油田原油密閉卸油的工藝技術

王品賢 劉巨光 黃 婕 付振林 梁昌晶

〔1.中國石油天然氣管道局工程有限公司管道投產運行分公司 河北廊坊 065001；2.中國石油華北油田公司工程技術研究院 河北任丘 062552；3.中國石油華北油田公司勘探開發研究院 河北任丘 062552；4.中國石油華北油田公司第四采油廠 河北廊坊 065000；5.河北華北石油港華勘察規劃設計有限公司 河北任丘 062552〕

隨著《大氣污染防治行動計劃》(大氣十條)的頒布，對有機揮發物VOCs的排放有了明確的限制。目前，因一些開發進入中后期的油田很多區塊呈現“邊、零、小、散”的特點，新建集輸管網在投資回收期上不占優勢，汽車運油成為主要集油方式[1]。卸油工藝大部分采用開式和半密閉工藝。對于有些油井氣油比較高，在卸油過程中，由于卸油箱液位不斷上升，會引起一定量的油氣呼吸損耗。油氣揮發量大，事故隱患多，已不能滿足國家法律法規的排放要求，因此做好卸油過程的安全保障和污染防護十分重要。針對這一問題，本文通過對目前開式和半密閉卸油工藝的介紹，在此基礎上設計了一套全密閉卸油工藝流程，并進行了較詳細介紹，以創造條件對開式和半密閉卸油工藝進行更新改造。

1 常規卸油工藝

1.1 開式工藝

油罐車卸油管直接對著敞口的卸油箱放油，原油直接飛濺而下進入箱體，操作員工可以看到卸油全過程。卸油時，卸油處敞口放油的地方揮發油氣最為嚴重。對某聯合站卸油口位置依照SY/T 5267—2009《油田原油損耗測試方法》[2]進行油氣損耗測定，排出總氣量(無空氣基)為1300 m3/d,油氣損耗總量為1.541t/d，原油損耗總量為0.755t/d。油氣在其周圍聚集，存在一定的事故隱患和資源浪費。

開式工藝主要采用臥式離心泵將卸油箱內的油品打入儲油罐中，要求卸油箱的最低有效液位要淹沒至泵的葉輪深度，保證有效液位得到全部利用[3,4]。工藝流程見圖1。

圖1 開式卸油工藝流程

1.2 半密閉工藝

采用半埋地的密閉箱體，箱體上安裝立式潛油離心泵[5,6]，將箱體上的卸油管通過標準快速接頭(DN100 mm)連接到罐車底部的接口上。根據液位高低實現高液位啟泵、低液位停泵(自動啟停)。較以前老式卸油裝置直接敞口的方式有了很大的改進，卸油口進行了全密閉，但卸油時油氣會在箱體內揮發，從泵桿周圍逸出。同樣對泵桿位置進行油氣損耗測定，排出總氣量(無空氣基)為313.2 m3/d，氣損耗總量為0.175t/d，原油損耗總量為0.48t/d，與開式系統相比，排出總氣量降低了75.9 %，氣損耗總量降低了88 %，原油損耗總量降低了36 %。同時卸油后空氣會逸入卸油箱體內，形成混合氣體，存在一定事故隱患。半密閉式工藝主要采用立式潛油離心泵[7]，與開式系統相比，卸油箱的有效液位可以得到充分利用，但對于箱內和罐車內的呼吸損耗尚不能避免，工藝流程見圖2。

圖2 半密閉卸油工藝流程

2 全密閉卸油工藝

工藝流程：油罐車卸油口→防靜電卸油軟管→過濾器→密閉卸油箱→卸油泵→質量流量計→儲油罐。卸油前，首先將卸油箱上的防靜電卸油軟管通過快速接頭連接到罐車底部[8,9]，當油罐車稱重完畢停放到卸油臺后，由操作人員點擊控制觸摸屏上的卸油按鈕，由PLC控制打開卸油池的進油閥。卸油過程中，油品先經過簡易過濾器將其中的有機雜質濾掉，過濾器可以采用抽屜式，過濾面積大，拆洗方便，隨后油品進入卸油箱。將運油罐車、卸油箱、儲油罐三者組成一個連通空間，卸油時由于卸油泵的抽吸作用，在罐車內形成負壓，卸油箱和儲油罐內形成正壓，此時由于液位上升壓縮了箱體和罐體內上部的氣空間造成呼吸閥中的壓力閥打開逸出油氣，這部分油氣損耗通過氣平衡管線重新進入油罐車內，形成全密閉卸油工藝。裝滿油氣的罐車再經過站內的油氣凈化、回收裝置統一處理，工藝流程見圖3。

