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储油罐机械清洗技术在油田的应用与推广
摘要:论述了人工清洗储油罐的缺点,机械清洗储油罐的优势,以大庆油田引用国外先进的机械清罐设备、自主研发机械清洗设备为例,介绍了机械清洗罐的施工过程和施工经验,说明了机械清罐比人工清罐施工费用低,原油回收率高,具有良好的经济效果。
根据国家油罐修理规定,储罐大修间隔期限为5～7年,并且在检修或更换油品种之前必须清洗。在20世纪90年代中期以前,油罐清洗作业都为人工清洗,不仅浪费了大量能源,而且安全无保障,还造成了环境污染。大庆油田有各类原油储罐400多座,按行业规范5年的清洗周期计算,每年有30～40座原油储罐需要清洗。
1、储油罐的人工清洗
1998年以前大庆油田原油储罐清洗工作主要由人工完成,人工清罐存在着许多缺点,主要表现在:
1)存在巨大的安全隐患
人工清罐需要人员进入罐内,进行收油及擦洗等工作,罐内可燃气体浓度高,如作业环境出现意外火源或静电,易发生爆炸和火灾;有害气体浓度大,易造成人员的中毒、缺氧事故;尤其是拱顶罐,需高空作业,易发生人员高空坠落类意外伤害。
2)对环境造成严重污染和破坏
人工清罐一般都会挖一个污油池,此过程极大污染了库区环境;大量的清淤工作及废弃的淤渣,造成罐区和周边地区环境污染,在油泥拉运转移的过程中会污染施工区域。
3)资源浪费带来巨大经济损失
由于人工清罐时大量的罐底油无法回收,造成资源浪费和经济损失。
4)施工周期长,效率低
人工清罐受储罐沉积物量、油罐大小和天气的影响很大,随着淤渣量的增加,清洗时间也较大幅度的跟着增加。
5)劳动强度高不利于员工健康
人工清罐需要用人力将残油转移走并对罐内进行擦洗,作业环境极端恶劣,不符合以人为本的社会要求。
6)清洗效果差
人工清罐由于受客观条件及主观人为因素限制,清洗效果无法满足生产要求,清洗后的油罐还易发生二次火灾,有爆炸风险。
2、储油罐的机械清洗
人工清罐已不符合环境和发展的客观要求,淘汰人工清罐,采用新的清罐模式是历史的必然选择。石油储罐机械清洗工艺是利用喷射清洗机将清洗介质在一定的温度、压力和流量下喷射到待清洗表面,除去表面凝结物和淤渣,并对其进行处理和回收的一种工艺方法。
2.1消除危险,保障安全
1)火灾爆炸危险的消除
机械清罐从浮船和罐内油面距离200mm开始,就向储罐内注入惰性气体来控制罐内氧气和可燃气体浓度,确保罐内氧气浓度体积比在8%以下。控制了火灾爆炸三要素之一的“氧气浓度”,从而有效避免了因喷嘴高速喷射产生静电可能带来的隐患,清洗结束通风后,检查维修人员即可进罐进行动火维修作业。
2)有毒物质危险的消除
储罐内由于长期存放油品,可能挥发出大量可燃气体、硫化氢、甲烷、添加剂等对人有害的气体。人工清罐时作业工人中毒事故也频繁发生。然而机械清罐作业是密闭清洗,储罐水清洗之后罐内有毒有害气体全部清除,从而避免了此项危险的存在。
3)缺氧危险的消除
由于人工清罐是密闭空间作业,通风不好极易引起局部缺氧。而机械清罐人员不直接接触原油,流程全部密闭。避免了此类风险。
4)人身和财产安全危险的消除
传统的人工清罐法是用大量蒸汽“蒸罐”,这种方式使轻质组分流失,破坏了原油的质量。经常出现由于外部气温急剧变化使得罐内气体热胀冷缩所引发的罐体塌陷事故。而机械清罐通过换热器给原油加热清洗储罐,蒸汽不和油品直接接触,不但保证了原油质量不被破坏,而且避免了上述事故隐患。
