頁(yè)巖氣田鉆井含油危廢旋轉(zhuǎn)爐處理的優(yōu)化與應(yīng)用研究

陸振波(中石化江漢石油工程有限公司環(huán)保技術(shù)服務(wù)公司，湖北 潛江 433123)

0 引言

頁(yè)巖氣開采鉆井過程中危險(xiǎn)廢物以含油危廢為主，主要來源于鉆井、設(shè)備檢修維護(hù)及清場(chǎng)作業(yè)等環(huán)節(jié)，含油危廢的組成較為復(fù)雜，既有伴隨鉆井三開過程中產(chǎn)生的含油鉆屑，也有固洗井過程中產(chǎn)生的前(后)置液、鉆井作業(yè)過程中因設(shè)備“跑、冒、滴、漏”產(chǎn)生的含油浸染物，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含油包裝物、含油容器等[1]。據(jù)估算，目前每口井的含油危廢產(chǎn)生量一般在500 t左右。2013年，某環(huán)?？萍脊驹谖髂夏稠?yè)巖氣田建成了一座含油鉆屑回收利用站，采用熱脫附處理工藝回收處理井場(chǎng)回收的含油鉆屑。因工藝設(shè)計(jì)原因，該熱脫附裝置無法處理粒徑≥8 mm的含油鉆屑、前(后)置液、含油浸染物等含油垃圾，上述含油危廢經(jīng)井場(chǎng)回收至該站后，臨時(shí)貯存于站內(nèi)，存在著極大的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)調(diào)研，上述含油危廢可通過熱解炭化式旋轉(zhuǎn)爐進(jìn)行無害化處置，但市面上的旋轉(zhuǎn)爐裝置存在自動(dòng)化程度較低、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、檢維修頻次較高、裝置利用率較低等問題，因此，在該地區(qū)開展含油危廢旋轉(zhuǎn)爐處理裝置優(yōu)化及應(yīng)用試驗(yàn)，旨在提高含油危廢的處理能力，同時(shí)降低安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

1 含油危廢旋轉(zhuǎn)爐處理裝置優(yōu)化研究

1.1 旋轉(zhuǎn)爐進(jìn)料系統(tǒng)優(yōu)化研究

由調(diào)研分析可知，旋轉(zhuǎn)爐采用的喂料機(jī)的主要技術(shù)瓶頸在于無法做到連續(xù)傳輸液相含量較高的含油危廢，進(jìn)而影響了進(jìn)料效率。因此，從進(jìn)料工藝路線的角度而言，優(yōu)選出能夠連續(xù)穩(wěn)定傳輸液相含量較高的進(jìn)料設(shè)備具有重要意義。前期，為滿足含油鉆屑熱餾處理的工藝需求，優(yōu)選出了含油鉆屑輸送柱塞泵作為進(jìn)料系統(tǒng)的主要設(shè)備，能夠滿足液相含量較高的含油鉆屑連續(xù)進(jìn)料的需求，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：含油鉆屑輸送柱塞泵由YB系列柱塞泵改造而成，由液壓驅(qū)動(dòng)，其柱塞由耐腐蝕耐磨的氧化鋁陶瓷制成。泵體根據(jù)含油鉆屑粘度高且具有一定腐蝕性的特點(diǎn)要求，選用不銹鋼材料[2]。同時(shí)，為滿足含油鉆屑輸送過程中進(jìn)料量可調(diào)的特點(diǎn)，選擇該柱塞泵的形式為變量泵，配套旋轉(zhuǎn)爐使用，泵會(huì)隨著含油鉆屑密度的增加自動(dòng)使壓力提高，流量可調(diào)。

