屈曉禾，劉亞賢，屈 威

（1.中石油云南石化有限公司，云南 安寧6503992. 中國(guó)石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運(yùn)分公司，廣西 欽州535000；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司廣西石化公司儲(chǔ)運(yùn)中心，廣西 欽州 535008）

設(shè)備與自控

一次機(jī)械清洗儲(chǔ)罐失效分析

屈曉禾1，劉亞賢2，屈 威3

（1.中石油云南石化有限公司，云南 安寧6503992. 中國(guó)石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運(yùn)分公司，廣西 欽州535000；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司廣西石化公司儲(chǔ)運(yùn)中心，廣西 欽州 535008）

儲(chǔ)罐機(jī)械清洗技術(shù)應(yīng)用已在國(guó)內(nèi)石化行業(yè)普遍使用，采用的多為COWS技術(shù)。在一次催化油漿儲(chǔ)罐清洗過(guò)程中，需清理的罐內(nèi)淤渣無(wú)法擊碎，屬儲(chǔ)罐機(jī)械清洗作業(yè)失效。經(jīng)分析與施工過(guò)程不規(guī)范、罐內(nèi)淤積物質(zhì)物性特殊等原因有關(guān)。因此，對(duì)此次機(jī)械清洗中出現(xiàn)的情況加以剖析，提出解決方法。同時(shí)提出，應(yīng)對(duì)引進(jìn)的機(jī)械清洗技術(shù)與各種清洗技術(shù)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)鸟詈?，相互補(bǔ)充，為清洗技術(shù)設(shè)備有效適應(yīng)各種工況下的清洗工作提供一個(gè)思路。

機(jī)械清洗；稠環(huán)芳烴；膠質(zhì)；瀝青質(zhì)；油漿；固定頂；噴嘴

一次采用機(jī)械清洗技術(shù)清洗1臺(tái)5000m3固定頂催化油漿儲(chǔ)罐后，開(kāi)罐檢查，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)邊緣沉積泥渣最高處達(dá)1.6m。中部泥渣中含有較多的烴類物質(zhì)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)泥渣就地掩埋或處理，表明儲(chǔ)罐機(jī)械清洗作業(yè)失效。后經(jīng)人工進(jìn)入清理4個(gè)月，才完成該罐的清罐工作。

1 原因分析

1.1 待清洗儲(chǔ)罐情況介紹

待清洗的儲(chǔ)罐為固定頂拱頂儲(chǔ)罐（編號(hào)為D罐），公稱容積5000m3，直徑21m，罐高15.877m。儲(chǔ)存介質(zhì)為催化油漿，儲(chǔ)存溫度為(90±5)℃。油漿組成見(jiàn)表1。該罐于2010年投產(chǎn)，一直未進(jìn)行過(guò)清理。2013年10月經(jīng)檢尺發(fā)現(xiàn)罐底淤泥雜質(zhì)層厚已達(dá)+600mm的高度（人工檢尺口處）。與之相同的罐共計(jì)4臺(tái)，以A、B、C、D編號(hào)。但A、B、C罐內(nèi)儲(chǔ)存介質(zhì)大部分為減壓渣油少部分油漿。特殊之處是D罐于2013年11月初作為重油催化裝置檢修退油漿接收罐，接受催化裝置退出的全部油漿及油漿系統(tǒng)吹掃接收罐。

表1 催化油漿油品組分分析Table 1 catalytic slurry oil: oil component analysis

2013年11月采用機(jī)械清洗方法開(kāi)始逐罐清洗，先清洗A、B、C罐，清洗回油均回至D罐，至年底清洗完成。機(jī)械清洗經(jīng)過(guò)了油品移送、惰性氣體（CO2）注入、同種油清洗、溫水循環(huán)清洗等作業(yè)過(guò)程，同種油清洗階段采用了循環(huán)攪拌方式；溫水循環(huán)清洗階段采用了80～90℃加熱水進(jìn)行清洗。 D罐于次年3月開(kāi)始進(jìn)行機(jī)械清洗，工藝方案相同，循環(huán)階段發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐回收油量很少，隨即停止油的循環(huán)清洗，進(jìn)行溫水清洗，結(jié)束開(kāi)罐人孔，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)沉積油泥厚度最高處達(dá)1.6m（罐壁附近），并已硬結(jié)成大型塊體，普通鍬鏟無(wú)法撬動(dòng)，后由清洗公司人工進(jìn)罐 清除，又耗時(shí)4個(gè)多月才結(jié)束D罐的人工清罐工作。這表明D罐的機(jī)械清洗作業(yè)未能發(fā)揮應(yīng)有的作用，機(jī)械清洗儲(chǔ)罐工作失效。

