淺談天然氣凈化廠裝置區(qū)地坪防滲設(shè)計(jì)

王慧靈 肖 華 張 炯 賈 志 梅 川 胡 健 董麗萍

1.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041；2.四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備管理處, 四川 成都 610061

0 前言

《全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃》(2008～2020年)報(bào)告

中指出,由于中國(guó)石化工程的“跑、冒、滴、漏”以及各種突發(fā)事故,造成土壤、地表水和地下水污染,嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)居住環(huán)境的安全性。自2008年以后,國(guó)

家環(huán)保部門(mén)在石油化工項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告書(shū)的批復(fù)中,提出采取可靠的防滲措施以保護(hù)地下水環(huán)境,如中國(guó)石油四川彭州石化,中國(guó)石油慶陽(yáng)石化,中國(guó)石化安慶石化、中科合資廣東煉油化工一體化等項(xiàng)目。不僅如此,現(xiàn)階段對(duì)天然氣凈化廠同樣也提出防滲處理要求,由于天然氣凈化廠與石化項(xiàng)目不同,基于實(shí)際工程出發(fā),本文提出適用于天然氣凈化廠的污染防治分區(qū)、防滲設(shè)計(jì)方案。

1 污染防治分區(qū)

參考GB/T 50934-2013《石油化工工程防滲技術(shù)規(guī)范》,污染防治分區(qū)分為重點(diǎn)污染防治區(qū)、一般污染防治區(qū)和非污染防治區(qū)三類(lèi)[1]。重點(diǎn)污染防治區(qū)多指隱蔽工程污染源泄漏后，不易被發(fā)現(xiàn)或不能及時(shí)處理的區(qū)域；一般污染防治區(qū)是指發(fā)生污染泄漏后,能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理的區(qū)域；非污染防治區(qū)是除一般和重點(diǎn)污染防治區(qū)之外的區(qū)域。

通常情況下將隱蔽工程和地下工程等不易發(fā)現(xiàn)、不易處理的部分劃分為重點(diǎn)污染防治區(qū)。天然氣凈化廠主體工藝裝置根據(jù)其污染源,多采用橇裝化、模塊化,橇塊與橇塊之間常有管線連接,及管溝布置,故主體工藝裝置地坪也劃分為重點(diǎn)污染防治區(qū)[1]。

根據(jù)天然氣凈化廠的特點(diǎn),按天然氣凈化廠的重點(diǎn)裝置、設(shè)備列出可能產(chǎn)生的污染源,劃分合理的污染防治分區(qū)。天然氣凈化廠防滲處理的典型單元和設(shè)施[2-8],見(jiàn)表1。

