某油氣終端處理廠水資源消耗分析及節(jié)水減排措施

周開浪，凌宇，丁勇超，米占虎，謝進(jìn)宜，孫詩洋

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，并非取之不盡，用之不竭。我國水資源貧乏，時(shí)空分布極其不均。改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市化進(jìn)程加快以及水污染加劇，我國水資源供需矛盾日趨突出[1]。石油化工行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，同時(shí)也是八大高耗水工業(yè)之一，雖然單位工業(yè)增加值的取用排水量呈逐年下降趨勢且高于工業(yè)行業(yè)平均水平，但部分地方和企業(yè)仍然存在水資源開發(fā)利用效率相對較低的情況[2-3]。近年來，隨著生態(tài)文明建設(shè)關(guān)于“兩山理論”的不斷推進(jìn)，節(jié)水減排是擺在石油化工行業(yè)面前亟需解決的問題[4-5]。

南海西部某油氣終端處理廠坐落于某海島上，該海島屬于重度缺水地區(qū)。隨著海上油田群滾動(dòng)開發(fā)，產(chǎn)量逐年遞增，終端水資源消耗量也呈逐年上升趨勢。終端水資源供給來源于島中央富水區(qū)自建水源井，隨著當(dāng)?shù)卣P(guān)于加強(qiáng)水資源開發(fā)利用和保護(hù)方案的實(shí)施，開始嚴(yán)格控制地下水開采，防止海水倒灌，造成終端生產(chǎn)過程中水資源供需矛盾日趨凸顯。

通過對終端水資源消耗進(jìn)行分析，找到節(jié)水減排潛力并針對實(shí)施相應(yīng)措施，以期實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)用水自給自足，從而保障正常穩(wěn)定清潔生產(chǎn)，并為相關(guān)企業(yè)節(jié)水減排提供借鑒和依據(jù)。

1 水資源消耗分析

1.1 水系統(tǒng)基本情況

在給水側(cè)，水源井內(nèi)淡水通過深水泵提升輸送至終端后分為兩路：一路經(jīng)淡水過濾器過濾后進(jìn)入消防水罐和生活水罐；另一路經(jīng)生活水過濾器過濾后進(jìn)入生活水池。消防水罐內(nèi)淡水通過消防泵增壓后為廠區(qū)提供消防用水，淡水罐內(nèi)淡水通過淡水泵增壓后輸送至各用戶，為廠區(qū)提供生產(chǎn)用水和綠化用水，生活水池內(nèi)淡水經(jīng)殺菌處理后通過生活水泵增壓為公寓樓提供生活用水。在排水側(cè)，油氣生產(chǎn)處理過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)污水經(jīng)過物理、化學(xué)與生物相結(jié)合的生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后排海，公寓樓產(chǎn)生的日常生活污水經(jīng)過生活污水處理系統(tǒng)處理合格后進(jìn)行外排。終端水系統(tǒng)主要工藝流程如圖1所示。

圖1 終端水系統(tǒng)主要工藝流程

1.2 用水結(jié)構(gòu)

終端負(fù)責(zé)對海上平臺(tái)輸送上岸的油氣進(jìn)行綜合處理，水資源在終端除用于生活、消防、綠化外，還在生產(chǎn)工藝上具有重要的作用：一是制取余熱鍋爐除鹽水的基礎(chǔ)原料，也是管線、容器置換和試壓的介質(zhì)；二是工藝流程上廣泛使用的換熱介質(zhì)，用于控制、調(diào)節(jié)工藝物流和設(shè)備溫度。終端用水結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 終端用水結(jié)構(gòu)

從終端用水結(jié)構(gòu)可以看出，循環(huán)水補(bǔ)水、除鹽水制取、原油外輸管線置換是水資源消耗重點(diǎn)環(huán)節(jié)，三者占比合計(jì)達(dá)到80%；消防用水雖然只占5%，但嚴(yán)重偏離實(shí)際用水量，說明消防埋地管網(wǎng)存在漏損。

