天然氣廠(chǎng)站污水密閉收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

李 靜 趙 瓊 韓國(guó)強(qiáng) 劉永茜 陳青海 羅 寧 丁志新

1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司天然氣事業(yè)部，新疆 庫(kù)爾勒 841000 2.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041

0 前言

在氣田建設(shè)工程中，廠(chǎng)站排水系統(tǒng)是根據(jù)油氣田排水特點(diǎn)，以市政工程排水規(guī)范及常規(guī)做法為基礎(chǔ)，形成適合氣田開(kāi)發(fā)的污水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝，多采用“來(lái)水-排水檢查井+排水管道-污水處理裝置”的敞開(kāi)式排水系統(tǒng)，污水中的揮發(fā)油蒸汽和臭氣會(huì)順著排水檢查井井蓋縫隙散發(fā)出來(lái)；天然氣處理工藝采用的藥劑，不同程度地排放到生產(chǎn)污水中，與污水中其它物質(zhì)混合反應(yīng)，產(chǎn)生刺鼻性氣味，嚴(yán)重影響工作人員的身心健康，同時(shí)帶來(lái)安全隱患。隨著安全環(huán)保和職業(yè)衛(wèi)生要求的不斷提高，傳統(tǒng)的廠(chǎng)站內(nèi)有毒、有害污水收集系統(tǒng)模式已不能適應(yīng)氣田的發(fā)展需求，應(yīng)進(jìn)一步研究和改進(jìn)污水收集系統(tǒng)技術(shù)，提高設(shè)計(jì)水平，在保證生產(chǎn)的同時(shí)，關(guān)注生產(chǎn)操作環(huán)境、保護(hù)生產(chǎn)人員的身心健康，對(duì)廠(chǎng)站有毒、有害污水收集系統(tǒng)進(jìn)行密閉化設(shè)計(jì)。

1 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

a）分析天然氣廠(chǎng)站工藝裝置排水體系，盡可能使工藝裝置排水采用壓力流排放，中間無(wú)泄壓點(diǎn)。

b）對(duì)天然氣廠(chǎng)站內(nèi)重力流排水種類(lèi)和工藝進(jìn)行分析，在排水管道收集系統(tǒng)中選擇性采用替代型管道清通設(shè)施，平衡排水管內(nèi)壓力，不出現(xiàn)正壓噴濺、負(fù)壓抽吸的現(xiàn)象。

c）對(duì)密閉排水設(shè)施的橇裝化工藝技術(shù)進(jìn)行探討，與整套排水系統(tǒng)配套，設(shè)置小型成橇設(shè)備，收集或轉(zhuǎn)輸污水。

2 國(guó)內(nèi)天然氣廠(chǎng)站污水收集系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 污水種類(lèi)及排放規(guī)律分析

以凝析油氣田為例，生產(chǎn)中排出的污水含有大量凝析油，在污水收集過(guò)程中環(huán)境污染和安全隱患尤為突出。生產(chǎn)污水主要為氣田水、工藝裝置生產(chǎn)污水及設(shè)備檢修期的檢修污水等。其中，氣田水、生產(chǎn)污水和檢修污水中都不同程度含有凝析油、藥劑（乙二醇、甲醇、緩蝕劑等）及固體雜質(zhì)等。在以上污水中，乙二醇再生及注醇裝置的再生塔頂回流冷凝液和集氣裝置液液分離器排出的氣田水是連續(xù)帶壓排放，其余污水都屬于間歇重力流排放［1］。

2.2 排水處置

油氣處理廠(chǎng)的污水水質(zhì)差異較大，排水規(guī)律各不相同，遵照清污分流、分別處置的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.1 生產(chǎn)污水

包括工藝裝置排出的含油污水、檢修污水等，主要含油、醇等污染物，由生產(chǎn)污水管道系統(tǒng)重力流進(jìn)行收集，匯入污水處理裝置進(jìn)行處理。

2.2.2 氣田水

氣田水靠余壓帶壓管輸至污水處理裝置，與生產(chǎn)污水一并處理［2］。

2.3 天然氣廠(chǎng)站污水收集系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

由已建天然氣廠(chǎng)站污水收集系統(tǒng)的現(xiàn)狀可知，除氣田水和部分生產(chǎn)污水帶壓排出外，其余生產(chǎn)污水和檢修污水均為常壓排放。按工藝裝置污水排放工藝以及GB 50014-2011《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定的要求，生產(chǎn)污水和檢修污水的收集系統(tǒng)多為重力流排水系統(tǒng)，即工藝裝置將生產(chǎn)污水和檢修污水無(wú)壓排出裝置區(qū)后，采用水封井和污水檢查井將污水以重力流帶坡度方式收集和輸送至污水處理裝置進(jìn)行相應(yīng)處理。在輸送過(guò)程中，按照GB 50014-2011的相關(guān)條款，污水管道管徑為DN 200～300，坡度為0.005左右，污水管道為非滿(mǎn)流，最大設(shè)計(jì)充滿(mǎn)度為0.55。為防止管道內(nèi)的污物淤積，方便清通，必須在污水管線(xiàn)上設(shè)置檢查井，最大間距不超過(guò)40m，且在管道交匯、轉(zhuǎn)彎、管徑或坡度改變處、跌水處和直線(xiàn)管段上均要設(shè)置［3］。

