曲 虎

(中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 華北分公司，河北 任丘 062552)

原油密閉裝卸工藝研究

曲 虎

(中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 華北分公司，河北 任丘 062552)

以原油裝卸工藝為研究對(duì)象，介紹了油田目前常用的敞開(kāi)式原油裝卸工藝和半密閉式原油裝卸工藝。敞開(kāi)式原油裝卸工藝油氣損耗量大，原油裝卸過(guò)程存在較大的安全隱患，半密閉原油裝卸工藝是對(duì)敞開(kāi)式原油裝卸工藝的改進(jìn)和完善，在一定程度上減少了原油裝卸過(guò)程中的油氣損耗，但仍未實(shí)現(xiàn)完全密閉。針對(duì)非密閉原油裝卸工藝的缺點(diǎn)和不足，詳細(xì)闡述了原油密閉裝卸工藝的主要流程及原理，并從經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)境方面分析了原油密閉裝卸工藝所產(chǎn)生的效益。

節(jié)能； 油氣損耗； 密閉工藝； 原油裝卸

隨著油田開(kāi)發(fā)時(shí)間的推移，整裝大型油田越來(lái)越少，油田集輸系統(tǒng)邊緣、零散小斷塊油田的開(kāi)發(fā)成為必然。由于小斷塊油田距離中心處理站場(chǎng)較遠(yuǎn)，采用管道輸送原油投資較大，且新建管道路由比較困難，因此，汽車(chē)?yán)\(yùn)成為小斷塊油田主要運(yùn)輸方式[1-2]。為了接收和裝運(yùn)這部分原油，同時(shí)也為降低拉運(yùn)成本，一般在小斷塊油田建設(shè)集中拉油點(diǎn)，在較近的轉(zhuǎn)油站或聯(lián)合站附近增建卸油點(diǎn)，以滿(mǎn)足油田開(kāi)發(fā)需要[3-4]。

目前，油田常用的裝卸油工藝均為開(kāi)式工藝，裝卸油過(guò)程中大量油氣散發(fā)到周?chē)h(huán)境中，不但造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，也存在很大的安全隱患[5-6]。根據(jù)估算可知，非甲烷烴類(lèi)排放平均質(zhì)量濃度為200 g/m3，在氣溫較低和無(wú)風(fēng)的時(shí)候，這個(gè)濃度會(huì)更高，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)定中總烴的允許值。如遇陰雨天氣、氣壓較低的情況，大量的輕烴積聚在罐車(chē)周?chē)蜕峡?，一旦引爆，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，后果不堪設(shè)想[7-8]。因此，原油密閉裝卸工藝的研究迫在眉睫。

1 常規(guī)裝卸油工藝

1.1 常規(guī)裝油工藝

目前，原油汽車(chē)裝車(chē)多為上裝，通過(guò)罐車(chē)的頂部裝油口將裝油膠管浸潤(rùn)到油罐中進(jìn)行裝油。由于罐車(chē)頂部裝油口為敞開(kāi)式，裝油過(guò)程中有大量的油氣散發(fā)到大氣中，造成大量的油氣損耗，而且散發(fā)到大氣中的油氣很難及時(shí)擴(kuò)散，在車(chē)體周?chē)鷱浡?，低洼死角處積聚，如遇到火源很可能發(fā)生著火爆炸。油田常用的汽車(chē)裝車(chē)工藝主要有自流裝車(chē)和壓力裝車(chē)兩種工藝[9-11]。

1.1.1 自流裝車(chē) 自流裝車(chē)是由儲(chǔ)油罐、管線(xiàn)、鶴管及罐車(chē)組成(見(jiàn)圖1)，采用傳統(tǒng)的“罐高車(chē)低”的方式通過(guò)位差進(jìn)行裝車(chē)。自流裝車(chē)工藝投資小、能耗低，但對(duì)油罐和罐車(chē)的位差有一定要求[12]。