2.2环保效果显著
人工清罐一般都会挖一个污油池放油。此过程,极大污染了库区环境。由于机械清洗是密闭施工,整个作业现场能够达到场地无污水、无油污,98%以上的原油都能够回收至甲方指定的系统,是一项清洁、环保、绿色的技术。
2.3施工周期短,对储运生产影响小
机械清罐周期短,停罐时间短。机械清洗,它不受储罐沉积物量、油罐大小和天气的影响,因而效率高,施工周期短。而人工清洗容易受以上几个方面的影响,清洗时间也较大幅度的随之增加。
2.4清洗效果显著
机械清罐工艺方法使用原油和水作为清洗介质清洗,在一定温度、压力和流量的条件下能够有效溶解罐内原油。再经过温水的清洗能够把罐内表面污油和附着物全部清洗干净,达到工业动火条件。某原油浮顶罐机械清洗后的顶板、侧壁。清洗效果良好,本体干净无污垢。
3、储油罐机械清洗技术的应用
1998年起,大庆油田开始采用机械清罐方法清洗储油罐。通过走技术引进和自主研发相结合的道路,目前拥有原油机械清洗设备4套,成品油机械清洗设备1套。不仅有效解决了人工清罐过程中出现的诸多问题,还取得了巨大的经济效益和良好的社会效益。
3.1国外设备的引进
1998年,大庆油田从日本引进的大风机械清罐设备,该设备能够清洗1000m3～16万m3的各类原油储罐。具有作业能强,保护环境、降低劳动强度,提高劳动生产率等优点。2002年,大庆油田从丹麦引进保罗BLABO机械清罐设备,能够清洗2万m3以下的各类原油储罐。该设备技术先进,自动化程度高,大大降低了现场工人的劳动强度,可以实现优质、高效的机械清洗工作。2002年,大庆油田从日本引进了大风COW-PO成品油储罐机械清洗设备1套,如图6所示。该设备能够清洗1000m3以下的各类气、柴油储罐。该设备为车载设备,具有移动方便,油品回收率高的特点。
3.2自主研发设计新设备
2004年,大庆油田储运销售分公司自主开发研制了mocs多功能机械清罐设备。该设备能够清洗1000m3～16万m3的各类原油储罐。该设备不但设备技术可靠,而且具有自吸性好,吸排量大,能够利用锅炉尾气产生非助燃气体、换热效率高等特点。克服了进口易损件购买价格昂贵,维修维护困难的缺点,完全实现了清罐设备的国产化,该项目同时也取得了国家专利(ZL200420063421.0)。根据多年的施工经验,2004年,大庆油田自主研制了一台小型壳装机械清罐设备,该设备主要针对清洗油田1000～5000m3的各类原油储罐。该设备具有体积小、工艺简单、容易操作、实用性强等特点。
3.3机械清罐的施工
在实际施工过程中,大庆油田储运销售分公司在引进技术的基础上不断消化吸收,不断结合生产实际总结施工经验和方法,逐步形成了一整套完整的机械清罐操作规范,取得了良好的实际应用效果。机械清罐的主要步骤如下。
3.3.1准备工作
3.3.1.1勘查车辆设备运输路线及相关要求
1)相关人员从设备拉运起点到终点之间路途进行乘车勘查,确定沿途路程是否畅通,在雨季应尤其注意道路有无泥泞阻碍车辆通过。
2)对于通过城市路段应注意有无车辆限速、车辆限高要求,判断施工车辆能否通过,选择合适的行车路线。
3)确定清洗机械设备及器材拉运路程的距离,对所需车辆数量和所需燃油量做出正确预测。
4)正确选择开始拉运时间,对于到达施工地点的时间应以适合顾客方配合施工方施工为宜。
5)确定车辆进出储罐清洗作业现场道路。对于大型载重车辆进入油站库,应充分考察站内路途的宽度和承耐性。防止因超高超重破坏顾客方设施,从而选择正确的行车路线。
