引言
在儲油罐中長期儲存時(shí)，原油中膠體膠粒（石蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、細(xì)粒泥沙）相互吸附聚集，同時(shí)攜帶溶解其中的無機(jī)鹽一并沉積形成又黑又稠的膠狀物質(zhì)層，即俗稱的油泥。這類油泥中有含量極高的碳?xì)浠衔�，通過適當(dāng)?shù)姆蛛x技術(shù)，可使其回收率達(dá)到98%以上。
隨著原油儲罐的大型化(1×105m3 ～1.5×105m3 ) 和罐群基地的發(fā)展，罐底油泥的清洗與回收就成為必需。經(jīng)過5-7年的沉積，罐底沉積的油泥厚度一般在1～2m，即占全罐容積的5%～10%。這不但會使儲油罐有效容量減少，還會造成罐底板內(nèi)防腐層脫落處造成腐蝕，甚至泄露。因而需對儲油罐進(jìn)行定期清洗、檢修。
儲油罐機(jī)械清洗是近些年來發(fā)展起來的新型清洗技術(shù)，其原理是罐內(nèi)氣體保持惰性環(huán)境的同時(shí)利用加熱的原油打碎堅(jiān)硬的罐底油泥，溶解、稀釋后回收，然后再用熱水清洗附著在罐壁上的油污，利用油和水的密度不同分離出原油，達(dá)到完全回收原油的目的。
1 大型原油儲罐機(jī)械清洗熱水清洗效率低的問題
經(jīng)過同種油清洗，儲罐內(nèi)的原油、油泥已基本清除[5]。熱水清洗主要是利用熱水清洗殘余的油污，其難點(diǎn)在于：將罐內(nèi)的油污沖刷下來以后，如何有效地將其抽出。因此抽吸口的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。清洗中抽吸口一般會選用安裝臨時(shí)人孔作為抽吸口，這是因?yàn)橛捎诠薜着潘芫�往往會因位置不合適及抽吸高度無法調(diào)節(jié)等原因，實(shí)際作業(yè)中很少使用。對于清洗操作來說，也不如換裝的特制的臨時(shí)抽吸口使用方便有效。
熱水清洗階段需清洗的油泥量很少，實(shí)際作業(yè)中卻常常要使用3~5天甚至更長的時(shí)間，清洗效率低。其原因有以下幾點(diǎn)：
1.1 循環(huán)水使用量大，注水、加熱時(shí)間長
熱水清洗的第一個(gè)問題是清洗循環(huán)水的使用量過多，這與抽吸管口的離地高度直接相關(guān)。經(jīng)高壓水柱沖洗下來的浮油會形成浮油團(tuán)漂浮在液面上，要盡可能將液面上的浮油抽吸出來，就要求抽吸管口越接近液面越好[4]。但由于流動阻力、抽吸口產(chǎn)生抽吸漩渦等因素，抽吸管口越接近液面，抽吸時(shí)越容易產(chǎn)生抽空。這一矛盾的出現(xiàn)，使得高效率的抽吸浮油和穩(wěn)定的連續(xù)作業(yè)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際作業(yè)中，往往會為了保證連續(xù)作業(yè)而犧牲對浮油的抽吸效率。即提高注水高度，將抽吸管口置于液面以下30-50mm，以保證連續(xù)抽吸不斷流。此時(shí)罐內(nèi)的注水高度一般在80-100mm左右。因浮油抽吸效率不高，作業(yè)時(shí)還需增加清洗循環(huán)次數(shù)，才能將浮油夾帶出來。這意味著用水量的增大、注水時(shí)間的加長、蒸汽加熱與油水分離的難度加大，導(dǎo)致作業(yè)效率降低。
1.2 噴槍布置及清洗工藝影響清洗效率
大型儲罐機(jī)械清洗是靠清洗噴槍組成噴槍群，對罐內(nèi)形成全覆蓋打擊射流以完成清洗工作。因此，合理的噴槍布置及高效的清洗工藝才能保證高效率的清洗作業(yè)�，F(xiàn)有作業(yè)方案一般都只強(qiáng)調(diào)噴槍均布及順序清洗，而未考慮抽吸口位置與噴槍布置、抽吸口啟閉與清洗工藝的相互配合，使得部分作業(yè)重復(fù)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
此外，清洗水溫的控制也影響清洗效率。水溫低，清洗效果不好；水溫高（通常在高于70℃以上），油質(zhì)易發(fā)生加速乳化，造成油水分離困難，影響下一步的循環(huán)清洗。若只是簡單根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用單一的溫度標(biāo)準(zhǔn)來施工作業(yè)，往往難以兼顧這兩方面的問題，導(dǎo)致清洗效率不高。
1.3 罐內(nèi)浮油抽吸效率低