圖1 自流裝車(chē)工藝示意圖

Fig.1 Gravity loading process scheme

1.1.2 壓力裝車(chē) 壓力裝車(chē)主要由儲(chǔ)油罐、裝車(chē)泵、鶴管及罐車(chē)組成(見(jiàn)圖2)，通過(guò)裝車(chē)泵進(jìn)行裝車(chē)。壓力裝車(chē)速度快，而且對(duì)儲(chǔ)罐和罐車(chē)的相對(duì)位差要求較低，只需儲(chǔ)油罐原油液位的高度滿(mǎn)足泵的吸入條件即可。

圖2 壓力裝車(chē)工藝示意圖

Fig.2 Pressure loading process scheme

1.2 常規(guī)卸油工藝

常規(guī)卸油點(diǎn)一般由卸油臺(tái)、卸油箱、轉(zhuǎn)油泵及配套工藝組成。目前油田常用的卸油箱均為敞口容器，卸油時(shí)，原油通過(guò)卸油口直接飛濺而下進(jìn)入箱體內(nèi)，卸油口處油氣揮發(fā)較為嚴(yán)重，油氣在其周?chē)奂嬖谝欢ǖ氖鹿孰[患[13-14]，卸車(chē)工藝如圖3所示。

圖3 卸車(chē)工藝示意圖

Fig.3 Unloading process scheme

2 半密閉裝卸油工藝

針對(duì)常規(guī)裝卸油工藝的缺點(diǎn)，對(duì)敞開(kāi)式裝卸油工藝進(jìn)行改進(jìn)，研究出半密閉式裝卸油工藝，半密閉式裝卸油工藝相對(duì)于常規(guī)的敞開(kāi)式裝卸油工藝密閉程度有了很大的提高，但仍然未做到全部密閉[15]。

2.1 半密閉裝油工藝

半密閉式裝車(chē)工藝主要使用底部裝車(chē)，罐車(chē)底部進(jìn)油管自帶快速接頭(見(jiàn)圖4)，裝車(chē)時(shí)，裝車(chē)鶴管上的快速接頭與罐車(chē)底部進(jìn)油管上的配對(duì)快速接頭相連接，組成密閉系統(tǒng)。這種裝車(chē)工藝與完全敞開(kāi)式裝車(chē)工藝相比，實(shí)現(xiàn)了裝車(chē)口的密閉，減少了裝車(chē)口的油氣損耗。但是在裝車(chē)過(guò)程中，罐車(chē)頂部的呼吸閥會(huì)隨著罐車(chē)的進(jìn)油而動(dòng)作，將一部分油氣散發(fā)到大氣中。因此，底部裝車(chē)工藝未能完全實(shí)現(xiàn)密閉裝車(chē)。

圖4 半密閉裝車(chē)工藝示意圖

Fig.4 Semi-hermetic loading process scheme

2.2 半密閉卸油工藝

半密閉卸油工藝有兩種方式，一種是利用密閉卸油箱進(jìn)行緩沖卸油，一種是利用卸油匯管緩沖卸油。

2.2.1 半密閉卸油箱式卸油 半密閉卸油箱式卸油工藝主要由卸油箱、快速接頭、卸油泵及管線(xiàn)組成(見(jiàn)圖5)。卸車(chē)時(shí)，將罐車(chē)卸油口上的快速接頭和卸油箱上的快速接頭相連接，組成密閉系統(tǒng)進(jìn)行卸油，然后通過(guò)卸油泵輸送到儲(chǔ)罐。

半密閉卸油箱式卸油工藝較以前直接敞口的卸油方式有了很大的改進(jìn)，但卸油時(shí)油氣在箱體內(nèi)揮發(fā)，會(huì)從呼吸閥和泵桿周?chē)莩觯倚队秃罂諝饪梢赃M(jìn)入卸油箱內(nèi)，形成混合氣體，也存在一定事故隱患。因此，從真正意義講，這不能算全密閉卸油工藝。