表1天然氣凈化廠防滲處理的典型單元和設(shè)施

序號(hào)單元、設(shè)施污染防治區(qū)域及部位污染源防滲分區(qū)等級(jí)備注生產(chǎn)裝置區(qū)1 脫水單元溶液過(guò)濾器、再生系統(tǒng)等區(qū)域地坪含TEG、固體雜質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)的污水★開(kāi)工時(shí),堿洗工序還排放少量含堿污水2 脫硫、脫碳單元過(guò)濾器區(qū)(原料氣過(guò)濾、胺液過(guò)濾和酸氣過(guò)濾)、罐區(qū)(胺液閃蒸罐、污油閃蒸罐)、塔區(qū)(收塔、再生塔)地坪含MDEA、硅酮阻泡劑、少量FeS、少量H2S、CO2、固體雜質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)的污水★開(kāi)工時(shí),堿洗工序還排放少量含堿污水3 硫黃回收單元過(guò)濾器、反應(yīng)器、換熱器、液硫池等區(qū)域地坪含少量液硫、Al2O3、硫黃、固體雜質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)的污水★-4 尾氣、酸水汽提單元分離器、汽提塔區(qū)地坪少量H2S、CO2、固體雜質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)的污水★-5 放空分離罐區(qū)分離器區(qū)地坪含極少量H2S和CO2、固體雜質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)★-6 空氮站微油潤(rùn)滑壓縮機(jī)污水收集溝含少量潤(rùn)滑油的污水★-7 系統(tǒng)管廊閥門(mén)集中區(qū)地坪含極少量H2S和CO2的污水☆增設(shè)收集井8 集氣總站排污管線含少量TEG、MDEA、鹽類(lèi)、機(jī)械雜質(zhì)★-9 相關(guān)構(gòu)筑物設(shè)施排水溝、集水井、圍堰含少量TEG、MDEA、鹽類(lèi)、機(jī)械雜質(zhì)★-油品儲(chǔ)罐區(qū)1 液硫罐區(qū)罐區(qū)地坪和基礎(chǔ)及裝車(chē)區(qū)域含少量液硫、硫黃和機(jī)械雜質(zhì)★-公用工程區(qū)1 鍋爐房酸罐污水排污池排污溝Na3PO4溶液、氨水溶液、機(jī)油★-2 變電所事故油池事故油池的底板及壁板污油★-水處理裝置區(qū)1 循環(huán)水單元循環(huán)排污水池含鹽類(lèi)、機(jī)械雜質(zhì)、PO3-4,水垢等☆收集循環(huán)水系統(tǒng)排污、鍋爐房排污2 檢修污水池檢修污水池的底板及壁板含MDEA及TEG等有機(jī)污染物的污水★-部分天然氣凈化廠也用檢修污水池暫時(shí)儲(chǔ)存堿洗液3 事故污水池事故水池的底板及壁板含MDEA、TEG、FeS、固體雜質(zhì)等★-4 生活污水處理相關(guān)構(gòu)筑物隔油池、化糞池、污水提升井、污水檢查井的底板及壁板含COD、BOD、N、P、油等污染物的污水★-5 生產(chǎn)污水處理相關(guān)構(gòu)筑物集水池、調(diào)節(jié)池、氣浮池、水解酸化池(厭氧池)、缺氧池、好氧池、沉淀池、污水檢查井、水封井、檢漏井的底板及壁板含藥劑、硫化物、石油、懸浮物SS、COD、BOD等污染物的污水★-6 污泥儲(chǔ)存池污泥儲(chǔ)存池的底板及壁板含水率80%～99.8%的泥水混合物★-7 氣田水罐區(qū)裝置區(qū)地坪及圍堰含H2S、CO2、CH3OH、CH3SH、柴油、高鹽分的氣田水★-

2 防滲設(shè)計(jì)

防滲設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì),而不是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)過(guò)程。由源頭控制、防止?jié)B漏、污染源收集三部分組成。

2.1 源頭控制

源頭控制即主動(dòng)防滲設(shè)計(jì)。主要指在廠址選擇階段，考慮遠(yuǎn)離地下水和地表水豐富的區(qū)域以及在生產(chǎn)工藝的選擇、管道及設(shè)備設(shè)計(jì)等方面盡量避免對(duì)環(huán)境造成污染。

在天然氣凈化廠廠址選擇階段,應(yīng)了解廠址的自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、水文地質(zhì)條件和地下水環(huán)境敏感保護(hù)目標(biāo)等方面資料,選擇包氣帶防污性能強(qiáng)、項(xiàng)目場(chǎng)地地下水不易污染和地下水環(huán)境不敏感的場(chǎng)地,并盡量遠(yuǎn)離地下水和地表水飲用水源保護(hù)區(qū)；在總平面布置中應(yīng)盡量將處理和儲(chǔ)存含有毒、有害、危險(xiǎn)介質(zhì)的設(shè)備裝置按其物料的物性分類(lèi)集中布置；在工藝路線的選擇上應(yīng)優(yōu)先選用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的環(huán)保生產(chǎn)工藝技術(shù),減少污染源的產(chǎn)生；在管道及裝置設(shè)備的設(shè)計(jì)中,通過(guò)對(duì)管道及設(shè)備的連接方式、密封方式和材質(zhì)的比選,加強(qiáng)對(duì)管道、設(shè)備防腐處理,減少污染物排放,從源頭上控制污染物的泄漏、滲漏,降低產(chǎn)生污染的風(fēng)險(xiǎn)；另外在液體儲(chǔ)罐環(huán)墻基礎(chǔ)內(nèi)可設(shè)滲漏檢測(cè),感測(cè)電纜可通過(guò)引線與外界單獨(dú)聲光報(bào)警器相連,或者通過(guò)專(zhuān)門(mén)的元器件構(gòu)成整體檢測(cè)網(wǎng)絡(luò),并與中央監(jiān)控系統(tǒng)相連,根據(jù)工程中液體儲(chǔ)罐內(nèi)液體性質(zhì)的不同,選擇不同的滲漏檢測(cè)形式。

