海洋岸基支持泥漿站區(qū)自動(dòng)清罐設(shè)備的設(shè)計(jì)研究

李成勝，張貴磊，侯 林，周 波

（1.中海油田服務(wù)股份有限公司油化事業(yè)部深圳作業(yè)公司，廣東深圳 518067；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油化事業(yè)部，河北廊坊 065201；3.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽合肥 230031）

0 引言

海洋岸基支持泥漿站區(qū)水基、油基鉆井液儲(chǔ)存罐在使用過(guò)程中，底部容易形成大量的鉆井液沉淀，長(zhǎng)期附著在罐底，一方面直接影響了鉆井液的有效成分，增加了鉆井液的損耗；另一方面減少了儲(chǔ)存罐的容積，鉆井液的攪拌和循環(huán)也受到影響。因此，泥漿儲(chǔ)存罐須定期清洗，同時(shí)要求減少污染物處理量，并減少人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

傳統(tǒng)的清洗方式主要靠人工進(jìn)罐清洗，但由于人工進(jìn)罐清洗屬于受限空間作業(yè)，安全隱患大，損害作業(yè)人員的身體健康，工作效率低，同時(shí)清理的沉積物無(wú)法回收利用，后續(xù)固廢處理費(fèi)用巨大，易造成環(huán)境污染。為此，設(shè)計(jì)了一種泥漿罐自動(dòng)化清洗設(shè)備，對(duì)影響清洗效率的清洗噴槍進(jìn)行了深入研究，延長(zhǎng)了有效射程，優(yōu)化了成套設(shè)備的參數(shù)匹配，做到安全、高效和節(jié)能的統(tǒng)一。

1 泥漿罐自動(dòng)清洗設(shè)備系統(tǒng)工藝

本套設(shè)備以清洗系統(tǒng)、回收系統(tǒng)、清洗噴槍、固液分離裝置及油水分離裝置、管線閥門(mén)等組成，通過(guò)自主研發(fā)的三維清洗噴頭，產(chǎn)生高速水射流并按照預(yù)設(shè)的清洗軌跡對(duì)泥漿罐的底部進(jìn)行清洗，破碎罐底沉積物，使罐底的添加物、重晶石和其他污染物與清洗水混合，裹挾一起由特殊結(jié)構(gòu)的抽吸頭抽出，并經(jīng)過(guò)3次過(guò)濾分離，實(shí)現(xiàn)固液分離（圖1）。清洗時(shí)，清洗用水是循環(huán)使用的，通過(guò)清洗裝置加壓供給噴槍清洗介質(zhì)形成射流對(duì)罐底泥漿的沖洗，使罐底泥漿恢復(fù)流動(dòng)性后，并由回收裝置抽吸移送至分離系統(tǒng)，整個(gè)清洗過(guò)程通過(guò)清洗達(dá)到罐內(nèi)清潔無(wú)明顯油污的要求。清洗系統(tǒng)隔開(kāi)了泥漿與外界的接觸，防止了油泄漏，無(wú)需人工進(jìn)罐沖洗泥漿，保障了人身安全，是一種全封閉的清洗工藝（圖2）；模塊化設(shè)計(jì)后，真空引流系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和清洗泵集成于一個(gè)橇裝，組成清洗回收系統(tǒng)，兼具斜板沉降器的固液分離功能；實(shí)現(xiàn)設(shè)備一鍵啟動(dòng)，按下啟動(dòng)按鈕后，設(shè)備按照PLC程序順序啟動(dòng)泵、閥門(mén)，自動(dòng)運(yùn)行清洗、回收、分離等工序（圖3）。

圖1 沖洗過(guò)濾系統(tǒng)

圖3 自動(dòng)清罐系統(tǒng)監(jiān)控界面

2 適用于泥漿罐罐型的三維旋轉(zhuǎn)射流清洗噴槍

針對(duì)泥漿罐常見(jiàn)的立式圓柱形儲(chǔ)罐和臥式集裝箱式儲(chǔ)罐，設(shè)計(jì)兩款三維旋轉(zhuǎn)射流清洗噴槍?zhuān)▓D4）。優(yōu)化設(shè)計(jì)噴嘴整流器（噴嘴芯），產(chǎn)生振蕩空化射流，延長(zhǎng)了自由射流區(qū)和沖擊區(qū)的軸向長(zhǎng)度，提高壁面射流區(qū)的剪切效應(yīng)，使得同樣罐內(nèi)作業(yè)條件下射流打擊力增，以提高效率。針對(duì)泥漿罐罐型設(shè)計(jì)擺動(dòng)角度，通過(guò)設(shè)計(jì)特殊傘齒輪匹配，以互為質(zhì)數(shù)的齒數(shù)保證噴頭三維旋轉(zhuǎn)射流軌跡不重復(fù)、不遺漏（圖5）。