3.3.1.2勘查临时设置
1)根据作业现场实际情况,决定设备设置场地。设备的摆放应充分考虑设置场所的面积大小、设置场所是否有限制、所使用起重机的起吊能力、设备重量的情况。清洗设备应尽量设置在距清洗油罐较近的地方,并需选定容易检查、操作的场所。
2)清洗设备尽可能设置在相对低的位置上,装置的设置还应考虑到与清洗油供给管线、回收油移送管线、油水分离槽、原有设备等的连接的情况,再下决定。原则上清洗设备应放置在距清洗油罐抽吸管口较近的位置。
3)确定各管线连接点及使用量。
4)确定动力电源的连接位置和电缆长度。
3.3.1.3确定生活区相关要求
与顾客方人员协商生活区位置,应尽可能靠近作业现场,方便工人施工。同时选定生活区位置时要考虑方便生活物资的采购。需要顾客方人员指定临时电源、生活用水的连接点,生活垃圾的处理方式等。
3.3.1.4器材的搬运
1)明确运输卡车、吊车使用数量、使用日期、使用时间、进出路线,制定完善的运输计划。
2)在车辆通行和使用时,不要损伤设施。同时遵守载货汽车的最大载重量和高度限制。
3)在运送器材时,为了保持器材稳定,管类装入钢管框内,清洗机装入专用箱内,阀类、短管装入钢丝网箱内搬运。罐顶用器材与地面用器材,应尽量分别装到不同的卡车上。
4)吊环、吊钩、钢丝绳、捆绑带、吊管带等,应使用允许荷载以上者。在卸器材时,应堆放成便于进行起吊作业的状态。
5)电动机、泵、气体检测装置类器材等,装车时注意不要堆放。
6)较重物品的摆放就位应事先确认方向、位置。
7)需要防湿防雨的设施物品,应采取防雨防湿措施,妥善放置保管。
8)捆包物品、装箱物品,应集中放到器材放置场,但应注意留出出入空间。
3.3.2临时设置工程
1)各机器的电机旁、清洗油罐的检修孔旁,各配置2个干粉灭火器。
2)施工区域没有成为安全环境之前,必须使用防爆工具。
3)与顾客方管线的连接,必须安装临时阀门,与原有管线的连接,须使用挠性软管进行过渡连接。而且必须在移送管线上安装止回阀,以防止逆流。
4)使用挠性软管时,必须在最大安装偏位范围之内。
5)电气机器的配线,必须合格,并全部用接地线连接到接地捧上。
6)电气设备的绝缘阻抗位须在0.5MΨ以上,接地阻抗值在10Ψ以内。
7)电气机器的电源,须安装漏电断路器。
8)临时设置管线的连接部,必须安装铜制接地带,其端部连接到油罐地线上。
9)高空作业时,使用安全带进行防护。
10)在管线穿越通道时,必须用脚手架材料搭成跨道,防止直接踏踩管线。
11)蒸汽管线,须安装可设定成5kg/cm2的减压阀与安全阀。同时必须进行包覆,以防止烫伤施工人员。
12)临时设置结束后,使用空气、水进行渗漏试压。
3.3.3清洗工程
3.3.3.1施工守则
1)此项作业连续24h不停歇进行施工。
2)罐顶作业遵守安全事项。
3)罐顶作业需携带防爆对讲机,能够与地面随时联系。清洗机的转换等全部作业,都应一边与地面联系一边进行;
4)需经常检查罐顶管线有否漏油。在清洗机运行中,需确认管道密封部位是否有油喷出。
5)定期对罐内进行检测,掌握油中搅拌的效果,随时改变清洗机运行计划,有效地推进工程。
6)交班时,对于油中搅拌作业的进行状况、清洗机运行计划的变更等,应明确告诉换班人员。
7)在浮顶罐侧壁几个位置上标上标示,监视罐顶是否均匀下降。
3.3.3.2油中搅拌作业
1)油中搅拌方式
根据淤渣的堆积高度及量,选择如下两种方式。
(1)循环方式
