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清洗液与全封闭大型储油罐机械清洗产业化应用

2019-11-23 10:42:08浏览:16 来源:清洗联盟   

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清洗液与全封闭大型储油罐机械清洗产业化应用

摘要原油储油罐使用一段时间,原油中的杂质会由于比重差而自然沉积,形成稠密胶状物质层俗称“油泥”,累积到一定高度会堵塞工艺管路,另外储油罐到一定周期需要维护,底板测厚及更换易损件,届时必须清空储罐。传统的清洗方法是人工清洗,既不安全又污染环境,原油利用率低;由于罐内可燃性气体和硫化氢、一氧化碳等有害气体,经常发生人身伤亡和爆炸事故。目前,我国95%以上储油罐都是采用人工清洗,采用全封闭机械清洗是该行业发展趋势,发达国家早在20世纪40年代就开始采用机械清洗。目前国际上没有哪个国家机械清罐储油罐能够把油泥中的石油提取并循环利用,我公司采用清洗液与机械清洗设备结合应用可以将油泥中7一40%的石油提取出来,分离出泥沙和水;采用声呐成像技术可以掌握储油罐内油泥的分部情况,使机械清洗效率进一步提高。

关键词:大型原油储罐机械清洗 罐底油泥清洗

一、技术背景

原油储罐使用一段时间后,原油中少量沙粒、泥土、重金属盐类以及石蜡和沥青质等重油性组分会因比重差而自然沉积在油罐底部,形成又黑又稠的胶状物质层,使储油罐有效容量减少,影响储油罐的使用效率;此外,石油储罐需要定期进行检查维修,因此必须清除罐内淤渣。目前国内传统的油罐清洗方法主要利用人工,人工清罐存在着劳动强度大、施工周期长、收率低、污染严重等诸多弊端。特别是安全性差,因为罐内解析的油气弥漫,严重损害作业人员的身体健康,甚至会引发中毒及死亡事故。随着我国大型石油储罐的大量建设和对环境保护问题的日益重视,人工清罐已不符合环境和发展的客观要求,淘汰人工清罐是历史的必然。

大型储油罐清洗发展经历过:人工清理、加温蒸煮、部分机械清理、机械清理四种方法。西欧和日本清洗技术自始至终代表了油罐清洗业的发展方向,早就制定相关法规,明确规定禁止人员进人罐内进行油罐清理的作业,以“节能、高效、环保”为理念,以“健康、安全、环境”即HSE管理为方向。发达国家原油储罐清洗系统开发于20世纪40年代,其特点:它不受储罐沉积物量、油罐大小和天气的影响,而且效率高,施工周期短。而人工清洗受以上几个方面的影响则很大,随着淤渣量的增加,清洗时间也会较大幅度的跟着增加。以10万耐储油罐为例,一般情况下,采用全封闭自动化的清洗系统时间仅巧d,而人工方法则需要两个月以上。储油罐油泥中的原油提取,到目前为止很多国家相关科研机构一直在研究之中,清洗液提取储油罐油泥原油与油罐机械清洗结合应用我们走在前面。

二、国内外储油罐机械清洗技术发展水平介绍

(一)国外储油罐机械清洗技术发展水平及趋势

1.BLABO系统

丹麦保罗BLABO机械清洗设备,在清罐、油泥分离领域处于世界领先地位。其主要有以下技术特点〔`〕:一是模块化,整套系统可以分为几个单元模块,根据不同油罐的清洗要求,可把几个模块的设备分开、串起来灵活使用,以满足不同的需要;二是自动化,全套清洗、分离设施实现PLC控制;三是密闭化,清罐前不需要蒸罐、通风、开人孔等一系列繁琐又耗时的准备工作,整个清罐、油泥处理过程无需人员进人罐内,无恶臭污染;四是专业化,利用其专利喷头和交替使用的容积泵和离心泵,建立其特有的油罐体外油循环,来实现自动清洗油罐、自动清出罐底油泥的目的;五是便捷化,全套清罐、油泥分离系统均可以分装在若干个集装箱内,安装移动较为便利。采用这种方法,在12~16d内清洗1座10万耐储油罐,处理150耐的罐底油泥,回收的烃类物质接近100%。