1.2 清洗情況

D罐機(jī)械清洗作業(yè)流程作業(yè)步驟如圖1所示。D儲(chǔ)罐清洗機(jī)械設(shè)備沿用前3臺(tái)儲(chǔ)罐清罐設(shè)備，未重新評(píng)價(jià)儲(chǔ)罐情況。清洗機(jī)噴嘴為Φ19mm口徑，加熱鍋爐產(chǎn)生的CO2作為惰性氣體供儲(chǔ)罐氣體置換[1]。自動(dòng)油水分離裝置20m3，油品移送口由儲(chǔ)罐脫水口接出。

圖1 儲(chǔ)罐機(jī)械清洗作業(yè)步驟Fig1 tank mechanical cleaning steps

1.3 分析

1.3.1 清洗介質(zhì)物性分析

1）介質(zhì)組成與儲(chǔ)存條件分析。從表1可以看出，D儲(chǔ)罐內(nèi)油漿介質(zhì)的芳烴占組分的絕大部分。催化油漿中芳烴組分多數(shù)為稠環(huán)芳烴。其具有獨(dú)特的不飽和分子結(jié)構(gòu)，單、雙環(huán)芳烴含量低，三、四環(huán)芳烴含量高，主要是四環(huán)以上芳烴，且側(cè)鏈少而短。芳烴環(huán)數(shù)越多越活潑，是由于存在不穩(wěn)定的活性碳鍵，很容易發(fā)生氧化作用（在常溫下就可進(jìn)行）成為膠質(zhì)[2]。有實(shí)驗(yàn)表明[3]，催化油漿在儲(chǔ)存3個(gè)月后，瀝青質(zhì)由原來(lái)的2.3%增長(zhǎng)到5.7%。在60℃條件下（42d），瀝青質(zhì)增長(zhǎng)率達(dá)39.1%。常溫儲(chǔ)存瀝青質(zhì)的增長(zhǎng)率也達(dá)到26%。因此確定催化油漿中的大量不穩(wěn)定稠環(huán)芳烴長(zhǎng)期儲(chǔ)存易發(fā)生液相氧化縮合反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，膠質(zhì)中有相當(dāng)數(shù)量的稠環(huán)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)中既有芳香烴也有環(huán)烷烴以及雜環(huán)（含硫、氮、氧的環(huán)），從化學(xué)性質(zhì)上分析，即使常溫下也易于空氣氧化成瀝青質(zhì)。D儲(chǔ)罐沒(méi)有防止氧化的氮封設(shè)施，清罐前一直保持90℃左右，罐內(nèi)油品長(zhǎng)期滯留，這些外部條件符合了重分子形成的條件，為油品向膠質(zhì)瀝青質(zhì)的大量轉(zhuǎn)化起到了催化劑的作用。

2）雜質(zhì)情況分析。從后期清理出的淤 渣看出，占絕大多數(shù)的是催化劑粉末，主要為Al2O3、SiO2、La2O3、CeO2；還有一部分蠟油、回?zé)捰偷墓腆w物Fe2O3、Sb2O5等。這些物質(zhì)與難以分離的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、稠環(huán)芳烴及少量飽和烴混在一起形成罐底沉積物。在外力作用下，稠環(huán)芳烴發(fā)生締合和縮合，與其它顆粒聚集，形成由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的混合結(jié)焦結(jié)垢體。沉積物堅(jiān)實(shí)（部分結(jié)焦、結(jié)垢），失去流動(dòng)性。

1.3.2 作業(yè)步驟分析

1）作業(yè)步驟的分析:A、B、C罐同種油清洗階段采用的是罐內(nèi)油品為清洗液，D罐為回收油罐。清洗液注入被清洗罐內(nèi)，將沉積物充分擊碎、溶解、回收?；厥者^(guò)程只是經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、油水分離器進(jìn)行粗略的雜質(zhì)、油水分離，小部分清洗工藝過(guò)程中的泥沙雜質(zhì)溶解在回收油中，被帶入到回收油罐D(zhuǎn)罐中，造成D罐內(nèi)淤渣量增加。

