油田臥式容器清淤清洗污泥站內減量化預處理技術研究

李 巖 蔡 宇 趙云輝 王宏偉 谷小鳳 張春生 杜滿昌 李慶國

1.大慶昆侖集團金屬防腐公司 黑龍江大慶 163000；2.大慶宏府昇科技有限公司 黑龍江大慶 163000；3.大慶油田采油四廠 黑龍江大慶 163000；4.大慶油田采油三廠 黑龍江大慶 163000

油田臥式容器的清淤清洗污泥處理難度大，目前油田站內減量化設備情況是設備體積大、工藝復雜、模塊多，耗能大，靈活性差，普遍采用二相或三相離心分離技術工藝。通過對現有技術優化，實現撬裝模塊集成化，完成破乳清洗、旋流震篩除砂、氣浮除油、高效混凝、雙螺旋擠壓脫水于一體化工藝。制作完成快速移動、快速安裝、快捷靈便、高效安全的車載式移動處理設備，有效解決臥式容器清淤清洗污泥處理難題。

1 站內清淤清洗污泥減量化處理的重要性

1.1 油田生產的需求

含油污泥是在石油開采、運輸、煉制及含油污水處理過程中產生的含油固體廢物。含油污泥中含有大量的苯系物、酚類、蒽、芘等有惡臭的有毒物質，若不加以處理，不僅污染環境，而且造成資源浪費。含油污泥的處理一直是困擾油田的一大難題。油田臥式容器每年產生百萬方清淤污泥，其成分復雜，含有大量的老化原油、蠟質、瀝青質、膠體和固體懸浮物、細菌、鹽類、酸性氣體、腐蝕產物等，污水處理過程中還加入了大量的凝聚劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等水處理藥劑。老化油中硫酸鹽還原菌快速繁殖并形式菌膠團，與聚合物、石油膠質、瀝青質等黏合在一起，形成極難分離的油水過渡層，清罐污泥中絕大部分成分就是此類物質。目前傳統的離心分離方式因為過渡層物料的比重輕的原因，很難進行有效分離而重新回到油田水處理或油處理系統導致惡性循環。這種老化油的油水過渡層導電性強，嚴重干擾了主工藝流程中電脫水系統的正常運行。因此，老化油過渡層已經成為制約油田安全生產和環境保護的重要因素。

1.2 生成過程中存在的技術經濟問題

目前站內臥式容器產生的清淤污泥拉運到固定的儲存點或固定的污油泥處理點，存在以下問題：

（1）清淤污油泥未經減量化處理，拉運負荷大，費用高。

（2）油田固定的儲存點或固定的污油泥處理點，超負荷運行，每年約一半左右污油泥得不到有效處理，影響油田地面工藝設備的正常運行。

（3）未處理的污油泥搬運過程中容易造成二次污染。

（4）目前油田污油泥減量化技術普遍采用二相或三相離心分離工藝，存在諸多技術難點。如離心分離技術很難分離出比重輕的過渡層類物質，導致通過水相和油相重新回到系統中造成惡性循環；分離出的此類污泥含液率過高（超過90%），拉運過程中容易造成二次污染。

綜上所述，油田清淤污油泥不出站，并且經濟高效、簡單易行，又綠色環保的處理工藝技術的研發，對油田意義重大。

2 國內外相關技術現狀、適應性評價及分析

目前國內外減量化技術主要有：熱水洗法含污油泥減量化處理；熱脫附法含污油泥減量化處理；離心法含污油泥減量化處理；熱化學法含污油泥減量化處理。

2.1 熱水洗法含污油泥減量化處理

油泥砂表面的原油有一層膜，洗滌處理收效甚微，必須經過表面預處理，利用藥劑對表面油層進行活化處理，再進行篩選洗滌，將油泥砂分別分離出來。此方法最重要的步驟就是在熱水中添加活性劑，改變油泥砂表層的油面濕潤性，使其變得更加親水，再進行重復沖洗環節，從而達到固液分離的目的。此方法對于含有較高的含油量落地原油和油砂較為適宜，具有較高的回收效果，且便于管理和操作，處理成本較低。但此方法的最大缺點是，容易造成二次污染，效果欠佳。

2.2 熱脫附法含污油泥減量化處理

根據油泥砂特性，先通過分選設備，將油泥砂中的雜草、碎石等雜物分選出來；再通過機械設備利用油水比重的不同物理特性，在加溫后與化學藥品攪拌均勻，使油、泥砂、水充分分層開來。按照比重，油會浮在最表層，其次是水在中間層，泥砂沉淀在最底層處。此方法投入成本較低，處理效率高，是一種高效經濟的處理工藝。