1.3 存在的問題

1.3.1 生產(chǎn)裝置陳舊，工藝技術(shù)落后

終端已投產(chǎn)運(yùn)行多年，生產(chǎn)裝置陳舊，部分設(shè)備、管線老化腐蝕嚴(yán)重、更新不及時(shí)，運(yùn)行過程中易出現(xiàn)損壞泄漏。再加上建造時(shí)受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平等條件限制，部分生產(chǎn)裝置工藝技術(shù)比較落后，以致不能滿足現(xiàn)代化清潔生產(chǎn)的需要，造成水資源消耗量、污水排放量增加。

1.3.2 水系統(tǒng)規(guī)劃不合理

終端各用戶未細(xì)分水質(zhì)進(jìn)行梯級利用，水資源重復(fù)利用率低；未配置污水深度處理回收再利用裝置，各類污水經(jīng)過常規(guī)處理達(dá)標(biāo)后直接排放，污水回用率低；供給水源單一，未因地制宜進(jìn)行雨水回收、海水造淡等非常規(guī)水資源利用，水資源開發(fā)效率低。

1.3.3 節(jié)水減排意識不足

受地域限制和教育水平不同，終端以及外委作業(yè)員工水素養(yǎng)參差不齊，對水的知識、態(tài)度和行為各有所異[6]。在節(jié)水減排工作中，部分員工意識不足、積極性不高、責(zé)任心不強(qiáng)，更多時(shí)候只是抱著服從上級命令的心理[7]，并不能真正做到為了節(jié)約社會(huì)用水而去節(jié)水，往往造成對日常生活節(jié)水減排不重視、輸水管道巡查不仔細(xì)、水冷換熱器泄漏排查不徹底、作業(yè)用水量把握不足以及不能對小的跑冒滴漏做出科學(xué)正確合理的判斷和處理，導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)。

2 節(jié)水減排措施

終端生產(chǎn)過程中對水資源的需求量暫時(shí)不會(huì)大規(guī)模減少，且無法完全替代，因此終端結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，提出并針對實(shí)施以下相應(yīng)措施，切實(shí)做到水資源的“開源”與“節(jié)流”。

2.1 工藝優(yōu)化

2.1.1 輕油代替淡水置換原油外輸管線

終端通過單點(diǎn)系泊利用穿梭油輪提油進(jìn)行原油外輸銷售，因原油外輸管線較長且容積大以及提油作業(yè)間隔時(shí)間受罐容、天氣、海況等因素影響大，設(shè)計(jì)每次提油作業(yè)后利用淡水置換外輸管線，防止原油在外輸管線中凝固，影響下次提油作業(yè)，優(yōu)化前提油外輸流程如圖3所示。提油作業(yè)前，需要利用外輸原油循環(huán)置換外輸管線，即參與外輸原油儲(chǔ)罐內(nèi)的原油通過原油外輸泵增壓并經(jīng)計(jì)量撬進(jìn)行商業(yè)計(jì)量后從海管A線輸入，從海管B線循環(huán)返回(或從海管B線輸入，從海管A線循環(huán)返回)，直至將外輸管線中的淡水完全置換；循環(huán)置換過程中，初期返回的流體為含油量較少的淡水，進(jìn)入清水罐儲(chǔ)存，用于提油作業(yè)后循環(huán)置換外輸管線，后期返回的流體中，原油含量逐漸增加，則倒入此次未參與外輸原油儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存、靜置和分離，罐底分離出的含油污水通過切水泵泵至油水處理系統(tǒng)處理。提油作業(yè)時(shí)，參與外輸原油儲(chǔ)罐內(nèi)的原油通過原油外輸泵增壓并經(jīng)計(jì)量撬進(jìn)行商業(yè)計(jì)量后從海管A、B線輸送至單點(diǎn)，然后經(jīng)漂浮軟管進(jìn)入穿梭油輪油艙。提油作業(yè)后，需要利用淡水循環(huán)置換外輸管線，即清水罐內(nèi)的淡水通過原油外輸泵增壓并經(jīng)計(jì)量撬進(jìn)行商業(yè)計(jì)量后從海管A線輸入，直至將海管A線及漂浮軟管用淡水完全置換，然后從海管B線循環(huán)返回(或從海管B線輸入，直至將海管B線及漂浮軟管用淡水完全置換，然后從海管A線循環(huán)返回)，直至將外輸管線中的原油完全置換；循環(huán)置換過程中，初期返回的流體為原油，中后期為含水原油，進(jìn)入原油儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存、靜置和分離，罐底分離出的含油污水通過切水泵泵至油水處理系統(tǒng)處理。

