油田污水罐機械清洗工藝可行性分析

宋宇（大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司）

1 國內油田用污水罐

我國原油采出進入了高含水階段，油田單位多數(shù)采用污水沉降罐進行油水及污泥的沉降分離。污水沉降罐是一種將含水原油進行沉降處理的裝置，在較短的時間內粗略沉降出油中水。國內油田用污水沉降罐多為圓柱形地上罐，規(guī)格在100～15 000 m3，甚至更大，儲存、沉降對象為井口來液。沉降罐運行后會產生大量含油淤泥，在罐內堆積高度2 m以上。污水沉降罐的內部結構各不相同，多數(shù)罐內底部和罐壁布設有管線，部分罐底還鋪設加熱盤管和攪拌裝置[1]。

污水沉降罐罐底含油污泥的組成成分極其復雜，其含有大量的老化原油、臘質、瀝青質、膠體、固體懸浮物、細菌、鹽類、酸性氣體、腐蝕產物等，還包括生產過程中投加絮凝劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等水處理劑。罐內物質是一種極其穩(wěn)定的懸浮乳狀液體[2]。

2 油田污水罐機械清洗技術

我國石油石化行業(yè)起步較晚，罐體清洗技術與世界先進水平還存在著一定的差距。在油類儲罐機械化清洗技術中，原油儲罐以及成品油儲罐應用機械清洗技術進行清理者較多，此類清洗技術發(fā)展比較成熟。對于油田用污水沉降罐，具有內部構造及介質的復雜性，清洗方式停留在人工清洗層次的居多。最近幾年來才有一些科研院所在進行試驗研究和對國外先進技術的應用研究[3-6]。目前，油田污水罐機械清洗覆蓋率在26%，沒有覆蓋到的地方仍然采用人工清洗方式。

2.1 機械清洗設備組成

污水罐機械清洗系統(tǒng)主要包括清洗系統(tǒng)和污油泥現(xiàn)場減量化處理系統(tǒng)[7]。設備主要由抽吸移送模塊、循環(huán)清洗模塊、在線氣體檢測模塊、氮熱一體化模塊、分離模塊和減量化處理模塊組成[8]。

1）抽吸移送模塊。將罐內污水密閉抽吸輸送出去，該模塊具有負壓抽吸液體，液體加熱，雜質過濾，液位平衡協(xié)調功能。同時，該模塊可實現(xiàn)污水長距離抽吸移送功能。

2）循環(huán)清洗模塊。罐底及罐頂安裝清洗機，利用清洗機將污水罐罐壁及罐底的污泥、殘渣擊碎、打散和沖刷等，反復循環(huán)清洗實現(xiàn)污水罐全方位、無死角式清洗。使用水力驅動清洗方式，無需人工調整清洗機噴嘴角度，可實現(xiàn)污水罐全方位全自動運行。

3）在線氣體檢測模塊?？蓪崿F(xiàn)監(jiān)測被清洗罐內氧氣和可燃氣體濃度，監(jiān)測值通過信號傳輸氣體濃度報警器，實現(xiàn)機械清洗作業(yè)環(huán)境檢測功能。

4）氮熱一體化模塊。主要實現(xiàn)置換待清洗罐內易燃易爆氣體，保障機械清洗作業(yè)安全。

5）分離及減量化處理模塊。主要將從污水罐抽吸出來的油水泥進行三相分離，各自從不同通路輸送到指定地點，經處理后的污水滿足污水罐來水指標要求[9]

2.2 機械清洗工藝

污水罐機械清洗工藝主要利用化學-物理分離方法相結合，通過抽吸將污水罐（池）內的混合液輸送至預處理箱，經加熱、充分攪拌后將混合液分離成油、水、泥三相，各自從不同通路輸送到指定地點。分離后的含水油輸送至含水原油處理模塊繼續(xù)處理，最終分離后的凈化油輸送至站內回收油罐；分離出的水相進入水處理單元進行精細處理，隨后進入氣浮裝置處理，取得達標水送入站內污水系統(tǒng)；分離出的污泥進入污泥槽暫存，最后污泥槽暫存的污泥將由采油廠負責拉運至指定污泥處理點進行無害化處理[10]。污水罐機械清洗工藝流程如圖1。

圖1 污水罐機械清洗工藝流程Fig.1 Flow chart of mechanical cleaning of sewage tank

3 機械清洗和人工清洗性能對比分析

3.1 安全環(huán)保對比

人工清罐模式為敞開作業(yè)，存在燃氣揮發(fā)現(xiàn)象。一方面，人員接觸有毒有害氣體易造成中毒窒息，在清罐過程中直接接觸的噪音和振動危害，對清罐工人的身心健康產生影響。另一方面，在敞開暴露的環(huán)境下，油氣濃度過高存在著火爆炸、污染環(huán)境等安全環(huán)保隱患。尤其清罐現(xiàn)場點多面廣，人員素質參差不齊，風險難于防范，安全難以保障。

