于 洋，路蘭卿

（北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 100074）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，原油的需求量也越來越大。在油田勘探開發(fā)、原油煉制、儲存和運(yùn)輸過程中，都會產(chǎn)生大量的含油污泥。這些含油污泥是石油企業(yè)開發(fā)過程中產(chǎn)生的重要污染之一，也是油田環(huán)境持續(xù)惡劣的原因之一。在國家實(shí)施的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中，把環(huán)境保護(hù)作為科學(xué)發(fā)展觀中一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，國家和地方政府對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)也日趨規(guī)范和嚴(yán)格。油泥既是生產(chǎn)中的廢物，又是可貴的再生資源，特別是對中國這樣的資源緊缺、環(huán)境壓力大的國家來說，研究開發(fā)收集和回收原油的工藝和設(shè)備顯得尤為重要。本文所研究的臥式油泥旋洗分離系統(tǒng)正是根據(jù)這一需求研制而成的。

1 油泥處理概況

含油污泥主要產(chǎn)生于油田的地面生產(chǎn)、原油儲存、轉(zhuǎn)運(yùn)過程及煉油廠原油煉制過程中。在這些油泥堆積、運(yùn)輸?shù)倪^程中又會產(chǎn)生二次污染，其他污染物也會混入其中，增大了處理的難度。近年來，原油的海洋運(yùn)輸中事故屢有發(fā)生，造成大量海水及海灘被污染，產(chǎn)生了大量含油含沙的油泥。

現(xiàn)在國內(nèi)外含油污泥的處理方法主要有濃縮脫水法、固化法、焚燒法、調(diào)剖堵水、焦化法、萃取法、熱解法和生物降解等技術(shù)，但這些技術(shù)普遍存在使用范圍窄、成本高、經(jīng)濟(jì)效益低等問題。最新的調(diào)查結(jié)果也表明，國內(nèi)關(guān)于含油污泥處理問題尚無技術(shù)能夠可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的示范工程，僅處于研究和實(shí)驗(yàn)階段。主要存在以下問題：

（1）經(jīng)濟(jì)可行性差。泥土對油類的吸附能力較強(qiáng)，石油與泥土類物質(zhì)混合后彼此間形成很強(qiáng)的親合力。粘稠度高的石油與泥土混合后形成的油泥，彼此間的親合力更強(qiáng)，要使它們彼此分離必須消除這種親合力，難度較大?，F(xiàn)有處理方法都存在諸如設(shè)備昂貴、能耗較高、處理效果不理想、成本高等缺陷，經(jīng)濟(jì)可行性差。

（2）油泥的組成復(fù)雜，預(yù)處理難度大。油泥中含有聚合物、泥砂、水、礦物油和各種固體廢棄物（塑料袋、玻璃瓶、礦泉水瓶、礦渣等），成份復(fù)雜，采用常規(guī)的分離方法很難將這些固體廢棄物分離出來，預(yù)處理難度大。

針對現(xiàn)有的油泥處理方法存在的問題，一方面，本套設(shè)備解決了油泥的預(yù)處理問題，將油泥中的雜質(zhì)分離出來，實(shí)現(xiàn)了油泥的減量化處理；另一方面，分離出來的油泥組分較為單一，處理成本很低。因此，本套設(shè)備有著較好的經(jīng)濟(jì)性。

2 工藝路線

本套系統(tǒng)的工藝路線如圖1所示。將水箱注入一定量的水并加熱至70℃以上，油泥進(jìn)入臥式油泥旋洗分離系統(tǒng)后，油泥即被分離成不同組分，主要分為固體顆粒物、油水泥三相混合物層、含油水層。固體顆粒通過旋洗分離和藥物輔助的處理后，表面的原油已基本除去，且已達(dá)到了無害填埋標(biāo)準(zhǔn)，即實(shí)現(xiàn)油泥的減量化處理；油水泥三相混合物層通過脫水設(shè)備脫水后，進(jìn)入污泥干化設(shè)備（SOSS）處理；含油水層在沉降罐中通過自然沉降分層后收集原油。

圖1 臥式油泥旋洗分離系統(tǒng)工藝路線圖Fig.1 Process flow of rotating washing horizontal system used for oil sludge separation

3 油泥分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介

臥式油泥旋洗分離系統(tǒng)采用殼裝設(shè)計(jì)，方便在油田廠區(qū)運(yùn)輸作業(yè)。作為一個(gè)獨(dú)立的處理單元，臥式油泥旋洗分離系統(tǒng)主要由以下三個(gè)部分組成：分離系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)。本系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)及各部件的位置見圖2。

圖2 臥式油泥旋洗分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of rotating washing horizontal system used for oil sludge separation

3.1 分離系統(tǒng)

轉(zhuǎn)籠是分離系統(tǒng)的核心技術(shù)。轉(zhuǎn)籠的筒壁沿著輸送方向分布有一系列大小不一的孔，隨著轉(zhuǎn)籠的轉(zhuǎn)動，布置在轉(zhuǎn)籠內(nèi)的葉片帶動物料翻轉(zhuǎn)，粒徑小于孔徑的物料漏入水箱中，實(shí)現(xiàn)塊狀物的分離。而轉(zhuǎn)籠的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)籠浸入水箱的深度、噴淋管的噴淋壓力、葉片的排列角度及數(shù)量都會影響到粘連在塊狀物表面的油污的清除程度。所以在轉(zhuǎn)籠的研制中，以上指標(biāo)的確定就顯得尤為重要。由于轉(zhuǎn)籠安裝在水箱中，當(dāng)轉(zhuǎn)籠工作時(shí)就會涉及到傳動軸的動密封問題。因?yàn)檗D(zhuǎn)籠傾斜安裝時(shí)，傳動軸既承受軸向力同時(shí)也承受垂直力的作用且作用力比較大，因此，密封技術(shù)的設(shè)計(jì)起到了舉足輕重的作用。