圖3 優(yōu)化前提油外輸流程

按上述優(yōu)化前工藝進(jìn)行提油作業(yè)，每次需要消耗淡水700 m3，不僅浪費(fèi)了大量淡水資源，還增加了油水處理系統(tǒng)負(fù)擔(dān)和污水排放量。

輕油是終端生產(chǎn)的副產(chǎn)品，利用輕油置換原油外輸管線，可以有效解決提油作業(yè)后外輸管線原油凝固問題，優(yōu)化后提油外輸流程如圖4所示，虛線為新增管線。提油作業(yè)時(shí)，利用海管A線進(jìn)行原油外輸，海管B線中始終充滿淡水(或海管B線進(jìn)行原油外輸，海管A線中始終充滿淡水)；提油作業(yè)后，利用輕油置換外輸管線中的原油，置換結(jié)束后，啟動(dòng)頂水泵，利用始終充滿淡水的海管B線(或海管A線)置換漂浮軟管中的輕油，避免漂浮軟管發(fā)生泄漏，產(chǎn)生溢油環(huán)保事件。

圖4 優(yōu)化后提油外輸流程

為保證輕油代替淡水置換原油外輸管線工藝優(yōu)化安全、可靠，終端開展了輕油對外輸管線的腐蝕性、原油外輸泵輕油適應(yīng)性以及單條外輸管線原油和輕油外輸速度研究，研究結(jié)果表明此工藝優(yōu)化可行[8]。通過該工藝優(yōu)化單次提油作業(yè)淡水消耗量降低至40 m3。

2.1.2 污水分質(zhì)梯級利用

根據(jù)各用戶用水水質(zhì)不同，加強(qiáng)水資源的梯級利用，拉長“作用鏈”，實(shí)現(xiàn)精細(xì)用水，可以降低水資源消耗量[9]。按被污染程度來劃分，機(jī)泵直流冷卻水屬于清凈污水，仍具有一定的可利用價(jià)值。終端原油外輸泵、儲(chǔ)罐尾氣風(fēng)機(jī)采用直流冷卻水冷卻，冷卻后水直接進(jìn)入生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)，因清水罐內(nèi)置換用水對水質(zhì)要求不高，通過取樣化驗(yàn)該污水確認(rèn)水質(zhì)滿足要求，將其改造回收至清水罐。

2.2 設(shè)備更新?lián)Q型

2.2.1 循環(huán)水塔更新?lián)Q型

終端舊循環(huán)水塔老化破損嚴(yán)重，內(nèi)部填料結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)坍塌，運(yùn)行過程中循環(huán)水風(fēng)吹損失量大且冷卻效果差。更新?lián)Q型后的循環(huán)水塔裝有改性PVC加筋弧形收水器，有效降低了循環(huán)水風(fēng)吹損失量，塔內(nèi)設(shè)置了隔風(fēng)裝置，消除了外界氣流導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)口淋水外溢的現(xiàn)象。

2.2.2 水冷換熱器更新?lián)Q型

受設(shè)備老化以及設(shè)備材質(zhì)和循環(huán)水水質(zhì)差影響，終端大量水冷換熱器頻繁出現(xiàn)管束腐蝕穿孔現(xiàn)象，這不僅導(dǎo)致循環(huán)水排污量、補(bǔ)水量增加，還嚴(yán)重制約輕烴回收率和原油儲(chǔ)運(yùn)安全。終端水冷換熱器全部為碳鋼材質(zhì)，受管束腐蝕穿孔影響，絕大部分堵孔面積超過10%，達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。不銹鋼材質(zhì)較碳鋼材質(zhì)抗氯離子腐蝕能力更強(qiáng)，通過對水冷換熱器逐步更新?lián)Q型為不銹鋼材質(zhì)，減少了管束腐蝕穿孔泄漏次數(shù)，提高了循環(huán)水凝縮倍數(shù)。

