清潔高效密閉卸油計量裝置的設(shè)計與應(yīng)用*

牛忠曉 李棟 張桂迎 苗彥平 朱治國 陳振亞 胡文麗

1華北油田公司第三采油廠

2華港燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司滄州事業(yè)部

華北油田公司第三采油廠生產(chǎn)區(qū)域跨越河間、肅寧、獻(xiàn)縣、饒陽、武強(qiáng)5個市縣，所轄區(qū)域設(shè)有7個采油工區(qū)和1個輸油工區(qū)，全廠拉油點79座，采取汽車?yán)\、人工操作，卸油揮發(fā)的零散氣未進(jìn)行回收。在這種生產(chǎn)模式下，安全環(huán)保問題突出，罐車到達(dá)卸油點后，常規(guī)的工藝是罐車直接將原油卸到卸油箱，再由轉(zhuǎn)油泵轉(zhuǎn)輸?shù)较到y(tǒng)中，在卸油過程中存在大量的油氣揮發(fā)，因此確保卸油過程的安全環(huán)保十分重要[1]。

1 非密閉卸油工藝

非密閉卸油工藝主要采用敞口直接式卸油和半埋式密閉箱體卸油[2]，不能滿足綠色生產(chǎn)要求（圖1）。其生產(chǎn)過程中主要存在以下問題：

卸油時卸油口和立式潛油泵桿處有油氣揮發(fā)，無風(fēng)時容易造成油氣聚集，可能達(dá)到爆燃極限；卸油區(qū)域油污多，清理工作量大；卸油箱占地面積大，設(shè)計安全距離要求高。因此結(jié)合油田卸油生產(chǎn)實際需求與綠色礦山建設(shè)的要求[3]，研究設(shè)計了一套清潔高效的密閉卸油計量裝置[4]。

圖1 非密閉卸油工藝示意圖Fig.1 Schematic diagram of non-sealed oil unloading process

2 密閉卸油計量裝置的設(shè)計與特點

目前密閉卸油技術(shù)主要對油罐車進(jìn)行改造，將卸油箱卸油口處進(jìn)行密閉，將拉油罐車、密閉卸油裝置、儲油罐統(tǒng)一連接成一個整體，總體流程較長，操作起來繁瑣。為確保卸油過程安全環(huán)保運行，充分利用現(xiàn)有技術(shù)并結(jié)合數(shù)字化建設(shè)，進(jìn)行了橇裝密閉卸油工藝技術(shù)和密閉卸油在線含水分析技術(shù)研究。

2.1 橇裝密閉卸油工藝

針對常規(guī)卸油工藝存在的弊端，將其改為密閉卸油，采用從罐車直接到泵的工藝，難點在于保障轉(zhuǎn)油泵能直接抽取罐車內(nèi)原油。

（1）根據(jù)適用條件，篩選對比密閉卸油泵。根據(jù)卸油點的油品性質(zhì)及運行狀態(tài)，確定了以下選泵原則：①因卸油點來油比較雜散，原油黏度、含砂量等差異較大，卸油泵必須適應(yīng)不同類型的油品，具備良好的抗磨性；②由于卸油過程不是連續(xù)的，泵進(jìn)口管可能進(jìn)氣，因此卸油泵應(yīng)能氣液混輸；③由于進(jìn)口管線較長，卸油泵必須具備良好的自吸能力。針對以上要求，優(yōu)選了多種類型的泵，最終選擇了一種容積式氣液混輸泵。

（2）研制了快裝懸吊式卸油軟接頭。為確保卸油場地整潔，研制了快裝懸吊式卸油軟接頭，在卸油泵進(jìn)口匯管的最外側(cè)安裝防靜電輸油軟管，軟管與罐車之間采用快速接頭連接。軟管在不卸油時，采用吊葫蘆懸掛，操作方便，放置便捷。

2.2 密閉卸油在線含水分析

在石油化工和油田開采中，廣泛存在油氣水三相流，主要測量方法是采用分離器法，將氣相和液相分離后，單獨測量油水兩相流的流量。在此基礎(chǔ)上，科里奧利質(zhì)量流量計就可以測量油水兩相混合物的總質(zhì)量流量，而且不需要油田方面再進(jìn)行化驗分析液體的含水率，質(zhì)量流量計在完成油水質(zhì)量流量計量的同時，能測得油水比例，從而獲得油田產(chǎn)油量[5]。

由于科式質(zhì)量流量計是直接測量質(zhì)量流量，相對于傳統(tǒng)的體積表，不需要壓力和溫度的補(bǔ)償，測量準(zhǔn)確度高，測量液體準(zhǔn)確度達(dá)到±0.1%，測量氣體準(zhǔn)確度達(dá)到±0.2%。科式質(zhì)量流量計可以測量的介質(zhì)包括液體、氣體、漿液等，測量管的振動幅度小，可視作非活動件，測量管路內(nèi)無阻礙件和活動件。對迎流流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求，雖然理論上質(zhì)量流量計對直管段沒有要求，但是使用過程中在其前端最好留出一定的直管段[6-8]。

