阿聯(lián)酋15萬方原油儲罐機械清洗作業(yè)的工期優(yōu)化研究

寇 準，侯進才，田勁松，王 偉

中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

1. 引言

原油儲罐建成投產(chǎn)運行一段時間后，原油中的重組分、泥沙等雜質(zhì)就會受到重力的作用沉積在罐底，一方面，這些沉積的淤泥使得儲罐有效容積減少，利用率降低；另一方面，還會加速腐蝕罐底板防腐層薄弱的地方，腐蝕嚴重時候可能會發(fā)生泄漏。因此，原油儲罐需要定期進行罐內(nèi)淤泥清理和檢查翻新工作。根據(jù)原油組分、使用環(huán)境溫度、儲罐大小等因素不同，一般的檢修周期是5～7 年[1]，儲罐清洗是檢修翻新的前提，目前，對于大容量儲罐普遍采用機械清洗方法。與人工清洗相比，機械清洗具有施工周期短、人員投入少、自動化程度高、勞動強度小、安全性高、環(huán)境污染小等優(yōu)點。

我公司在阿聯(lián)酋境內(nèi)某原油出口終端承攬了4 座15 萬方和1 座3 萬方原油儲罐(內(nèi)浮頂罐)清洗及翻新工作，合同規(guī)定，罐清洗作業(yè)不允許采用人工清洗，要求15 萬方儲罐在12 個月內(nèi)完成清洗、檢測、罐底板替換和防腐、水壓試驗等所有工作。按照項目實施方案，計劃采用機械清洗方式進行罐內(nèi)淤泥清洗；而清洗作業(yè)是第一項工作，是后續(xù)檢測、維修和防腐工作的前提，它的工期占每座罐計劃工期的33%。因此，為了項目按期完工，必須保證清洗作業(yè)按計劃完成。

通過現(xiàn)場調(diào)研了解到，2016 年3 月份至2019 年7 月份，業(yè)主阿布扎比國家石油公司授標給巴基斯坦一家承包商，在該罐區(qū)完成了一座8 萬原油儲罐和一座15 萬方原油儲罐的清洗。該承包商采用的是機械清洗加人工清洗的方案，15 萬方儲罐T1518 的清洗周期為6.1 個月，業(yè)主要求的工期是12 個月內(nèi)完成罐清洗、檢測、維修和試壓工作，如果清洗工作不優(yōu)化，將無法滿足業(yè)主的工期要求；此外，再加上合同中嚴格的技術(shù)指標、HSE 要求，以及海外實施項目風(fēng)險及不確定性較高，稍有不慎，則可能導(dǎo)致工期嚴重延誤。為保證機械清洗效率，減少對后續(xù)環(huán)節(jié)的負影響，項目部于2020 年初成立了QC 小組，特圍繞提高15 萬方儲罐機械清洗效率展開小組活動，來保障項目的順利實施。

2. 工期優(yōu)化方案

原油儲罐機械清洗是用臨時敷設(shè)的管道將機械清洗設(shè)備與被清洗的原油儲罐、清洗油供給油罐及接收油罐連接在一起，先將被清洗油罐底部具有流動性的原油移送至其它油罐中，然后用設(shè)置在清洗油罐單盤上的清洗機，噴射輕質(zhì)原油擊碎溶解淤渣及凝油，進行油泥分離作業(yè)，并將處理后達標的原油移送至接收油罐中，作業(yè)期間，為了保證安全操作，需要連續(xù)不間斷地向罐內(nèi)注入氮氣，使得罐內(nèi)氧氣濃度保持在8%以下；隨后采取強制通風(fēng)方式降低罐內(nèi)可燃物濃度，待罐內(nèi)氣體檢測合格后，人員進入儲罐對內(nèi)部壁板、支腿，邊角進行徹底清掃，最終清除罐內(nèi)所有污油，以達到罐內(nèi)動火維修的條件。

原油儲罐機械清洗的流程是：設(shè)備器材進場、卸車設(shè)備就位→豎管安裝、罐頂?shù)跹b→鋪設(shè)并連接電纜→臨時管線安裝→設(shè)備安裝與調(diào)試→管線試壓→油中攪拌→原油移送→氮氣注入→罐進出油口安裝盲板隔離→強制通風(fēng)→淤積處理→罐內(nèi)柴油清掃→罐內(nèi)水清洗→施工場地恢復(fù)→臨時管線拆卸打包、設(shè)備拆除→驗收→裝車回遷[2] [3]。

