油田卧式容器清淤清洗污泥站内减量化预处理技术研究

李 岩 蔡 宇 赵云辉 王宏伟 谷小凤 张春生 杜满昌 李庆国

1.大庆昆仑集团金属防腐公司 黑龙江大庆 163000；2.大庆宏府昇科技有限公司 黑龙江大庆 163000；3.大庆油田采油四厂 黑龙江大庆 163000；4.大庆油田采油三厂 黑龙江大庆 163000

油田卧式容器的清淤清洗污泥处理难度大，目前油田站内减量化设备情况是设备体积大、工艺复杂、模块多，耗能大，灵活性差，普遍采用二相或三相离心分离技术工艺。通过对现有技术优化，实现撬装模块集成化，完成破乳清洗、旋流震筛除砂、气浮除油、高效混凝、双螺旋挤压脱水于一体化工艺。制作完成快速移动、快速安装、快捷灵便、高效安全的车载式移动处理设备，有效解决卧式容器清淤清洗污泥处理难题。

1 站内清淤清洗污泥减量化处理的重要性

1.1 油田生产的需求

含油污泥是在石油开采、运输、炼制及含油污水处理过程中产生的含油固体废物。含油污泥中含有大量的苯系物、酚类、蒽、芘等有恶臭的有毒物质，若不加以处理，不仅污染环境，而且造成资源浪费。含油污泥的处理一直是困扰油田的一大难题。油田卧式容器每年产生百万方清淤污泥，其成分复杂，含有大量的老化原油、蜡质、沥青质、胶体和固体悬浮物、细菌、盐类、酸性气体、腐蚀产物等，污水处理过程中还加入了大量的凝聚剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂等水处理药剂。老化油中硫酸盐还原菌快速繁殖并形式菌胶团，与聚合物、石油胶质、沥青质等黏合在一起，形成极难分离的油水过渡层，清罐污泥中绝大部分成分就是此类物质。目前传统的离心分离方式因为过渡层物料的比重轻的原因，很难进行有效分离而重新回到油田水处理或油处理系统导致恶性循环。这种老化油的油水过渡层导电性强，严重干扰了主工艺流程中电脱水系统的正常运行。因此，老化油过渡层已经成为制约油田安全生产和环境保护的重要因素。

1.2 生成过程中存在的技术经济问题

目前站内卧式容器产生的清淤污泥拉运到固定的储存点或固定的污油泥处理点，存在以下问题：

（1）清淤污油泥未经减量化处理，拉运负荷大，费用高。

（2）油田固定的储存点或固定的污油泥处理点，超负荷运行，每年约一半左右污油泥得不到有效处理，影响油田地面工艺设备的正常运行。

（3）未处理的污油泥搬运过程中容易造成二次污染。

（4）目前油田污油泥减量化技术普遍采用二相或三相离心分离工艺，存在诸多技术难点。如离心分离技术很难分离出比重轻的过渡层类物质，导致通过水相和油相重新回到系统中造成恶性循环；分离出的此类污泥含液率过高（超过90%），拉运过程中容易造成二次污染。

综上所述，油田清淤污油泥不出站，并且经济高效、简单易行，又绿色环保的处理工艺技术的研发，对油田意义重大。

2 国内外相关技术现状、适应性评价及分析

目前国内外减量化技术主要有：热水洗法含污油泥减量化处理；热脱附法含污油泥减量化处理；离心法含污油泥减量化处理；热化学法含污油泥减量化处理。

2.1 热水洗法含污油泥减量化处理

油泥砂表面的原油有一层膜，洗涤处理收效甚微，必须经过表面预处理，利用药剂对表面油层进行活化处理，再进行筛选洗涤，将油泥砂分别分离出来。此方法最重要的步骤就是在热水中添加活性剂，改变油泥砂表层的油面湿润性，使其变得更加亲水，再进行重复冲洗环节，从而达到固液分离的目的。此方法对于含有较高的含油量落地原油和油砂较为适宜，具有较高的回收效果，且便于管理和操作，处理成本较低。但此方法的最大缺点是，容易造成二次污染，效果欠佳。

