含硫油氣田污水收集風(fēng)險及對策研究

吳 超 楊 洋 孟 波 趙 瓊 宋躍海 劉 靜

1.中國石油塔里木油田公司, 新疆 庫爾勒 841000;2.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司, 四川 成都 610041

含硫油氣田污水收集風(fēng)險及對策研究

吳 超1楊 洋2孟 波1趙 瓊2宋躍海1劉 靜2

1.中國石油塔里木油田公司, 新疆 庫爾勒 841000;2.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司, 四川 成都 610041

含硫油氣田產(chǎn)生的污水屬高污染物濃度廢水,危害程度高,近年來,石油化工行業(yè)的含硫污水收集系統(tǒng)、含硫污水罐等均發(fā)生過安全生產(chǎn)事故。通過調(diào)查含硫油氣田污水排放和污水收集的現(xiàn)狀,對含硫污水收集系統(tǒng)中污水罐、污水泵、水封井、排氣閥存在的風(fēng)險進(jìn)行分析,并分別在設(shè)計、防護(hù)、操作等方面提出相應(yīng)防控對策,保證含硫污水收集系統(tǒng)平穩(wěn)運行,在生產(chǎn)過程中減少人員傷害和環(huán)境污染，對含硫油氣田污水收集風(fēng)險控制有借鑒作用。

含硫油氣田;污水;風(fēng)險;對策

0 前言

H2S存在于含硫油氣田的多個生產(chǎn)工藝流程中,產(chǎn)生的含硫污水有毒、污染物濃度高,危害程度大,腐蝕性強,有必要對含硫污水進(jìn)行單獨收集和處理[1-3]。目前,含硫污水大都采用重力流密閉排入污水處理系統(tǒng),這種收集方式的地下污水罐埋深較深,容易聚集H2S，并且由于設(shè)備或人員因素,在日常維護(hù)運行或檢修時,有可能帶來一定的安全隱患。近年來,石油化工行業(yè)的含硫污水收集系統(tǒng)、含硫污水罐也發(fā)生了一些安全生產(chǎn)事故[4-5]。鑒于此,有必要探討含硫油氣田污水收集風(fēng)險并提出相應(yīng)對策,確保含硫污水的安全收集,減少人員傷害和環(huán)境污染。

1 含硫油氣田污水收集現(xiàn)狀

含硫油氣田廠內(nèi)污水特點主要為排污點多、水質(zhì)波動大,既有有機(jī)物的污染,也有無機(jī)物的污染。污水中含硫化物、烴類和懸浮物等,屬難降解有機(jī)污水。

1.1 污水種類

根據(jù)污水水質(zhì)的區(qū)別,應(yīng)清污分流,分別處置。廠內(nèi)污水種類主要包括[6-7]:

1)正常生產(chǎn)污水:脫硫、脫水脫烴、硫黃回收、凝析油處理、油罐區(qū)等工藝裝置排出的生產(chǎn)污水和設(shè)備、場地沖洗水等,其次是火炬及放空、分析化驗室等輔助生產(chǎn)裝置排出的生產(chǎn)污水。污染物主要是機(jī)械雜質(zhì)、鹽類、硫化物及烴類等。

2)檢修污水:脫硫、脫水脫烴裝置等檢修時排出的含甲基二乙醇胺、乙二醇、硫化物和烴類等的污水。

3)氣田水:集氣裝置、凝析油穩(wěn)定裝置分離出原料氣/油的帶壓污水。

4)生產(chǎn)廢水:工藝鍋爐系統(tǒng)、燃?xì)怆娬居酂徨仩t、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)排出的含鹽廢水。

5)生活污水:廠區(qū)中控室、分析化驗室及維修車間等處衛(wèi)生間排出的污水。

1.2 污水排放情況

含硫油氣田典型工藝裝置區(qū)的污水排放情況見表1。

1.3 污水收集方式

根據(jù)表1可知,目前含硫油氣田典型處理工藝排放的污水大多為重力流形式,此類污水要根據(jù)地形、區(qū)域及收集面積等情況分片區(qū)進(jìn)行收集,每個片區(qū)設(shè)置1座污水罐坑,內(nèi)設(shè)1個轉(zhuǎn)輸罐及2臺轉(zhuǎn)輸泵。各片區(qū)的污水自流進(jìn)入污水轉(zhuǎn)輸罐,通過轉(zhuǎn)輸泵將污水提升至污水收集罐中,最終進(jìn)入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。典型污水收集流程圖見圖1,典型污水罐坑見圖2。