淤渣量虽不太多,但部分淤渣堆积高,浮顶罐罐顶支柱无法着底时,采用这种方式。该方式使用回收装置,利用清洗油罐本身的油进行循环,从而进行搅拌。
(2)对流方式
在罐内淤渣量多,即使令堆积淤渣高度均匀化后,浮顶罐罐顶支柱仍不能够着底时采用这种方法。该方式使用回收装置,利用油在清洗油罐与清洗油供给油罐间循环的搅拌方式。
2)施工方法
采用循环方式搅拌时的循环路线:清洗油罐—回收装置—清洗机—清洗油罐。采用对流方式搅拌时的循环路线为清洗油罐—回收装置—清洗油供给油罐—清洗装置—清洗机—清洗油罐。
3.3.3.3油移送作业
油移送路线:清洗油罐—回收装置—移送对象油罐。当从清洗油罐吸口吸入气体或者因残油粘度高而不能够移送时,可认为油移送结束。油移送中,应用密封材料密封导向柱与罐顶的贯通部、密封罐顶浮船边缘与壁板之间的间隙。在残油移送作业中,当罐顶与油面间出现气层时,暂时停止残油移送,在进行密封作业后,开始注入惰性气体。在清洗油罐的油面降至1m以下后,将气体取样软管固定在罐顶下部300mm～500mm的位置上。密封设置软管处的空隙部。氧气体积分数以体积分数为8%为基准,超过8%,处于上升倾向时增加注入量;处于下降倾向时减少注入量,将氧气体积分数保持在体积分数为8%以下。
3.3.3.4同种油清洗作业
同种油清洗时的循环路线为:清洗油罐—回收装置—清洗油供给油罐—清洗装置—清洗机—清洗油罐。具体工艺过程为:
1)打开循环路线上的阀门;
2)按照清洗机运行计划,将最先运行的2台清洗机连接上驱动动力管线,打开油进口阀,确认其他清洗机的油进口阀是否切实关闭;
3)确认所有的清洗机是否确实设定为底板清洗方式,离合器是否已咬合;
4)确认油罐内氧气体积分数是否在体积分数为8%以下;
5)清洗机入口的压力应为不低于0.6MPa;
6)清洗管线各部不得有漏油处;
7)清洗泵无异常音响,运行正常;
8)向已做好准备的清洗机通油;
9)打开清洗机的驱动阀,确认运行是否正常;
10)起动回收装置。确认回收装置是否无异常音响,各部位有无渗漏。
同种油清洗结束的判断依据为:
1)通过检测确认检测部位的淤渣确实已消失;
2)确认回收油与清洗油中的淤渣含量确实已基本上一致;
3)清洗油供给油罐的油面高度。
3.3.3.5温水清洗作业
水的温度宜在70℃左右。循环路线:清洗油罐—回收泵—油水分离槽—清洗泵—清洗机—清洗油罐。油分回收路线:油水分离槽—浮油回收泵—移送对象油罐。
温水清洗工艺过程:
1)打开循环路线上的阀门;
2)按照清洗机运行计划,将最先运行的2台清洗机连接上驱动动力管线,打开油进口阀,确认其他清洗机的油进口阀是否切实关闭;
3)确认所有的清洗机是否确实设定为底板清洗方式,离合器是否已咬合;
4)确认油罐内氧气体积分数是否在8%以下;
5)清洗机入口的压力应为不低于0.6MPa;
6)清洗管线各部不得有漏油处;
7)清洗泵无异常音响,运行正常;
8)应向已做好准备的清洗机通油;
9)打开清洗机的驱动阀,确认运行是否正常;
10)起动回收装置。确认回收装置是否无异常音响,各部位有无渗漏。在温水清洗中,应适时地用浮油回收泵,抽吸在油水分离槽因比重轻重而分离、上浮到水面上的油,将其移送到移送对象油罐。应注意回收油中不要混入水分。
结束温水清洗的判断依据:
1)油水分离槽的浮油变少;
2)基本上看不到循环温水中的油分;
3)油罐内已无浮油;
4)油罐内的可燃气体浓度下降。
3.3.4打开检修孔和换气
3.3.4.1侧壁检修孔的打开
1)再次确认油罐内的残水高度,防止打开后溢出;