圖4 噴槍在廠內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)

圖5 現(xiàn)場(chǎng)安裝的噴槍

3 集成一體的斜板沉降裝置

斜板可以減小水力半徑，加大過(guò)水?dāng)嗝娴臐裰?，在相同水平流速的情況下，極大降低了雷諾數(shù)，減少蓄流；斜板層間距離小，縮短了顆粒沉降距離，沉淀時(shí)間減少，沉淀效率提高。上清液通過(guò)溢流堰進(jìn)入下級(jí)污水箱，顆粒沉淀在底部污泥斗，經(jīng)泥漿移送泵輸送至指定收集容器（圖6）。通過(guò)科學(xué)的斜板角度設(shè)置和分離艙設(shè)計(jì)，能夠在較小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效分離。

圖6 全套設(shè)備一體橇裝

4 成果

（1）形成了泥漿罐清洗設(shè)備的全封閉、模塊化與自動(dòng)化的成套技術(shù)。清洗系統(tǒng)隔開(kāi)了泥漿與外界的接觸，防止了油泄漏，無(wú)需人工進(jìn)罐沖洗泥漿，保障了人身安全，是一種全封閉的清洗工藝。模塊化設(shè)計(jì)后，真空引流系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和清洗泵集成于一個(gè)橇裝，組成清洗回收系統(tǒng)，兼具斜板沉降器的固液分離功能。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備一鍵啟動(dòng)，按下啟動(dòng)按鈕后，設(shè)備按照PLC程序順序啟動(dòng)泵、閥門(mén)，自動(dòng)運(yùn)行清洗、回收、分離等工序，自動(dòng)化水平高。

（2）研制出適用于泥漿罐罐型的三維旋轉(zhuǎn)射流清洗噴槍。研制出壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的三維旋轉(zhuǎn)射流清洗噴槍?zhuān)槍?duì)泥漿罐常見(jiàn)的立式圓柱形儲(chǔ)罐和臥式方形儲(chǔ)罐，設(shè)計(jì)兩款三維旋轉(zhuǎn)射流清洗噴槍?zhuān)鋽[動(dòng)角度能夠使得射流全面覆蓋罐內(nèi)壁，清洗無(wú)死角。

（3）研制出集成于一體的斜板沉降裝置。通過(guò)科學(xué)的斜板角度設(shè)置和分離艙設(shè)計(jì)，能夠在較小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效分離，實(shí)現(xiàn)了泥漿的減量化。

5 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目在中海油服惠州泥漿站清洗了2臺(tái)水基泥漿罐和2臺(tái)油基泥漿罐，單罐的清洗時(shí)間約6 h，其中罐底沉積物的清洗回收時(shí)間4 h，罐壁清洗2 h，分離出固相約6 m3，沉積物減量約54%。相比較于人工清理，固廢處理量大大減少，節(jié)省大量的固廢處理費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。分離后的輕相主要是水和可溶于水的鹽等組分，測(cè)定其成分組成之后，可直接輸入至配漿罐，通過(guò)調(diào)整組分配制新漿。該站共有圓柱形泥漿罐20臺(tái)，按照平均每罐沉積物10 m3計(jì)算，清理后共騰出200 m3的容積，相當(dāng)于給該站騰出了1臺(tái)泥漿罐的庫(kù)容，有利于站內(nèi)生產(chǎn)調(diào)度。

本項(xiàng)目積累的固液分離技術(shù)拓寬了水射流的應(yīng)用領(lǐng)域，可延伸應(yīng)用于原油儲(chǔ)罐的機(jī)械清洗，實(shí)現(xiàn)油泥的固液分離，回收原油并減少固廢量；可應(yīng)用于加油站地埋罐清洗過(guò)程的固液分離，實(shí)現(xiàn)清洗過(guò)程中水的循環(huán)利用，減少含油廢水的排放量。