2.2 防止?jié)B漏

防止?jié)B漏即被動(dòng)防滲設(shè)計(jì)。是指對(duì)構(gòu)成污染的單質(zhì)、化合物或混合物提供防止?jié)B漏措施。天然氣凈化廠裝置常見(jiàn)的滲漏污染物有油品、溶劑、注劑、污水、初期雨水、事故水等。

被動(dòng)防滲設(shè)計(jì)包括確定污染防治區(qū)的劃分、防滲結(jié)構(gòu)形式和防滲材料的選擇及確定等內(nèi)容。在被動(dòng)防滲設(shè)計(jì)前,應(yīng)了解生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和生產(chǎn)加工工藝,項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)及環(huán)保部門(mén)對(duì)該項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告批復(fù)等方面內(nèi)容。還需要充分考慮滲漏的可能性,通常情況下滲漏可大致分為正常滲漏、非正常滲漏和事故滲漏等,以上因素也將影響到防滲設(shè)計(jì)的做法。本文將研究裝置區(qū)地坪防滲設(shè)計(jì)及相關(guān)附屬構(gòu)筑物的防滲設(shè)計(jì)。

2.2.1 裝置區(qū)地坪防滲

本文中所提到的地坪防滲設(shè)計(jì),是指工程中環(huán)評(píng)報(bào)告文件列出的需要進(jìn)行防滲的裝置區(qū)地坪防滲設(shè)計(jì),通常采取的防滲結(jié)構(gòu)形式有天然防滲結(jié)構(gòu)層、柔性防滲結(jié)構(gòu)層、剛性防滲結(jié)構(gòu)層和復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)層。

天然防滲結(jié)構(gòu)層是指黏土防滲層和鈉基膨潤(rùn)土構(gòu)成的防滲層,當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目場(chǎng)地有充足的滿(mǎn)足要求的黏土?xí)r,為減少投資,優(yōu)先采用黏土防滲層,可減少投資,縮短施工工期。天然防滲結(jié)構(gòu)層見(jiàn)圖1。

圖1 天然防滲結(jié)構(gòu)層

柔性防滲結(jié)構(gòu)層是指采用一些新型工藝材料來(lái)滿(mǎn)足防滲需求,如HDPE膜、PVC膜等。

剛性防滲結(jié)構(gòu)層是指抗?jié)B鋼纖維混凝土、抗?jié)B合成纖維混凝土、抗?jié)B鋼筋混凝土和抗?jié)B素混凝土等幾種形式,通過(guò)在混凝土中添加高分子材料防水劑[9],以及摻加鋼纖維、合成纖維、鋼筋等提高混凝土的抗裂能力和整體性。剛性防滲結(jié)構(gòu)層見(jiàn)圖2。

圖2 剛性防滲結(jié)構(gòu)層

復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)層是由前三種防滲結(jié)構(gòu)形式組合而成?？紤]到HDPE膜材質(zhì)非常薄,長(zhǎng)時(shí)間的紫外線直接照射容易老化,通常復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)時(shí)在HDPE膜上下面增加土工布來(lái)保護(hù),同時(shí)上面鋪設(shè)一定厚度的細(xì)沙層。復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)層見(jiàn)圖3。

圖3 復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)層

裝置區(qū)地坪防滲設(shè)計(jì)推薦采用剛性防滲結(jié)構(gòu)層和復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)層。