2.2 热脱附法含污油泥减量化处理

根据油泥砂特性，先通过分选设备，将油泥砂中的杂草、碎石等杂物分选出来；再通过机械设备利用油水比重的不同物理特性，在加温后与化学药品搅拌均匀，使油、泥砂、水充分分层开来。按照比重，油会浮在最表层，其次是水在中间层，泥砂沉淀在最底层处。此方法投入成本较低，处理效率高，是一种高效经济的处理工艺。

2.3 离心法含污油泥减量化处理

离心处理法是利用无机混凝剂，在温度加高的情况下，加入适量的水搅拌均匀，再通过离心分离工艺将油分离，将污泥固化填埋。值得注意的是，此方法必须在温度较高条件下进行分离，加热的温度和适当的化学药剂是决定离心处理法效果的先决条件。此方法的缺点是成本太高，不适合小规模油泥砂的回收利用，当油的比例超过20%时，离心处理法会很好地达到油泥砂减量化无害化的处理效果，会取得较高经济收益。

2.4 热化学法含污油泥减量化处理

根据对油泥沙成分的充分分析，得到油泥砂内部的结构较为稳定，且是一种胶质状态。油泥砂的外部是一种固态或半液态结构。通过热化学法在油泥砂中侵入一定比例的化学药剂和热水，将其快速搅拌，利用破碎和氧化作用，将原油从表层洗涤分离出来，在通过工艺技术将油、泥水、砂分为三层，这主要是采用了沉降、旋流、絮凝和破乳等形式，将分离出的油装进罐子，水可以用于下一次洗涤，泥砂可以用于回壤或者施工。

目前，油田应用的主要设备生产厂商有日本大凤公司、丹麦宝罗公司和储运销售分公司自制的设备，这些设备都是模块多、结构复杂、转场安装调试需要15～20d，处理量大，适用于油田1000m3以上的立式储罐的机械清洗，不适用于点多面广的油田卧式容器清淤减量化处理。因此，研发出适用油田点多面广、卧式容器清淤产生的残液固废物少、处理量相对较小，设备安装转场灵活，安装调试控制在2d 以内，高效安全的车载式移动处理设备非常有必要（见图1）。

图1 初步完成的撬装化卧式容器清淤清洗污泥减量化装置

3 含油污泥减量化技术原理

3.1 实现储油、收砂三相分离

对油田主要区块的卧式容器清淤除垢产生的残液进行取样分析，在实验室根据物料的特性分析和实验，筛选、优化、复配出高效的破乳剂、清洗剂等，并提出各种药剂使用的工艺条件和投加方法。制作高速剪切分散装置，实现残液中油水分离回收。

脱油脱沙机的结构主要由高速剪切搅拌箱和管道螺旋输送槽组成（见图2），高速剪切搅拌箱配套高速变频搅拌机，管道螺旋输送槽配套低速螺旋输送系统。高速剪切搅拌箱内有三片特殊角度的桨叶，因此搅拌叶可以在搅拌箱内完全无死角盲区地进行充分搅拌，搅拌叶的高速运转形成强劲的紊流，聚集了充分的能量，有效与破乳剂快速混合，提高药剂利用率。经过静止分层后，上层集聚油层，底层沉积泥沙及水垢，中层部分是泥水。上浮的油层通过提升液位导流进入储油箱，底层通过管道螺旋输送排出泥沙及水垢，中层的泥水通过排水泵注入泥水均质箱内。该高速剪切分散装置，能够充分实现卧式容器清淤除垢产生的残液中的油水分离，并同时完成储油、收砂三相分离功能。

图2 脱油脱砂机设备实物

3.2 实现残液中固相部分高速混凝沉降

在实现对卧式容器清淤除垢产生的残液中残留原油进行分离回收的基础上，开发高效混凝絮凝技术（见图3），实现残液中固相部分高速混凝沉降；制作变频式高速管槽混凝器+低速絮凝槽的制作。高效管槽混凝浓缩器的结构主要由一个管道混凝器和一个絮凝槽组成，管道混凝器配套高速变频搅拌机，絮凝槽配套低速变频搅拌机和液位控制系统。高效搅凝管由3 个管通过侧壁缺口并排相接，依次连通，搅拌叶设置在位于三管中央的管腔内，且搅拌器的搅拌截面恰好与搅拌腔的截面相匹配，因此搅拌叶可以在搅拌腔内完全无死角盲区地进行充分搅拌，经过高速搅拌之后形成的高强度絮团流入到低速絮凝槽内。高效管槽混凝浓缩器适用污泥浓度范围更广，适用两种药剂的投加，进泥均量稳定，小型模块化设计有设计紧凑、便于安装，占地空间小等特点。

