油田污水罐机械清洗工艺可行性分析

宋宇（大庆油田有限责任公司储运销售分公司）

1 国内油田用污水罐

我国原油采出进入了高含水阶段，油田单位多数采用污水沉降罐进行油水及污泥的沉降分离。污水沉降罐是一种将含水原油进行沉降处理的装置，在较短的时间内粗略沉降出油中水。国内油田用污水沉降罐多为圆柱形地上罐，规格在100～15 000 m3，甚至更大，储存、沉降对象为井口来液。沉降罐运行后会产生大量含油淤泥，在罐内堆积高度2 m以上。污水沉降罐的内部结构各不相同，多数罐内底部和罐壁布设有管线，部分罐底还铺设加热盘管和搅拌装置[1]。

污水沉降罐罐底含油污泥的组成成分极其复杂，其含有大量的老化原油、腊质、沥青质、胶体、固体悬浮物、细菌、盐类、酸性气体、腐蚀产物等，还包括生产过程中投加絮凝剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂等水处理剂。罐内物质是一种极其稳定的悬浮乳状液体[2]。

2 油田污水罐机械清洗技术

我国石油石化行业起步较晚，罐体清洗技术与世界先进水平还存在着一定的差距。在油类储罐机械化清洗技术中，原油储罐以及成品油储罐应用机械清洗技术进行清理者较多，此类清洗技术发展比较成熟。对于油田用污水沉降罐，具有内部构造及介质的复杂性，清洗方式停留在人工清洗层次的居多。最近几年来才有一些科研院所在进行试验研究和对国外先进技术的应用研究[3-6]。目前，油田污水罐机械清洗覆盖率在26%，没有覆盖到的地方仍然采用人工清洗方式。

2.1 机械清洗设备组成

污水罐机械清洗系统主要包括清洗系统和污油泥现场减量化处理系统[7]。设备主要由抽吸移送模块、循环清洗模块、在线气体检测模块、氮热一体化模块、分离模块和减量化处理模块组成[8]。

1）抽吸移送模块。将罐内污水密闭抽吸输送出去，该模块具有负压抽吸液体，液体加热，杂质过滤，液位平衡协调功能。同时，该模块可实现污水长距离抽吸移送功能。

2）循环清洗模块。罐底及罐顶安装清洗机，利用清洗机将污水罐罐壁及罐底的污泥、残渣击碎、打散和冲刷等，反复循环清洗实现污水罐全方位、无死角式清洗。使用水力驱动清洗方式，无需人工调整清洗机喷嘴角度，可实现污水罐全方位全自动运行。

3）在线气体检测模块。可实现监测被清洗罐内氧气和可燃气体浓度，监测值通过信号传输气体浓度报警器，实现机械清洗作业环境检测功能。

4）氮热一体化模块。主要实现置换待清洗罐内易燃易爆气体，保障机械清洗作业安全。

5）分离及减量化处理模块。主要将从污水罐抽吸出来的油水泥进行三相分离，各自从不同通路输送到指定地点，经处理后的污水满足污水罐来水指标要求[9]

2.2 机械清洗工艺

污水罐机械清洗工艺主要利用化学-物理分离方法相结合，通过抽吸将污水罐（池）内的混合液输送至预处理箱，经加热、充分搅拌后将混合液分离成油、水、泥三相，各自从不同通路输送到指定地点。分离后的含水油输送至含水原油处理模块继续处理，最终分离后的净化油输送至站内回收油罐；分离出的水相进入水处理单元进行精细处理，随后进入气浮装置处理，取得达标水送入站内污水系统；分离出的污泥进入污泥槽暂存，最后污泥槽暂存的污泥将由采油厂负责拉运至指定污泥处理点进行无害化处理[10]。污水罐机械清洗工艺流程如图1。

图1 污水罐机械清洗工艺流程Fig.1 Flow chart of mechanical cleaning of sewage tank

3 机械清洗和人工清洗性能对比分析

3.1 安全环保对比

人工清罐模式为敞开作业，存在燃气挥发现象。一方面，人员接触有毒有害气体易造成中毒窒息，在清罐过程中直接接触的噪音和振动危害，对清罐工人的身心健康产生影响。另一方面，在敞开暴露的环境下，油气浓度过高存在着火爆炸、污染环境等安全环保隐患。尤其清罐现场点多面广，人员素质参差不齐，风险难于防范，安全难以保障。