污水檢查井的設(shè)置，使污水收集系統(tǒng)成為一種開(kāi)式系統(tǒng)。檢查井井蓋上通氣的小孔及井蓋與井身之間的縫隙，使污水中的揮發(fā)性氣體向外部空間擴(kuò)散，造成大氣環(huán)境的污染和安全隱患，影響生產(chǎn)人員的工作環(huán)境和身心健康。隨著多個(gè)氣田的開(kāi)發(fā)，特別是凝析油氣田的開(kāi)發(fā)，該問(wèn)題日漸突出。所以不僅要考慮污水收集排放線(xiàn)路的設(shè)計(jì)，更要從污水排放源頭進(jìn)行分析，掌握各類(lèi)污水的排放水質(zhì)、排放規(guī)律，確定需進(jìn)行密閉收集的污水類(lèi)別，以此作為污水密閉收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

3 國(guó)外密閉收集工藝

分析國(guó)外天然氣廠(chǎng)站的生產(chǎn)污水密閉式排水系統(tǒng)工藝，總結(jié)目前國(guó)外公司對(duì)廠(chǎng)站有毒、有害污水密閉收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路和做法。

處理廠(chǎng)排放污水是在維修過(guò)程中由公用工程和站外設(shè)備產(chǎn)生的。為了收集正常生產(chǎn)過(guò)程中來(lái)自各工藝裝置的烴類(lèi)污水，設(shè)置了密閉排污系統(tǒng)排污罐及排污泵，見(jiàn)圖1。

3.1 密閉排污系統(tǒng)排污罐

采用密閉排污系統(tǒng)排污罐目的是為儲(chǔ)存高液位和低液位之間的滯留量。排污罐被放置在地下以便檢修污水可以自流進(jìn)入。如果排污罐接收的液體可能含有高于1 000mg/l（如來(lái)自段塞流捕集器的碳?xì)浠衔铮┑腍2S等，則排污罐的設(shè)計(jì)應(yīng)為致命介質(zhì)和蒸汽外漏操作狀態(tài)。通常密閉排污系統(tǒng)排污罐上還設(shè)置電加熱器，加熱可以降低重質(zhì)碳?xì)浠衔镎扯?，減輕泵負(fù)荷［4］。

3.2 密閉排污系統(tǒng)排污泵

密閉排污系統(tǒng)排污泵流量的選擇是基于2 h轉(zhuǎn)輸完儲(chǔ)存高液位和低液位之間的滯留量。由于排水設(shè)備維護(hù)是手動(dòng)完成的，所以排污泵沒(méi)有設(shè)置自動(dòng)啟、停功能。

3.3 系統(tǒng)描述

密閉排污系統(tǒng)排污罐接收公用工程和站外設(shè)備產(chǎn)生的檢修污水。排污罐為埋地式，檢修污水排污管道以一定的坡度進(jìn)行連接，使污水密閉排至排污罐。排污罐釋放的蒸汽排放至常壓火炬系統(tǒng)。

密閉排污系統(tǒng)排污罐中累計(jì)的液體由排污泵轉(zhuǎn)移至污水儲(chǔ)罐或者不合格冷凝罐儲(chǔ)存。該泵是手動(dòng)啟、停，必要時(shí)，可使用電加熱器加熱。加熱可降低液體粘度，尤其是重質(zhì)碳?xì)浠衔?，可減輕泵負(fù)荷。

3.4 安全與關(guān)閉聯(lián)鎖

3.4.1 系統(tǒng)保護(hù)

因?yàn)槊荛]排污系統(tǒng)排污罐為常壓罐，罐內(nèi)閃蒸汽排放至常壓火炬系統(tǒng)，故不設(shè)置壓力安全閥。

3.4.2 過(guò)程干擾

密閉排污系統(tǒng)排污泵根據(jù)低液位進(jìn)行停泵。

4 廠(chǎng)站污水密閉收集系統(tǒng)推薦做法

通過(guò)國(guó)內(nèi)外同行業(yè)廠(chǎng)站同類(lèi)污水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的對(duì)比，目前我國(guó)天然氣廠(chǎng)站有毒、有害污水的常規(guī)收集系統(tǒng)已不能有效適應(yīng)氣田工程現(xiàn)狀，為滿(mǎn)足環(huán)保、安全要求，提高天然氣廠(chǎng)站排水系統(tǒng)的建設(shè)水平，必須在傳統(tǒng)污水排放工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)際先進(jìn)工藝，總結(jié)出一套適應(yīng)我國(guó)氣田開(kāi)發(fā)廠(chǎng)站有毒、有害污水收集工藝。該工藝針對(duì)廠(chǎng)站有毒、有害污水的排放，采用封閉式排水工藝系統(tǒng)，對(duì)污水排放源頭和排水管道進(jìn)行不同形式的密閉，滿(mǎn)足壓力式輸送及重力流輸送狀態(tài)下的要求。