2.3 離心法含污油泥減量化處理

離心處理法是利用無機混凝劑，在溫度加高的情況下，加入適量的水攪拌均勻，再通過離心分離工藝將油分離，將污泥固化填埋。值得注意的是，此方法必須在溫度較高條件下進行分離，加熱的溫度和適當的化學藥劑是決定離心處理法效果的先決條件。此方法的缺點是成本太高，不適合小規模油泥砂的回收利用，當油的比例超過20%時，離心處理法會很好地達到油泥砂減量化無害化的處理效果，會取得較高經濟收益。

2.4 熱化學法含污油泥減量化處理

根據對油泥沙成分的充分分析，得到油泥砂內部的結構較為穩定，且是一種膠質狀態。油泥砂的外部是一種固態或半液態結構。通過熱化學法在油泥砂中侵入一定比例的化學藥劑和熱水，將其快速攪拌，利用破碎和氧化作用，將原油從表層洗滌分離出來，在通過工藝技術將油、泥水、砂分為三層，這主要是采用了沉降、旋流、絮凝和破乳等形式，將分離出的油裝進罐子，水可以用于下一次洗滌，泥砂可以用于回壤或者施工。

目前，油田應用的主要設備生產廠商有日本大鳳公司、丹麥寶羅公司和儲運銷售分公司自制的設備，這些設備都是模塊多、結構復雜、轉場安裝調試需要15～20d，處理量大，適用于油田1000m3以上的立式儲罐的機械清洗，不適用于點多面廣的油田臥式容器清淤減量化處理。因此，研發出適用油田點多面廣、臥式容器清淤產生的殘液固廢物少、處理量相對較小，設備安裝轉場靈活，安裝調試控制在2d 以內，高效安全的車載式移動處理設備非常有必要（見圖1）。

圖1 初步完成的撬裝化臥式容器清淤清洗污泥減量化裝置

3 含油污泥減量化技術原理

3.1 實現儲油、收砂三相分離

對油田主要區塊的臥式容器清淤除垢產生的殘液進行取樣分析，在實驗室根據物料的特性分析和實驗，篩選、優化、復配出高效的破乳劑、清洗劑等，并提出各種藥劑使用的工藝條件和投加方法。制作高速剪切分散裝置，實現殘液中油水分離回收。

脫油脫沙機的結構主要由高速剪切攪拌箱和管道螺旋輸送槽組成（見圖2），高速剪切攪拌箱配套高速變頻攪拌機，管道螺旋輸送槽配套低速螺旋輸送系統。高速剪切攪拌箱內有三片特殊角度的槳葉，因此攪拌葉可以在攪拌箱內完全無死角盲區地進行充分攪拌，攪拌葉的高速運轉形成強勁的紊流，聚集了充分的能量，有效與破乳劑快速混合，提高藥劑利用率。經過靜止分層后，上層集聚油層，底層沉積泥沙及水垢，中層部分是泥水。上浮的油層通過提升液位導流進入儲油箱，底層通過管道螺旋輸送排出泥沙及水垢，中層的泥水通過排水泵注入泥水均質箱內。該高速剪切分散裝置，能夠充分實現臥式容器清淤除垢產生的殘液中的油水分離，并同時完成儲油、收砂三相分離功能。

圖2 脫油脫砂機設備實物

3.2 實現殘液中固相部分高速混凝沉降

在實現對臥式容器清淤除垢產生的殘液中殘留原油進行分離回收的基礎上，開發高效混凝絮凝技術（見圖3），實現殘液中固相部分高速混凝沉降；制作變頻式高速管槽混凝器+低速絮凝槽的制作。高效管槽混凝濃縮器的結構主要由一個管道混凝器和一個絮凝槽組成，管道混凝器配套高速變頻攪拌機，絮凝槽配套低速變頻攪拌機和液位控制系統。高效攪凝管由3 個管通過側壁缺口并排相接，依次連通，攪拌葉設置在位于三管中央的管腔內，且攪拌器的攪拌截面恰好與攪拌腔的截面相匹配，因此攪拌葉可以在攪拌腔內完全無死角盲區地進行充分攪拌，經過高速攪拌之后形成的高強度絮團流入到低速絮凝槽內。高效管槽混凝濃縮器適用污泥濃度范圍更廣，適用兩種藥劑的投加，進泥均量穩定，小型模塊化設計有設計緊湊、便于安裝，占地空間小等特點。