表1 污水排放情況

序號裝置名稱污水類別排放形式排放去處排放點1原料氣增壓站檢修污水重力流污水處理裝置原料氣旋流過濾分離器2脫硫裝置檢修污水重力流污水處理裝置原料氣旋流分離器、原料氣過濾器、濕凈化氣分離器、吸收塔、MDEA(甲基二乙醇胺)閃蒸罐、溶液過濾器、MDEA貧/富液換熱器、胺液再生塔重沸器、胺液再生塔、酸水分離器、MDEA儲罐3脫水脫烴裝置檢修污水重力流污水處理裝置一級濕凈化氣預(yù)冷器、預(yù)冷分離器、低溫分離器、醇烴液三相分離器、溶液過濾器、MEG緩沖罐4凝析油處理裝置檢修污水重力流污水處理裝置凝析油緩沖罐、凝析油預(yù)冷器、凝析油三相分離器、凝析油氣提塔、凝析油外輸罐、凝析油外輸泵、氣田水氣提塔、閃蒸氣重力分離器、中壓閃蒸氣旋流分離器、高壓閃蒸氣旋流分離器生產(chǎn)污水壓力流污水處理裝置氣田水氣提塔5硫黃回收裝置生產(chǎn)污水壓力流排污罐余熱鍋爐、熱段硫黃冷凝器、克勞斯硫黃冷凝器、CPS硫黃冷凝器生產(chǎn)污水重力流污水處理裝置排污罐檢修污水重力流污水處理裝置余熱鍋爐、熱段硫黃冷凝器、克勞斯硫黃冷凝器、CPS硫黃冷凝器6空氮站檢修污水重力流污水處理裝置空壓機(jī)橇塊檢修污水重力流就地凈化空氣儲罐、工廠風(fēng)儲罐、制氮橇塊、N2儲罐7分析化驗室檢修污水重力流污水處理裝置分析化驗8火炬及放空檢修污水重力流污水處理裝置天然氣放空分離器、酸氣放空分離器9燃料氣系統(tǒng)檢修污水重力流污水處理裝置燃料氣橇高壓部分、燃料氣橇低壓部分

圖1 典型污水收集流程圖

壓力流污水則直接進(jìn)入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

由于生產(chǎn)污水，檢修污水和氣田水含硫化物、烴類和懸浮物等,污水收集系統(tǒng)存在易燃易爆風(fēng)險。因此,此類污水收集采用密閉式排污設(shè)計,利用生產(chǎn)污水檢查口進(jìn)行清通[8-9]。檢查口采用鋼制管道制作,管徑DN 300。管式檢查口與地下排水管道相接,檢查口上設(shè)置排氣閥。檢查口伸出地面200～300 mm,采用法蘭蓋進(jìn)行封堵,需清通時可拆卸。

2 風(fēng)險及對策

2.1 污水罐

大部分檢修排放污水為重力流,無法避免設(shè)置地下污水罐。隨著裝置長期運行,地下污水罐內(nèi)會沉積污泥、污水及機(jī)械雜質(zhì),設(shè)備檢修、清洗排污和清掏污泥時存在安全隱患。地下污水罐坑內(nèi)雖設(shè)置設(shè)備通風(fēng)、排風(fēng)裝置,但由于埋深較大,容易造成H2S聚集,操作人員操作時安全風(fēng)險大。如采用直埋式地下污水罐,罐底沒有排污口,罐底污泥、污油等不能清洗干凈,操作人員檢修時存在安全風(fēng)險,只能通過現(xiàn)場觀察。對存儲有腐蝕介質(zhì)的儲罐,不能進(jìn)行罐壁檢測,如果罐發(fā)生腐蝕穿孔造成泄漏,不易被發(fā)現(xiàn),存在安全隱患[10-11]。

