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储油罐机械清洗设备以油洗油的清罐技术
来源: 发布时间:2019/8/3 15:57:42 发布人:

  随着原油储罐的大型化(100,000~150,000m3)和罐群基地的发展,罐底油泥的清洗与回收就成为必需。由于原油中固状物的沉积,即占全罐容积的5~10%,罐底油泥厚度一般在1~2m。也就是说在这一周期6年左右。对于一个百罐罐区基地、清罐工程每年都将轮替进行,储罐就需清洗。这是一项系统工程、并予以回收,要将直径达80m以上的厚层油泥破碎、稀释成原油,再进行油固分离、油水分离,不造成任何污染、排放水质无需再处理、排放废物含油量低至3%,原油回收率达到98%以上;而且这一清罐过程采用全封闭管道作业。本文立足于以油洗油工艺,揭示大罐清洗成套设备的关键技术。
2 以油洗油工艺路线
图1所示为大型储罐以油洗油的工艺路线。

图1 大型储罐以油洗油工艺流程

  所谓“以油洗油”。由回收泵机组(B)抽吸并输送到供油罐中,油射流破碎油泥的全过程是以油洗油工艺的关键环节,固态油泥才能变成液态油流,就是采用清洗泵机组从另一同质油供油罐中抽吸原油加热并供给安装在待清洗储罐顶部的清洗喷枪,形成油射流,以此依次破碎大罐罐底油泥,只有这样。作业过程中,两套泵机组可以依次用于破碎和抽吸,也可以并联用于破碎或抽吸。配管阀门的开闭可灵活变换工况、服务于作业效率。这是一个全封闭管道化的作业、否则,循环流动,液态击碎固态、固态变成液态,原油凝固就会使作业链断开,必须以24小时连续作业保证温度和液化状态。在泵源头采用换热器对液态(原油或清水)加温是一个有效手段[1]。
当油泥被破碎并输送结束后,此阶段为作业后期,喷枪群转而对罐内的顶部、侧壁、底部陆续以加温清水清洗残余油污,这时的液态物质以水为主,流动性好。
  作业后期的重要环节还有分离。这是达到排放要求、满足清洁生产的必需条件。对于如此大流量循环作业。这种简单的物理方式使得撇油罐成了固液转变且循环的中转站,油固分离多用撇油罐以油固的比重差异沉淀分离。油水分离则在撇油罐初级分离基础上。多采用卧螺式离心机分离,将油回收至供油罐,水则循环使用。最后的污水则是可达标直接排放的。
  安全性是全封闭管道化以油洗油作业工艺的最大优势,无需人工进入罐内。同时,为防止罐内油体因搅动而产生的少量可燃油气可能发生的爆炸,成套清罐设备专门配备了400m3/h的氮气发生器,氧气检测仪实时监控,全过程连续向罐内充氮,确保罐内氧气浓度有效控制在8%以下的安全防爆范围内。
  对于一个容积在100,000 m3的大罐、清洗周期约在35~40天。而且污水达标排放、固体残渣含油量低于3%并集中处理,水清洗完成后罐底与管壁无原油附着,储罐清洗完成的判据是:油射流清洗确保所有油泥、油垢被破碎并回收,明显露出储罐内壁金属本色(见图2)。


图2 大罐清洗作业后的罐底状态

3  喷枪群的三维流场
  笔者应对的是特大尺寸的储罐群,因此,清洗工程的方案设计要立足于从一个罐向多个罐快速转移过渡,整个工程和单罐作业都要有“群”的概念
图3所示为一个100,000 m3大罐顶部喷枪群的布置设计方案,对80m直径大罐罐底形成由点到面到整体的油层破碎工程,28只喷枪呈同心圆布置,每两支喷枪依次作业,每支喷枪由罐顶支腿孔进入。