熱水清洗中的一個(gè)常見現(xiàn)象是，循環(huán)水不斷循環(huán)往復(fù)，大量的浮油卻始終漂浮在罐內(nèi)液面上，不能有效的被泵抽吸出來，致使經(jīng)過多次循環(huán)后罐內(nèi)殘余的浮油仍然很多。造成該現(xiàn)象的主要原因是浮油抽吸效率低下。為了防止抽空，罐內(nèi)抽吸管口往往低于液面30mm甚至更低，導(dǎo)致抽吸時(shí)更重的水優(yōu)先被抽走，輕的浮油浮在污水表層，滯留在罐內(nèi)。此外，噴槍排布位置及清洗順序不夠合理，導(dǎo)致部分浮油被沖刷至幾個(gè)抽吸口的“死角”，也使得部分浮油難以抽吸。
1.4 含油污水的油水分離效率低
含油污水被抽出泵送至重力式油水分離設(shè)備分離時(shí)，發(fā)現(xiàn)油水分離的效率低的原因有：1、浮油流速太低。分離設(shè)備中的循環(huán)水的出水口多位于設(shè)備底部，以便抽吸出含油量更低的循環(huán)水，然而這一設(shè)計(jì)也導(dǎo)致了設(shè)備內(nèi)液面流體流速過低，致使上浮到液面的浮油流動至油水分離堰的時(shí)間超過30min乃至更長，影響分離效率。2、不能有效應(yīng)對低溫作業(yè)環(huán)境。當(dāng)含油污水溫度低于油品熔點(diǎn)時(shí)，浮于表面的浮油很容易凝固，甚至形成一層“油蓋”，嚴(yán)重影響油水分離效率。
2 熱水清洗效率的提高
2.1 循環(huán)水使用量的減少
為減少用水量，提高后續(xù)流程的作業(yè)效率，在抽吸管口處設(shè)計(jì)安裝抽吸輔助裝置，如圖1所示。該裝置將對浮油的優(yōu)先抽吸和維持清洗水的循環(huán)兩工作分由阻水疏油堰和抽吸管口兩處實(shí)現(xiàn)。這不僅使阻水疏油堰與液面之間的距離可以縮短至10-20mm，也使得抽吸管口距離罐底的高度可以降到20-30mm。
圖1 抽吸輔助裝置
對于阻水疏油堰口，其直徑為抽吸管口直徑的2-3倍，因此滿足同樣的流量時(shí)，流速僅需未安裝該裝置時(shí)的1/3-1/8。
對于抽吸管口，當(dāng)液面高于阻水疏油堰20mm時(shí)（注：堰高50mm，抽吸口距罐底30mm），此時(shí)注水高度僅為70mm，而液面高于抽吸管口已足有40mm，亦可保證抽吸流量充足。由表1可知，采用該裝置后，相較使用傳統(tǒng)抽吸管口可節(jié)水20%以上。此外，由于阻水疏油堰離罐底高度確定，因此用水量很容易測算出來。不必過多準(zhǔn)備清洗熱水，以免造成浪費(fèi)。
表1 熱水清洗用水量
2.2 清洗溫度的確定、配合抽吸口的噴槍布置及清洗工藝（以10萬方浮頂罐為例）
2.2.1 溫度的確定
由于高溫會促進(jìn)油品的乳化，熱水清洗階段形成的含油污水容易在高溫下形成水包油形乳化液，給油水分離造成困難。因此，在確定熱水清洗溫度時(shí)，應(yīng)充分考慮油品及油泥的理化性質(zhì)，根據(jù)清洗實(shí)踐，建議針對具體待清洗儲罐內(nèi)的油品，取樣測定其油泥熔點(diǎn)。清洗溫度定為高于油泥熔點(diǎn)10℃-20℃為宜。如不便測定油泥熔點(diǎn)，熱水清洗溫度也不宜超過65℃。
2.2.2 噴槍布置
噴槍的布置原則為均布、全覆蓋。此外，還應(yīng)考慮與抽吸口位置的協(xié)調(diào)布置。
布置噴槍時(shí)，首先應(yīng)在抽吸口兩側(cè)布置噴槍，如B口附近的3、4號噴槍；噴槍不宜正對抽吸口，這樣射流會將匯集到抽吸口附近的浮油驅(qū)離沖散，不利于浮油的抽吸。其次，在兩個(gè)抽吸口中部宜布置一把噴槍，如A、B口中間的2號噴槍；若在兩抽吸口中間布置兩把噴槍，容易在兩噴槍之間形成一處死角，使浮油聚集不宜流出。一般噴槍的射程在12m-15m左右，在中間布置一把噴槍，足以將浮油推送至兩抽吸口附近。
2.2.3 清洗工藝
噴槍的清洗順序宜先清洗罐底部再清洗罐頂部。若先清洗頂部，在下一步清洗底部時(shí)會將油污反濺至頂部，導(dǎo)致重復(fù)清洗。噴槍射流順序按照先內(nèi)圈再中圈，最后外圈的順序?yàn)橐�。這是因?yàn)楣薜诪橐恍倍葹?‰-10‰的椎體，由內(nèi)圈向外圈清洗可將浮油、油泥逐步向外側(cè)沖刷，避免重復(fù)清洗。內(nèi)圈與中圈清洗時(shí)，噴槍對置開啟，當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)噴槍完成清洗作業(yè)后依次順移。