含硫油氣田廠內(nèi)污水罐應(yīng)盡量設(shè)置在地上,避免地下罐坑內(nèi)有害氣體聚集。工藝裝置區(qū)內(nèi)排污盡可能采用帶壓排污,直接排至地上污水罐。重力流排放污水,應(yīng)分片區(qū)進(jìn)行密閉收集,避免埋深過大,并盡量少設(shè)污水罐坑。地上污水罐避免設(shè)置在主要車行和人行道附近，而應(yīng)設(shè)置在開闊地帶,利于有害氣體擴(kuò)散。

地下污水罐坑的設(shè)置須采取以下安全防護(hù)措施[12]:

1)罐坑內(nèi)操作區(qū)域就近設(shè)置安全斜梯及安全逃生設(shè)施,不宜采用直梯。

2)罐坑內(nèi)應(yīng)采用強制通風(fēng)裝置。

3)罐坑內(nèi)設(shè)置H2S檢測設(shè)備及聲光報警系統(tǒng)。

4)罐坑內(nèi)設(shè)工廠風(fēng)吹掃線,下坑時先進(jìn)行吹掃,確認(rèn)坑內(nèi)安全后再進(jìn)行下坑作業(yè)。

5)操作柱設(shè)在地面上或操作主控室完成,盡量減少坑內(nèi)作業(yè)。

6)罐上呼吸閥、安全閥應(yīng)設(shè)收集和引至安全地點的措施。

7)罐坑盡量設(shè)置為敞開式,四周加圍欄,鎖簽。

8)強化操作規(guī)程,操作人員進(jìn)入地坑操作檢修時,需遵循如下安全操作措施:

?進(jìn)坑前先進(jìn)行坑池內(nèi)的強制通風(fēng),確認(rèn)現(xiàn)場H2S檢測儀是否報警；

?使用便攜式檢測設(shè)備再次確認(rèn)H2S含量，確認(rèn)無報警后,操作人員攜帶正壓式呼吸器進(jìn)入地坑,下坑作業(yè)必須2人同時進(jìn)入。

2.2 污水泵

污水罐頂設(shè)置的提升泵常采用液下泵形式,運行過程中由于泵軸較長容易移位，中軸發(fā)生擺動致使軸瓦破碎,軸套和軸瓦研磨產(chǎn)生高溫,有可能點燃泵軸防護(hù)罩內(nèi)的殘油,進(jìn)而引爆罐內(nèi)污油或污水池內(nèi)的油氣；泵支撐軸承摩擦發(fā)熱,有可能閃燃污油或含凝析油污水池內(nèi)的可燃?xì)怏w[13-14]。

根據(jù)《中國石油天然氣股份有限公司煉油與化工分公司文件(油煉化[2012]53號)》規(guī)定，對存在安全隱患、易發(fā)生閃爆的輕污油污水系統(tǒng)長軸液下泵全部停用。

污水泵可采用臥式離心泵或自吸泵,其葉輪與污水池保持一定的距離,可避免轉(zhuǎn)動設(shè)備和電器設(shè)備與可燃?xì)怏w直接接觸。

2.3 水封井

水封井屬于密閉受限空間,也屬于低位坑,容易聚集H2S和烴類揮發(fā)性氣體,存在H2S泄漏、易燃易爆的風(fēng)險。現(xiàn)場出現(xiàn)水封井水封高度不夠情況時,密封效果將受到影響,增加風(fēng)險。

根據(jù)GB 50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》要求,各生產(chǎn)裝置區(qū)出水應(yīng)單獨設(shè)置水封井。一旦廢水中產(chǎn)生的氣體發(fā)生爆炸或火災(zāi),水封井則是防止災(zāi)害通過管道蔓延的重要安全裝置。對進(jìn)入下游污水收集系統(tǒng)或下游污水收集系統(tǒng)的有毒、有害氣體反竄回裝置區(qū)內(nèi)或室內(nèi)也有一定作用[15]。

生產(chǎn)污水及檢修污水管道的下列部位應(yīng)設(shè)水封,水封高度不得小于0.25 m,并采取防凍措施[16-17]:

1)工藝裝置區(qū)的塔、加熱爐、泵、冷換設(shè)備等區(qū)圍堰的排水出口。

2)工藝裝置區(qū)、罐組或其他設(shè)施及建(構(gòu))筑物和管溝等的排水出口。

3)工業(yè)污水隔油池的入口。

4)加藥間、化驗室建筑物的排出口。

5)全廠性支干管與干管交匯處的支干管上。

6)全廠性支干管、干管的管段長度超過300 m的上游管道上。

7)全廠總排出水口。

含可燃液體污水管道的水封井井蓋與蓋座接縫處應(yīng)密封,且采用密封式井蓋。含硫油氣田污水收集系統(tǒng)中的水封井設(shè)置形式可采用SH 3034《石油化工給水排水管道設(shè)計規(guī)范》的乙型水封井。

2.4 排氣閥

閉式污水收集系統(tǒng)中排氣閥用于平衡管道內(nèi)氣壓,污水中含H2S等危險氣體,檢查口的排氣閥僅伸出地面200～300 mm,存在安全風(fēng)險,對操作人員有一定的安全隱患。所以,排氣閥的設(shè)置應(yīng)注意:

1)應(yīng)有足夠的高度,使有害氣體能充分?jǐn)U散。

2)不應(yīng)設(shè)置在車行道和行人活動區(qū)域內(nèi)。

3)避開鍋爐房或其他明火裝置。

4)應(yīng)設(shè)氣體收集和引至安全地點的措施。

5)排氣閥處設(shè)立標(biāo)志,避免人員靠近。

3 結(jié)論

為更好地排查含硫油氣田的生產(chǎn)不安全隱患,有必要從設(shè)計源頭進(jìn)行風(fēng)險研究,采取相應(yīng)措施降低風(fēng)險。

1)盡量少設(shè)或不設(shè)置地下污水罐坑,如不可避免則應(yīng)該在通風(fēng)吹掃、報警、防護(hù)、操作規(guī)程上制定相應(yīng)措施。

2)在易發(fā)生閃爆的輕污油污水系統(tǒng)中禁止使用長軸液下泵。

3)含可燃液體的污水管道水封井井蓋與蓋座接縫處應(yīng)密封,且采用密封式井蓋。并保證一定的水封高度,確保水封井的隔離效果。

4)排氣閥的位置、高度和氣體收集都需妥善設(shè)置。

[1] 黨爭光,馬 楠,楊 磊.石油化工企業(yè)含硫污水處理技術(shù)[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2014,34(7):40-41. Dang Zhengguang, Ma Nan, Yang Lei. Refineries Sour Water Treatment Technology [J]. Liaoning Urban and Rural Environmental Science & Technology, 2014, 34 (7): 40-41.

[2]郭順清,夏 勇,趙 欣,等.油田采出水硫化物的來源及對腐蝕的影響分析[J].石油化工應(yīng)用,2010,29(10):19-21. Guo Shunqing, Xia Yong, Zhao Xin, et al. Produced Water Sulfide Analysis of the Impact of Corrosion Oilfield [J]. Petrochemical Industry Application, 2010, 29 (10): 19-21.

[3]高少華,鄒 兵,嚴(yán) 龍,等.含硫天然氣凈化廠硫化氫泄露分析及對策[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2012,8(2):175-176. Gao Shaohua, Zou Bing, Yan Long, et al. Study of Hydrogen Sulfide Leakage and Dispersion in Sour Gas Purification Plants and Countermeasures [J]. Journal of Safety Science and Technology, 2012, 8 (2): 175-176.

[4]馮 明,胡 洋.煉油污水系統(tǒng)的安全運行管理[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2010,27(2):48-50. Feng Ming, Hu Yang. Safe Running of Refinery Waste Water System [J]. Corrosion & Protection in Petrochemical Industry, 2010, 27 (2): 48-50.

[5]何玉幫.含硫污水罐防爆技術(shù)探討[J].安全、健康和環(huán)境,2015,15(2):17-19. He Yubang. Discussions into Anti-Explosion Technology for Sulfur Containing Sewage Tank [J]. Safety Health & Environment, 2015, 15 (2): 17-19.