在分離系統(tǒng)中，除渣機(jī)的除渣量是制約設(shè)備處理量的瓶頸。鑒于設(shè)備的殼裝化設(shè)計(jì)，設(shè)備外圍尺寸相對固定。因此，不能通過增大除渣機(jī)的尺寸來提高除渣量。若提高除渣機(jī)的電機(jī)功率（提高轉(zhuǎn)速），一方面會增加設(shè)備的振動，使得顆粒物在提升的過程中向下掉落，造成進(jìn)料口積料，嚴(yán)重時(shí)會造成刮渣機(jī)卡死，使得設(shè)備無法正常工作；另一方面，會造成電能的大量浪費(fèi)，提高了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。因此，除渣機(jī)中的出料板樣式的設(shè)計(jì)就成為了分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。另外，刮渣機(jī)在水平轉(zhuǎn)提升過程中，提升角度過大會導(dǎo)致物料無法被除渣機(jī)帶出，而提升角度過小會使得設(shè)備尺寸過大，影響設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)輸?shù)谋憷?。可見，確定合適的提升角度也是一個(gè)較為重要的因素。

3.2 曝氣系統(tǒng)

由轉(zhuǎn)籠壁孔漏入水箱的細(xì)泥沙表面粘連有油污，為了清洗干凈其表面的油污，本套系統(tǒng)引入了曝氣技術(shù)。曝氣系統(tǒng)的作用是在藥劑的輔助下實(shí)現(xiàn)油污與水的分離。即在水箱的底部安裝曝氣管，當(dāng)顆粒在自重的作用下沉降時(shí)，高壓噴射的氣水混合物形成細(xì)密的氣泡進(jìn)入水中降低了周圍溶液的密度，使得顆粒沉降的速度下降，這時(shí)水中的藥劑有充分的時(shí)間與油污接觸并與固體小顆粒分離。由于溶在水中的油污的密度比水的密度小，因此，油污在氣體的推動下快速上升漂浮在水的表面，既而實(shí)現(xiàn)了油污的分離與回收。

3.3 噴淋系統(tǒng)

本套設(shè)備中，噴淋系統(tǒng)安裝在設(shè)備的進(jìn)料口和出料口兩處。安裝在進(jìn)料口的噴淋系統(tǒng)采用高壓熱水對物料進(jìn)行噴淋，不僅可以確保物料可以順利進(jìn)入設(shè)備，還可對物料進(jìn)行預(yù)熱，穩(wěn)定了水箱的溫度，從而以保了證藥劑在最合適的溫度下對油污的分離最徹底。在出料口處，噴淋系統(tǒng)的作用是盡可能減少大塊物料通過水油混合層時(shí)所沾染的原油，大塊物料符合無害化排放的規(guī)定。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試主要是設(shè)置轉(zhuǎn)籠的轉(zhuǎn)速、除渣機(jī)的轉(zhuǎn)速、曝氣系統(tǒng)與溫控系統(tǒng)聯(lián)動的參數(shù)?？紤]到后續(xù)處理單元的處理能力，試制的樣機(jī)額定處理量為3t/h，需要電能及蒸汽供應(yīng)。

油泥進(jìn)入轉(zhuǎn)籠后，當(dāng)轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速提高時(shí)，油泥旋洗時(shí)間減小，大塊物料洗滌時(shí)間變少。同時(shí)，轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速的提高會使進(jìn)入水箱中的油泥量加大，水箱

中的 “油水泥”層含量劇增，當(dāng)油泥含量過高時(shí)，需增加補(bǔ)水量，以確保油泥中原油的高分離率。油泥在進(jìn)入系統(tǒng)前，雖經(jīng)過預(yù)熱處理，但溫度依然較低。當(dāng)油泥進(jìn)入水箱后，水箱水溫下降，蒸汽加熱系統(tǒng)會隨著溫度降低而增大加熱量，使水箱內(nèi)的溫度達(dá)到動態(tài)平衡，從而確保藥劑在合適的溫度下實(shí)現(xiàn)最佳的分離效果。通過調(diào)整轉(zhuǎn)籠的轉(zhuǎn)速，設(shè)置不同的補(bǔ)水量與蒸汽加熱量，通過對比分離效果，最終確定上述參數(shù)設(shè)置。

除渣機(jī)位于水箱底部，其處理的物料來源于轉(zhuǎn)籠的分離出的粒徑較小的物料，并受轉(zhuǎn)籠的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)籠開孔個(gè)數(shù)及開孔大小制約。由于油泥的組分不同，油泥中含有固體顆粒物的數(shù)量、大小以及含油量均不確定，為了使設(shè)備有著更廣的適應(yīng)性，根據(jù)油泥組成不同設(shè)置了不同的除渣機(jī)參數(shù)，以確保設(shè)備不受物料種類的限制。

5 結(jié)論

臥式油泥旋洗分離系統(tǒng)的研制，成功解決了油泥的預(yù)處理問題?？紤]到相關(guān) 企業(yè)對環(huán)保的投入力度不同，本套設(shè)備可根據(jù)資金投入不同來決定對油泥的處理程度。在對環(huán)保投資較小的情況下，通過本套設(shè)備可實(shí)現(xiàn)固液分離，體積較大的廢棄物已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，無需繳納排污費(fèi)，而剩余的含油污染物體積已大大減小，最大程度的降低了污染。本套設(shè)備的成功開發(fā)，也為后續(xù)處理設(shè)備的研發(fā)提供了新的思路。