石油儲罐機械清洗及罐底油泥減量處理技術(shù)與應(yīng)用

安建，蔡爽，段英哲，蘇海鵬

（華油惠博普科技股份有限公司北京分公司，北京 100088）

石油在采集、存儲和煉制等過程中會產(chǎn)生大量油泥，油品在石油儲罐儲存過程中，罐底和罐壁會形成的一種又黑又稠的膠狀物質(zhì)層，這種物質(zhì)含一定的油泥和其他有毒物質(zhì)，不能直接排放。油泥中通常含有10%～80%干重的石油組分，若其隨油泥流失，將是極大的浪費[1-2]。儲罐中的油泥如不及時清除，將對罐內(nèi)油品質(zhì)量和儲罐的有效存儲容積等產(chǎn)生不利影響，這將加速儲罐底板和罐壁的腐蝕，降低儲罐的使用壽命。本文基于真空抽吸和噴射清洗的罐機械清洗及罐底油泥減量處理工藝裝置，在介紹石儲罐底油泥特性和危害的基礎(chǔ)上，從清洗工藝技術(shù)及資源化處理技術(shù)應(yīng)用方面，給出了石油儲罐機械清洗及油泥減量處理技術(shù)原理，對油儲罐機械清洗及油泥減量處理裝置的功能以及核心技術(shù)模塊進(jìn)行了闡述，為類似工程和技術(shù)應(yīng)用提供有益的借鑒。

1 石儲罐底油泥的特性及危害

石油儲罐的罐底和罐壁形成的這種膠狀物質(zhì)層是一種復(fù)雜的混合物，主要包涵各種烴類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，含有一定的有毒物質(zhì)[3-4]。這些油泥若不加以處理直接排放，會對土壤、水體、空氣都將造成污染。油泥含有大量的病原菌、寄生蟲（卵）、銅、鋅、鉻、汞等重金屬鹽類，其中含有大量苯系物、酚類、多氯聯(lián)苯、二惡英、蒽、芘等有惡臭的有毒物質(zhì)及放射性核素等難降解的有毒有害物質(zhì)[5-6]。儲罐中的油泥如不及時清除，將對罐內(nèi)油品質(zhì)量和儲罐的有效存儲容積等產(chǎn)生不利影響，這將加速儲罐底板和罐壁的腐蝕，降低儲罐的使用壽命[7-8]。

2 石油儲罐機械清洗及油泥減量處理技術(shù)

機械清洗由于具有較好的綜合能效優(yōu)勢，近年來在國內(nèi)得到了較為迅速發(fā)展和應(yīng)用，而機器人清洗在英美等國家和地區(qū)有比較早的應(yīng)用。本文以下內(nèi)容主要針對機械清洗技術(shù)和工藝展開介紹。

2.1 罐底油泥機械清洗技術(shù)原理

圖1為機械清洗技術(shù)工藝流程。儲罐機械清洗是在抽盡被清洗儲罐的底油后，利用加溫、加壓的清洗液噴射清洗儲罐底部和罐壁，溶解罐內(nèi)殘留的粘稠原油及油泥，再將清洗回收的介質(zhì)采用三相分離裝置處理，最后用溫水或蒸汽反復(fù)清洗儲儲罐各部位，直至達(dá)到預(yù)期效果[9-10]。

圖1 機械清洗工藝流程

2.2 罐底油泥減量資源化處理技術(shù)

國內(nèi)外目前比較成熟的油泥處理方法主要有：萃取法、離心分離法、干燥燃燒法、生物處理、高溫處理、調(diào)質(zhì)處理法等，它們的主要缺點是處理費用高、能源回收效率低、排放難以達(dá)標(biāo)以及處理規(guī)模小等[10-11]。在眾多罐底油泥減量資源化處理技術(shù)中，目前以結(jié)合了萃取法、離心分離法、調(diào)質(zhì)處理等方法發(fā)展形成的資源化處理技術(shù)應(yīng)用較為廣泛[12]。

3 基于真空抽吸與噴射清洗及其油泥減量技術(shù)