為確保卸油過程安全環(huán)保，充分利用現(xiàn)有技術(shù)并結(jié)合數(shù)字化建設(shè)，新設(shè)計的密閉卸油計量裝置（圖2）具有以下特點：

（1）采用集約化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省占地。

圖2 清潔高效密閉卸油計量裝置工藝示意圖Fig.2 Process diagram of clean and efficient sealed oil unloading metering device

（2）主體設(shè)備橇裝化，縮短建設(shè)周期。其中：籃式過濾器、無堵塞油氣混輸泵和相應(yīng)的儀表、閥門組成一個橇，卸油橇外設(shè)營房殼體。營房為可移動式，單獨設(shè)置通風(fēng)、照明、保溫及采暖。營房單獨隔出工具間、控制柜間，工具間用于存放檢修用工具、備件，控制間安放控制柜，并開便門方便操作。現(xiàn)場設(shè)置可燃?xì)怏w報警儀，聲光報警安裝在營房頂部，便于被發(fā)現(xiàn)。

（3）卸油工位、籃式過濾器和無堵塞油氣混輸泵一一對應(yīng)，一用一備，也可同時運行。

（4）每個卸油工位對應(yīng)1臺質(zhì)量流量計，方便監(jiān)測每臺車的載油含水率[9]。

（5）安全可靠程度高，裝置除實現(xiàn)自動啟停外，在卸油現(xiàn)場設(shè)有人工緊急啟停系統(tǒng)，便于事故應(yīng)急以及手動/自動操作模式切換，確保裝置運行安全可靠。

該密閉卸油計量裝置的應(yīng)用主要實現(xiàn)卸油密閉化，數(shù)據(jù)實時遠(yuǎn)傳、監(jiān)控，并能存儲回放；依托質(zhì)量流量計建立卸油數(shù)據(jù)管控平臺，實現(xiàn)拉油單車液量、油量實時計量，含水實時監(jiān)測并形成報表，油氣混輸泵啟停自動報警[10-11]的功能。

3 密閉卸油流程

（1）罐車就位，連接靜電接地，靜置5 min 以上。

（2）卸油軟管與油罐車采用快速接頭連接，連通后，打開罐車卸油閥和裝置前端的進(jìn)油球閥，罐內(nèi)原油依靠重力流入卸油裝置的入口管道。

（3）啟動無堵塞油氣混輸泵，將原油及管內(nèi)剩余氣體一并輸入原油沉降罐。

（4）卸油完畢后，先關(guān)停無堵塞油氣混輸泵，再關(guān)閉罐車卸油閥和裝置前端的進(jìn)油球閥。

（5）斷開卸油軟管，將管口朝上放置，防止滴油，拆卸罐車靜電接地。

（6）卸油完成，罐車駛出站外。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

自2017 年開展密閉卸油計量裝置研制工作以來，在武強(qiáng)工區(qū)強(qiáng)一轉(zhuǎn)油站近一年1200 左右車次不同含水率的原油卸油試驗證明，該裝置達(dá)到了密閉卸油計量的技術(shù)要求，現(xiàn)場試驗取得了成功。如圖3所示，密閉卸油計量裝置單車計量數(shù)據(jù)與地磅稱重數(shù)據(jù)相比平均單車誤差率小于1%。2018 年該裝置獲得國家實用新型發(fā)明專利證書，2019 年在華北油田公司其他采油廠推廣應(yīng)用了4套密閉卸油計量裝置，2020年將擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

圖3 密閉卸油計量裝置單車計量數(shù)據(jù)與地磅稱重數(shù)據(jù)對比Fig.3 Comparison between single vehicle metering data and weighbridge metering data of sealed oil unloading metering device

5 結(jié)束語

強(qiáng)一轉(zhuǎn)油站卸油點通過應(yīng)用密閉卸油計量裝置，對卸油時散發(fā)的油氣進(jìn)行最大限度的回收利用，避免資源浪費及環(huán)境污染的風(fēng)險。應(yīng)用該裝置可實現(xiàn)卸油密閉化，同時結(jié)合數(shù)字化儀表實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時遠(yuǎn)傳、監(jiān)控、存儲等功能，并依托質(zhì)量流量計建立卸油數(shù)據(jù)管控平臺，實現(xiàn)拉油單車液量、油量實時計量，含水實時監(jiān)測并形成報表。該密閉卸油計量裝置有效解決了油田卸油作業(yè)中VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）排放帶來的環(huán)境污染問題，消除了安全隱患，可在油田同類作業(yè)中推廣使用。