2.1. 工期優(yōu)化整體思路

為了保證項目實施過程中有的放矢，在項目實施前，項目部專門進行了現(xiàn)場調(diào)研。通過調(diào)研了解到，2016 年3 月份至2019 年7 月份，業(yè)主授標給巴基斯坦一家承包商在該區(qū)域完成了一座8 萬和一座15 萬方原油儲罐的清洗。該承包商采用的是機械清洗加人工清洗的方案，15 萬方儲罐清洗周期為6.1 個月(詳見圖1)，業(yè)主要求的工期是12 個月內(nèi)完成罐清洗、檢測、維修、試壓和防腐等所有工作，在現(xiàn)有資源的情況下，如果清洗工作不優(yōu)化，將無法滿足業(yè)主的工期要求。

Figure 1. Tank desludging schedule of previous contractor圖1. 上一承包商機械清洗工期計劃

為了避免我方出現(xiàn)同樣的問題，由我方建議、業(yè)主協(xié)調(diào)組織這家承包商開展了一次經(jīng)驗分享交流會。通過交流我方了解到，這家承包商存在的主要問題是，循環(huán)清洗主要設(shè)備性能不夠，工藝自動化程度低，由于現(xiàn)場嚴格的安全操作要求，人工清理效率極低，最終導(dǎo)致工期嚴重滯后。

整個清洗流程中，耗時最長的三個工序分別是油中攪拌與原油移送96 天，占整個清洗周期的51.89%；淤泥處理41 天，占整個清洗周期的22.16%；罐內(nèi)最終人工清掃35 天，占整個清洗周期的18.92%，三者合計92.97%。因此，要想保證按期完工，必須重點關(guān)注這三道工序。

罐內(nèi)最終人工清掃周期的長短取決于兩個方面：① 機械清洗后罐內(nèi)剩余淤泥的數(shù)量；② 人工清理的效率。其中，機械清洗后罐內(nèi)剩余淤泥的量，與油中攪拌與原油移送、淤泥處理這兩道工序直接相關(guān)，這兩道工序的優(yōu)化調(diào)整后，將縮短清洗時間；提人工清理效率的方式有：增加進入罐內(nèi)工人的數(shù)量、增加罐內(nèi)工人作業(yè)時間、夜間加班。但由于儲罐內(nèi)此時仍有油泥混合物，加上是處于密閉空間作業(yè)，雖然有鼓風(fēng)機連續(xù)不斷送入新風(fēng)，但安全風(fēng)險仍然非常高，暫時不考慮壓縮這條工序的作業(yè)時間。

通過借鑒國內(nèi)外同類項目的實際經(jīng)驗，QC 小組認為，工期優(yōu)化重點考慮油中攪拌與原油移送、淤泥處理這兩道工序?，F(xiàn)狀調(diào)查顯示，目前該罐區(qū)上一個承包商實施15 萬方儲罐的清洗周期為6.1 個月，通過與清洗分包商、維搶修公司技術(shù)人員多次探討，QC 小組成員一致認為，雖然國內(nèi)外清洗工藝不同、業(yè)主對安全操作、淤泥處理合格標準的要求不同，但如果借鑒國內(nèi)同類項目成功實施經(jīng)驗，再通過適當(dāng)?shù)拇胧┖侠砜刂朴椭袛嚢枧c原油移送和淤泥處理的時間，可以進一步優(yōu)化清洗周期。通過與清洗分包商多次優(yōu)化清洗流程，QC 小組又邀請管道局維搶修公司技術(shù)專家指導(dǎo)，并借鑒國內(nèi)外成功實施的經(jīng)驗，在向業(yè)主多次匯報后，業(yè)主最終接受我們的方案，在保證滿足業(yè)主所有安全要求的前提下，最終將清洗周期設(shè)定為四個月(120 天)，與項目實施方案保持一致。

2.2. 工期影響因素分析

經(jīng)過現(xiàn)場測量和查看相關(guān)現(xiàn)場施工記錄，QC 小組經(jīng)過多次分析，從儲罐清洗的設(shè)計理論論證，清洗設(shè)備以及淤泥處理設(shè)備來分析大型原油儲罐(15 萬方)影響清洗效率的因素，詳見表1 和圖2。

Table 1. Factor of tank desludging productive表1. 清洗效率影響因素分析表

Continued

通過以上10 個影響因素的調(diào)查驗證，小組最終確定導(dǎo)致大型原油儲罐儲罐(15 萬方)循環(huán)和清洗不達標的3 項要因為清洗槍布局、化學(xué)藥劑、真空抽吸撬。

2.3. 工期優(yōu)化方案

針對這三項要因，為了提高清洗效率，制定了如下三項提高清洗效率對策。

2.3.1. 對策一

· 要因：真空抽吸清洗撬

· 對策：對真空抽吸清洗撬進行技術(shù)升級

· 措施：升級真空抽吸清洗撬的核心設(shè)備，包括真空泵、離心泵及自控系統(tǒng)。

· 主要參數(shù)：

1) 真空抽吸具有從待洗油罐抽吸能力，清洗泵能夠使介質(zhì)輸送并給清洗機提供動力，采用立式雙泵串、并聯(lián)設(shè)計結(jié)構(gòu)，在移送、攪拌、清洗過程中對于大型儲罐可根據(jù)要求啟動雙泵并聯(lián)運行，提高移送、攪拌、清洗效率。

