一次機械清洗儲罐失效分析

屈曉禾，劉亞賢，屈 威

（1.中石油云南石化有限公司，云南 安寧6503992. 中國石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運分公司，廣西 欽州535000；3.中國石油天然氣集團公司廣西石化公司儲運中心，廣西 欽州 535008）

設(shè)備與自控

一次機械清洗儲罐失效分析

屈曉禾1，劉亞賢2，屈 威3

（1.中石油云南石化有限公司，云南 安寧6503992. 中國石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運分公司，廣西 欽州535000；3.中國石油天然氣集團公司廣西石化公司儲運中心，廣西 欽州 535008）

儲罐機械清洗技術(shù)應用已在國內(nèi)石化行業(yè)普遍使用，采用的多為COWS技術(shù)。在一次催化油漿儲罐清洗過程中，需清理的罐內(nèi)淤渣無法擊碎，屬儲罐機械清洗作業(yè)失效。經(jīng)分析與施工過程不規(guī)范、罐內(nèi)淤積物質(zhì)物性特殊等原因有關(guān)。因此，對此次機械清洗中出現(xiàn)的情況加以剖析，提出解決方法。同時提出，應對引進的機械清洗技術(shù)與各種清洗技術(shù)進行恰當?shù)鸟詈希嗷パa充，為清洗技術(shù)設(shè)備有效適應各種工況下的清洗工作提供一個思路。

機械清洗；稠環(huán)芳烴；膠質(zhì)；瀝青質(zhì)；油漿；固定頂；噴嘴

一次采用機械清洗技術(shù)清洗1臺5000m3固定頂催化油漿儲罐后，開罐檢查，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)邊緣沉積泥渣最高處達1.6m。中部泥渣中含有較多的烴類物質(zhì)，無法實現(xiàn)泥渣就地掩埋或處理，表明儲罐機械清洗作業(yè)失效。后經(jīng)人工進入清理4個月，才完成該罐的清罐工作。

1 原因分析

1.1 待清洗儲罐情況介紹

待清洗的儲罐為固定頂拱頂儲罐（編號為D罐），公稱容積5000m3，直徑21m，罐高15.877m。儲存介質(zhì)為催化油漿，儲存溫度為(90±5)℃。油漿組成見表1。該罐于2010年投產(chǎn)，一直未進行過清理。2013年10月經(jīng)檢尺發(fā)現(xiàn)罐底淤泥雜質(zhì)層厚已達+600mm的高度（人工檢尺口處）。與之相同的罐共計4臺，以A、B、C、D編號。但A、B、C罐內(nèi)儲存介質(zhì)大部分為減壓渣油少部分油漿。特殊之處是D罐于2013年11月初作為重油催化裝置檢修退油漿接收罐，接受催化裝置退出的全部油漿及油漿系統(tǒng)吹掃接收罐。

表1 催化油漿油品組分分析Table 1 catalytic slurry oil: oil component analysis

2013年11月采用機械清洗方法開始逐罐清洗，先清洗A、B、C罐，清洗回油均回至D罐，至年底清洗完成。機械清洗經(jīng)過了油品移送、惰性氣體（CO2）注入、同種油清洗、溫水循環(huán)清洗等作業(yè)過程，同種油清洗階段采用了循環(huán)攪拌方式；溫水循環(huán)清洗階段采用了80～90℃加熱水進行清洗。 D罐于次年3月開始進行機械清洗，工藝方案相同，循環(huán)階段發(fā)現(xiàn)儲罐回收油量很少，隨即停止油的循環(huán)清洗，進行溫水清洗，結(jié)束開罐人孔，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)沉積油泥厚度最高處達1.6m（罐壁附近），并已硬結(jié)成大型塊體，普通鍬鏟無法撬動，后由清洗公司人工進罐 清除，又耗時4個多月才結(jié)束D罐的人工清罐工作。這表明D罐的機械清洗作業(yè)未能發(fā)揮應有的作用，機械清洗儲罐工作失效。

1.2 清洗情況

D罐機械清洗作業(yè)流程作業(yè)步驟如圖1所示。D儲罐清洗機械設(shè)備沿用前3臺儲罐清罐設(shè)備，未重新評價儲罐情況。清洗機噴嘴為Φ19mm口徑，加熱鍋爐產(chǎn)生的CO2作為惰性氣體供儲罐氣體置換[1]。自動油水分離裝置20m3，油品移送口由儲罐脫水口接出。