圖5 半密閉卸油箱式卸油工藝示意圖

Fig.5 Semi-hermetic discharge tank type oil unloading process diagram

2.2.2 半密閉卸油匯管式卸油 半密閉卸油匯管式卸油工藝與半密閉卸油箱式卸油工藝相似，只是用卸油匯管替代卸油箱(見(jiàn)圖6)。這種卸油工藝雖然也實(shí)現(xiàn)了卸油口的密閉，不存在卸油泵周?chē)挠蜌庑孤?，而且流程較短，但此工藝對(duì)泵的安裝高度要求較為嚴(yán)格，且匯管中容易積存油氣，除此之外也沒(méi)有解決油氣從儲(chǔ)罐的呼吸閥散發(fā)到大氣中的問(wèn)題，沒(méi)有從根本上解決卸油過(guò)程油氣散發(fā)的問(wèn)題。

圖6 半密閉卸油匯管式卸油工藝示意圖

Fig.6 Semi-hermetic unloading oil transfer tube type oil unloading process diagram

3 全密閉裝卸油工藝

3.1 密閉裝油工藝

密閉裝油工藝的原理是油罐車(chē)裝油時(shí)，將油罐車(chē)和儲(chǔ)油罐組成密閉連接系統(tǒng)，這樣油罐車(chē)裝油作業(yè)時(shí)，罐車(chē)儲(chǔ)罐上方空間氣體正壓與儲(chǔ)油罐向罐車(chē)裝油時(shí)產(chǎn)生的真空會(huì)產(chǎn)生壓差，利用壓差，將裝油產(chǎn)生的油氣通過(guò)密閉軟管連接系統(tǒng)回收到儲(chǔ)油罐內(nèi)，全密閉裝油工藝如圖7所示。

圖7 全密閉裝油工藝示意圖

Fig.7 All closed loading process diagram

3.2 密閉卸油工藝

密閉卸油工藝的原理是油罐車(chē)卸油時(shí)，將油罐車(chē)、卸油箱和儲(chǔ)油罐組成密閉連接系統(tǒng)，油罐車(chē)通過(guò)密閉卸油口進(jìn)行卸油(見(jiàn)圖8)。儲(chǔ)油罐上方空間氣體正壓與油罐車(chē)向卸油箱卸油時(shí)產(chǎn)生的真空會(huì)產(chǎn)生壓差，利用壓差，將卸油產(chǎn)生的油氣通過(guò)密閉軟管連接系統(tǒng)回收到油罐車(chē)內(nèi)，油罐車(chē)可以高效地回收卸油產(chǎn)生的油氣，并能安全地運(yùn)輸?shù)街付ㄕ军c(diǎn)回收。

圖8 全密閉卸油工藝示意圖

Fig.8 All airtight oil unloading process diagram

圖8中虛線(xiàn)框內(nèi)設(shè)備主要為卸油的緩沖罐和增壓泵，如果場(chǎng)地有限，可以將其做成緊湊的密閉卸油橇裝裝置。

密閉裝卸油工藝實(shí)現(xiàn)了原油裝卸過(guò)程的全部密閉，防止裝卸油過(guò)程中的油氣散發(fā)，不但挽回了經(jīng)濟(jì)損失，還排除了安全隱患。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

華北油田某聯(lián)合站每天有24輛油罐車(chē)采用半密閉卸油匯管式卸油工藝進(jìn)行卸油操作，累計(jì)卸油量600 t/d。原油通過(guò)卸油泵輸送到大罐中，現(xiàn)場(chǎng)油氣損耗非常嚴(yán)重，對(duì)卸油過(guò)程中所用的兩個(gè)卸油儲(chǔ)罐進(jìn)行油氣損耗測(cè)試，并對(duì)所取樣品進(jìn)行了色譜分析和數(shù)據(jù)處理。具體分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1及表2。

表1 油儲(chǔ)罐損耗測(cè)試數(shù)據(jù)表

注：油罐均為進(jìn)油狀態(tài)，無(wú)空氣基下呼出氣量。

表2 原油儲(chǔ)罐呼出氣組分?jǐn)?shù)據(jù)

利用HYSYS軟件對(duì)大罐揮發(fā)氣進(jìn)行分離模擬，模擬流程見(jiàn)圖9，參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表3。