圖3 全密閉卸油工藝

其中，卸油泵與卸油箱液位通過PLC實現PID閉環控制，可根據液面的高低自動調節卸油泵電機轉速，根據卸油液量的大小(罐體液位高低)實現卸油泵排量自動調節。卸油泵采用旋轉凸輪泵，該泵自吸能力強勁，可在20 s內形成-8.5 m的真空度，啟泵前無需進行放空和泵前灌注，可以輸送各種粘稠或含有顆粒物的介質，通過直徑<100 mm顆粒物，同時可達到消防水泵的空載運行水平(30 min)。整個密閉卸油裝置有效液位為2 m，當液位達到1.5 m后，變頻啟動50 Hz運行，泵排量60 m3/h，開始往儲油罐中打油，控制系統自動啟動變頻器、卸油泵開始工作，卸油開始；液位達到1.2～1.5 m之間，變頻器35～50 Hz運行，泵排量為51m3/h；液位達到0.8～1.2 m之間，變頻器30～40 Hz運行，泵排量為42 m3/h；液位達到0.5～0.8 m之間，變頻器5～20 Hz低頻低速運行，泵排量為15 m3/h；液位低于0.5 m位置時，變頻停機，卸油泵停止運行，卸油完成。整個卸油過程無需人工操作，無油氣泄漏。

在隨后開展卸油試驗中，發現采用射頻電容式液位計檢測的液位與實際誤差較大，不能正確顯示其真實的液位(通過已安裝的玻璃管液位顯示對比)，同時為了保證PID閉環精準控制，選用適合油水介質的插入式導波雷達液位計，其測量范圍0.3～30 m，測量精度±2 mm ，響應時間<1.5 s，被測介質溫度-10～250 ℃，工作環境溫度-25～85 ℃。

3 效益分析

3.1 經濟效益分析

某聯合站每天進行卸油10車，卸油總量為200 m3/d，之前為半密閉式工藝，根據SY/T 5267—2009《油田原油損耗測試方法》和GB/T13610—2014《天然氣的組分分析 氣相色譜法》對排出氣體組分進行分析，見表1。

表1 排出氣組分分析(200 m3卸油罐)

將半密閉卸油工藝改為密閉卸油后，每天可減少原油損耗0.48t，天然氣損耗0.175t，油價按照2 471元/t，天然氣按照1 125元/m3計算，每天可節約3 154元，折合經濟效益每年為115萬元。卸油裝置費用70萬元，材料費30萬元，設計費25萬元，不可預見費20萬元，總投資145萬元，投資回收期0.79年，經濟效益顯著。

3.2 社會效益分析

全密閉卸油技術的應用，降低了卸油箱及儲油罐頂氣的揮發，降低了原油中的溶解氣，減少VOCs油氣揮發對環境的污染，實現了集輸系統的密閉，避免了大罐氣從呼吸閥等處外溢，降低了操作人員氣體中毒的風險。

4 結語

通過對密閉卸油工藝采用PID閉環全自動控制，基本上解決了卸油過程中的油氣揮發，不僅減少了勞動強度，降低了操作人員在卸油過程中油氣中毒的風險，同時避免了向大氣中排放油氣揮發有機物，達到了“降本增效”的目的。在當今油價低迷的形勢下，密閉卸油工藝將成為油田節能降耗的一項重要內容。

針對在密閉卸油裝置現場試驗和應用過程中發現的問題，諸如卸油泵漏失、泵與基礎不匹配產生共振形成噪音、冬季卸油泵需暖泵、長期過濾雜質、裝置后期清砂等諸多問題，還需要進一步完善密閉卸油裝置。同時單井運油點裝油鶴管在裝油過程中同樣存在非密閉，罐車人孔處油氣揮發更大，要進一步研究全自動密閉裝油工藝，實現裝、卸油的密閉生產。