2. COWS系统

日本大风工业株式会社研制的COW清洗系统,该技术是利用特殊的液体喷射装置,采用“同种类油品、全封闭、机械自动循环”的物理清洗技术。罐底有机沉积物经过喷射、击碎、溶解,安全复原成标准质量的原油。主要技术特点:一是罐底有机沉积物全部回收;二是清洗工期短、固定化模式,据资料介绍,10万耐储油罐的清洗作业时间为巧d,仅为国内传统清罐时间的四分之一;三是全封闭式清洗,无需人员进人罐内作业,惰性气体控制罐内可燃气体,安全有保障;四是无环境污染;五是清洗效果好,清洗后罐内表面可达到金属本色;六是98%沉积物复原成原油,回收率高,综合经济效益十分明显。

cows油罐清洗方法的优点有:①原油的回收率高,cows方法可以最大限度地回收罐内沉积物中的原油和蜡,仅剩基本不含油的铁锈、砂子等。用COWS方法清洗10万立方米储油罐需人工处理的沉积物只有几十吨。②清洗过程不用蒸汽煮罐,清洗成本低,同时不会使沉积物的凝固点增高,不会产生再次沉降。③清罐工期短,可以减少油罐停修期。该方法的施行不受气候等因素的影响,清洗一具10万耐油罐只需巧d。④安全性强,用人工少。为了操作安全,采用制氮机充人氮气,氧气浓度控制在8%以下,还具有克服产生静电的因素。达到人员进人油罐前,罐内只剩油砂和铁锈,基本消除了油气,操作人员的作业环境得到极大的改善。⑤不造成环境污染,资源可再利用。

3.RSOL系统

sRoL系统是在线移出污泥的油罐清洗装置,通过在罐根,而不是罐的侧壁,放人清洗自动装置。该过程称为气密性清洗,可以清除油罐内的油泥和气相烃类物质。清出的油泥依托现场废物处理设施,液相烃类物质可以在连续的闭环系统内回收,回收率高、费用小。由于油罐清理期间,罐并未打开,限制了烃类物质的损失和恶臭气体的散发。据资料记载,美国BP公司在B山echasse的lAhance炼油厂在未中断运行的情况下,成功地完成了位于污水处理场内的油罐清洗工作。目前国际上该行业大部分采用的是日本的COWS技术,其作业原理为:从罐浮顶的支柱孔置人安装多只清洗喷枪,每次由2只喷枪同时工作喷射同种油,逐步击碎、溶解罐底油泥成为混合液态油,通过油回收装置将其输送至另外一个储罐(供油罐)。油泥全部清理完成后采用热水对接触油泥的罐壁及浮顶面进行清洗。清洗的全过程通过充氮气方式保证储罐内部的氧气浓度低于8%,消除了产生火灾和爆炸的隐患,氧气浓度由氧气监测仪实时测定。清洗完毕打开人孔通风后,罐底部只残留极少量铁屑、泥沙等无机固体物。

(二)国内储油罐机械清洗技术发展水平及趋势

国内普遍采用的方法之一是在罐中原油尽可能全部抽取,注人适量清水并通人蒸汽,即所谓的“蒸罐”,加热到一定温度后,部分油品会从乳状底泥中上浮至水层上,然后用泵将表层油抽走,这样完成一次“蒸罐”处理。一般情况下,为了尽可能多的回收底泥中含的油,通常采用两次或两次以上“蒸罐”处理。经过“蒸罐”处理后,打开人孔进行自然或强制通风,同时将油罐底部齐平清扫孔打开,让能流动的油水和部分底泥自流进人油罐旁的储泥槽。待底泥自流性变差直至自流结束后,再从罐中采集气样,测爆合格后作业人员方可从人孔进人,进行人工清泥洗罐作业。由于准备工作所需的工序多、步骤复杂、危险性大,因此清罐全过程所占的时间较长,以清理一座5万耐储油罐为例,一般需要45一50个工作日。