模擬后的天然氣量和輕油量見(jiàn)表4。

圖9 模擬工藝流程圖

Fig.9 The simulation process diagram

表4 回收天然氣量及輕油量

根據(jù)表4可知，進(jìn)行密閉裝卸油工藝改造后，每天可以減少揮發(fā)955.2 m3天然氣和0.636 t輕油，折合經(jīng)濟(jì)效益為117.3萬(wàn)元/a。

4.2 安全、環(huán)境效益

油田常用的開(kāi)式裝卸油工藝在原油(特別是輕質(zhì)原油)裝卸油過(guò)程中造成大量的油氣損耗，特別是北方油田，原油裝車(chē)溫度均在60～70 ℃，較高的溫度造成油氣損耗更加嚴(yán)重，不僅造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，也存在較大的安全隱患，密閉裝卸油工藝大大降低了油氣揮發(fā)對(duì)環(huán)境的污染，杜絕了安全隱患，為油田挽回了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)敞開(kāi)式裝卸油工藝、半敞開(kāi)式裝卸油工藝及密閉裝卸油工藝進(jìn)行介紹和對(duì)比，并對(duì)密閉裝卸油工藝產(chǎn)生的效益進(jìn)行定量分析。通過(guò)對(duì)比和分析可知，密閉裝卸油工藝可以顯著降低裝卸油操作過(guò)程中的油氣散發(fā)和損耗，在杜絕安全隱患的同時(shí)，也有效的節(jié)約了能源。

在當(dāng)前油價(jià)低迷，倡導(dǎo)降本增效和保護(hù)環(huán)境的背景下，原油密閉裝卸油工藝將會(huì)成為油田節(jié)能降耗、改造技術(shù)的重要內(nèi)容。

[1] 蘇欣，王勝雷,張琳，等.油田伴生氣利用對(duì)策及現(xiàn)狀[J].天然氣與石油,2008,26(2):33-37. Su Xin，Wang Shenglei，Zhang Lin,et al.Recycling and utilizing technology of oilfield associated gas and the present situation analysis[J]. Natural Gas and Oil,2008,26(2):33-37.

[2] 唐海燕,王國(guó)麗,黃曉麗.油田集輸系統(tǒng)節(jié)氣技術(shù)[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2004,15(1):46-49. Tang Haiyan，Wang Guoli，Huang Xiaoli.Gas-saving techniques for gathering and transferring system of oilfields[J].Petroleum Planning & Engineering, 2004,15(1):46-49.

[3] 黃維秋，劉海，林毅.油品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的蒸發(fā)損耗及油氣回收方案[J].污染防治技術(shù)，2006，19(5)：7-10. Huang Weiqiu，Liu Hai，Lin Yi.Evaporation loss and vapor recovery schemes in petroleum storage and transportation system[J].Pullution Control Technology, 2006，19(5)：7-10.

[4] Christopher P L,Barkan Satish V, Ukkusuri S,et al. Optimizing the design of railway tank cars to minimize accident-caused releases[J].Computers & Operations Research, 2007(34):1266-1286.

[5] 張仲明.輕油裝車(chē)的損耗與控制[J] .河南化工, 2005, 22(1):24-25. Zhang Zhongming.Loss of light oil in charging light oil to vehicles and its countermeasures[J].Henan Chmical Industry, 2005, 22(1):24-25.

[6] 劉興蓉，胡文華.同心套管式密閉裝車(chē)鶴管的應(yīng)用[J].甘肅科技，2004，20(3)：37-38. Liu Xingrong，Hu Wenhua. The application of concentric bushing airtight loading crane tube[J]. Gansu Science and Technology，2004，20(3)：37-38.

[7] 汪笑楠，馬貴陽(yáng)，孫皓，等.高含水期水平管油氣水三相流動(dòng)數(shù)值模擬[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2013,26(5):78-82. Wang Xiaonan,Ma Guiyang,Sun Hao, et al.Numerical simulation of oil-gas-water three phase flow in horizontal pipeline during the high water-cut period [J].Journal of Petrochemical Universities, 2013,26(5):78-82.