2) 兩臺離心泵采用瑞士蘇爾壽泵，流量：180 m3/h；揚程H = 80 m，電機功率：75 KW；泵密封為機械密封，冷卻系統(tǒng)采用API53 方案。

3) 真空泵采用日本尼可尼水環(huán)式真空泵，流量：4 m3/min，電機功率為11 KW，ABB 電機，隔爆型。

4) 控制柜：材質(zhì)為304SS 以上，電氣元件為ABB 件，采用PLC 控制，PLC 采用美國OPTO22 系統(tǒng)。

2.3.2. 對策二

· 要因：清洗槍的數(shù)量和布局

· 對策：增加清洗槍的數(shù)量、進行合理布局

· 措施：

1) 進行淤積測量時，掌握淤積的分布情況和淤積的物理性。在進行淤積測量時，除在合同技術(shù)文件規(guī)定的15 處量油點測量外，通過其他位置如呼吸閥、浮頂人孔、溢流口等增加15 個測量點，從而更加準確的掌握淤積在儲罐底部的分布情況并在測量時利用取樣工具提取淤積樣品，從而了解淤積的成分和流動性。

2) 針對淤積量大而且流動性差的區(qū)域，加密清洗槍的布置。在掌握罐底淤積分布情況及流動性后，在淤積量大、流動性差的區(qū)域，共增加5 桿清洗槍，保證原油攪拌時，從清洗槍噴出的高壓原油射流能夠?qū)⒂俜e充分擾動、溶解、從而具備流動性。

2.3.3. 對策三

· 要因：化學(xué)藥劑

· 對策：通過使用絮凝劑與破乳劑，促進原油中懸浮雜質(zhì)的絮凝和沉降和油水分離，提高分離處理系統(tǒng)的效率。

· 措施：

將化學(xué)藥劑的MSDS (安全數(shù)據(jù)單)、藥劑注入操作程序以及加藥撬PID 圖紙等資料提交業(yè)主，向業(yè)主說明藥劑的作用和在類似項目上的使用效果。同時，向業(yè)主說明加入藥劑后不會產(chǎn)生揮發(fā)、發(fā)泡膨脹、腐蝕、污染等問題，保證作業(yè)的安全性。按照正確的配比，通過加藥撬將化學(xué)藥劑混入淤泥調(diào)制罐，經(jīng)過3 小時的混合調(diào)制后，再送入分離裝置進行處理，從而縮短淤積處理中固液分離與油水分離的時間。

3. 方案實施

通過升級真空抽吸清洗撬的離心泵，清洗槍出口的原油射流壓力到達6 bar，而且整個原油攪拌期間，通過使用自動化系統(tǒng)，大大減少了人工操作的啟泵、停泵次數(shù)，外加上優(yōu)化、調(diào)整清洗槍的布置，浮頂罐T-1519 的原油攪拌時間為65 天，相對浮頂罐T-1518 原油攪拌的96 天，縮短了31 天。

通過使用了化學(xué)藥劑，儲罐T-1519 的淤積處理時間為23 天，與浮頂罐T-1518 的淤積處理天數(shù)41天相比，縮短了18 天。

通過采取工藝、技術(shù)措施，項目實施的第一座儲罐T1519 各個階段所需時間如圖2 所示，整個清洗工期為3.9 個月(118 天)，與目標清洗工期4 個月相比，工期節(jié)約0.1 個月(2 天)，工期優(yōu)化實現(xiàn)預(yù)期目標，詳見表2。

Figure 2. Tank desludging schedule after optimization圖2. 工期優(yōu)化后清洗計劃

Table 2. Schedule comparation of 15 m3 tank desludging activities表2. 方案實施前后15 萬方儲罐清洗周期對照表

4. 結(jié)束語

通過本次QC 活動，成功地將清洗工期優(yōu)化為3.9 個月，為按照合同規(guī)定工期完成后續(xù)檢測、維修提供了保障，同時，由于工期縮短，節(jié)約了為分包商提供食宿費用、其他車輛和設(shè)備等配合費用，第一座罐共計節(jié)省人民幣32.66 萬元。

與其他承包商相比，在同一個罐區(qū)，業(yè)主要求和外部環(huán)境完全一致的情況下，15 萬方原油儲罐的清洗周期從6.1 個月，優(yōu)化為現(xiàn)在的3.9 個月，業(yè)主對我方表現(xiàn)非常滿意，計劃新增其他儲罐由我方來負責(zé)清洗。