李 巖 蔡 宇 趙云輝 王宏偉 谷小鳳 張春生 杜滿昌 李慶國

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油田臥式容器的清淤清洗污泥處理難度大，目前油田站內(nèi)減量化設備情況是設備體積大、工藝復雜、模塊多，耗能大，靈活性差，普遍采用二相或三相離心分離技術工藝。通過對現(xiàn)有技術優(yōu)化，實現(xiàn)撬裝模塊集成化，完成破乳清洗、旋流震篩除砂、氣浮除油、高效混凝、雙螺旋擠壓脫水于一體化工藝。制作完成快速移動、快速安裝、快捷靈便、高效安全的車載式移動處理設備，有效解決臥式容器清淤清洗污泥處理難題。

1 站內(nèi)清淤清洗污泥減量化處理的重要性

1.1 油田生產(chǎn)的需求

含油污泥是在石油開采、運輸、煉制及含油污水處理過程中產(chǎn)生的含油固體廢物。含油污泥中含有大量的苯系物、酚類、蒽、芘等有惡臭的有毒物質(zhì)，若不加以處理，不僅污染環(huán)境，而且造成資源浪費。含油污泥的處理一直是困擾油田的一大難題。油田臥式容器每年產(chǎn)生百萬方清淤污泥，其成分復雜，含有大量的老化原油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、膠體和固體懸浮物、細菌、鹽類、酸性氣體、腐蝕產(chǎn)物等，污水處理過程中還加入了大量的凝聚劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等水處理藥劑。老化油中硫酸鹽還原菌快速繁殖并形式菌膠團，與聚合物、石油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等黏合在一起，形成極難分離的油水過渡層，清罐污泥中絕大部分成分就是此類物質(zhì)。目前傳統(tǒng)的離心分離方式因為過渡層物料的比重輕的原因，很難進行有效分離而重新回到油田水處理或油處理系統(tǒng)導致惡性循環(huán)。這種老化油的油水過渡層導電性強，嚴重干擾了主工藝流程中電脫水系統(tǒng)的正常運行。因此，老化油過渡層已經(jīng)成為制約油田安全生產(chǎn)和環(huán)境保護的重要因素。

1.2 生成過程中存在的技術經(jīng)濟問題

目前站內(nèi)臥式容器產(chǎn)生的清淤污泥拉運到固定的儲存點或固定的污油泥處理點，存在以下問題：

（1）清淤污油泥未經(jīng)減量化處理，拉運負荷大，費用高。

（2）油田固定的儲存點或固定的污油泥處理點，超負荷運行，每年約一半左右污油泥得不到有效處理，影響油田地面工藝設備的正常運行。

（3）未處理的污油泥搬運過程中容易造成二次污染。

（4）目前油田污油泥減量化技術普遍采用二相或三相離心分離工藝，存在諸多技術難點。如離心分離技術很難分離出比重輕的過渡層類物質(zhì)，導致通過水相和油相重新回到系統(tǒng)中造成惡性循環(huán)；分離出的此類污泥含液率過高（超過90%），拉運過程中容易造成二次污染。

綜上所述，油田清淤污油泥不出站，并且經(jīng)濟高效、簡單易行，又綠色環(huán)保的處理工藝技術的研發(fā)，對油田意義重大。

2 國內(nèi)外相關技術現(xiàn)狀、適應性評價及分析

目前國內(nèi)外減量化技術主要有：熱水洗法含污油泥減量化處理；熱脫附法含污油泥減量化處理；離心法含污油泥減量化處理；熱化學法含污油泥減量化處理。

2.1 熱水洗法含污油泥減量化處理

油泥砂表面的原油有一層膜，洗滌處理收效甚微，必須經(jīng)過表面預處理，利用藥劑對表面油層進行活化處理，再進行篩選洗滌，將油泥砂分別分離出來。此方法最重要的步驟就是在熱水中添加活性劑，改變油泥砂表層的油面濕潤性，使其變得更加親水，再進行重復沖洗環(huán)節(jié)，從而達到固液分離的目的。此方法對于含有較高的含油量落地原油和油砂較為適宜，具有較高的回收效果，且便于管理和操作，處理成本較低。但此方法的最大缺點是，容易造成二次污染，效果欠佳。

2.2 熱脫附法含污油泥減量化處理

根據(jù)油泥砂特性，先通過分選設備，將油泥砂中的雜草、碎石等雜物分選出來；再通過機械設備利用油水比重的不同物理特性，在加溫后與化學藥品攪拌均勻，使油、泥砂、水充分分層開來。按照比重，油會浮在最表層，其次是水在中間層，泥砂沉淀在最底層處。此方法投入成本較低，處理效率高，是一種高效經(jīng)濟的處理工藝。