在進(jìn)行D罐清洗時(shí)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與清洗公司都無(wú)法提供回油罐，只能利用罐內(nèi)原有油品循環(huán)的方式進(jìn)行油中攪拌。直接啟動(dòng)清洗機(jī)噴射攪拌，出油口處觀察回收油排出僅為少量油與水，以此判斷罐內(nèi)浮油清理完成進(jìn)入清水清洗階段。實(shí)際上淤渣未被擊碎，全部留存于D罐中，屬于清洗機(jī)失效。D罐其內(nèi)部沉積物過(guò)多，罐底油稠環(huán)芳香烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量多，易焦質(zhì)化結(jié)垢，應(yīng)采用對(duì)流清洗方式。

2）清洗設(shè)備選用分析:由于噴射器的流體反射力和內(nèi)部結(jié)構(gòu)限制，噴射器最大制造長(zhǎng)度為3m，由罐頂透光孔伸入罐內(nèi)的長(zhǎng)度最多為2.5m，有效射程需達(dá)到18m以上，方能清洗整個(gè)罐的各個(gè)角落。本次清洗設(shè)備中，清洗機(jī)油泵性能為:H=80m，Q=50m3·h-1。清洗機(jī)噴射器噴嘴口徑Φ19mm。自動(dòng)油水分離器為20m3。考慮到儲(chǔ)罐高度消耗水頭0.16 MPa左右，管路流阻消耗0.05MPa以上，現(xiàn)場(chǎng)布置安裝管線中的管件（彎頭、閥門(mén)等）局部水頭損失當(dāng)量長(zhǎng)度達(dá)10m(0.1MPa)以上，加之噴射器噴嘴較?。ㄒ话憧趶皆?6mm以上），局部磨阻大，流體流動(dòng)性弱等因素會(huì)削減泵的揚(yáng)程，減弱了帶壓噴射液對(duì)油層下面淤渣的直接沖擊力，因此該清洗設(shè)備射程雖可以滿足清洗全罐要求，但無(wú)法對(duì)淤渣實(shí)現(xiàn)擊碎。

3）清洗罐排油檢查:此次D罐的排出口為儲(chǔ)罐脫水口。儲(chǔ)罐運(yùn)行期間，一直執(zhí)行脫水作業(yè)。脫水口罐內(nèi)部位由于水的湍流作用，少有泥渣，清洗作業(yè)時(shí)沒(méi)有按規(guī)范要求進(jìn)行采樣分析，同時(shí)，啟動(dòng)清洗泵進(jìn)行循環(huán)方式攪拌時(shí)，只是觀察排出極少油且流動(dòng)性很好就停止作業(yè)（實(shí)際上是脫水口處油品凝結(jié)），違反了作業(yè)規(guī)范，是造成誤判的主要原因。

2 改進(jìn)建議

2.1 清洗設(shè)備改進(jìn)

2.1.1 噴射器與清洗泵選用

對(duì)于儲(chǔ)存如催化油漿這類機(jī)械雜質(zhì)含量高，黏度大、密度大的油品儲(chǔ)罐，應(yīng)采用噴嘴口徑大、揚(yáng)程高于理論值的清洗泵設(shè)備。另外要加快清洗罐的時(shí)間，清洗泵流量不宜太低，這樣才能在一定程度上符合大流量擾動(dòng)清洗技術(shù)原理。

2.1.2 增設(shè)分離設(shè)施與回油系統(tǒng)

機(jī)械清洗過(guò)程中回油是必不可少的，本次清洗過(guò)程由于條件限制只能采用循環(huán)方式進(jìn)行油攪拌，清洗公司回油系統(tǒng)因采用撬裝設(shè)施無(wú)法保證回油不帶雜質(zhì)，這就造成了殘油移送去向的困難。因此有必要在機(jī)械清洗設(shè)施中增加分離設(shè)備[4]，將移動(dòng)和清洗過(guò)程中液體攜帶的泥沙雜質(zhì)分離，使機(jī)械清洗系統(tǒng)完善，以達(dá)到環(huán)保要求。