2.2.3 新增高效節(jié)水型循環(huán)水旁濾器

終端循環(huán)水系統(tǒng)原采用簡易旁濾池過濾去除循環(huán)水中的雜質(zhì)顆粒、懸浮物，即通過旁濾池頂部的不銹鋼絲濾網(wǎng)對從循環(huán)水塔出口引出的一部分循環(huán)水進(jìn)行過濾，過濾后的循環(huán)水通過重力作用流回循環(huán)水池。原簡易旁濾池過濾效率低，且只能通過人工清理濾網(wǎng)表層累積雜質(zhì)，不能有效去除黏泥、微生物等有害成分，為保證循環(huán)水水質(zhì)，被迫頻繁排污，造成循環(huán)水排污量、補(bǔ)水量增加。

通過對比分析各種旁濾工藝以及濾料性質(zhì)，新增一套彗星式纖維循環(huán)水旁濾器，對部分循環(huán)水進(jìn)行過濾并定時(shí)、定壓差進(jìn)行反洗，從而改善循環(huán)水水質(zhì)。該循環(huán)水旁濾器濾速高、截污量大、過濾精度高、過濾周期長，采用氣水反沖洗，耗水量低。

2.2.4 新增循環(huán)水系統(tǒng)泄漏在線監(jiān)測儀

通過人工不定期巡檢分析發(fā)現(xiàn)水冷換熱器管束腐蝕穿孔泄漏，具有一定的滯后性，經(jīng)確認(rèn)后循環(huán)水水質(zhì)已經(jīng)受到污染，為提高水質(zhì)需要補(bǔ)充大量新鮮水進(jìn)行置換，導(dǎo)致循環(huán)水排污量、補(bǔ)水量增加[10]。通過在循環(huán)水回水總管線上安裝有機(jī)碳在線分析儀，并將數(shù)據(jù)傳輸回中控DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控并報(bào)警，有異常第一時(shí)間進(jìn)行排查、確認(rèn)并隔離泄漏水冷換熱器，避免進(jìn)一步污染循環(huán)水水質(zhì)。

2.3 輸水管道檢測

終端存在大量的埋地輸水管道，這些管道可能受腐蝕、地質(zhì)作用以及人為作業(yè)破壞等原因產(chǎn)生漏損，造成水資源浪費(fèi)。通過定期開展輸水管道檢測，對已泄漏以及局部腐蝕嚴(yán)重和全面腐蝕的管道進(jìn)行維修更換，共修復(fù)泄漏點(diǎn)12處，更換管網(wǎng)96 m，降低了水資源在輸送過程的浪費(fèi)。

2.4 非常規(guī)水資源利用

2.4.1 雨水回收綜合利用

終端所屬海島年平均降雨量為1 800 mm，雨水回收潛力大。為充分利用雨水資源，降低取水量，通過優(yōu)化廠區(qū)排水系統(tǒng)，進(jìn)行雨污分流，將雨水進(jìn)行收集、過濾、殺菌后進(jìn)行存儲(chǔ)，化驗(yàn)確認(rèn)滿足各用戶水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，作為廠區(qū)循環(huán)水、消防水罐以及清水罐補(bǔ)水，從而實(shí)現(xiàn)了雨水回收綜合利用。

2.4.2 海水淡化分質(zhì)利用

海水淡化是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù)，不僅可以增加淡水資源總量，還不受時(shí)空和氣候影響，是解決沿海地區(qū)和企業(yè)水資源短缺的重要途徑[11]。為充分利用海水資源，終端通過新增一套750 t/d海水淡化系統(tǒng)，采用多級反滲透(RO)技術(shù)，根據(jù)各級不同產(chǎn)水水質(zhì)供給不同用戶，即海水淡化系統(tǒng)一級反滲透產(chǎn)水一部分供給循環(huán)水系統(tǒng)，剩余全部進(jìn)入二級反滲透裝置，二級反滲透產(chǎn)水一部分進(jìn)入后續(xù)的電去離子(EDI)裝置進(jìn)行脫鹽軟化處理，達(dá)到除鹽水水質(zhì)后供給余熱鍋爐用于產(chǎn)生蒸汽發(fā)電，一部分供給淡水罐，剩余部分供給循環(huán)水系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了海水淡化分質(zhì)利用。