机械清洗模式完全按照HSE作业要求，人员全程无需进罐，不接触油气空间，消除了安全隐患，降低了工人劳动强度。罐内油水泥全程密闭移送，污油、污水不落地，避免了环境污染。清洗过程风险受控，保证了清洗作业安全。

3.2 清洗效率对比

以清洗一座5 000 m3污水沉降罐为例，人工清洗周期大约为30 d。机械清洗的整个清洗及油泥水处理周期最多为7 d，缩短了清洗及处理周期，预计每座罐的机械清洗比人工清洗节约23 d以上。以北方施工周期为例，每年从4月初开始施工到11月初作业结束，施工周期为7个月，每年每套污水沉降罐机械清洗系统可清洗25～30座污水罐（池），清淤量可达8 000～10 000 m3。

3.3 清洗效果对比

污水罐内设施多，结构繁琐，罐底杂质组成成分复杂，基本上分3层存在于罐内，最上层一般是油、聚合物，中间层是水，最下层是污泥等固体杂质。污水罐机械清洗系统采用高压水射流方式通过布设清洗机进行内循环清洗，利用聚焦流在冲击点上形成的冲击力和向外辐射的切向力，不断将罐内淤渣搅拌带出，可实现罐内全方位清洗，清洗更加彻底，清洗后罐内壁及罐附件会露出罐原防腐漆本色，罐内壁表面附着物全部被清除。并且清洗机安装、拆卸方便，清洗效果非常好。

人工清洗的方法，即在污水沉降罐停产并排水的前提下，简单的对罐底污油泥进行蒸汽加温溶解或人工挖掘处理。这种方法弊病很多，最大问题就是因停产时间长、清泥费时而导致水质处理系统无法正常运行，效率低下、工程量多、操作相对复杂。

3.4 清洗方式对比

机械清洗对于无法停运的污水罐，实现了在线机械清洗模式。油田大多数污水罐无需停运就能将罐内老化油及污水移送出罐外进行现场处理回收，清洗效率大幅提高，而且不影响正常生产运行，达到了高效机械清洗作业。而人工清洗需要停罐、放空作业下进行。

3.5 减量化处理能力对比

机械清洗可实现污油泥的现场减量化处理，在清罐现场可将油田污水中油、水、泥三相分离。分离处理后，原油进入站内原油系统回收，污水进入站内水系统回收，只有少量的污泥拉运到油田固定点进行无害化处理，极大减少了清罐处理后的污油泥拉运量。

4 人工清洗和机械清洗经济效益对比

4.1 运行成本对比

以某油田一年的人工费用与机械清洗费对比来看。人工清洗成本总费用3 862.44万元，其中包括各类立式容器的清淤费用920.5万元，外运费用563.35万元，淤泥处理费用2 378.59万元。机械清洗成本总费用1 054.04万元，其中包括人员费用800万元，设备折旧每年固定222.3万元，淤泥处理费5.77万元；蒸汽费3.69万元；药剂20.56万元。

对比人工清淤成本和机械清淤成本，计算得到机械清淤成本一年共计节约成本2 808.4万元。

4.2 经济效益对比

采用机械清淤能够回收部分净化原油，而采用人工清淤工艺则回收的是渣油。以某油田一年回收净化原油总收益为例。回收油量2.13 t，渣油价格800元/t，回收渣油1 704万元；净化原油价格3 500元/t，回收净化原油7 455万元，收益5 751万元。

综上，采用机械清洗一年共节省各类费用和产生总包含为：成本费2 808.4万元与回收原油收益5 751万元，共计8 559.4万元。

5 结论

通过对油田用污水沉降罐类型特点、内部结构繁琐程度、罐底含油污泥组成成分的调研分析，以及通过对污水罐机械清洗技术的介绍。得出油田用污水罐机械清洗与人工清洗相比较，具有以下几方面优势：施工周期短，平均每座罐的机械清洗比人工清洗节约时间30天以上；作业安全保障高，机械清洗人员无需进罐，施工作业安全，避免油田污水罐（池）清淤过程中人员伤亡、中毒、火灾爆炸等重特大事故的发生；环境污染少，机械清洗全过程密闭清洗，避免油泥露天存放造成的大气污染，相比传统的人工清洗方式在安全环保方面具有明显的优势；机械清洗可实现站库运行不停产在线减量化处理，在保障生产正常运行的同时，还具有省时省力、回收率高、经济效益显著等优点。