2.2 清洗技術(shù)的耦合應(yīng)用

2.2.1 世界主流技術(shù)耦合

世界范圍內(nèi)儲(chǔ)罐機(jī)械清洗技術(shù)主要是日本COW擊碎、溶解稀釋技術(shù)和歐洲（如英國(guó)Willacy Oil Services公司）的大流量擾動(dòng)技術(shù)[5]。前者清罐周期短，后者清洗效果好。如果將兩種技術(shù)結(jié)合，利用COW技術(shù)的擊碎過(guò)程加快沉積物的粉碎，再采用大流量擾動(dòng)過(guò)程和后期處理技術(shù)，既可縮短清罐周期又能達(dá)到清理效果。

2.2.1 分散劑應(yīng)用于儲(chǔ)罐機(jī)械清洗

清洗前加入適量的分散劑可以極大化解沉積物沉淀。LC-fc8520型油品阻垢分散劑就具有較好的使用效果。它含有親油、極性的基團(tuán)和表面活性的結(jié)構(gòu)，以膠束狀態(tài)分散于油中，與含氧化合物如羥基、羧基、羧基化合物形成膠囊，溶存于油中，阻止這些物質(zhì)的進(jìn)一步氧化和縮合，破壞膠質(zhì)瀝青質(zhì)分子平面堆砌，使其結(jié)構(gòu)松散，增加活動(dòng)系數(shù)，從而降低膠質(zhì)瀝青質(zhì)的黏度，其中的極性基團(tuán)能在設(shè)備和管線的金屬表面定向排列，阻止垢的沉積，其優(yōu)良的分散性能，能阻止懸浮在油漿中的催化劑粉末、腐蝕產(chǎn)物、鹽類等聚集，以限制顆粒增大而沉積。

2.3 建立相應(yīng)的制度規(guī)范

使用單位應(yīng)建立與實(shí)際相符的清罐計(jì)劃，在保證儲(chǔ)罐高效運(yùn)行的前提下，通過(guò)實(shí)測(cè)、分析等手段及時(shí)判斷出罐內(nèi)淤積物情況，及時(shí)清理。

3 結(jié)論

國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐機(jī)械清洗技術(shù)主要采用COWs技術(shù)，在應(yīng)用中要根據(jù)儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)、清洗介質(zhì)、儲(chǔ)罐布置等選擇與之相適應(yīng)的機(jī)械清洗設(shè)施，才能確保儲(chǔ)罐機(jī)械清洗過(guò)程順利進(jìn)行。同時(shí)對(duì)COWs技術(shù)要進(jìn)行一定的技術(shù)改進(jìn)，尤其增加油泥分離設(shè)施，滿足清除的淤渣可以達(dá)到環(huán)保要求，不需二次處理。達(dá)到飽和烴物質(zhì)全部回收要求，才能使儲(chǔ)罐機(jī)械清洗技術(shù)得以進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

[1] DB 11754-2010，石油儲(chǔ)罐機(jī)械化清洗安全施工標(biāo)準(zhǔn) [S].

[2] H.秤爾.W.瓦爾特.有機(jī)化學(xué)教程[M].北京:高等教育出版社，1989:471.

[3] 孔梅.催化裂化油漿儲(chǔ)存過(guò)程中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的變化[J].渤海大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，26(3):206-208.

[4] 王四虎，劉運(yùn)榮，高芳俠，等.機(jī)械清罐工藝設(shè)備分析[J].江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，27(1):64-67.

[5] 葛書(shū)義.儲(chǔ)油罐機(jī)械清洗技術(shù)安全風(fēng)險(xiǎn)分析與控制[J].油氣田地面工程，2010，31(9):8-9.

Failure Analysis of A Mechanical Cleaning Tank

QU Xiao-he1, LIU Ya-xian2, QU Wei3
(1.Petrochina Yunnan Petrochemical Company, an’ning, 650399, China; 2.Petrochina South China Chemicals Marketing Company, Qinzhou 535000, China; 3. PetroChina guangxi petrochemical Company,Qinzhou 535008, China)

TE 976

B

1671-9905(2015)04-0062-03

屈曉禾（1992-），女，天津理工大學(xué)雙學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中石油云南石化有限公司儲(chǔ)運(yùn)部

屈威，電話:15907773317，E-mail:quwei@petrochina.com.cn

2015-02-12