油田污水罐機(jī)械清洗工藝可行性分析

宋宇（大慶油田有限責(zé)任公司儲(chǔ)運(yùn)銷售分公司）

1 國內(nèi)油田用污水罐

我國原油采出進(jìn)入了高含水階段，油田單位多數(shù)采用污水沉降罐進(jìn)行油水及污泥的沉降分離。污水沉降罐是一種將含水原油進(jìn)行沉降處理的裝置，在較短的時(shí)間內(nèi)粗略沉降出油中水。國內(nèi)油田用污水沉降罐多為圓柱形地上罐，規(guī)格在100～15 000 m3，甚至更大，儲(chǔ)存、沉降對(duì)象為井口來液。沉降罐運(yùn)行后會(huì)產(chǎn)生大量含油淤泥，在罐內(nèi)堆積高度2 m以上。污水沉降罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)各不相同，多數(shù)罐內(nèi)底部和罐壁布設(shè)有管線，部分罐底還鋪設(shè)加熱盤管和攪拌裝置[1]。

污水沉降罐罐底含油污泥的組成成分極其復(fù)雜，其含有大量的老化原油、臘質(zhì)、瀝青質(zhì)、膠體、固體懸浮物、細(xì)菌、鹽類、酸性氣體、腐蝕產(chǎn)物等，還包括生產(chǎn)過程中投加絮凝劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等水處理劑。罐內(nèi)物質(zhì)是一種極其穩(wěn)定的懸浮乳狀液體[2]。

2 油田污水罐機(jī)械清洗技術(shù)

我國石油石化行業(yè)起步較晚，罐體清洗技術(shù)與世界先進(jìn)水平還存在著一定的差距。在油類儲(chǔ)罐機(jī)械化清洗技術(shù)中，原油儲(chǔ)罐以及成品油儲(chǔ)罐應(yīng)用機(jī)械清洗技術(shù)進(jìn)行清理者較多，此類清洗技術(shù)發(fā)展比較成熟。對(duì)于油田用污水沉降罐，具有內(nèi)部構(gòu)造及介質(zhì)的復(fù)雜性，清洗方式停留在人工清洗層次的居多。最近幾年來才有一些科研院所在進(jìn)行試驗(yàn)研究和對(duì)國外先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用研究[3-6]。目前，油田污水罐機(jī)械清洗覆蓋率在26%，沒有覆蓋到的地方仍然采用人工清洗方式。

2.1 機(jī)械清洗設(shè)備組成

污水罐機(jī)械清洗系統(tǒng)主要包括清洗系統(tǒng)和污油泥現(xiàn)場減量化處理系統(tǒng)[7]。設(shè)備主要由抽吸移送模塊、循環(huán)清洗模塊、在線氣體檢測模塊、氮熱一體化模塊、分離模塊和減量化處理模塊組成[8]。

1）抽吸移送模塊。將罐內(nèi)污水密閉抽吸輸送出去，該模塊具有負(fù)壓抽吸液體，液體加熱，雜質(zhì)過濾，液位平衡協(xié)調(diào)功能。同時(shí)，該模塊可實(shí)現(xiàn)污水長距離抽吸移送功能。

2）循環(huán)清洗模塊。罐底及罐頂安裝清洗機(jī)，利用清洗機(jī)將污水罐罐壁及罐底的污泥、殘?jiān)鼡羲椤⒋蛏⒑蜎_刷等，反復(fù)循環(huán)清洗實(shí)現(xiàn)污水罐全方位、無死角式清洗。使用水力驅(qū)動(dòng)清洗方式，無需人工調(diào)整清洗機(jī)噴嘴角度，可實(shí)現(xiàn)污水罐全方位全自動(dòng)運(yùn)行。

3）在線氣體檢測模塊。可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測被清洗罐內(nèi)氧氣和可燃?xì)怏w濃度，監(jiān)測值通過信號(hào)傳輸氣體濃度報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)機(jī)械清洗作業(yè)環(huán)境檢測功能。

4）氮熱一體化模塊。主要實(shí)現(xiàn)置換待清洗罐內(nèi)易燃易爆氣體，保障機(jī)械清洗作業(yè)安全。

5）分離及減量化處理模塊。主要將從污水罐抽吸出來的油水泥進(jìn)行三相分離，各自從不同通路輸送到指定地點(diǎn)，經(jīng)處理后的污水滿足污水罐來水指標(biāo)要求[9]