图3 高效混凝器设备实物

高速管槽混凝器+低速絮凝槽技术可以降低30%的絮凝剂使用量，同时提高20%的处理量。

3.3 双螺旋挤压脱水机

制作双螺旋挤压脱水机（见图4），对残液中高速混凝沉降的固相部分进行脱水固化，双螺旋挤压脱水机的主体是由相互层叠的固定环和游动环以及贯穿其中的螺旋轴组成的一种过滤装置。螺旋轴在推动污泥前进的同时，通过本体上的外部驱动及导向装置，使游动环产生上端上下直线运动同时下端钟摆运动。通过这种特殊的环片与螺旋轴结构，既可以确保游动环能够与固定环错位，产生通畅的滤缝，防止堵塞，又能够最大限度地剪切污泥，推进污泥前进并降低泥饼含水率。

图4 双螺旋挤压脱水机设备实物

通过上述工作，制作形成车载移动式处理设备，制造出适用油田点多面广、卧式容器清淤产生的残液固废物少、处理量相对较少，设备安装转场灵活，高效安全的车载式移动处理设备（见图5）。

图5 设备在站内进行减量化处理实景

4 站内减量化处理工艺流程和应用效果

4.1 工艺流程

（1）PAC、PAM、破乳剂这3 种药剂溶液备用。

（2）热水通过补水泵打入热水箱，热水箱中热水通过热洗泵打入高效脱油脱砂机。

（3）将清淤清洗后的污油泥通过原料泵打入高效脱油脱砂机，同时在线加入药剂（破乳剂）完成油、水、砂分离工艺。高效脱油脱砂机通过底部无轴螺旋进行排砂,上部的油层通过热洗泵提高液位流入原油箱进行外输，下部的泥水通过上料泵打入泥水均质箱。

（4）泥水均质箱中泥水通过污泥泵打入高效管槽混凝浓缩器，同时在线加入2 种药剂（PAM、PAC）完成混凝絮凝工艺。浓缩器上部的高浓度浮渣进入串螺污泥脱水机，串螺污泥脱水机的过滤清液进入清水箱，达标水通过滤液泵进行外输。

清淤清洗污泥站内减量化处理工艺流程如图6 所示。

图6 清淤清洗污泥站内减量化处理工艺流程图

4.2 清淤清洗污泥站内减量化应用效果

在应用中，该装置能够实现站内卧式容器清淤清洗后的污泥（见图7）减量化处理，高效完成破乳清洗、旋流震筛除砂、气浮除油、高效混凝、双螺旋挤压脱水于一体化工艺。处理后的水样（见图8）、泥样（见图9）经过第三方专业检测机构进行检测，明确了处理后水中悬浮物和含油率以及泥中含水率，实现了站内污油泥减量化目标：

图7 未处理前的清淤清洗污泥

图8 处理后的水样

图9 处理后的泥样

（1）污油泥减量化率≥80%；

（2）悬浮物测定方法（GB/ T11901-1989），检测结果为悬浮物12ml/ L；

（3）水中含油率（石油类）测定方法（HJ637-2018），检测结果为含油率（石油类）1.56ml/ L；

（4）泥中含水率测定方法（CJ/ T221-2005）,检测结果为含水率55.9%。

如以单个油田每年站内卧式容器产生约20 万m3以上清罐污泥测算，站内减量化处理按80%减量化率计算，节省480 万元运输费用（危废物运费用按30 元/ t 计算）。与常规运输到处理站处理相对比，每吨节约运行成本33元，节约运行成本660 万元，共计节省费用1140 万元。

5 结论

该套装置增加了移动作业能力，单台用电双螺旋挤压脱水机功率仅为1.34kW，是同处理量离心机功率的2%，整体自动化程度高，运行稳定，人力成本低，脱水后的泥饼含水率低，有效防止了污泥拉运过程中造成的二次污染。油田卧式容器清淤清洗污泥站内减量化预处理技术，能够充分实现站内清淤清洗污泥减量化处理目标，具有非常好的应用效果，缓解了因处置污泥产生的大量资金对企业发展的压力，同时也极大地降低污染风险，取得了良好的经济效益和社会效益。