圖1 儲罐機械清洗作業(yè)步驟Fig1 tank mechanical cleaning steps

1.3 分析

1.3.1 清洗介質(zhì)物性分析

1）介質(zhì)組成與儲存條件分析。從表1可以看出，D儲罐內(nèi)油漿介質(zhì)的芳烴占組分的絕大部分。催化油漿中芳烴組分多數(shù)為稠環(huán)芳烴。其具有獨特的不飽和分子結(jié)構(gòu)，單、雙環(huán)芳烴含量低，三、四環(huán)芳烴含量高，主要是四環(huán)以上芳烴，且側(cè)鏈少而短。芳烴環(huán)數(shù)越多越活潑，是由于存在不穩(wěn)定的活性碳鍵，很容易發(fā)生氧化作用（在常溫下就可進行）成為膠質(zhì)[2]。有實驗表明[3]，催化油漿在儲存3個月后，瀝青質(zhì)由原來的2.3%增長到5.7%。在60℃條件下（42d），瀝青質(zhì)增長率達39.1%。常溫儲存瀝青質(zhì)的增長率也達到26%。因此確定催化油漿中的大量不穩(wěn)定稠環(huán)芳烴長期儲存易發(fā)生液相氧化縮合反應，轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，膠質(zhì)中有相當數(shù)量的稠環(huán)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)中既有芳香烴也有環(huán)烷烴以及雜環(huán)（含硫、氮、氧的環(huán)），從化學性質(zhì)上分析，即使常溫下也易于空氣氧化成瀝青質(zhì)。D儲罐沒有防止氧化的氮封設(shè)施，清罐前一直保持90℃左右，罐內(nèi)油品長期滯留，這些外部條件符合了重分子形成的條件，為油品向膠質(zhì)瀝青質(zhì)的大量轉(zhuǎn)化起到了催化劑的作用。

2）雜質(zhì)情況分析。從后期清理出的淤 渣看出，占絕大多數(shù)的是催化劑粉末，主要為Al2O3、SiO2、La2O3、CeO2；還有一部分蠟油、回煉油的固體物Fe2O3、Sb2O5等。這些物質(zhì)與難以分離的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、稠環(huán)芳烴及少量飽和烴混在一起形成罐底沉積物。在外力作用下，稠環(huán)芳烴發(fā)生締合和縮合，與其它顆粒聚集，形成由有機物和無機物組成的混合結(jié)焦結(jié)垢體。沉積物堅實（部分結(jié)焦、結(jié)垢），失去流動性。

1.3.2 作業(yè)步驟分析

1）作業(yè)步驟的分析:A、B、C罐同種油清洗階段采用的是罐內(nèi)油品為清洗液，D罐為回收油罐。清洗液注入被清洗罐內(nèi)，將沉積物充分擊碎、溶解、回收?；厥者^程只是經(jīng)過過濾器、油水分離器進行粗略的雜質(zhì)、油水分離，小部分清洗工藝過程中的泥沙雜質(zhì)溶解在回收油中，被帶入到回收油罐D(zhuǎn)罐中，造成D罐內(nèi)淤渣量增加。

在進行D罐清洗時，生產(chǎn)現(xiàn)場與清洗公司都無法提供回油罐，只能利用罐內(nèi)原有油品循環(huán)的方式進行油中攪拌。直接啟動清洗機噴射攪拌，出油口處觀察回收油排出僅為少量油與水，以此判斷罐內(nèi)浮油清理完成進入清水清洗階段。實際上淤渣未被擊碎，全部留存于D罐中，屬于清洗機失效。D罐其內(nèi)部沉積物過多，罐底油稠環(huán)芳香烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量多，易焦質(zhì)化結(jié)垢，應采用對流清洗方式。

2）清洗設(shè)備選用分析:由于噴射器的流體反射力和內(nèi)部結(jié)構(gòu)限制，噴射器最大制造長度為3m，由罐頂透光孔伸入罐內(nèi)的長度最多為2.5m，有效射程需達到18m以上，方能清洗整個罐的各個角落。本次清洗設(shè)備中，清洗機油泵性能為:H=80m，Q=50m3·h-1。清洗機噴射器噴嘴口徑Φ19mm。自動油水分離器為20m3?？紤]到儲罐高度消耗水頭0.16 MPa左右，管路流阻消耗0.05MPa以上，現(xiàn)場布置安裝管線中的管件（彎頭、閥門等）局部水頭損失當量長度達10m(0.1MPa)以上，加之噴射器噴嘴較?。ㄒ话憧趶皆?6mm以上），局部磨阻大，流體流動性弱等因素會削減泵的揚程，減弱了帶壓噴射液對油層下面淤渣的直接沖擊力，因此該清洗設(shè)備射程雖可以滿足清洗全罐要求，但無法對淤渣實現(xiàn)擊碎。

3）清洗罐排油檢查:此次D罐的排出口為儲罐脫水口。儲罐運行期間，一直執(zhí)行脫水作業(yè)。脫水口罐內(nèi)部位由于水的湍流作用，少有泥渣，清洗作業(yè)時沒有按規(guī)范要求進行采樣分析，同時，啟動清洗泵進行循環(huán)方式攪拌時，只是觀察排出極少油且流動性很好就停止作業(yè)（實際上是脫水口處油品凝結(jié)），違反了作業(yè)規(guī)范，是造成誤判的主要原因。

