、抗震性能好等優點。

2.2.3 排水溝和集水井

排水溝和集水井[14-15]通常作為天然氣凈化廠裝置區地坪的附屬構筑物來進行防滲設計,與防滲地坪和管溝配合使用,用于收集裝置區的初期雨水、雨水、事故檢修污水等,通過集水井設置三相清污分流設備與水專業相應管線連接。

圖4 罐基礎施工及檢驗現場圖

排水溝通常采用剛性防滲結構層形式。剛性防滲結構層具有施工工藝簡單、施工工期短的優點,而復合防滲結構層的防滲效果略優于剛性防滲結構層,根據工程的不同特點及要求可以選擇最優的防滲形式。排水溝和集水井典型結構層做法見圖5～6。

圖5 排水溝結構

圖6 集水井結構

2.3 污染源收集

污染源收集[16-20]是指采用新型工藝和設備等方式將天然氣凈化廠區排水采用清污分流體制進行分類收集、分質處置、分層回用,以達到污水零排放目的,滿足環保要求。整個設計理念如下：

1)正常生產污水由生產污水收集系統收集后,自流匯入生化污水處理裝置,經處理后達到GB/T 18920《城市污水再生利用城市雜用水水質》水質指標后,部分回用作為天然氣凈化廠綠化用水和場地沖洗水。

2)天然氣凈化廠區生活污水就近匯入相應的化糞池,經厭氧消化預處理后,匯入排水管網與生產污水一并自流送至污水生化處理裝置。

3)天然氣凈化廠區檢修污水由檢修污水收集系統收集后,進入檢修污水池儲存,由于檢修污水中MDEA、TEG等有機物含量高,需適量提升至污水生化處理裝置與其他生產污水摻和處理。

4)天然氣凈化廠內生產廢水主要為鍋爐及蒸汽系統排污、循環冷卻水系統排污,該類污水含有大量Na3PO4經生產廢水收集系統收集后,進入電滲析處理單元進行處理,產生的淡水用于循環水系統補充水；濃鹽水進入蒸發結晶單元深度處理,污染物結晶析出,產品水回用為循環冷卻水補充水。

5)天然氣凈化廠區事故廢液由事故廢液收集系統收集后,進入事故廢液池儲存,由于事故廢液中MDEA、TEG等有機物含量高,需適量泵提升至污水生化處理裝置與其他生產污水摻和處理。

6)所有形式的污廢水經過各自工藝處理達標后,進入蒸發結晶裝置處理。蒸發結晶裝置采用先進的多效真空制鹽工藝,利用余熱鍋爐,經多效蒸發,使原水固液分離,產生的冷凝水用于補充循環冷卻水,產生的工業鹽外運處理,實現全廠污水零排放。

7)沿地下污水管道間隔一定距離設置1個滲漏液收集井,井內設置液位自動檢測儀。

3 典型案例

某天然氣凈化廠位于四川省中部,占地約450 km2,日處理量 3 000×104m3。根據環評報告及環評批復文件要求,需對該廠工藝裝置做地坪防滲設計,達到相應防滲等級,滿足環保要求。根據該廠所處區域位置水文、地質條件以及生產物料的性質,進行污染防治分區,見圖7。

根據該廠的特殊性,為滿足施工任務重,工期緊的要求,該廠裝置區地坪防滲設計采用剛性防滲結構層,150 mm厚C 30水泥基滲透結晶型抗滲鋼筋混凝土面層,表層涂刷滲透型結晶涂料。

圖7 天然氣凈化廠污染防治分區

4 防滲施工及驗收

防滲工程是一項投資成本高,施工困難的工程。防滲材料在到場使用前需持嚴格的出廠合格證明,根據環評報告書及環境影響評價報告書對防滲等級的要求,以及設計圖紙防滲的做法,需要對防滲結構層進行試驗來滿足環評等級要求。同時,針對防滲設計的不同需要，如HDPE膜的敷設和密閉性檢測,以及防滲涂層的噴刷等，選擇有專業資質的施工單位完成。同時還需要根據設計圖紙要求及相關規范對施工每一步進行驗收和養護,并需要監理單位現場記錄以達到設計及環評要求。

5 結論

根據環評報告書及環境影響評價報告書的要求,結合具體工程特點,列出天然氣凈化廠需進行污染防治分區的裝置區,并針對不同的污染防治區提出對應的地坪及相關附屬構筑物的防滲設計。但是在天然氣凈化廠的防滲設計過程中,關于防滲設計的標準、規范較少,可參考的工程也較少,現階段多以石化行業為主,缺少必要的針對性,在施工中也存在問題。因此,天然氣凈化廠防滲設計需要更多的理論知識和工程經驗來豐富其內容,以使防滲設計更加合理,施工過程更順利。

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