乙烯裝置含油污水密閉排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

章成鋼

(眾一伍德工程有限公司，上海 200540)

某石化企業(yè)乙烯裝置建成投產(chǎn)于20世紀(jì)80年代末期，在90年代后期經(jīng)過擴(kuò)能改造，其工業(yè)排污水系統(tǒng)作為裝置整體運(yùn)行的一部分，分為含油污水及化學(xué)污水。由于該套系統(tǒng)使用年限較長，加上排放介質(zhì)具有一定的腐蝕性，管線滲漏嚴(yán)重，容易導(dǎo)致清下水受到污染。在“碧水藍(lán)天”隱患治理和國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格的要求下，裝置區(qū)不同類型排污水系統(tǒng)的改造勢在必行。通過改造可以使生產(chǎn)廢水、含油污水、化學(xué)污水密閉排放或回收利用，各行其道，有效減輕污水處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)；而且可以使裝置環(huán)境整潔，消除環(huán)保安全隱患。文章介紹了含油污水密閉排放系統(tǒng)的組成，詳細(xì)論述了改造方案、工藝流程、設(shè)備和管道設(shè)計(jì)中的注意要點(diǎn)。

1 改造方案及流程設(shè)計(jì)

1.1 排放現(xiàn)狀

乙烯裝置的含油污水排放主要涉及加氫區(qū)、壓縮區(qū)、急冷區(qū)和熱區(qū)，當(dāng)設(shè)備檢修倒空和置換時(shí)需要排放，只能排放到含油污水井，通過污水井匯集到含油污水池，造成介質(zhì)的浪費(fèi)，在含油污水排放化學(xué)耗氧量(COD)超標(biāo)時(shí)還會產(chǎn)生現(xiàn)場異味。

1.2 改造方案

改造時(shí)擬采用含油污水密閉排放收集回用方案。加氫區(qū)、壓縮區(qū)、急冷區(qū)和熱區(qū)的工藝設(shè)備的排污點(diǎn)都排放含油污水，考慮進(jìn)行統(tǒng)一收集，合理選址，重新埋設(shè)一套帶坡度的自流地下管線，在最低點(diǎn)匯集到一個(gè)地下含油污水排放罐。一路經(jīng)罐頂抽出泵輸送至裝置急冷水塔回收利用，以節(jié)約能耗；另一路輸送至裝置含油污水池，通過自吸泵外送至環(huán)保水務(wù)部處理。排放罐含油污水抽出外送采用高液位啟泵，低液位停泵，高高液位報(bào)警的分散控制系統(tǒng)(DCS)。為防止罐內(nèi)可燃不凝氣泄漏，在釋放源15 m范圍內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w檢測報(bào)警儀。

1.3 流程設(shè)計(jì)

圖1為含油污水密閉排放系統(tǒng)的工藝流程，主要包括含油污水排放罐、排放罐地坑、地坑排放泵和抽出泵。

圖1 含油污水密閉排放系統(tǒng)

裝置區(qū)各密閉排放點(diǎn)通過埋地總管(管線5)，在重力流或帶壓作用下進(jìn)入含油污水排放罐。高液位抽出泵A自啟，低液位時(shí)停泵，高高液位報(bào)警并自啟動(dòng)第二臺抽出泵B，可根據(jù)需要輸送至裝置區(qū)急冷水塔(管線9)或切換至含油污水池排放(管線8)。

正常情況下，排放罐地坑內(nèi)無水積聚，當(dāng)?shù)乜觾?nèi)的雨水或含油污水液位達(dá)到一定限值時(shí)，自啟動(dòng)地坑排放泵，通過泵出口管線3外送至含油污水池，低液位時(shí)停泵。