2.4.3 污水深度處理回收再利用

污水也是資源，排水就是潛力，污水深度處理回收再利用一方面可以節(jié)約水資源，另一方面可以減少污水排放量[12]。終端生活污水經(jīng)過常規(guī)處理達(dá)后進(jìn)行外排，為充分利用污水資源，通過新增一套生活污水深度處理裝置。該裝置采用“AAO＋MBR膜生化”深度處理工藝，處理后的中水滿足GB/T 18920—2020《城市污水再生利用 城市雜水水質(zhì)》中城市綠化、道路清掃、消防、建筑施工的標(biāo)準(zhǔn)，通過將處理后的中水接入廠區(qū)綠化管網(wǎng)和消防水罐作為綠化用水和消防用水，從而實(shí)現(xiàn)了生活污水深度處理回收再利用。

2.5 加強(qiáng)綜合管理

終端充分利用宣傳欄、標(biāo)語牌、微課堂、媒體等媒介宣傳普及節(jié)水減排知識、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，提升員工水素養(yǎng)，從而將水知識內(nèi)化于心、外化于行，不斷傳承；按不同崗位層級進(jìn)行配置，設(shè)立節(jié)水減排監(jiān)督員，對節(jié)水減排情況進(jìn)行監(jiān)督，督促相關(guān)人員即時(shí)準(zhǔn)確地完善取用排水報(bào)表，掌握源頭取水、過程用水以及末端排水存在的問題，同時(shí)積極參與并協(xié)助開展節(jié)水減排相關(guān)活動(dòng)，以實(shí)際行動(dòng)踐行節(jié)水減排理念；設(shè)立節(jié)水減排指標(biāo)，并納入員工年終績效考核；開展節(jié)水減排優(yōu)秀金點(diǎn)子、優(yōu)秀論文以及優(yōu)秀監(jiān)督員評比，針對表現(xiàn)優(yōu)異者進(jìn)行即時(shí)激勵(lì)，不斷激發(fā)員工節(jié)水減排意識。

3 效果分析

通過實(shí)施上述節(jié)水減排措施，終端水資源消耗量、取水量、污水排放量明顯降低，具體如圖5所示。目前，終端水源井取水全部作為生活用水，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)用水自給自足，保障了正常穩(wěn)定清潔生產(chǎn)。

圖5 節(jié)水減排效果對比

4 結(jié)語

該文以某油氣終端處理廠為例，通過進(jìn)行輕油代替淡水置換原油外輸管線和污水分質(zhì)梯級利用工藝優(yōu)化、循環(huán)水塔和水冷換熱器更新?lián)Q型以及新增高效節(jié)水型循環(huán)水旁濾器和循環(huán)水系統(tǒng)泄漏在線監(jiān)測儀從源頭上降低各用戶水資源消耗量；通過定期開展輸水管道檢測，修復(fù)漏損點(diǎn)、更換局部腐蝕嚴(yán)重和全面腐蝕管道，降低水資源在輸送過程中的浪費(fèi)；通過在雨水回收、海水淡化、污水深度處理回收再利用等非常規(guī)水資源利用上下足功夫降低取水量；同時(shí)配合強(qiáng)有力的綜合管理手段，通過加強(qiáng)節(jié)水減排宣傳、監(jiān)督、考核與獎(jiǎng)懲，不斷激發(fā)、增強(qiáng)員工節(jié)水減排意識，形成全員參與長效機(jī)制，從而真正做到節(jié)水減排。

通過節(jié)水減排，終端實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)用水自給自足，保障了正常穩(wěn)定清潔生產(chǎn)，并為相關(guān)企業(yè)節(jié)水減排提供了借鑒和依據(jù)。