在清洗最外圈時(shí)，還應(yīng)考慮與抽吸口的配合，其清洗順序宜按照如下進(jìn)行：如先以A為抽吸口，則噴槍清洗順序?yàn)椋?、11——1、12。后以C為抽吸口，清洗順序?yàn)椋?、8——6、7。之后切換為B、D抽吸口，清洗順序?yàn)椋?、4——9、10。這樣可以最大限度地利用射流沖擊力，將浮油沖刷、推送至抽吸口附近，提高浮油的抽吸效率。
2.3 抽吸輔助裝置
在實(shí)際作業(yè)中，制約清洗效率的一個(gè)關(guān)鍵在于從抽吸口抽出的含油污水中浮油的含量。為提高浮油抽出效率，在抽吸口處設(shè)計(jì)安裝抽吸輔助裝置，即在抽吸管口處加裝一阻水疏油堰。通過罐外操作，阻水疏油堰可在連桿帶動下上下移動，實(shí)現(xiàn)提起和落底動作。（見圖1。）
在同種油清洗階段，如圖3所示，將此裝置中的阻水疏油堰提起，抽吸管口同之前結(jié)構(gòu)一樣發(fā)揮作用，而且抽吸管口離罐底的距離可以縮小到30mm甚至更小，能夠最大限度地抽吸罐底油泥，減輕熱水清洗階段的工作壓力。
圖3 抽吸輔助裝置兩種工作狀態(tài)
在熱水清洗油水分離階段，將抽吸輔助裝置中的阻水疏油堰落底至罐底，此時(shí)含油污水將經(jīng)堰口流下再經(jīng)抽吸管口被抽吸至罐外。如圖4所示，由于下層的水被阻水疏油堰阻擋，液面的含油水層流動明顯加快。此時(shí)罐內(nèi)含油污水表面流動狀況大大好于阻水疏油堰提起時(shí)（如圖5）的表面流動狀況。漂浮在水面上的浮油隨液體表面流動而流向抽吸口附近。在經(jīng)過阻水疏油堰時(shí)，因浮油密度小浮在水面上，又會優(yōu)先流入阻水疏油堰內(nèi)形成小規(guī)模的浮油聚集，隨著堰內(nèi)的含油污水被抽出，浮油也隨之被抽吸至罐外，使得浮油抽吸的效率大大提高。
實(shí)踐表明，使用該裝置可使抽出浮油的效率提高約5倍左右。這極大地減少了熱水清洗循環(huán)的次數(shù)，縮短作業(yè)時(shí)間，提高效率。
2.4 重力式油水分離設(shè)備溫水射流裝置
針對油水分離裝置內(nèi)浮油流速慢和低溫下易凝結(jié)的問題，設(shè)計(jì)如圖6所示的溫水射流裝置，即在U形槽路上安裝兩處排布式噴嘴。噴嘴水平布置，其高度高于油水分離堰，利用換熱后的蒸汽乏水（換熱后的蒸汽乏水通常在40℃以上），利用隔膜泵加壓后形成溫水射流，通過射流沖擊力推動表面浮油加速流動，并對其加熱，確保其流動性良好，以保證油水分離順利進(jìn)行。
圖6 溫水射流裝置
由于噴嘴射流只作用于液表面，對底層液體的推動、加速效果很小，不會對油滴的上浮聚集產(chǎn)生影響。這樣既可以利用換熱后的蒸汽乏水，節(jié)約能源，又達(dá)到了提升油水分離效率的目的。
3 現(xiàn)場應(yīng)用
在四川石化某10萬方原油儲罐熱水清洗過程中，使用了上述設(shè)備及工藝。清洗過程中保持清洗溫度在50-55℃，清洗效果良好，未出現(xiàn)明顯的油品乳化現(xiàn)象。合理的噴槍設(shè)置及射流順序免去了重復(fù)清洗。在抽吸罐內(nèi)被沖洗下來的浮油時(shí)，抽吸輔助裝置發(fā)揮了很大作用。在未將抽吸輔助裝置的阻水疏油堰落底前，從罐內(nèi)抽出的含油污水中只含有少量油花，在油水分離設(shè)備內(nèi)形成大約1-2mm的油層，液面顏色呈深褐色。而將阻水疏油堰落底以后，從罐內(nèi)抽出的含油污水明顯變黑變稠，在油水分離設(shè)備中形成大約10mm的稠油層，液面顏色呈黑色。配合油水分離設(shè)備中的溫水射流裝置，保證了在現(xiàn)場陰天、低溫狀況下的油水分離效率。待抽吸出的含油污水中基本不含原油時(shí)，熱水清洗結(jié)束。最終只用了17個(gè)小時(shí)的時(shí)間便完成了熱水清洗階段的工作。較原作業(yè)時(shí)長，縮短工期2/3以上。
4 結(jié)束語
針對熱水清洗效率低的問題，在深入分析現(xiàn)狀后，通過新裝置的引入和針對施工現(xiàn)場及設(shè)備選擇合理的工藝方案，大幅提高了作業(yè)效率。這說明在實(shí)際生產(chǎn)中，創(chuàng)造新的設(shè)備設(shè)施并因地制宜、因“機(jī)”制宜的制定優(yōu)化作業(yè)方案，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提高的有效方式。
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