2.3 離心法含污油泥減量化處理

離心處理法是利用無機混凝劑，在溫度加高的情況下，加入適量的水攪拌均勻，再通過離心分離工藝將油分離，將污泥固化填埋。值得注意的是，此方法必須在溫度較高條件下進行分離，加熱的溫度和適當?shù)幕瘜W藥劑是決定離心處理法效果的先決條件。此方法的缺點是成本太高，不適合小規(guī)模油泥砂的回收利用，當油的比例超過20%時，離心處理法會很好地達到油泥砂減量化無害化的處理效果，會取得較高經(jīng)濟收益。

2.4 熱化學法含污油泥減量化處理

根據(jù)對油泥沙成分的充分分析，得到油泥砂內(nèi)部的結構較為穩(wěn)定，且是一種膠質(zhì)狀態(tài)。油泥砂的外部是一種固態(tài)或半液態(tài)結構。通過熱化學法在油泥砂中侵入一定比例的化學藥劑和熱水，將其快速攪拌，利用破碎和氧化作用，將原油從表層洗滌分離出來，在通過工藝技術將油、泥水、砂分為三層，這主要是采用了沉降、旋流、絮凝和破乳等形式，將分離出的油裝進罐子，水可以用于下一次洗滌，泥砂可以用于回壤或者施工。

目前，油田應用的主要設備生產(chǎn)廠商有日本大鳳公司、丹麥寶羅公司和儲運銷售分公司自制的設備，這些設備都是模塊多、結構復雜、轉(zhuǎn)場安裝調(diào)試需要15～20d，處理量大，適用于油田1000m3以上的立式儲罐的機械清洗，不適用于點多面廣的油田臥式容器清淤減量化處理。因此，研發(fā)出適用油田點多面廣、臥式容器清淤產(chǎn)生的殘液固廢物少、處理量相對較小，設備安裝轉(zhuǎn)場靈活，安裝調(diào)試控制在2d 以內(nèi)，高效安全的車載式移動處理設備非常有必要（見圖1）。

圖1 初步完成的撬裝化臥式容器清淤清洗污泥減量化裝置

3 含油污泥減量化技術原理

3.1 實現(xiàn)儲油、收砂三相分離

對油田主要區(qū)塊的臥式容器清淤除垢產(chǎn)生的殘液進行取樣分析，在實驗室根據(jù)物料的特性分析和實驗，篩選、優(yōu)化、復配出高效的破乳劑、清洗劑等，并提出各種藥劑使用的工藝條件和投加方法。制作高速剪切分散裝置，實現(xiàn)殘液中油水分離回收。

脫油脫沙機的結構主要由高速剪切攪拌箱和管道螺旋輸送槽組成（見圖2），高速剪切攪拌箱配套高速變頻攪拌機，管道螺旋輸送槽配套低速螺旋輸送系統(tǒng)。高速剪切攪拌箱內(nèi)有三片特殊角度的槳葉，因此攪拌葉可以在攪拌箱內(nèi)完全無死角盲區(qū)地進行充分攪拌，攪拌葉的高速運轉(zhuǎn)形成強勁的紊流，聚集了充分的能量，有效與破乳劑快速混合，提高藥劑利用率。經(jīng)過靜止分層后，上層集聚油層，底層沉積泥沙及水垢，中層部分是泥水。上浮的油層通過提升液位導流進入儲油箱，底層通過管道螺旋輸送排出泥沙及水垢，中層的泥水通過排水泵注入泥水均質(zhì)箱內(nèi)。該高速剪切分散裝置，能夠充分實現(xiàn)臥式容器清淤除垢產(chǎn)生的殘液中的油水分離，并同時完成儲油、收砂三相分離功能。

圖2 脫油脫砂機設備實物

3.2 實現(xiàn)殘液中固相部分高速混凝沉降

在實現(xiàn)對臥式容器清淤除垢產(chǎn)生的殘液中殘留原油進行分離回收的基礎上，開發(fā)高效混凝絮凝技術（見圖3），實現(xiàn)殘液中固相部分高速混凝沉降；制作變頻式高速管槽混凝器+低速絮凝槽的制作。高效管槽混凝濃縮器的結構主要由一個管道混凝器和一個絮凝槽組成，管道混凝器配套高速變頻攪拌機，絮凝槽配套低速變頻攪拌機和液位控制系統(tǒng)。高效攪凝管由3 個管通過側壁缺口并排相接，依次連通，攪拌葉設置在位于三管中央的管腔內(nèi)，且攪拌器的攪拌截面恰好與攪拌腔的截面相匹配，因此攪拌葉可以在攪拌腔內(nèi)完全無死角盲區(qū)地進行充分攪拌，經(jīng)過高速攪拌之后形成的高強度絮團流入到低速絮凝槽內(nèi)。高效管槽混凝濃縮器適用污泥濃度范圍更廣，適用兩種藥劑的投加，進泥均量穩(wěn)定，小型模塊化設計有設計緊湊、便于安裝，占地空間小等特點。