基于真空抽吸與噴射清洗及油泥減量技術(shù)的工藝流程，如圖2所示。裝置通過真空抽吸裝置將儲罐中的油泥抽出，進(jìn)入油泥水分離裝置，經(jīng)過摻水、分離、調(diào)質(zhì)、預(yù)熱及分離等過程進(jìn)行深度處理。該技術(shù)目前在華北油田、鎮(zhèn)海煉化、泉州石化等地得到比較廣泛的應(yīng)用。

圖2 真空抽吸與噴射清洗及油泥減量工藝流程

3.1 真空抽吸與噴射清洗原理與技術(shù)

如圖3所示為真空抽吸工藝原理圖。其工作原理是真空泵抽吸預(yù)應(yīng)力孔道中的空氣，使孔道達(dá)到一定真空度的負(fù)壓狀態(tài)，然后在孔道的另一側(cè)用壓漿機，以一定的正壓力將泥漿壓入預(yù)應(yīng)力孔道，以提高孔道壓漿的飽滿度并減少氣泡影響，從而將油泥從罐中抽出。

圖3 真空抽吸工藝原理圖

3.2 油泥減量處理原理與技術(shù)

圖4為油泥減量資源化處理工藝流程。在油泥水分離預(yù)處理裝置中進(jìn)行油水分離后，裝置底部含固量高的油泥經(jīng)過污油泵進(jìn)入污油泥處理系統(tǒng)。液態(tài)含油污泥、回?fù)綗崴退巹┩瑫r進(jìn)入調(diào)質(zhì)罐，進(jìn)行升溫攪拌、對污泥進(jìn)行加熱勻化，使粘度大的吸附油解吸或破乳，促使油從固體顆粒表面分離。攪拌勻化一定時間后靜止沉降，調(diào)質(zhì)后的含油污泥通過泵送入兩相離心機進(jìn)行液-固分離，分離出的污泥被裝袋運出，分離出的液體進(jìn)入油水分離裝置。經(jīng)過油水分離的含油污水分別作為工藝用水和污水排去污水井，分離出的油外輸至附近儲罐。

圖4 油泥減量處理工藝流程圖

4 主要工藝裝置組成及功能

4.1 真空抽吸與噴射清洗裝置

圖5為真空抽吸清洗裝置實物圖。真空抽吸與噴射清洗裝置主要由抽吸模塊、清洗模塊、熱交換模塊等組成橇裝式一體化集成清洗裝置。抽吸模塊的功能主要是用于將待洗儲罐中的油泥抽出，清洗泵用來輸送介質(zhì)并給清洗機并提供動力，熱交換模塊在蒸汽穩(wěn)定（蒸汽壓力0.4MPa）的情況下，用來將介質(zhì)溫度提升3-20℃。

圖5 真空抽吸清洗裝置實物圖

圖6 油泥水分離裝置實物圖

真空抽吸與噴射清洗過程的核心裝置采用臥式雙泵串、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，在清洗過程中也可以采用雙泵串聯(lián)運行。

4.2清洗油泥減量處理裝置

清洗油泥減量處理裝置主要有油泥水分離裝置、污泥調(diào)質(zhì)裝置、離心分離處理裝置、加藥裝置、氣體檢測裝置、清洗搶裝置等核心部分及制氮、過濾、自控等輔助部分組成。

4.2.1 油泥水分離與調(diào)質(zhì)裝置

油泥調(diào)質(zhì)裝置用來接收從油水分離過來的液態(tài)老化油泥，主要由調(diào)質(zhì)罐、污泥提升泵和攪拌器等組成，實現(xiàn)對流化態(tài)油泥的進(jìn)一步勻化、加熱和調(diào)質(zhì)功能。圖7為調(diào)質(zhì)裝置現(xiàn)場應(yīng)用情況。

圖7 油泥調(diào)質(zhì)裝置實物圖

調(diào)質(zhì)罐頂部設(shè)置有攪拌器，以便對罐內(nèi)污泥進(jìn)行攪拌勻化，罐體內(nèi)部設(shè)置加熱盤管，可將污泥加熱到65℃左右，以增強油和泥的分離效果。經(jīng)調(diào)質(zhì)后的油泥從罐底部由污泥提升泵輸送至后續(xù)的離心處理單元進(jìn)行分離，上部的浮油進(jìn)入油水分離裝置進(jìn)行分離。

