油田原油密閉卸油的工藝技術(shù)

王品賢 劉巨光 黃 婕 付振林 梁昌晶

〔1.中國石油天然氣管道局工程有限公司管道投產(chǎn)運(yùn)行分公司 河北廊坊 065001；2.中國石油華北油田公司工程技術(shù)研究院 河北任丘 062552；3.中國石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院 河北任丘 062552；4.中國石油華北油田公司第四采油廠 河北廊坊 065000；5.河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 河北任丘 062552〕

隨著《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(大氣十條)的頒布，對有機(jī)揮發(fā)物VOCs的排放有了明確的限制。目前，因一些開發(fā)進(jìn)入中后期的油田很多區(qū)塊呈現(xiàn)“邊、零、小、散”的特點(diǎn)，新建集輸管網(wǎng)在投資回收期上不占優(yōu)勢，汽車運(yùn)油成為主要集油方式[1]。卸油工藝大部分采用開式和半密閉工藝。對于有些油井氣油比較高，在卸油過程中，由于卸油箱液位不斷上升，會(huì)引起一定量的油氣呼吸損耗。油氣揮發(fā)量大，事故隱患多，已不能滿足國家法律法規(guī)的排放要求，因此做好卸油過程的安全保障和污染防護(hù)十分重要。針對這一問題，本文通過對目前開式和半密閉卸油工藝的介紹，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套全密閉卸油工藝流程，并進(jìn)行了較詳細(xì)介紹，以創(chuàng)造條件對開式和半密閉卸油工藝進(jìn)行更新改造。

1 常規(guī)卸油工藝

1.1 開式工藝

油罐車卸油管直接對著敞口的卸油箱放油，原油直接飛濺而下進(jìn)入箱體，操作員工可以看到卸油全過程。卸油時(shí)，卸油處敞口放油的地方揮發(fā)油氣最為嚴(yán)重。對某聯(lián)合站卸油口位置依照SY/T 5267—2009《油田原油損耗測試方法》[2]進(jìn)行油氣損耗測定，排出總氣量(無空氣基)為1300 m3/d,油氣損耗總量為1.541t/d，原油損耗總量為0.755t/d。油氣在其周圍聚集，存在一定的事故隱患和資源浪費(fèi)。

開式工藝主要采用臥式離心泵將卸油箱內(nèi)的油品打入儲(chǔ)油罐中，要求卸油箱的最低有效液位要淹沒至泵的葉輪深度，保證有效液位得到全部利用[3,4]。工藝流程見圖1。

圖1 開式卸油工藝流程

1.2 半密閉工藝

采用半埋地的密閉箱體，箱體上安裝立式潛油離心泵[5,6]，將箱體上的卸油管通過標(biāo)準(zhǔn)快速接頭(DN100 mm)連接到罐車底部的接口上。根據(jù)液位高低實(shí)現(xiàn)高液位啟泵、低液位停泵(自動(dòng)啟停)。較以前老式卸油裝置直接敞口的方式有了很大的改進(jìn)，卸油口進(jìn)行了全密閉，但卸油時(shí)油氣會(huì)在箱體內(nèi)揮發(fā)，從泵桿周圍逸出。同樣對泵桿位置進(jìn)行油氣損耗測定，排出總氣量(無空氣基)為313.2 m3/d，氣損耗總量為0.175t/d，原油損耗總量為0.48t/d，與開式系統(tǒng)相比，排出總氣量降低了75.9 %，氣損耗總量降低了88 %，原油損耗總量降低了36 %。同時(shí)卸油后空氣會(huì)逸入卸油箱體內(nèi)，形成混合氣體，存在一定事故隱患。半密閉式工藝主要采用立式潛油離心泵[7]，與開式系統(tǒng)相比，卸油箱的有效液位可以得到充分利用，但對于箱內(nèi)和罐車內(nèi)的呼吸損耗尚不能避免，工藝流程見圖2。

圖2 半密閉卸油工藝流程

2 全密閉卸油工藝

工藝流程：油罐車卸油口→防靜電卸油軟管→過濾器→密閉卸油箱→卸油泵→質(zhì)量流量計(jì)→儲(chǔ)油罐。卸油前，首先將卸油箱上的防靜電卸油軟管通過快速接頭連接到罐車底部[8,9]，當(dāng)油罐車稱重完畢停放到卸油臺(tái)后，由操作人員點(diǎn)擊控制觸摸屏上的卸油按鈕，由PLC控制打開卸油池的進(jìn)油閥。卸油過程中，油品先經(jīng)過簡易過濾器將其中的有機(jī)雜質(zhì)濾掉，過濾器可以采用抽屜式，過濾面積大，拆洗方便，隨后油品進(jìn)入卸油箱。將運(yùn)油罐車、卸油箱、儲(chǔ)油罐三者組成一個(gè)連通空間，卸油時(shí)由于卸油泵的抽吸作用，在罐車內(nèi)形成負(fù)壓，卸油箱和儲(chǔ)油罐內(nèi)形成正壓，此時(shí)由于液位上升壓縮了箱體和罐體內(nèi)上部的氣空間造成呼吸閥中的壓力閥打開逸出油氣，這部分油氣損耗通過氣平衡管線重新進(jìn)入油罐車內(nèi)，形成全密閉卸油工藝。裝滿油氣的罐車再經(jīng)過站內(nèi)的油氣凈化、回收裝置統(tǒng)一處理，工藝流程見圖3。