2)因是危险性作业,故应在短时间内结束;
3)检修孔的打开先应从处于下风的检修孔进行;
4)打开后,检修孔四周应拉上警戒绳索,以禁止入内。同时应标出禁止入内的标志。
3.3.4.2换气
1)自检修孔打开时起,至检查结束为止,一直进行;
2)自然换气。打开全部检修孔进行自然换气;
3)强制换气。在自然换气无法达到施工条件时,宜使用换气扇,进行强制换气。
3.3.5进入储罐
3.3.5.1一般规定
1)施工人员进入清洗油罐内需持有经过审批的进罐许可证;
2)储罐进入的条件和预防措施根据储罐进入的潜在危险、气体检测结果、其它人身危险、以及施工地的结构情况和限制条件而定。
3.3.5.2具有特殊防护措施的进入
存在以下任何一种危险,这次进入则被归为具有特殊防护措施的进入:
1)氧气体积分数低于20%;
2)可燃气体浓度高于罐内油品爆炸下限的体积浓度为10%;
3)罐内温度超过进入施工人员的生理承受能力;
4)任何其他能够立即对人身造成伤害的气体条件;
5)出现任何能够造成进入者发生吞没现象的情况;
6)罐内有毒物质和H2S浓度超过能够影响进入者进行自救的能力的范围。
3.3.5.3无需采取特殊防护措施的进入如果储罐能够满足以下所有条件,则施工人员可以无限制措施地进入储罐:
1)罐内氧气浓度与罐外相同,一般体积分数为20%左右;
2)可燃气体浓度等于体积分数为0%;
3)硫化氢、一氧化碳等有毒物质浓度符合国家、行业、地方的规定。
3.3.6最终清扫
3.3.6.1确认事项
拆下外部通往油罐的油管或通过插入盲板进行完全隔离。
3.3.6.2残油水及残余淤渣的处理方法
1)残油水的处理
能够回收的浮油,用小型泵移送到接收油罐。残油水应按照顾客方的要求,移送到指定地点。
2)残余淤渣的处理
将罐内残余淤渣进行收集,现场交由顾客方处理。
3.3.7解体、撤除工程
3.3.7.1管线解体
1)管线内的残存油水,在打开检修孔之前,清除到清洗油罐内统一处理;
2)罐顶上的管线,在完成温水清洗,清扫干净后,即可进行解体拆除。罐顶上惰性气体管线、蒸汽管线、压缩空气管线、检测管线等都可拆除;
3)罐下的管线,在完成罐内残存油水移送后,亦可进行解体拆除。其他用具一并可进行拆除。
3.3.7.2器材的运出
采用与运进时相同的装车方法。
3.3.8储油罐清洗质量验收
为能够达到工业动火作业条件,以《石油工业动火作业安全规程》SY/T5858-2004为储罐检修的验收标准。
3.4机械清罐的效益分析
采用传统的人工清罐方*****地清洗大庆油田、辽河油田、吉林油田及周边炼厂原油储罐200余座、汽、柴油及石脑油储罐、加油站储罐249座。机械清罐总产值达到7千余万元。累计为国家回收原油逾26万t,按照原油每吨4000元计算,创效益达10.74亿元以上。1999年至今的清洗业绩及创造的效益。
4、结束语
机械清罐技术对大部分储油罐都能够进行行之有效的清洗作业。尤其是对盛装过对人体有害物质的储罐,采用该方法更是一种科学、安全的选择。在正常机械清洗作业的基础上,还可对储油罐机械清洗方式和后期残水、残渣的处理手段进行着有益的探索和尝试。比如对于盛装高粘油品的储罐,大庆油田也正着手探索采用化学清洗的方式,也就是通过在水清洗阶段加入合适的药剂,从而保证清洗效果更佳。对于罐底剩余残渣,在油水重力分离,回收大部分油品之后。也可以采用离心分离技术进一步回收有价值成分。最终剩余的含蜡、沥青成分的固态废弃物还可以作为铺路原材料以回收利用。