1.2 旋轉(zhuǎn)爐燃動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)爐燃燒采用矩形分區(qū)，將爐內(nèi)分成若干個(gè)控溫區(qū)，交錯(cuò)分布的相鄰多個(gè)燒嘴劃分為一個(gè)控制區(qū)，設(shè)一個(gè)采溫點(diǎn)，各區(qū)進(jìn)行集中控制，這也是目前旋轉(zhuǎn)爐熱處理過程中溫度控制大多采用的分區(qū)形式。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，為提高加熱效率并確保爐內(nèi)溫度分布的均勻性，對(duì)每個(gè)燒嘴單獨(dú)分區(qū)或控制，燒嘴交錯(cuò)布置于爐子兩側(cè)的底部，溫度檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置于燒嘴對(duì)面爐側(cè)面。每個(gè)燒嘴單獨(dú)分區(qū)控制，這樣爐內(nèi)相當(dāng)于劃分為5個(gè)控溫區(qū)，劃分更細(xì)，使控制溫度均勻性更好，保證含油危廢在爐內(nèi)可以均勻受熱，防止結(jié)焦。同時(shí)，對(duì)點(diǎn)火裝置可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)控制，對(duì)溫度進(jìn)行微調(diào)。

1.3 旋轉(zhuǎn)爐油氣系統(tǒng)優(yōu)化研究

針對(duì)現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)爐油氣冷凝系統(tǒng)采用單一冷凝法存在的技術(shù)缺陷，考慮利用活性炭吸附+冷凝綜合技術(shù)對(duì)油氣進(jìn)行了回收，在油氣排放出口設(shè)置兩級(jí)溫度相對(duì)較高的低溫冷凝裝置[3]。通過對(duì)油氣中組分常壓條件下的沸點(diǎn)和分壓的綜合考慮設(shè)置冷凝溫度，使大部分油氣被冷凝回收，在冷凝管出口設(shè)置活性炭吸附裝置綜合了冷凝法與吸附法的優(yōu)勢(shì)，降低回收成本，提高運(yùn)行周期。

2 含油危廢旋轉(zhuǎn)爐處理現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)

2.1 旋轉(zhuǎn)爐處理含油危廢的應(yīng)用情況及效果評(píng)價(jià)

2.1.1 旋轉(zhuǎn)爐處理含油危廢生產(chǎn)情況

根據(jù)旋轉(zhuǎn)爐處理含油危廢的生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)，聯(lián)機(jī)試運(yùn)行共歷時(shí)40 d，分為兩個(gè)試生產(chǎn)周期，第一個(gè)試生產(chǎn)周期為11月19日至12月13日，停產(chǎn)檢維修7 d。第二個(gè)周期為12月20日至28日試生產(chǎn)期間含油鉆屑處理量穩(wěn)定在30～35 m3/d，天然氣量單耗為52～65 m3，電量單耗為73～80 kW·h，水量單耗為0.7 m3左右。經(jīng)過檢測(cè)，旋轉(zhuǎn)爐處理后的含油危廢產(chǎn)生的殘?jiān)吐剩?.3%，達(dá)到了GB 4284—2018《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求。而旋轉(zhuǎn)爐處理后回收的礦物油，依據(jù)GB 19147—2016《車用柴油》，部分檢測(cè)結(jié)果超出限值，但總體來看，回收油品質(zhì)較好，可作為原料油進(jìn)一步提純精制工業(yè)用柴油或用于配漿基礎(chǔ)油。

2.1.2 旋轉(zhuǎn)爐處理含油危廢的效果評(píng)價(jià)

從旋轉(zhuǎn)爐近40 d運(yùn)行的情況來看，經(jīng)過研制優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)爐各個(gè)大系統(tǒng)及整個(gè)裝置運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，得到的產(chǎn)物各項(xiàng)指標(biāo)也均達(dá)到了相關(guān)要求。

2.2 旋轉(zhuǎn)爐應(yīng)用優(yōu)化研究

旋轉(zhuǎn)爐經(jīng)過40 d兩個(gè)生產(chǎn)周期的生產(chǎn)運(yùn)行，基本達(dá)到了井場(chǎng)含油危廢的處理需求，但在生產(chǎn)過程中未對(duì)含油危廢進(jìn)行分類處置，造成旋轉(zhuǎn)爐的能耗較高、處理效率未達(dá)到最優(yōu)，為此，進(jìn)一步開展了不同類型的含油危廢旋轉(zhuǎn)爐處理的應(yīng)用研究，期望達(dá)到旋轉(zhuǎn)爐處理含油危廢進(jìn)料配比的最優(yōu)方案。