[6]國家發(fā)展和改革委員會.油氣廠、站、庫給水排水設(shè)計規(guī)范:SY/T 0089-2006[S].北京:石油工業(yè)出版社,2006:19. National Development and Reform Commision. Code for Design of Water and Wastewater for Oil/Gas Plant Station and Depot: SY/T 0089-2006 [S]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2006: 19.

[7]國家發(fā)展和改革委員會.天然氣凈化廠設(shè)計規(guī)范:SY/T 0011-2007[S].北京:石油工業(yè)出版社,2007:17. National Development and Reform Commision. Code for Design of Natural Gas Conditioning Plant: SY/T 0011-2007 [S]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2007: 17.

[8]李 靜,趙 瓊,韓國強,等.天然氣廠站污水密閉收集系統(tǒng)設(shè)計思路[J].天然氣與石油,2012,30(6):85-88. Li Jing, Zhao Qiong, Han Guoqiang, et al. Design of Closed Waste Water Drainage System in Natural Gas Treatment Plant [J]. Natural Gas and Oil, 2012, 30 (6): 85-88.

[9]鄭立軍.普光天然氣凈化廠硫化氫防護(hù)技術(shù)措施綜述[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù),2011,27(3):44-45. Zheng Lijun. An Introduction to Hydrogen Sulfide Protection Technology in the Puguang Natural Gas Purification Plant [J]. Petrochemical Safety and Environmental Protection Technology, 2011, 27 (3): 44-45.

[10]孫麗麗.污水罐腐蝕原因分析及防腐建議[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2014,35(5):37-39. Sun Lili. Reason Analysis and Suggestions for Wastewater Tank Corrosion [J]. Petrochemical Equipment Technology, 2014, 35 (5): 37-39.

[11]孫銀娟,張志浩,成 杰,等.長慶油田污水罐防腐技術(shù)[J].油氣儲運,2010,29(8):613-614. Sun Yinjuan, Zhang Zhihao, Cheng Jie, et al. Corrosion Control Technology of Wastewater Tank in Changqing Oilfield [J]. Oil & Gas Storage and Transportation, 2010, 29 (8): 613-614.

[12]國家能源局.高含硫化氫氣田集氣站場安全規(guī)程:SY/T 6779-2010[S].北京:石油工業(yè)出版社,2010:3. National Energy Administration. Safety Regulations for Gas Gathering Station in High Hydrogen Sulfide Gas Field: SY/T 6779-2010 [S]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2010:3.

[13]王彥明,丁 磊,楊 冰.長軸液下化工泵常見故障及解決方法[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2011,31(2):210. Wang Yanming, Ding Lei, Yang Bing. Common Problems and Solutions for Long Shaft Submerged Chemical Pump [J]. China Petroleum and Chemical Standard and Quality, 2011, 31 (2): 210.

[14]劉成浩,李博穎,于 勇,等.立式長軸液下泵應(yīng)用淺析[J].石油和化工設(shè)備,2014,11(17):54-56. Liu Chenghao, Li Boying, Yu Yong, et al. Application of Vertical Long Shaft Submerged Pump [J]. Petro & Chemical Equipment, 2014, 11 (17): 54-56.

[15]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.室外排水設(shè)計規(guī)范(2014年版):GB 50014-2006[S].北京:中國計劃出版社,2014:126. Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Code for Design of Outdoor Wastewater Engineering (2014 Edition): GB 50014-2006 [S]. Beijing: China Planning Press, 2014: 126.

[16]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范:GB 50160-2008[S].北京:中國計劃出版社,2008:44-45. Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Fire Prevention Code of Petrochemical Enterprise Design: GB 50160-2008 [S]. Beijing: China Planning Press, 2008: 44-45.

[17]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.石油化工給水排水管道設(shè)計規(guī)范:SH 3034-2012[S].北京:中國石化出版社,2012:7-8. Ministry of Industry and Information Technology of the People’s Republic of China. Specification for Design of Water Supply and Wastewater Piping in Petrochemical Industry: GB 50160-2008 [S]. Beijing: China Petrochemical Press, 2012: 7-8.

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.018

2016-03-21

塔里木油田含硫油氣場站風(fēng)險與對策研究(JCF-2014-100-19)

吳 超(1979-),男,四川成都人,工程師,學(xué)士,主要研究方向為工藝安全。