機械清洗模式完全按照HSE作業(yè)要求，人員全程無需進罐，不接觸油氣空間，消除了安全隱患，降低了工人勞動強度。罐內油水泥全程密閉移送，污油、污水不落地，避免了環(huán)境污染。清洗過程風險受控，保證了清洗作業(yè)安全。

3.2 清洗效率對比

以清洗一座5 000 m3污水沉降罐為例，人工清洗周期大約為30 d。機械清洗的整個清洗及油泥水處理周期最多為7 d，縮短了清洗及處理周期，預計每座罐的機械清洗比人工清洗節(jié)約23 d以上。以北方施工周期為例，每年從4月初開始施工到11月初作業(yè)結束，施工周期為7個月，每年每套污水沉降罐機械清洗系統(tǒng)可清洗25～30座污水罐（池），清淤量可達8 000～10 000 m3。

3.3 清洗效果對比

污水罐內設施多，結構繁瑣，罐底雜質組成成分復雜，基本上分3層存在于罐內，最上層一般是油、聚合物，中間層是水，最下層是污泥等固體雜質。污水罐機械清洗系統(tǒng)采用高壓水射流方式通過布設清洗機進行內循環(huán)清洗，利用聚焦流在沖擊點上形成的沖擊力和向外輻射的切向力，不斷將罐內淤渣攪拌帶出，可實現(xiàn)罐內全方位清洗，清洗更加徹底，清洗后罐內壁及罐附件會露出罐原防腐漆本色，罐內壁表面附著物全部被清除。并且清洗機安裝、拆卸方便，清洗效果非常好。

人工清洗的方法，即在污水沉降罐停產并排水的前提下，簡單的對罐底污油泥進行蒸汽加溫溶解或人工挖掘處理。這種方法弊病很多，最大問題就是因停產時間長、清泥費時而導致水質處理系統(tǒng)無法正常運行，效率低下、工程量多、操作相對復雜。

3.4 清洗方式對比

機械清洗對于無法停運的污水罐，實現(xiàn)了在線機械清洗模式。油田大多數(shù)污水罐無需停運就能將罐內老化油及污水移送出罐外進行現(xiàn)場處理回收，清洗效率大幅提高，而且不影響正常生產運行，達到了高效機械清洗作業(yè)。而人工清洗需要停罐、放空作業(yè)下進行。

3.5 減量化處理能力對比

機械清洗可實現(xiàn)污油泥的現(xiàn)場減量化處理，在清罐現(xiàn)場可將油田污水中油、水、泥三相分離。分離處理后，原油進入站內原油系統(tǒng)回收，污水進入站內水系統(tǒng)回收，只有少量的污泥拉運到油田固定點進行無害化處理，極大減少了清罐處理后的污油泥拉運量。

4 人工清洗和機械清洗經濟效益對比

4.1 運行成本對比

以某油田一年的人工費用與機械清洗費對比來看。人工清洗成本總費用3 862.44萬元，其中包括各類立式容器的清淤費用920.5萬元，外運費用563.35萬元，淤泥處理費用2 378.59萬元。機械清洗成本總費用1 054.04萬元，其中包括人員費用800萬元，設備折舊每年固定222.3萬元，淤泥處理費5.77萬元；蒸汽費3.69萬元；藥劑20.56萬元。

對比人工清淤成本和機械清淤成本，計算得到機械清淤成本一年共計節(jié)約成本2 808.4萬元。

4.2 經濟效益對比

采用機械清淤能夠回收部分凈化原油，而采用人工清淤工藝則回收的是渣油。以某油田一年回收凈化原油總收益為例。回收油量2.13 t，渣油價格800元/t，回收渣油1 704萬元；凈化原油價格3 500元/t，回收凈化原油7 455萬元，收益5 751萬元。

綜上，采用機械清洗一年共節(jié)省各類費用和產生總包含為：成本費2 808.4萬元與回收原油收益5 751萬元，共計8 559.4萬元。

5 結論

通過對油田用污水沉降罐類型特點、內部結構繁瑣程度、罐底含油污泥組成成分的調研分析，以及通過對污水罐機械清洗技術的介紹。得出油田用污水罐機械清洗與人工清洗相比較，具有以下幾方面優(yōu)勢：施工周期短，平均每座罐的機械清洗比人工清洗節(jié)約時間30天以上；作業(yè)安全保障高，機械清洗人員無需進罐，施工作業(yè)安全，避免油田污水罐（池）清淤過程中人員傷亡、中毒、火災爆炸等重特大事故的發(fā)生；環(huán)境污染少，機械清洗全過程密閉清洗，避免油泥露天存放造成的大氣污染，相比傳統(tǒng)的人工清洗方式在安全環(huán)保方面具有明顯的優(yōu)勢；機械清洗可實現(xiàn)站庫運行不停產在線減量化處理，在保障生產正常運行的同時，還具有省時省力、回收率高、經濟效益顯著等優(yōu)點。