罐內(nèi)采用內(nèi)盤管低壓蒸汽加熱方式(管線11)，使罐頂不凝氣引出接入原有火炬氣管線；地坑內(nèi)的雨水根據(jù)高低液位來控制地坑排放泵的啟動(dòng)和停止，抽取雨水通過管線3和管線8至含油污水池排放；排放罐采用氮封系統(tǒng)(管線1)和火炬排放系統(tǒng)(管線7)，采用壓力分層控制方式。在罐頂部設(shè)置安全閥起保護(hù)作用，一旦超壓，安全閥泄放(管線6)，與火炬管網(wǎng)相連；地下排放罐周圍配備壓縮空氣管線接口(管線2)，用于地坑底部和罐內(nèi)的清洗吹掃；液包的最低點(diǎn)設(shè)計(jì)了含油污水臨時(shí)抽吸裝車外送管線10。

2 含油污水排放罐設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 排放罐結(jié)構(gòu)型式選擇

排放罐主要作用是緩沖儲存，收集裝置區(qū)各工藝設(shè)備排污點(diǎn)的含油污水。排放點(diǎn)壓力為0.015～0.600 MPa，屬承壓設(shè)備，按壓力容器設(shè)計(jì)。排放罐類型分為立式和臥式，立式罐適用于容量比較小的情況，占地面積較小；臥式罐適用于容量較大的情況，占地面積也較大?？紤]到裝置統(tǒng)一收集的含油污水排放量不小，且該排放罐為地下罐，深基坑工程屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，從土建施工的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，需降低地坑深度，確定選用臥式罐。HG/T 20583—2020《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，中、低壓圓筒形壓力容器的封頭型式優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)型橢圓形封頭[1]。參考同一裝置內(nèi)采用液下泵作為排放罐抽出泵的要求，按照一用一備考慮，罐底兩側(cè)分別設(shè)計(jì)兩個(gè)筒體封頭液包的結(jié)構(gòu)形式，作為液下泵的下伸吸入口端，同時(shí)作為吹掃清洗時(shí)的排污收集點(diǎn)。

2.2 排放罐工藝參數(shù)及尺寸確定

含油污水來自烯烴裝置的加氫區(qū)、壓縮區(qū)、急冷區(qū)和熱區(qū)，排放點(diǎn)較多，排放溫度、懸浮物、含油量等污水水質(zhì)指標(biāo)不一，成分比較復(fù)雜，操作壓力介于0.015～0.600 MPa，操作溫度介于20～120 ℃。根據(jù)HG/T 20570—1995《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》之設(shè)備設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度的確定原則[2]，正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最大壓力及系統(tǒng)考慮的附加條件作為設(shè)計(jì)壓力；介質(zhì)的最高工作溫度或正常工作溫度加15～30 K作為設(shè)計(jì)溫度。綜合參考排放罐密閉系統(tǒng)需配套氮?dú)?、低壓蒸汽的工藝參?shù)，確定排放罐的設(shè)計(jì)壓力為0.8 MPa，設(shè)計(jì)溫度為150 ℃。

根據(jù)液體流量和停留時(shí)間可以確定罐體尺寸的大小，罐體尺寸若選取過大，將增加裝置占地面積，設(shè)備費(fèi)及土建施工費(fèi)大幅上升，項(xiàng)目投資增加；罐體尺寸選取過小則短時(shí)間內(nèi)就造成滿罐。裝置正常運(yùn)行期間的排放量為40 m3/h，裝置大檢修期間的最大排放量達(dá)到80 m3/h。排放罐的尺寸按最大排放量(80 m3/h)和停留時(shí)間(一般取10～15 min)考慮，并選擇合適的充裝因子進(jìn)行計(jì)算,最終確定地下排放罐的容積為20 m3。然后參考《化工工藝手冊》常用設(shè)備系列中臥式橢圓形封頭容器(壓力≤4 MPa)的型式及基本參數(shù)圖表[3]，選用適宜的罐筒體直徑(2 200 mm)和長度(5 000 mm)。

3 排放罐地坑設(shè)計(jì)要點(diǎn)