由于具體工程的不同性質(zhì),環(huán)評(píng)報(bào)告及環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告列出不同的防滲等級(jí),通常分為重點(diǎn)污染防治區(qū)和一般污染防治區(qū)。裝置區(qū)地坪結(jié)構(gòu)層的做法根據(jù)防滲等級(jí)的不同而不同,在滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求的前提下,設(shè)計(jì)時(shí)可選擇不同的材質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)層厚度,本文列出的不同材料的典型結(jié)構(gòu)層做法均為重點(diǎn)污染防治區(qū)。一般污染防治區(qū)做法可在重點(diǎn)污染防治區(qū)做法的基礎(chǔ)上選擇其他材料和結(jié)構(gòu)層厚度,且均需滿(mǎn)足防滲等級(jí)的要求。

2.2.2 罐區(qū)地坪防滲

罐區(qū)防火堤內(nèi)地坪基礎(chǔ)宜采用鋪設(shè)HDPE膜的防滲方式,即復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)層形式[10-13]。鋪設(shè)膜時(shí)需要專(zhuān)業(yè)施工單位來(lái)完成,要求當(dāng)天鋪設(shè)當(dāng)天焊接,同時(shí)還要做檢測(cè)來(lái)保證施工質(zhì)量,見(jiàn)圖4。有防滲要求的防火堤可采用鋼筋混凝土形式,鋼筋混凝土堤具有占地少、整體性好、密封性好、強(qiáng)度高、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.3 排水溝和集水井

排水溝和集水井[14-15]通常作為天然氣凈化廠裝置區(qū)地坪的附屬構(gòu)筑物來(lái)進(jìn)行防滲設(shè)計(jì),與防滲地坪和管溝配合使用,用于收集裝置區(qū)的初期雨水、雨水、事故檢修污水等,通過(guò)集水井設(shè)置三相清污分流設(shè)備與水專(zhuān)業(yè)相應(yīng)管線連接。

圖4 罐基礎(chǔ)施工及檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖

排水溝通常采用剛性防滲結(jié)構(gòu)層形式。剛性防滲結(jié)構(gòu)層具有施工工藝簡(jiǎn)單、施工工期短的優(yōu)點(diǎn),而復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)層的防滲效果略?xún)?yōu)于剛性防滲結(jié)構(gòu)層,根據(jù)工程的不同特點(diǎn)及要求可以選擇最優(yōu)的防滲形式。排水溝和集水井典型結(jié)構(gòu)層做法見(jiàn)圖5～6。

圖5 排水溝結(jié)構(gòu)

圖6 集水井結(jié)構(gòu)

2.3 污染源收集

污染源收集[16-20]是指采用新型工藝和設(shè)備等方式將天然氣凈化廠區(qū)排水采用清污分流體制進(jìn)行分類(lèi)收集、分質(zhì)處置、分層回用,以達(dá)到污水零排放目的,滿(mǎn)足環(huán)保要求。整個(gè)設(shè)計(jì)理念如下：

1)正常生產(chǎn)污水由生產(chǎn)污水收集系統(tǒng)收集后,自流匯入生化污水處理裝置,經(jīng)處理后達(dá)到GB/T 18920《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》水質(zhì)指標(biāo)后,部分回用作為天然氣凈化廠綠化用水和場(chǎng)地沖洗水。

2)天然氣凈化廠區(qū)生活污水就近匯入相應(yīng)的化糞池,經(jīng)厭氧消化預(yù)處理后,匯入排水管網(wǎng)與生產(chǎn)污水一并自流送至污水生化處理裝置。

3)天然氣凈化廠區(qū)檢修污水由檢修污水收集系統(tǒng)收集后,進(jìn)入檢修污水池儲(chǔ)存,由于檢修污水中MDEA、TEG等有機(jī)物含量高,需適量提升至污水生化處理裝置與其他生產(chǎn)污水摻和處理。

4)天然氣凈化廠內(nèi)生產(chǎn)廢水主要為鍋爐及蒸汽系統(tǒng)排污、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污,該類(lèi)污水含有大量Na3PO4經(jīng)生產(chǎn)廢水收集系統(tǒng)收集后,進(jìn)入電滲析處理單元進(jìn)行處理,產(chǎn)生的淡水用于循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水；濃鹽水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶單元深度處理,污染物結(jié)晶析出,產(chǎn)品水回用為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水。