4.2.2 離心分離處理裝置

圖8為離心處理裝置的核心工藝流程。初步處理的油泥經(jīng)由調(diào)質(zhì)罐后，由泵提升的油泥首先進(jìn)入過濾器去除殘留的較大固體顆粒，以充分保障后續(xù)離心機的正常運行。污泥經(jīng)螺旋熱交換器后至兩相分離機。進(jìn)入兩相分離機時污泥的溫度要求在70～85℃左右，當(dāng)溫度達(dá)不到要求時，采用控制等手段用泵進(jìn)行循環(huán)升溫。經(jīng)兩相分離機分離出的固體通過螺旋輸送機排出，液相進(jìn)入油水分離裝置對油和水進(jìn)一步處理。

圖8 離心分離裝置流程圖

4.3 輔助裝置及功能

4.3.1 加藥裝置

加藥裝置用來對處理過程的污泥和水進(jìn)行化學(xué)藥劑加注，以保證裝置的處理效果。藥劑篩選試驗需經(jīng)試驗確定，需要根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整。處理每噸污泥所需的液體藥劑約為2～3公斤，所需的固體藥劑(絮凝劑干粉)約為0.2～0.3公斤。

4.3.2 氣體檢測裝置

氣體檢測裝置主要用于清洗密閉儲罐設(shè)備時，對檢測場所固定位置的循環(huán)切換檢測，以實時顯示和記錄氧氣、易燃?xì)怏w、烴、一氧化碳、硫化氫的濃度，其具有報警功能和顯示氣體的濃度與緊急停止功能，為儲罐清洗等工作過程提供安全保證措施，有效防止安全事故的發(fā)生。

氣體監(jiān)測控制裝置和氣體采樣裝置組成，它與清洗泵采用自動連鎖控制。當(dāng)儲罐內(nèi)氧含量超過允許安全值時，清洗泵將無法啟動，在運行中如接近安全值時可實現(xiàn)自動停機報警。

5 儲罐機械清洗作業(yè)過程安全風(fēng)險防控分析

儲罐清洗罐區(qū)具有爆炸危險性大、燃燒面積大、燃燒速率快、撲救難度大、損失大等特點[13-14]。儲罐清洗過程中極易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒、窒息等安全事故，因此，清洗作業(yè)過程中的安全風(fēng)險防控就顯得尤為重要，必須做好安全防范措施，以確保作業(yè)安全。作業(yè)過程需要遵守現(xiàn)場的安全管理制度，并預(yù)先進(jìn)場考察、識別安全因素，落實安全組織機構(gòu)和人員，熟悉機構(gòu)和人員的權(quán)限和職責(zé)，做好施工作業(yè)前的各項安全準(zhǔn)備工作并檢查落實清洗設(shè)備的安全情況。在作業(yè)開始之前清除安全隱患后方可進(jìn)場實施作業(yè)，充分制定清洗作業(yè)計劃、對作業(yè)人員技能和安全意識有充分的了解。

6 結(jié)語

石儲罐底油泥清洗與減量化處理，對石油企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。根據(jù)國內(nèi)儲罐清洗行業(yè)與石油儲運企業(yè)目前的發(fā)展情況和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，筆者認(rèn)為：1）由于罐底油泥物理性質(zhì)復(fù)雜，針對不同的油泥物性，需要采用具有針對性的清洗技術(shù)；2）機械清洗技術(shù)在很長一段時間內(nèi)仍將具有比較廣闊的應(yīng)用空間；3）機械清洗技術(shù)的應(yīng)用具有一定的針對性；需要不斷的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化；4）裝置運行環(huán)境存在的可能變化是設(shè)計過程無法預(yù)料的，需要根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化系統(tǒng)配置與作業(yè)流程。5）隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，罐清洗技術(shù)將進(jìn)一步向智能化甚至機器人清洗的方向發(fā)展[15]。