由于“蒸罐”过程中注人的清水加上通人蒸汽产生的闪蒸水,不仅额外地增加了油泥总量,而且还给油泥处理过程增加了破乳工序,难度加大。因此,普遍的做法是将油罐底泥送给工厂周边的一些小型油品加工厂提炼成品油或给砖瓦厂作燃料。这种做法不但资源利用率低,而且由于这些土炼油厂或砖瓦厂没有完善的环境保护措施,在油罐底泥的运输和再利用过程中极易发生二次污染。另有某些工厂开始尝试将油泥送往焦化厂,采取利用焦化装置进行催化焦化反应等油泥资源化的方法,但这些方法仍是以人工清罐为前提,其缺点主要有以下几点:一是人员人罐作业的不安全性和对人体健康的危害性;二是油泥从油罐区迁移至综合利用装置的过程中仍存在发生二次污染的可能性;三是石油资源回收利用的不经济性。

方法之二是在油罐附近挖一个土坑,贴上防渗膜作为集泥池,将油罐底泥从油罐底部扫线口推流至集泥池,用抽油泵泵至罐槽车拉出,罐里面通风后进人作业。此作业环境非常危险,全国每年都有人工清洗油罐导致死亡或爆炸的事故。

我国大型储油罐机械清洗起步较晚,1995年由当时的石油部引进了日本COWS系统,在江苏徐州贮备库试验机械清洗了一具5万耐的油罐,从此揭开中国机械清洗之幕。中石化、中石油也相继开始引进国外的成套设备,但是由于设备价格昂贵、维护费用较高、无法普及等问题导致很多贮存石油的企业仍然采用人工清洗方式。1年月9日辽河油田人工清洗油罐发生7人死亡特大事故,7月1日中石油、中石化、中海油联合发文,要求属下企业一律采用机械清洗储油罐,杜绝人工清洗。随后机械清洗开始步人大型储油企业。国家发改委于2007年颁布《储油罐机械清洗作业规范》S$/6T6%一2007,按照此标准要求,工艺设备从进清洗场安装到完成施工打开人孔检查需要多个工作步骤,其中主要施工过程包括设备及管线安装、残油移送、供油(同种油)清洗、热水清洗、人工进罐清理固体物和死角、封罐、设备拆除等步骤。

按照国家发改委颁布的S$/6T696一2007标准,作业时把需要清洗油罐中的油泥通过同种油溶解、击碎、搅拌移送到别的油罐中,油泥只是物理转移,没有把石油和砂泥分离。

我公司自主研发的清洗液可以适合多种类型石油储罐,可以把油泥中的石油组分提取出来,分离出沙土,清洗液与石油、泥沙经清洗喷枪喷射搅拌后分层,清洗液循环利用,图4为罐内自上而下原油层、清洗液层、泥沙层的效果图。

我公司自2011年开始将清洗液结合大型储油罐机械清洗技术列为重大研发课题,目前已取得重要进展,已经应用技术成果开展了一系列的工程服务项目,积累了较为丰富的技术研究及工程实施经验。即为利用自主研发的清洗液结合机械清洗系统的工艺流程图。清洗液结合机械清洗工艺流程图。

本套技术的工艺原理为:先对设备(A装置、B装置、C装置、辅助装置)、工艺管道进行规范布局,喷枪按照扫射覆盖面进行分布安装,临时管线经试压、接地电阻等工序验收合格后向罐内注人氮气,控制氧气浓度低于8%,将配置好的清洗液通过离心泵输送至喷枪打击油泥,工艺温度控制在5一60℃,回收系统由过滤、真空泵、真空罐等组成,真空泵启动产生负压将罐内混合液抽吸到真空罐内,通过离心泵输送至喷枪将罐内油泥击碎、搅拌、溶解,形成封闭循环。经过一段时间运行后,由于清洗液与油泥充分混合,油泥中的原油组分被分离出来,静置后把上层石油移出到储存罐(回收/供油罐),继续搅拌如此循环,到循环液表面没有原油为止。清洗液可以反复利用,泥沙通过离心机分离后排放,分离出的泥沙含油率低于2%。整套工艺连续24小时运行,适用于野外作业,不受天气影响。对于罐内油泥是否搅拌彻底,可以通过声呐观测来实现。