2.2 機(jī)械清洗工藝

污水罐機(jī)械清洗工藝主要利用化學(xué)-物理分離方法相結(jié)合，通過抽吸將污水罐（池）內(nèi)的混合液輸送至預(yù)處理箱，經(jīng)加熱、充分?jǐn)嚢韬髮⒒旌弦悍蛛x成油、水、泥三相，各自從不同通路輸送到指定地點(diǎn)。分離后的含水油輸送至含水原油處理模塊繼續(xù)處理，最終分離后的凈化油輸送至站內(nèi)回收油罐；分離出的水相進(jìn)入水處理單元進(jìn)行精細(xì)處理，隨后進(jìn)入氣浮裝置處理，取得達(dá)標(biāo)水送入站內(nèi)污水系統(tǒng)；分離出的污泥進(jìn)入污泥槽暫存，最后污泥槽暫存的污泥將由采油廠負(fù)責(zé)拉運(yùn)至指定污泥處理點(diǎn)進(jìn)行無害化處理[10]。污水罐機(jī)械清洗工藝流程如圖1。

圖1 污水罐機(jī)械清洗工藝流程Fig.1 Flow chart of mechanical cleaning of sewage tank

3 機(jī)械清洗和人工清洗性能對(duì)比分析

3.1 安全環(huán)保對(duì)比

人工清罐模式為敞開作業(yè)，存在燃?xì)鈸]發(fā)現(xiàn)象。一方面，人員接觸有毒有害氣體易造成中毒窒息，在清罐過程中直接接觸的噪音和振動(dòng)危害，對(duì)清罐工人的身心健康產(chǎn)生影響。另一方面，在敞開暴露的環(huán)境下，油氣濃度過高存在著火爆炸、污染環(huán)境等安全環(huán)保隱患。尤其清罐現(xiàn)場點(diǎn)多面廣，人員素質(zhì)參差不齊，風(fēng)險(xiǎn)難于防范，安全難以保障。

機(jī)械清洗模式完全按照HSE作業(yè)要求，人員全程無需進(jìn)罐，不接觸油氣空間，消除了安全隱患，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。罐內(nèi)油水泥全程密閉移送，污油、污水不落地，避免了環(huán)境污染。清洗過程風(fēng)險(xiǎn)受控，保證了清洗作業(yè)安全。

3.2 清洗效率對(duì)比

以清洗一座5 000 m3污水沉降罐為例，人工清洗周期大約為30 d。機(jī)械清洗的整個(gè)清洗及油泥水處理周期最多為7 d，縮短了清洗及處理周期，預(yù)計(jì)每座罐的機(jī)械清洗比人工清洗節(jié)約23 d以上。以北方施工周期為例，每年從4月初開始施工到11月初作業(yè)結(jié)束，施工周期為7個(gè)月，每年每套污水沉降罐機(jī)械清洗系統(tǒng)可清洗25～30座污水罐（池），清淤量可達(dá)8 000～10 000 m3。

3.3 清洗效果對(duì)比

污水罐內(nèi)設(shè)施多，結(jié)構(gòu)繁瑣，罐底雜質(zhì)組成成分復(fù)雜，基本上分3層存在于罐內(nèi)，最上層一般是油、聚合物，中間層是水，最下層是污泥等固體雜質(zhì)。污水罐機(jī)械清洗系統(tǒng)采用高壓水射流方式通過布設(shè)清洗機(jī)進(jìn)行內(nèi)循環(huán)清洗，利用聚焦流在沖擊點(diǎn)上形成的沖擊力和向外輻射的切向力，不斷將罐內(nèi)淤渣攪拌帶出，可實(shí)現(xiàn)罐內(nèi)全方位清洗，清洗更加徹底，清洗后罐內(nèi)壁及罐附件會(huì)露出罐原防腐漆本色，罐內(nèi)壁表面附著物全部被清除。并且清洗機(jī)安裝、拆卸方便，清洗效果非常好。

