含硫油氣田污水收集風險及對策研究

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.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041

含硫油氣田污水收集風險及對策研究

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.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041

含硫油氣田產生的污水屬高污染物濃度廢水,危害程度高,近年來,石油化工行業的含硫污水收集系統、含硫污水罐等均發生過安全生產事故。通過調查含硫油氣田污水排放和污水收集的現狀,對含硫污水收集系統中污水罐、污水泵、水封井、排氣閥存在的風險進行分析,并分別在設計、防護、操作等方面提出相應防控對策,保證含硫污水收集系統平穩運行,在生產過程中減少人員傷害和環境污染，對含硫油氣田污水收集風險控制有借鑒作用。

含硫油氣田;污水;風險;對策

0 前言

H2S存在于含硫油氣田的多個生產工藝流程中,產生的含硫污水有毒、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,這種收集方式的地下污水罐埋深較深,容易聚集H2S，并且由于設備或人員因素,在日常維護運行或檢修時,有可能帶來一定的安全隱患。近年來,石油化工行業的含硫污水收集系統、含硫污水罐也發生了一些安全生產事故[4-5]。鑒于此,有必要探討含硫油氣田污水收集風險并提出相應對策,確保含硫污水的安全收集,減少人員傷害和環境污染。

1 含硫油氣田污水收集現狀

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

1.1 污水種類

根據污水水質的區別,應清污分流,分別處置。廠內污水種類主要包括[6-7]:

1)正常生產污水:脫硫、脫水脫烴、硫黃回收、凝析油處理、油罐區等工藝裝置排出的生產污水和設備、場地沖洗水等,其次是火炬及放空、分析化驗室等輔助生產裝置排出的生產污水。污染物主要是機械雜質、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、凝析油穩定裝置分離出原料氣/油的帶壓污水。

4)生產廢水:工藝鍋爐系統、燃氣電站余熱鍋爐、循環水冷卻系統排出的含鹽廢水。

5)生活污水:廠區中控室、分析化驗室及維修車間等處衛生間排出的污水。

1.2 污水排放情況

含硫油氣田典型工藝裝置區的污水排放情況見表1。

1.3 污水收集方式

根據表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,此類污水要根據地形、區域及收集面積等情況分片區進行收集,每個片區設置1座污水罐坑,內設1個轉輸罐及2臺轉輸泵。各片區的污水自流進入污水轉輸罐,通過轉輸泵將污水提升至污水收集罐中,最終進入污水處理系統進行處理。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冷器、預冷分離器、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橇塊檢修污水重力流就地凈化空氣儲罐、工廠風儲罐、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入污水處理系統進行處理。

由于生產污水，檢修污水和氣田水含硫化物、烴類和懸浮物等,污水收集系統存在易燃易爆風險。因此,此類污水收集采用密閉式排污設計,利用生產污水檢查口進行清通[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,檢查口上設置排氣閥。檢查口伸出地面200～300 mm,采用法蘭蓋進行封堵,需清通時可拆卸。

2 風險及對策

2.1 污水罐

大部分檢修排放污水為重力流,無法避免設置地下污水罐。隨著裝置長期運行,地下污水罐內會沉積污泥、污水及機械雜質,設備檢修、清洗排污和清掏污泥時存在安全隱患。地下污水罐坑內雖設置設備通風、排風裝置,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險,只能通過現場觀察。對存儲有腐蝕介質的儲罐,不能進行罐壁檢測,如果罐發生腐蝕穿孔造成泄漏,不易被發現,存在安全隱患[10-11]。

含硫油氣田廠內污水罐應盡量設置在地上,避免地下罐坑內有害氣體聚集。工藝裝置區內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,應分片區進行密閉收集,避免埋深過大,并盡量少設污水罐坑。地上污水罐避免設置在主要車行和人行道附近，而應設置在開闊地帶,利于有害氣體擴散。

地下污水罐坑的設置須采取以下安全防護措施[12]:

1)罐坑內操作區域就近設置安全斜梯及安全逃生設施,不宜采用直梯。

2)罐坑內應采用強制通風裝置。

3)罐坑內設置H2S檢測設備及聲光報警系統。

4)罐坑內設工廠風吹掃線,下坑時先進行吹掃,確認坑內安全后再進行下坑作業。

5)操作柱設在地面上或操作主控室完成,盡量減少坑內作業。

6)罐上呼吸閥、安全閥應設收集和引至安全地點的措施。

7)罐坑盡量設置為敞開式,四周加圍欄,鎖簽。

8)強化操作規程,操作人員進入地坑操作檢修時,需遵循如下安全操作措施:

?進坑前先進行坑池內的強制通風,確認現場H2S檢測儀是否報警；

?使用便攜式檢測設備再次確認H2S含量，確認無報警后,操作人員攜帶正壓式呼吸器進入地坑,下坑作業必須2人同時進入。

2.2 污水泵

污水罐頂設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，中軸發生擺動致使軸瓦破碎,軸套和軸瓦研磨產生高溫,有可能點燃泵軸防護罩內的殘油,進而引爆罐內污油或污水池內的油氣；泵支撐軸承摩擦發熱,有可能閃燃污油或含凝析油污水池內的可燃氣體[13-14]。

根據《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)》規定，對存在安全隱患、易發生閃爆的輕污油污水系統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,可避免轉動設備和電器設備與可燃氣體直接接觸。

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和烴類揮發性氣體,存在H2S泄漏、易燃易爆的風險?，F場出現水封井水封高度不夠情況時,密封效果將受到影響,增加風險。

根據GB 50160-2008《石油化工企業設計防火規范》要求,各生產裝置區出水應單獨設置水封井。一旦廢水中產生的氣體發生爆炸或火災,水封井則是防止災害通過管道蔓延的重要安全裝置。對進入下游污水收集系統或下游污水收集系統的有毒、有害氣體反竄回裝置區內或室內也有一定作用[15]。

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

1)工藝裝置區的塔、加熱爐、泵、冷換設備等區圍堰的排水出口。

2)工藝裝置區、罐組或其他設施及建(構)筑物和管溝等的排水出口。

3)工業污水隔油池的入口。

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密封,且采用密封式井蓋。含硫油氣田污水收集系統中的水封井設置形式可采用SH 3034《石油化工給水排水管道設計規范》的乙型水封井。

2.4 排氣閥

閉式污水收集系統中排氣閥用于平衡管道內氣壓,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,存在安全風險,對操作人員有一定的安全隱患。所以,排氣閥的設置應注意:

1)應有足夠的高度,使有害氣體能充分擴散。

2)不應設置在車行道和行人活動區域內。

3)避開鍋爐房或其他明火裝置。

4)應設氣體收集和引至安全地點的措施。

5)排氣閥處設立標志,避免人員靠近。

3 結論

為更好地排查含硫油氣田的生產不安全隱患,有必要從設計源頭進行風險研究,采取相應措施降低風險。

1)盡量少設或不設置地下污水罐坑,如不可避免則應該在通風吹掃、報警、防護、操作規程上制定相應措施。

2)在易發生閃爆的輕污油污水系統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置。

[1] 黨爭光,馬 楠,楊 磊.石油化工企業含硫污水處理技術[J].環境保護與循環經濟,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 龍,等.含硫天然氣凈化廠硫化氫泄露分析及對策[J].中國安全生產科學技術,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.煉油污水系統的安全運行管理[J].石油化工腐蝕與防護,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探討[J].安全、健康和環境,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]國家發展和改革委員會.油氣廠、站、庫給水排水設計規范:SY/T 0089-2006[S].北京:石油工業出版社,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]國家發展和改革委員會.天然氣凈化廠設計規范:SY/T 0011-2007[S].北京:石油工業出版社,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設計思路[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技術措施綜述[J].石油化工安全環保技術,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].石油化工設備技術,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[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程:SY/T 6779-2010[S].北京:石油工業出版社,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].中國石油和化工標準與質量,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.立式長軸液下泵應用淺析[J].石油和化工設備,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建設部.室外排水設計規范(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建設部.石油化工企業設計防火規范: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和信息化部.石油化工給水排水管道設計規范: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險與對策研究(JCF-2014-100-19)

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