[8] 曲虎，劉欣，劉靜，等.環(huán)狀摻水集油系統(tǒng)能耗損失影響因素研究[J]. 石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2015,28(1):55-58. Qu Hu,Liu Xin,Liu Jing et al.The research on factors affecting the energy losses in cyclic watered oil gathering system [J].Journal of Petrochemical Universities, 2015,28(1):55-58.

[9] 梁琳林,何仁.油罐車(chē)油氣蒸發(fā)損失與控制方法[J]. 油氣儲(chǔ)運(yùn),2010,29(6):475-476. Liang Linlin,He Ren. Fuel oil and gas evaporation loss of oil tank truck and its counter measures[J]. Oil & Gas Storage Transportation,2010,29(6):475-476.

[10] 羅武平.輕油裝汽車(chē)罐車(chē)油氣回收方案選擇[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2005，24(5)：10-12. Luo Wuping.The scheme of oil vapour recovery for light oil tank car[J].Technological Development of Enterprise，2005，24(5)：10-12.

[11] 董良新.罐裝油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程蒸發(fā)損失計(jì)算與控制[J]. 油氣田地面工程,2015,34(3):30-32. Dong Liangxin. The calculation of evaporation loss in the process of canned oil storage and transportation and its Countermeasures [J]. Oil-Gasfield Surface Engineering,2015,34(3):30-32.

[12] 龍安厚,姜波,王志華.原油裝車(chē)油氣蒸發(fā)損耗測(cè)試與分析[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2007,31(3):31-33. Long Anhou,Jiang Bo,Wang Zhihua. Loading of crude oil and gas evaporation loss test and analysis [J].Journal of Daqing Petroleum Institute，2007,31(3):31-33.

[13] 黃維秋，劉海，林毅. 油品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的蒸發(fā)損耗及油氣回收方案[J]. 污染防治技術(shù)，2006，19(5)：7-10. Huang Weiqiu,Liu Hai,Lin Yi. Evaporation loss and vapor recovery schemes in petroleum storage and transportation system[J].Pullution Control Technology，2006，19(5)：7-10.

[14] 靳明松.俄羅斯原油罐車(chē)接卸過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2003, 22(1):43-45. Jin Mingsong. The technical problems in the process of Russian crude oil tank car unloading process [J]. Oil & Gas Storage and Transportation，2003, 22(1):43-45.

[15] 劉吉東，陳紹萍，謝松巖.密閉裝車(chē)技術(shù)在輕烴儲(chǔ)備站中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2001，20(5)：24-25. Liu Jidong，Chen Shaoping，Xie Songyan. Airtight loading technology in the application of light hydrocarbon reserves stand[J]. Oil-Gasfield Surface Engineering,2001，20(5)：24-25.

(編輯 王亞新)

Process of Airtight Loading and Unloading for Crude Oil

Qu Hu

(ChinaPetroleumEngineeringCo.,Ltd.NorthChinaCompany,RenqiuHebei062552,China)

The commonly used open type and Semi-hermetic process of crude oil loading and unloading in oilfield was introduced in the paper through the research of crude oil loading and unloading process.The security risk was big and the oil and gas loss was large for open type process of crude oil loading and unloading. The Semi-hermetic process of crude oil loading and unloading which reduced oil and gas consumption, was improvedfor open type process of crude oil loading and unloading, but was still not fully closed. Because of the shortcomings and deficiencies of non-hermetic crude oil loading and unloading process, the main flow and principle of airtight loading and unloading process were introduced and explained, and the benefits were analyzed from the aspects of economic, security and environment in the paper.

Energy saving； Oil and gas loss； Airtight process； Crude oil loading and unloading

1006-396X(2016)06-0092-05

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-08-16

2016-09-18

華北油田科研基金項(xiàng)目(HBYT-2015-JS-303)。

曲虎(1986-)，男，碩士，工程師，從事油氣田地面工程方面的設(shè)計(jì)與研究；E-mail:qh915gf1@163.com。

TE08

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2016.06.018