5)天然氣凈化廠區(qū)事故廢液由事故廢液收集系統(tǒng)收集后,進(jìn)入事故廢液池儲(chǔ)存,由于事故廢液中MDEA、TEG等有機(jī)物含量高,需適量泵提升至污水生化處理裝置與其他生產(chǎn)污水摻和處理。

6)所有形式的污廢水經(jīng)過(guò)各自工藝處理達(dá)標(biāo)后,進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶裝置處理。蒸發(fā)結(jié)晶裝置采用先進(jìn)的多效真空制鹽工藝,利用余熱鍋爐,經(jīng)多效蒸發(fā),使原水固液分離,產(chǎn)生的冷凝水用于補(bǔ)充循環(huán)冷卻水,產(chǎn)生的工業(yè)鹽外運(yùn)處理,實(shí)現(xiàn)全廠污水零排放。

7)沿地下污水管道間隔一定距離設(shè)置1個(gè)滲漏液收集井,井內(nèi)設(shè)置液位自動(dòng)檢測(cè)儀。

3 典型案例

某天然氣凈化廠位于四川省中部,占地約450 km2,日處理量 3 000×104m3。根據(jù)環(huán)評(píng)報(bào)告及環(huán)評(píng)批復(fù)文件要求,需對(duì)該廠工藝裝置做地坪防滲設(shè)計(jì),達(dá)到相應(yīng)防滲等級(jí),滿(mǎn)足環(huán)保要求。根據(jù)該廠所處區(qū)域位置水文、地質(zhì)條件以及生產(chǎn)物料的性質(zhì),進(jìn)行污染防治分區(qū),見(jiàn)圖7。

根據(jù)該廠的特殊性,為滿(mǎn)足施工任務(wù)重,工期緊的要求,該廠裝置區(qū)地坪防滲設(shè)計(jì)采用剛性防滲結(jié)構(gòu)層,150 mm厚C 30水泥基滲透結(jié)晶型抗?jié)B鋼筋混凝土面層,表層涂刷滲透型結(jié)晶涂料。

圖7 天然氣凈化廠污染防治分區(qū)

4 防滲施工及驗(yàn)收

防滲工程是一項(xiàng)投資成本高,施工困難的工程。防滲材料在到場(chǎng)使用前需持嚴(yán)格的出廠合格證明,根據(jù)環(huán)評(píng)報(bào)告書(shū)及環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告書(shū)對(duì)防滲等級(jí)的要求,以及設(shè)計(jì)圖紙防滲的做法,需要對(duì)防滲結(jié)構(gòu)層進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)滿(mǎn)足環(huán)評(píng)等級(jí)要求。同時(shí),針對(duì)防滲設(shè)計(jì)的不同需要，如HDPE膜的敷設(shè)和密閉性檢測(cè),以及防滲涂層的噴刷等，選擇有專(zhuān)業(yè)資質(zhì)的施工單位完成。同時(shí)還需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求及相關(guān)規(guī)范對(duì)施工每一步進(jìn)行驗(yàn)收和養(yǎng)護(hù),并需要監(jiān)理單位現(xiàn)場(chǎng)記錄以達(dá)到設(shè)計(jì)及環(huán)評(píng)要求。

5 結(jié)論

根據(jù)環(huán)評(píng)報(bào)告書(shū)及環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告書(shū)的要求,結(jié)合具體工程特點(diǎn),列出天然氣凈化廠需進(jìn)行污染防治分區(qū)的裝置區(qū),并針對(duì)不同的污染防治區(qū)提出對(duì)應(yīng)的地坪及相關(guān)附屬構(gòu)筑物的防滲設(shè)計(jì)。但是在天然氣凈化廠的防滲設(shè)計(jì)過(guò)程中,關(guān)于防滲設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范較少,可參考的工程也較少,現(xiàn)階段多以石化行業(yè)為主,缺少必要的針對(duì)性,在施工中也存在問(wèn)題。因此,天然氣凈化廠防滲設(shè)計(jì)需要更多的理論知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)豐富其內(nèi)容,以使防滲設(shè)計(jì)更加合理,施工過(guò)程更順利。

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