臥式排放罐位于開放式地坑內(nèi)，地坑深度依據(jù)排放總管最低點(diǎn)位置、罐體尺寸和基礎(chǔ)高度確定。地坑長寬尺寸依據(jù)罐體周邊所需操作空間確定。為便于罐體的安裝和保證下坑時(shí)的檢修通道，建議地坑側(cè)面與罐體外表面的凈空間距不小于800 mm。地坑頂應(yīng)高于坑內(nèi)罐頂高度，一般高于地坪面200 mm，以防止地面廢水積液順勢流入坑內(nèi)。地坑底部一角設(shè)置集水坑，底面宜采取1%的坡度坡向集水坑。根據(jù)GB/T 50934—2013《石油化工工程防滲技術(shù)規(guī)范》，地下罐地坑在混凝土等級、抗?jié)B要求、防水涂料及結(jié)構(gòu)構(gòu)件厚度上按重點(diǎn)污染防治區(qū)類別[4]的要求設(shè)計(jì)。地下含油污水總管與罐進(jìn)料口連接時(shí)須穿過坑壁，宜就近設(shè)一對可拆卸法蘭，便于管道安裝；坑壁應(yīng)預(yù)埋防水套管，防水套管規(guī)格型號可以參考中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院出版的防水套管圖集[5]。罐頂設(shè)有兩臺液下抽出泵和較多管道和自控儀表安裝接口，屬裝置人員主操作區(qū)域；罐體封頭設(shè)有人孔，屬設(shè)備檢修區(qū)域。根據(jù)需要在操作和檢修區(qū)域設(shè)計(jì)鋼格柵平臺，為了安全防護(hù)，平臺和地坑四周都設(shè)有護(hù)欄，操作人員申請后經(jīng)裝置主管部門領(lǐng)導(dǎo)審批同意后方可進(jìn)入。圖2為排放罐地坑布局設(shè)計(jì)。

圖2 排放罐地坑布局設(shè)計(jì)

4 配管及布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)

烯烴裝置的含油污水排放點(diǎn)較多，既有常壓排放也有帶壓排放，總管要求埋地敷設(shè)，建議按3‰傾斜度坡向地下罐進(jìn)料口，這對于排放罐地坑位置的選址及地下總管的敷設(shè)路由非常重要。因此要規(guī)劃出一條既能貫穿各收集點(diǎn)位置又能使總管距離達(dá)到最短的最優(yōu)方案。

根據(jù)GB 50316—2000(2008年版)《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》對埋地管道設(shè)計(jì)的要求[6]，為了使埋地敷設(shè)的自流管道達(dá)到防泄漏、防凍、防阻塞、防腐蝕、吹掃及承受外部荷載等要求，考慮采取如下措施：采用無縫鋼管直接焊接的連接形式；管道埋深在冰凍線以下；分支管線在總管上方順流45°斜接，以盡可能減少局部阻力；埋地管道按照SH/T 3022—2019《石油化工設(shè)備和管道涂料防腐蝕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)內(nèi)容規(guī)定[7]，內(nèi)層選擇無機(jī)富鋅底漆涂料進(jìn)行防腐，外層則采用特加強(qiáng)級聚乙烯膠黏帶防腐結(jié)構(gòu)；支管和總管末端設(shè)置清掃口，以防止局部堵塞；為防止外荷載的破環(huán)，裝置內(nèi)埋地管道的管頂距一般混凝土的表面應(yīng)不小于0.3 m，從機(jī)械車輛道路下面穿越的管道，其頂部至路面的高度不宜小于0.7 m或采用套管保護(hù)。支管與總管連接方式及清掃口典型設(shè)計(jì)見圖3所示。

圖3 支管與總管連接方式及清掃口典型設(shè)計(jì)

5 結(jié)語

石油化工裝置工藝設(shè)備排污點(diǎn)通過地下管道密閉收集統(tǒng)一排放處理，控制了廢水的地面排放；廢氣進(jìn)入火炬管線，有效減少了廠區(qū)異味氣體污染源，消除環(huán)保隱患，減少排放危害，大大改善了作業(yè)環(huán)境，符合國家環(huán)保政策和企業(yè)的職業(yè)安全健康管理要求。同時(shí)該密閉排放系統(tǒng)改造的詳細(xì)闡述也可為讀者在設(shè)計(jì)含油污水或其他化學(xué)污水密閉排放尤其是地下排放罐時(shí)提供參考。