圖3 高效混凝器設備實物

高速管槽混凝器+低速絮凝槽技術可以降低30%的絮凝劑使用量，同時提高20%的處理量。

3.3 雙螺旋擠壓脫水機

制作雙螺旋擠壓脫水機（見圖4），對殘液中高速混凝沉降的固相部分進行脫水固化，雙螺旋擠壓脫水機的主體是由相互層疊的固定環和游動環以及貫穿其中的螺旋軸組成的一種過濾裝置。螺旋軸在推動污泥前進的同時，通過本體上的外部驅動及導向裝置，使游動環產生上端上下直線運動同時下端鐘擺運動。通過這種特殊的環片與螺旋軸結構，既可以確保游動環能夠與固定環錯位，產生通暢的濾縫，防止堵塞，又能夠最大限度地剪切污泥，推進污泥前進并降低泥餅含水率。

圖4 雙螺旋擠壓脫水機設備實物

通過上述工作，制作形成車載移動式處理設備，制造出適用油田點多面廣、臥式容器清淤產生的殘液固廢物少、處理量相對較少，設備安裝轉場靈活，高效安全的車載式移動處理設備（見圖5）。

圖5 設備在站內進行減量化處理實景

4 站內減量化處理工藝流程和應用效果

4.1 工藝流程

（1）PAC、PAM、破乳劑這3 種藥劑溶液備用。

（2）熱水通過補水泵打入熱水箱，熱水箱中熱水通過熱洗泵打入高效脫油脫砂機。

（3）將清淤清洗后的污油泥通過原料泵打入高效脫油脫砂機，同時在線加入藥劑（破乳劑）完成油、水、砂分離工藝。高效脫油脫砂機通過底部無軸螺旋進行排砂,上部的油層通過熱洗泵提高液位流入原油箱進行外輸，下部的泥水通過上料泵打入泥水均質箱。

（4）泥水均質箱中泥水通過污泥泵打入高效管槽混凝濃縮器，同時在線加入2 種藥劑（PAM、PAC）完成混凝絮凝工藝。濃縮器上部的高濃度浮渣進入串螺污泥脫水機，串螺污泥脫水機的過濾清液進入清水箱，達標水通過濾液泵進行外輸。

清淤清洗污泥站內減量化處理工藝流程如圖6 所示。

圖6 清淤清洗污泥站內減量化處理工藝流程圖

4.2 清淤清洗污泥站內減量化應用效果

在應用中，該裝置能夠實現站內臥式容器清淤清洗后的污泥（見圖7）減量化處理，高效完成破乳清洗、旋流震篩除砂、氣浮除油、高效混凝、雙螺旋擠壓脫水于一體化工藝。處理后的水樣（見圖8）、泥樣（見圖9）經過第三方專業檢測機構進行檢測，明確了處理后水中懸浮物和含油率以及泥中含水率，實現了站內污油泥減量化目標：

圖7 未處理前的清淤清洗污泥

圖8 處理后的水樣

圖9 處理后的泥樣

（1）污油泥減量化率≥80%；

（2）懸浮物測定方法（GB/ T11901-1989），檢測結果為懸浮物12ml/ L；

（3）水中含油率（石油類）測定方法（HJ637-2018），檢測結果為含油率（石油類）1.56ml/ L；

（4）泥中含水率測定方法（CJ/ T221-2005）,檢測結果為含水率55.9%。

如以單個油田每年站內臥式容器產生約20 萬m3以上清罐污泥測算，站內減量化處理按80%減量化率計算，節省480 萬元運輸費用（危廢物運費用按30 元/ t 計算）。與常規運輸到處理站處理相對比，每噸節約運行成本33元，節約運行成本660 萬元，共計節省費用1140 萬元。

5 結論

該套裝置增加了移動作業能力，單臺用電雙螺旋擠壓脫水機功率僅為1.34kW，是同處理量離心機功率的2%，整體自動化程度高，運行穩定，人力成本低，脫水后的泥餅含水率低，有效防止了污泥拉運過程中造成的二次污染。油田臥式容器清淤清洗污泥站內減量化預處理技術，能夠充分實現站內清淤清洗污泥減量化處理目標，具有非常好的應用效果，緩解了因處置污泥產生的大量資金對企業發展的壓力，同時也極大地降低污染風險，取得了良好的經濟效益和社會效益。