2.2.1 旋轉(zhuǎn)爐處理前置液的應(yīng)用情況分析

表1為旋轉(zhuǎn)爐處理前置液的情況統(tǒng)計(jì)，對(duì)比可知，旋轉(zhuǎn)爐單獨(dú)處理前置液相較于處理混合型的含油危廢而言，處理過程中的天然氣、電量消耗均提升了30%以上，處理時(shí)間延長(zhǎng)了6.5 h以上。

表1 前置液處理情況

分析可知，前置液中的液相含量較高，尤其是液相中的水含量達(dá)到了90%以上，而水的汽化潛熱遠(yuǎn)高于油性物料和其他固體危廢的汽化潛熱，導(dǎo)致需要供給更多的熱量完成無害化熱處理的過程，造成旋轉(zhuǎn)爐在處理前置液時(shí)的能耗增加，處理時(shí)間增長(zhǎng)。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)爐處理含油浸染物的應(yīng)用情況分析

表2為旋轉(zhuǎn)爐處理含油侵染物的情況統(tǒng)計(jì)，對(duì)比可知，旋轉(zhuǎn)爐單獨(dú)處理含油侵染物相較于處理混合型的含油危廢而言，處理過程中的天然氣、電量消耗均降低了15%以上，處理時(shí)間縮短了4.5 h以上。

表2 含油侵染物處理情況

分析可知，含油侵染物中的液相含量較低，而其他固體危廢的汽化潛熱較水和油均較低，供給較少的熱量即可完成無害化熱處理的過程，旋轉(zhuǎn)爐在處理含油浸染物的能耗降低，處理時(shí)間縮短。

2.2.3 旋轉(zhuǎn)爐處理粒徑≥8 mm含油鉆屑的應(yīng)用情況分析

表3為旋轉(zhuǎn)爐處理粒徑≥8 mm含油鉆屑的情況統(tǒng)計(jì)，對(duì)比可知，旋轉(zhuǎn)爐單獨(dú)處理含油侵染物相較于處理混合型的含油危廢而言，處理過程中的天然氣、電量消耗均降低了8%以上，處理時(shí)間縮短了3 h以上。

表3 粒徑≥8 mm含油鉆屑處理情況

分析可知，粒徑≥8 mm含油鉆屑中液相含量較低，汽化潛熱高于含油侵染物，但低于前置液，所以供給的熱量較前置液偏少，較含油侵染物偏高。

2.2.4 含油危廢旋轉(zhuǎn)爐處理的推薦做法

由旋轉(zhuǎn)爐在處理前置液、含油侵染物、粒徑≥8 mm的含油鉆屑的情況統(tǒng)計(jì)分析可知，在相同處理價(jià)格的前提下，處理含油侵染物的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于處理粒徑大于8 mm的含油鉆屑，優(yōu)于處理前置液。但考慮到井場(chǎng)前置液產(chǎn)生量遠(yuǎn)大于含油侵染物(大致為3:1)，并且含油垃圾在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)貯存較為便利，綜合考慮能耗、處理時(shí)間建議旋轉(zhuǎn)爐處理含油危廢的最佳進(jìn)料比范圍為：50%～60%前置液+20%～30%含油侵染物+20%粒徑大于8 mm的含油鉆屑。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

(1)通過旋轉(zhuǎn)爐關(guān)鍵系統(tǒng)的優(yōu)化研究以及井場(chǎng)含油危廢處理的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，提高了旋轉(zhuǎn)爐裝置的運(yùn)行效率，降低了運(yùn)行成本，形成了含油危廢旋轉(zhuǎn)爐處理的技術(shù)方法；(2)含油危廢旋轉(zhuǎn)爐處理裝置在該地區(qū)的成功研制與應(yīng)用，為其他頁(yè)巖氣田含油危廢的處理提供了成功的工程案例樣板，為該技術(shù)的推廣創(chuàng)造了有利條件。

3.2 建議

(1)含油危廢旋轉(zhuǎn)爐處理尾氣凈化裝置的優(yōu)化還不夠充分還有待深入研究，以滿足不同地區(qū)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；(2)旋轉(zhuǎn)爐的穩(wěn)定性相比于熱脫附裝置還有所欠缺，有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。