三、成套设备的集成

成套设备模块化设计,分别做成撬装底座形式,方便卡车公路运输及装卸。成套设备由核心设备和辅助设备两部分组成,核心设备包括油回收装置、油清洗装置、清洗喷枪等,核心设备适用于一级防爆工况。根据现场情况及用户要求,辅助设备包括制氮机、氧气监测仪、清洗液溶解槽、声呐成像仪等组成。

(一)油回收装置

油回收装置用于:1.将清洗储罐中剩余的油输送至供油罐;2.将油泥被击碎、溶解后形成的液态油从清洗储罐输送至供油罐;3.热水清洗时将储罐中的热水输送至撇油罐;油回收装置主要由电机驱动的输送泵机组、真空泵机组、真空容器及系统、控制系统、管路阀门等组成。真空容器上设置液位控制器,自动控制装置的阀门、真空泵和回收泵的运行。

(二)油清洗装置

油清洗装置用于:1.从供油罐中抽吸同种油加压输送至清洗喷枪,用于击碎、溶解油泥;2.从撇油罐中抽吸热水加压输送至清洗喷枪,用于清洗接触油泥的罐壁和浮顶;3.通过装置中管路和阀门的切换,也可用于将清洗罐中剩余油输送至供油罐;油清洗装置主要由增压泵机组、换热器、控制系统、管路阀门、空压机等部件组成;

(三)清洗喷枪

清洗喷枪用于:1.喷射同种油,用于击碎、溶解油泥;2.喷射热水,用于清洗接触油泥的罐壁和浮顶;清洗喷枪主要由传动组件、换向组件、喷管组件及控制部件等组成;

(四)清洗液溶解罐

用于配制清洗油泥的容器,与清洗设备联通,可以利用清洗设备的机泵对清洗液进行循环加速溶解,溶解槽内有加热盘管,便于提高溶解速度。

(五)制氮机

辅助设备制氮机为变压吸附式制氮装置,它是以压缩空气为原料,利用碳分子筛的吸附特性,结合加压吸附、减压解吸,实现空气中的氮、氧分离,从而获得产品氮气。制氮工艺过程自动控制连续运行。氮气流量在线监测,流量连续显示,安全高效。

(六)在线氧气监测仪

在线氧气监测仪主要监测储罐罐内氧气体积浓度,随储罐原油液面的降落,储罐内部出现了以氮气、氧气、油气与水蒸气等混合的气相空间,监测仪从罐浮盘上部顶部设置取样点,通过输送的PVC软管、泵、阀与过滤器等组成的取样系统将罐内气样抽到动力柜内经传感器分析,由控制柜显示。控制柜为防爆柜,拥有浓度显示、报警、模式切换等功能。

(七)声呐成像

声纳油泥模拟系统:清理油罐前,在储罐的顶部安装声纳探头,将声纳信号收集到设计好的计算机程序中,将探测储油罐内的油泥情况直接显示出来。本系统将被用于衡量油罐内油泥量及油泥沉积的位置,以确定喷枪的连续工作时间,其特点:①油罐装满油时可安装探测系统;②声纳探头可360度旋转扫描罐体;③电脑直接显示罐底油泥图像

四、结束语

随着我国石油消费量的逐年增加,战略石油关系国家安全,为保障石油资源安全和国民经济快速发展,国家将逐步建立更多的石油贮备基地,储油罐也向大型化发展。石油储油罐清洗周期一般为6一8年,以10万耐储油罐为例,油泥高度平均在50mm,油泥量为2512耐,其中石油成分约为930耐,价值370余万元,采用清洗液结合大型储油罐机械清洗具有里程碑的意义。

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