喷枪群布局

图3 100,000 m3大罐清洗方案:喷枪群的布局

  清洗作业时,浮顶落下,喷枪伸至离罐底油泥约1~1.5m的高度,每两支喷枪以0.6MPa压力、80m3/h大流量的油射流破碎油泥。。
  三维喷枪由气动马达驱动。齿轮箱双轴传动实现了喷嘴的公转和自传;中心传动轴通过一对伞齿轮驱动喷嘴自传、伞齿轮的偏置角度使得喷嘴自传时,最终形成了喷嘴喷射方向全方位立体覆盖即三维旋转射流场,形成了喷嘴喷射方向与中心轴角度在0~1350之间的变化;加上喷嘴绕中心轴的公转复合。齿轮箱的齿轮啮合变化决定了喷嘴的公转转速和自传转速;两者转速比的大小决定了射流轨迹的密度,而转速比设计成互为质数则保证了射流轨迹的不重复、不遗漏。当喷嘴上倾(950~1350)可覆盖罐顶;喷嘴下倾(300~950)可覆盖直径达15m的罐底区域及罐壁;喷嘴全方位转动(0~1350)则实现全方位清洗。当28支喷枪依次循环作业后,喷枪群的三维射流场就将完全击碎罐底油泥。
  喷头绕轴心的转速和喷嘴绕小伞齿轮斜面转动的转速可根据作业需要无极调节。公转转速通常在1~2rpm,只有0.013~0. 026rpm,其作用是保证油射流能覆盖所有待清洗的表面[4],其作用是凝聚油射流不至于散射雾化;自传转速通常很小。
4 冲击射流破碎与清洗特征分
  旋转喷枪作业执行机构,将油射流送到了待清洗的所有位置;而喷嘴作为产生射流的元件,其作用在于利用有限的工况提高作业效率。破碎油泥及清洗罐壁作业的射流、有助于理解作业原理,找到改善、提高作业效率的方法,对其进行必要的分析,是一种低压大流量冲击射流。图5所示为冲击射流结构即流动分区。当射流喷射到接近作业面即冲击表面时、过渡到壁面射流区,然后再沿冲击面扩散,便从自由射流区段过渡到冲击区段。冲击区的冲击力即滞点压力与壁面射流区的流动剪切力即射流壁面阻力,是射流破碎与清洗的主要动力。
5 空化射流喷嘴的设计与试验
  对于冲击射流、我们所关心的就是如何延长自由射流区和冲击区的轴向长度,提高壁面射流区的剪切效应。空化射流则是有效手段之一。
  为了制造空化效应、绕流的结果是射流在喷嘴出口产生卡门涡街,将喷嘴中置一锥形芯以形成绕流射流,旋涡所形成的真空带将是产生空化现象的主要原因。大气与真空带的压差将射流核长度延伸、射流总有效长度也即得到延长,射流在涡街之后凝聚构成其核心区;由于核心区得到延长。
  两种喷嘴的试验是在清水介质、0.55MPa压力、40m3/h流量工况下进行的。将喷嘴调至水平进行射流射程试验。即能观察到水团趋势,而且射流明显呈现空化现象,观察射流冲击区(即非雾化区)的长度,由标杆测量这一射程长度明显由不足10m提高到12m以上(其中核心区由1m增加到2m)。这一现象将为冲击力增大提供依据。只是由于流量太大,冲击力通过测量来证实尚需专业条件。图7所示为试验图片。


图7 空化射流试验图片

6 油射流打击力的有效利用
  综上所述,油射流打击力的有效利用可以归纳以下几点:
  喷枪布阵以相邻在12~15m为宜;
  喷嘴与罐底油泥的靶距以1m~1.5m为宜;
  喷枪转速以1~2rpm为宜;
  喷嘴自转转速以0.013~0.026rpm为宜;

  当遇到过于厚实的油泥层时,集中射流往往更有利提高效率,由于射流冲击力和靶距至关重要,喷枪还可以单支依次作业。

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