人工清洗的方法，即在污水沉降罐停產(chǎn)并排水的前提下，簡單的對(duì)罐底污油泥進(jìn)行蒸汽加溫溶解或人工挖掘處理。這種方法弊病很多，最大問題就是因停產(chǎn)時(shí)間長、清泥費(fèi)時(shí)而導(dǎo)致水質(zhì)處理系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，效率低下、工程量多、操作相對(duì)復(fù)雜。

3.4 清洗方式對(duì)比

機(jī)械清洗對(duì)于無法停運(yùn)的污水罐，實(shí)現(xiàn)了在線機(jī)械清洗模式。油田大多數(shù)污水罐無需停運(yùn)就能將罐內(nèi)老化油及污水移送出罐外進(jìn)行現(xiàn)場處理回收，清洗效率大幅提高，而且不影響正常生產(chǎn)運(yùn)行，達(dá)到了高效機(jī)械清洗作業(yè)。而人工清洗需要停罐、放空作業(yè)下進(jìn)行。

3.5 減量化處理能力對(duì)比

機(jī)械清洗可實(shí)現(xiàn)污油泥的現(xiàn)場減量化處理，在清罐現(xiàn)場可將油田污水中油、水、泥三相分離。分離處理后，原油進(jìn)入站內(nèi)原油系統(tǒng)回收，污水進(jìn)入站內(nèi)水系統(tǒng)回收，只有少量的污泥拉運(yùn)到油田固定點(diǎn)進(jìn)行無害化處理，極大減少了清罐處理后的污油泥拉運(yùn)量。

4 人工清洗和機(jī)械清洗經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

4.1 運(yùn)行成本對(duì)比

以某油田一年的人工費(fèi)用與機(jī)械清洗費(fèi)對(duì)比來看。人工清洗成本總費(fèi)用3 862.44萬元，其中包括各類立式容器的清淤費(fèi)用920.5萬元，外運(yùn)費(fèi)用563.35萬元，淤泥處理費(fèi)用2 378.59萬元。機(jī)械清洗成本總費(fèi)用1 054.04萬元，其中包括人員費(fèi)用800萬元，設(shè)備折舊每年固定222.3萬元，淤泥處理費(fèi)5.77萬元；蒸汽費(fèi)3.69萬元；藥劑20.56萬元。

對(duì)比人工清淤成本和機(jī)械清淤成本，計(jì)算得到機(jī)械清淤成本一年共計(jì)節(jié)約成本2 808.4萬元。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

采用機(jī)械清淤能夠回收部分凈化原油，而采用人工清淤工藝則回收的是渣油。以某油田一年回收凈化原油總收益為例。回收油量2.13 t，渣油價(jià)格800元/t，回收渣油1 704萬元；凈化原油價(jià)格3 500元/t，回收凈化原油7 455萬元，收益5 751萬元。

綜上，采用機(jī)械清洗一年共節(jié)省各類費(fèi)用和產(chǎn)生總包含為：成本費(fèi)2 808.4萬元與回收原油收益5 751萬元，共計(jì)8 559.4萬元。

5 結(jié)論

通過對(duì)油田用污水沉降罐類型特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)繁瑣程度、罐底含油污泥組成成分的調(diào)研分析，以及通過對(duì)污水罐機(jī)械清洗技術(shù)的介紹。得出油田用污水罐機(jī)械清洗與人工清洗相比較，具有以下幾方面優(yōu)勢：施工周期短，平均每座罐的機(jī)械清洗比人工清洗節(jié)約時(shí)間30天以上；作業(yè)安全保障高，機(jī)械清洗人員無需進(jìn)罐，施工作業(yè)安全，避免油田污水罐（池）清淤過程中人員傷亡、中毒、火災(zāi)爆炸等重特大事故的發(fā)生；環(huán)境污染少，機(jī)械清洗全過程密閉清洗，避免油泥露天存放造成的大氣污染，相比傳統(tǒng)的人工清洗方式在安全環(huán)保方面具有明顯的優(yōu)勢；機(jī)械清洗可實(shí)現(xiàn)站庫運(yùn)行不停產(chǎn)在線減量化處理，在保障生產(chǎn)正常運(yùn)行的同時(shí)，還具有省時(shí)省力、回收率高、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。