圖3 全密閉卸油工藝

其中，卸油泵與卸油箱液位通過PLC實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制，可根據(jù)液面的高低自動(dòng)調(diào)節(jié)卸油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)卸油液量的大小(罐體液位高低)實(shí)現(xiàn)卸油泵排量自動(dòng)調(diào)節(jié)。卸油泵采用旋轉(zhuǎn)凸輪泵，該泵自吸能力強(qiáng)勁，可在20 s內(nèi)形成-8.5 m的真空度，啟泵前無需進(jìn)行放空和泵前灌注，可以輸送各種粘稠或含有顆粒物的介質(zhì)，通過直徑<100 mm顆粒物，同時(shí)可達(dá)到消防水泵的空載運(yùn)行水平(30 min)。整個(gè)密閉卸油裝置有效液位為2 m，當(dāng)液位達(dá)到1.5 m后，變頻啟動(dòng)50 Hz運(yùn)行，泵排量60 m3/h，開始往儲(chǔ)油罐中打油，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)變頻器、卸油泵開始工作，卸油開始；液位達(dá)到1.2～1.5 m之間，變頻器35～50 Hz運(yùn)行，泵排量為51m3/h；液位達(dá)到0.8～1.2 m之間，變頻器30～40 Hz運(yùn)行，泵排量為42 m3/h；液位達(dá)到0.5～0.8 m之間，變頻器5～20 Hz低頻低速運(yùn)行，泵排量為15 m3/h；液位低于0.5 m位置時(shí)，變頻停機(jī)，卸油泵停止運(yùn)行，卸油完成。整個(gè)卸油過程無需人工操作，無油氣泄漏。

在隨后開展卸油試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)采用射頻電容式液位計(jì)檢測的液位與實(shí)際誤差較大，不能正確顯示其真實(shí)的液位(通過已安裝的玻璃管液位顯示對比)，同時(shí)為了保證PID閉環(huán)精準(zhǔn)控制，選用適合油水介質(zhì)的插入式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，其測量范圍0.3～30 m，測量精度±2 mm ，響應(yīng)時(shí)間<1.5 s，被測介質(zhì)溫度-10～250 ℃，工作環(huán)境溫度-25～85 ℃。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

某聯(lián)合站每天進(jìn)行卸油10車，卸油總量為200 m3/d，之前為半密閉式工藝，根據(jù)SY/T 5267—2009《油田原油損耗測試方法》和GB/T13610—2014《天然氣的組分分析 氣相色譜法》對排出氣體組分進(jìn)行分析，見表1。

表1 排出氣組分分析(200 m3卸油罐)

將半密閉卸油工藝改為密閉卸油后，每天可減少原油損耗0.48t，天然氣損耗0.175t，油價(jià)按照2 471元/t，天然氣按照1 125元/m3計(jì)算，每天可節(jié)約3 154元，折合經(jīng)濟(jì)效益每年為115萬元。卸油裝置費(fèi)用70萬元，材料費(fèi)30萬元，設(shè)計(jì)費(fèi)25萬元，不可預(yù)見費(fèi)20萬元，總投資145萬元，投資回收期0.79年，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 社會(huì)效益分析

全密閉卸油技術(shù)的應(yīng)用，降低了卸油箱及儲(chǔ)油罐頂氣的揮發(fā)，降低了原油中的溶解氣，減少VOCs油氣揮發(fā)對環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了集輸系統(tǒng)的密閉，避免了大罐氣從呼吸閥等處外溢，降低了操作人員氣體中毒的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

通過對密閉卸油工藝采用PID閉環(huán)全自動(dòng)控制，基本上解決了卸油過程中的油氣揮發(fā)，不僅減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了操作人員在卸油過程中油氣中毒的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免了向大氣中排放油氣揮發(fā)有機(jī)物，達(dá)到了“降本增效”的目的。在當(dāng)今油價(jià)低迷的形勢下，密閉卸油工藝將成為油田節(jié)能降耗的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

針對在密閉卸油裝置現(xiàn)場試驗(yàn)和應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，諸如卸油泵漏失、泵與基礎(chǔ)不匹配產(chǎn)生共振形成噪音、冬季卸油泵需暖泵、長期過濾雜質(zhì)、裝置后期清砂等諸多問題，還需要進(jìn)一步完善密閉卸油裝置。同時(shí)單井運(yùn)油點(diǎn)裝油鶴管在裝油過程中同樣存在非密閉，罐車人孔處油氣揮發(fā)更大，要進(jìn)一步研究全自動(dòng)密閉裝油工藝，實(shí)現(xiàn)裝、卸油的密閉生產(chǎn)。