4.1 壓力排放污水的收集和排放

天然氣廠(chǎng)站內(nèi)有部分生產(chǎn)污水是從工藝裝置，如集氣裝置的液液分離器或氣液分離器、凝析油穩(wěn)定裝置等帶壓排出，其排出污水多為從天然氣中分離出的凝結(jié)水或氣田水，排放壓力可根據(jù)進(jìn)入污水處理裝置界區(qū)的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。從工藝裝置帶壓排放的污水，不泄壓采用壓力管道單獨(dú)收集管輸至污水處理裝置。

4.2 重力流排放污水的收集和排放

天然氣廠(chǎng)站內(nèi)的檢修污水、設(shè)備沖洗和部分生產(chǎn)污水多為重力流排放。為保證收集和輸送過(guò)程中的密閉性，推薦采用儲(chǔ)罐式收集與密閉式排水管道系統(tǒng)相結(jié)合的方式。

4.2.1 儲(chǔ)罐式收集

在各工藝裝置區(qū)設(shè)置地下零位污水儲(chǔ)罐，將無(wú)壓排放的生產(chǎn)污水收集至儲(chǔ)罐內(nèi)，通過(guò)泵將污水加壓，密閉輸送至污水處理裝置；罐內(nèi)揮發(fā)性氣體排放到低壓火炬燃燒；初分的烴類(lèi)、油類(lèi)用原加壓送至焚燒坑焚燒或到回收裝置進(jìn)行回收處理。

該儲(chǔ)罐根據(jù)儲(chǔ)存水質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)情況考慮是否采用氣封，防止與大氣相通。

4.2.2 排污管道的密閉

生產(chǎn)污水采用密閉儲(chǔ)罐收集的同時(shí)，在其輸送過(guò)程中尚需結(jié)合應(yīng)用密閉式排污管道和密封性污水檢查井。

4.2.2.1 污水檢查井的密封和有序排氣

GB 50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定：“甲、乙類(lèi)工藝裝置內(nèi)生產(chǎn)污水管道的支干管、干管的最高處檢查井宜設(shè)排氣管”為防止火災(zāi)蔓延，排水管道中多處設(shè)置水封，若不設(shè)排氣管，污水中揮發(fā)出的可燃?xì)怏w無(wú)法排出，只能通過(guò)井蓋處外溢，遇火源可能引起爆炸著火。可燃?xì)怏w無(wú)組織排放是引起排水管道著火的重要因素，支干管、干管均設(shè)排氣管，可使水封井隔開(kāi)的每一管段中的可燃?xì)怏w有組織排放，避免或減少可燃?xì)怏w與明火接觸，減少火災(zāi)事故［5］。

GB 50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定：“甲、乙類(lèi)工藝裝置內(nèi)，生產(chǎn)污水管道的檢查井井蓋與蓋座接縫處應(yīng)密封，且井蓋不得有孔洞”，目的是為了防止可燃?xì)怏w外溢［5］。

上述規(guī)定配合使用，前者解決排水管道中揮發(fā)出的可燃?xì)怏w的出路，后者限制可燃?xì)怏w從檢查井井蓋處溢出，有效減少排水管道的火災(zāi)爆炸事故。

4.2.2.2 管道檢查口的使用

由于污水重力流排放的流速和充滿(mǎn)度限制，該類(lèi)管道比壓力流管道更易堵塞和淤積，因此在管線(xiàn)上相隔一定距離需設(shè)置污水檢查井，便于清通?？刹捎媚芮逋ü艿烙帜苊荛]的管道檢查口，替代傳統(tǒng)污水檢查井的設(shè)置。

管道檢查口一般采用鋼制管道制作，管徑不宜小于DN300。受管材限制，與之相連的污水管道應(yīng)采用相同或能與之自由轉(zhuǎn)換連接的其他材質(zhì)。管道檢查口與地下排水管道相接，高出地面200～300mm，采用法蘭盲板進(jìn)行封堵，如需清通時(shí)可拆卸操作，見(jiàn)圖2、3。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外天然氣廠(chǎng)站污水收集和排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝的分析探討，對(duì)廠(chǎng)站有毒、有害污水的密閉收集和排放建議采取下列措施：

a）工藝裝置排放的帶壓污水，不泄壓采用壓力管道單獨(dú)收集管輸至污水處理裝置；

b）為保證重力流污水在收集和輸送過(guò)程中的密閉性，推薦采用儲(chǔ)罐式收集與封閉式排水管道系統(tǒng)相結(jié)合的方式。

c）污水收集裝置可根據(jù)實(shí)際情況采取密閉措施。

［1］趙 瓊.立式除油罐的設(shè)計(jì)原理及改進(jìn)［J］.天然氣與石油，2009，27（5）：47-51.

［2］趙 瓊，陳朝暉，張永紅.克拉2氣田水處理裝置設(shè)計(jì)淺析［J］.天然氣與石油，2006，24（3）：30-32.

［3］GB 50014-2011，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］李化民，蘇顯舉，馬文鐵，等.油田含油污水處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1992.

［5］GB 50160-2008，石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.