圖3 高效混凝器設備實物

高速管槽混凝器+低速絮凝槽技術可以降低30%的絮凝劑使用量，同時提高20%的處理量。

3.3 雙螺旋擠壓脫水機

制作雙螺旋擠壓脫水機（見圖4），對殘液中高速混凝沉降的固相部分進行脫水固化，雙螺旋擠壓脫水機的主體是由相互層疊的固定環(huán)和游動環(huán)以及貫穿其中的螺旋軸組成的一種過濾裝置。螺旋軸在推動污泥前進的同時，通過本體上的外部驅(qū)動及導向裝置，使游動環(huán)產(chǎn)生上端上下直線運動同時下端鐘擺運動。通過這種特殊的環(huán)片與螺旋軸結構，既可以確保游動環(huán)能夠與固定環(huán)錯位，產(chǎn)生通暢的濾縫，防止堵塞，又能夠最大限度地剪切污泥，推進污泥前進并降低泥餅含水率。

圖4 雙螺旋擠壓脫水機設備實物

通過上述工作，制作形成車載移動式處理設備，制造出適用油田點多面廣、臥式容器清淤產(chǎn)生的殘液固廢物少、處理量相對較少，設備安裝轉(zhuǎn)場靈活，高效安全的車載式移動處理設備（見圖5）。

圖5 設備在站內(nèi)進行減量化處理實景

4 站內(nèi)減量化處理工藝流程和應用效果

4.1 工藝流程

（1）PAC、PAM、破乳劑這3 種藥劑溶液備用。

（2）熱水通過補水泵打入熱水箱，熱水箱中熱水通過熱洗泵打入高效脫油脫砂機。

（3）將清淤清洗后的污油泥通過原料泵打入高效脫油脫砂機，同時在線加入藥劑（破乳劑）完成油、水、砂分離工藝。高效脫油脫砂機通過底部無軸螺旋進行排砂,上部的油層通過熱洗泵提高液位流入原油箱進行外輸，下部的泥水通過上料泵打入泥水均質(zhì)箱。

（4）泥水均質(zhì)箱中泥水通過污泥泵打入高效管槽混凝濃縮器，同時在線加入2 種藥劑（PAM、PAC）完成混凝絮凝工藝。濃縮器上部的高濃度浮渣進入串螺污泥脫水機，串螺污泥脫水機的過濾清液進入清水箱，達標水通過濾液泵進行外輸。

清淤清洗污泥站內(nèi)減量化處理工藝流程如圖6 所示。

圖6 清淤清洗污泥站內(nèi)減量化處理工藝流程圖

4.2 清淤清洗污泥站內(nèi)減量化應用效果

在應用中，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)臥式容器清淤清洗后的污泥（見圖7）減量化處理，高效完成破乳清洗、旋流震篩除砂、氣浮除油、高效混凝、雙螺旋擠壓脫水于一體化工藝。處理后的水樣（見圖8）、泥樣（見圖9）經(jīng)過第三方專業(yè)檢測機構進行檢測，明確了處理后水中懸浮物和含油率以及泥中含水率，實現(xiàn)了站內(nèi)污油泥減量化目標：

圖7 未處理前的清淤清洗污泥

圖8 處理后的水樣

圖9 處理后的泥樣

（1）污油泥減量化率≥80%；

（2）懸浮物測定方法（GB/ T11901-1989），檢測結果為懸浮物12ml/ L；

（3）水中含油率（石油類）測定方法（HJ637-2018），檢測結果為含油率（石油類）1.56ml/ L；

（4）泥中含水率測定方法（CJ/ T221-2005）,檢測結果為含水率55.9%。

如以單個油田每年站內(nèi)臥式容器產(chǎn)生約20 萬m3以上清罐污泥測算，站內(nèi)減量化處理按80%減量化率計算，節(jié)省480 萬元運輸費用（危廢物運費用按30 元/ t 計算）。與常規(guī)運輸?shù)教幚碚咎幚硐鄬Ρ?，每噸?jié)約運行成本33元，節(jié)約運行成本660 萬元，共計節(jié)省費用1140 萬元。

5 結論

該套裝置增加了移動作業(yè)能力，單臺用電雙螺旋擠壓脫水機功率僅為1.34kW，是同處理量離心機功率的2%，整體自動化程度高，運行穩(wěn)定，人力成本低，脫水后的泥餅含水率低，有效防止了污泥拉運過程中造成的二次污染。油田臥式容器清淤清洗污泥站內(nèi)減量化預處理技術，能夠充分實現(xiàn)站內(nèi)清淤清洗污泥減量化處理目標，具有非常好的應用效果，緩解了因處置污泥產(chǎn)生的大量資金對企業(yè)發(fā)展的壓力，同時也極大地降低污染風險，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。