2 改進建議

2.1 清洗設(shè)備改進

2.1.1 噴射器與清洗泵選用

對于儲存如催化油漿這類機械雜質(zhì)含量高，黏度大、密度大的油品儲罐，應采用噴嘴口徑大、揚程高于理論值的清洗泵設(shè)備。另外要加快清洗罐的時間，清洗泵流量不宜太低，這樣才能在一定程度上符合大流量擾動清洗技術(shù)原理。

2.1.2 增設(shè)分離設(shè)施與回油系統(tǒng)

機械清洗過程中回油是必不可少的，本次清洗過程由于條件限制只能采用循環(huán)方式進行油攪拌，清洗公司回油系統(tǒng)因采用撬裝設(shè)施無法保證回油不帶雜質(zhì)，這就造成了殘油移送去向的困難。因此有必要在機械清洗設(shè)施中增加分離設(shè)備[4]，將移動和清洗過程中液體攜帶的泥沙雜質(zhì)分離，使機械清洗系統(tǒng)完善，以達到環(huán)保要求。

2.2 清洗技術(shù)的耦合應用

2.2.1 世界主流技術(shù)耦合

世界范圍內(nèi)儲罐機械清洗技術(shù)主要是日本COW擊碎、溶解稀釋技術(shù)和歐洲（如英國Willacy Oil Services公司）的大流量擾動技術(shù)[5]。前者清罐周期短，后者清洗效果好。如果將兩種技術(shù)結(jié)合，利用COW技術(shù)的擊碎過程加快沉積物的粉碎，再采用大流量擾動過程和后期處理技術(shù)，既可縮短清罐周期又能達到清理效果。

2.2.1 分散劑應用于儲罐機械清洗

清洗前加入適量的分散劑可以極大化解沉積物沉淀。LC-fc8520型油品阻垢分散劑就具有較好的使用效果。它含有親油、極性的基團和表面活性的結(jié)構(gòu)，以膠束狀態(tài)分散于油中，與含氧化合物如羥基、羧基、羧基化合物形成膠囊，溶存于油中，阻止這些物質(zhì)的進一步氧化和縮合，破壞膠質(zhì)瀝青質(zhì)分子平面堆砌，使其結(jié)構(gòu)松散，增加活動系數(shù)，從而降低膠質(zhì)瀝青質(zhì)的黏度，其中的極性基團能在設(shè)備和管線的金屬表面定向排列，阻止垢的沉積，其優(yōu)良的分散性能，能阻止懸浮在油漿中的催化劑粉末、腐蝕產(chǎn)物、鹽類等聚集，以限制顆粒增大而沉積。

2.3 建立相應的制度規(guī)范

使用單位應建立與實際相符的清罐計劃，在保證儲罐高效運行的前提下，通過實測、分析等手段及時判斷出罐內(nèi)淤積物情況，及時清理。

3 結(jié)論

國內(nèi)儲罐機械清洗技術(shù)主要采用COWs技術(shù)，在應用中要根據(jù)儲罐結(jié)構(gòu)、清洗介質(zhì)、儲罐布置等選擇與之相適應的機械清洗設(shè)施，才能確保儲罐機械清洗過程順利進行。同時對COWs技術(shù)要進行一定的技術(shù)改進，尤其增加油泥分離設(shè)施，滿足清除的淤渣可以達到環(huán)保要求，不需二次處理。達到飽和烴物質(zhì)全部回收要求，才能使儲罐機械清洗技術(shù)得以進一步推廣應用。

[1] DB 11754-2010，石油儲罐機械化清洗安全施工標準 [S].

[2] H.秤爾.W.瓦爾特.有機化學教程[M].北京:高等教育出版社，1989:471.

[3] 孔梅.催化裂化油漿儲存過程中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的變化[J].渤海大學學報:自然科學版，2005，26(3):206-208.

[4] 王四虎，劉運榮，高芳俠，等.機械清罐工藝設(shè)備分析[J].江漢石油職工大學學報，2014，27(1):64-67.

[5] 葛書義.儲油罐機械清洗技術(shù)安全風險分析與控制[J].油氣田地面工程，2010，31(9):8-9.

Failure Analysis of A Mechanical Cleaning Tank

QU Xiao-he1, LIU Ya-xian2, QU Wei3
(1.Petrochina Yunnan Petrochemical Company, an’ning, 650399, China; 2.Petrochina South China Chemicals Marketing Company, Qinzhou 535000, China; 3. PetroChina guangxi petrochemical Company,Qinzhou 535008, China)

TE 976

B

1671-9905(2015)04-0062-03

屈曉禾（1992-），女，天津理工大學雙學士學位，現(xiàn)就職于中石油云南石化有限公司儲運部

屈威，電話:15907773317，E-mail:quwei@petrochina.com.cn

2015-02-12