臥式油泥旋洗分離系統的研制

于 洋，路蘭卿

（北京航天試驗技術研究所，北京 100074）

0 引言

隨著我國經濟的高速發展，原油的需求量也越來越大。在油田勘探開發、原油煉制、儲存和運輸過程中，都會產生大量的含油污泥。這些含油污泥是石油企業開發過程中產生的重要污染之一，也是油田環境持續惡劣的原因之一。在國家實施的可持續發展戰略中，把環境保護作為科學發展觀中一項十分重要的內容，國家和地方政府對環境保護的要求越來越高，環境標準也日趨規范和嚴格。油泥既是生產中的廢物，又是可貴的再生資源，特別是對中國這樣的資源緊缺、環境壓力大的國家來說，研究開發收集和回收原油的工藝和設備顯得尤為重要。本文所研究的臥式油泥旋洗分離系統正是根據這一需求研制而成的。

1 油泥處理概況

含油污泥主要產生于油田的地面生產、原油儲存、轉運過程及煉油廠原油煉制過程中。在這些油泥堆積、運輸的過程中又會產生二次污染，其他污染物也會混入其中，增大了處理的難度。近年來，原油的海洋運輸中事故屢有發生，造成大量海水及海灘被污染，產生了大量含油含沙的油泥。

現在國內外含油污泥的處理方法主要有濃縮脫水法、固化法、焚燒法、調剖堵水、焦化法、萃取法、熱解法和生物降解等技術，但這些技術普遍存在使用范圍窄、成本高、經濟效益低等問題。最新的調查結果也表明，國內關于含油污泥處理問題尚無技術能夠可靠、穩定運行的示范工程，僅處于研究和實驗階段。主要存在以下問題：

（1）經濟可行性差。泥土對油類的吸附能力較強，石油與泥土類物質混合后彼此間形成很強的親合力。粘稠度高的石油與泥土混合后形成的油泥，彼此間的親合力更強，要使它們彼此分離必須消除這種親合力，難度較大。現有處理方法都存在諸如設備昂貴、能耗較高、處理效果不理想、成本高等缺陷，經濟可行性差。

（2）油泥的組成復雜，預處理難度大。油泥中含有聚合物、泥砂、水、礦物油和各種固體廢棄物（塑料袋、玻璃瓶、礦泉水瓶、礦渣等），成份復雜，采用常規的分離方法很難將這些固體廢棄物分離出來，預處理難度大。

針對現有的油泥處理方法存在的問題，一方面，本套設備解決了油泥的預處理問題，將油泥中的雜質分離出來，實現了油泥的減量化處理；另一方面，分離出來的油泥組分較為單一，處理成本很低。因此，本套設備有著較好的經濟性。

2 工藝路線

本套系統的工藝路線如圖1所示。將水箱注入一定量的水并加熱至70℃以上，油泥進入臥式油泥旋洗分離系統后，油泥即被分離成不同組分，主要分為固體顆粒物、油水泥三相混合物層、含油水層。固體顆粒通過旋洗分離和藥物輔助的處理后，表面的原油已基本除去，且已達到了無害填埋標準，即實現油泥的減量化處理；油水泥三相混合物層通過脫水設備脫水后，進入污泥干化設備（SOSS）處理；含油水層在沉降罐中通過自然沉降分層后收集原油。

圖1 臥式油泥旋洗分離系統工藝路線圖Fig.1 Process flow of rotating washing horizontal system used for oil sludge separation

3 油泥分離系統結構簡介

臥式油泥旋洗分離系統采用殼裝設計，方便在油田廠區運輸作業。作為一個獨立的處理單元，臥式油泥旋洗分離系統主要由以下三個部分組成：分離系統、曝氣系統、噴淋系統。本系統主體結構及各部件的位置見圖2。

圖2 臥式油泥旋洗分離系統結構示意圖Fig.2 Structure of rotating washing horizontal system used for oil sludge separation

3.1 分離系統

轉籠是分離系統的核心技術。轉籠的筒壁沿著輸送方向分布有一系列大小不一的孔，隨著轉籠的轉動，布置在轉籠內的葉片帶動物料翻轉，粒徑小于孔徑的物料漏入水箱中，實現塊狀物的分離。而轉籠的轉速、轉籠浸入水箱的深度、噴淋管的噴淋壓力、葉片的排列角度及數量都會影響到粘連在塊狀物表面的油污的清除程度。所以在轉籠的研制中，以上指標的確定就顯得尤為重要。由于轉籠安裝在水箱中，當轉籠工作時就會涉及到傳動軸的動密封問題。因為轉籠傾斜安裝時，傳動軸既承受軸向力同時也承受垂直力的作用且作用力比較大，因此，密封技術的設計起到了舉足輕重的作用。

在分離系統中，除渣機的除渣量是制約設備處理量的瓶頸。鑒于設備的殼裝化設計，設備外圍尺寸相對固定。因此，不能通過增大除渣機的尺寸來提高除渣量。若提高除渣機的電機功率（提高轉速），一方面會增加設備的振動，使得顆粒物在提升的過程中向下掉落，造成進料口積料，嚴重時會造成刮渣機卡死，使得設備無法正常工作；另一方面，會造成電能的大量浪費，提高了設備的運行費用。因此，除渣機中的出料板樣式的設計就成為了分離系統設計的另一項關鍵技術。另外，刮渣機在水平轉提升過程中，提升角度過大會導致物料無法被除渣機帶出，而提升角度過小會使得設備尺寸過大，影響設備的經濟性和運輸的便利性。可見，確定合適的提升角度也是一個較為重要的因素。

3.2 曝氣系統

由轉籠壁孔漏入水箱的細泥沙表面粘連有油污，為了清洗干凈其表面的油污，本套系統引入了曝氣技術。曝氣系統的作用是在藥劑的輔助下實現油污與水的分離。即在水箱的底部安裝曝氣管，當顆粒在自重的作用下沉降時，高壓噴射的氣水混合物形成細密的氣泡進入水中降低了周圍溶液的密度，使得顆粒沉降的速度下降，這時水中的藥劑有充分的時間與油污接觸并與固體小顆粒分離。由于溶在水中的油污的密度比水的密度小，因此，油污在氣體的推動下快速上升漂浮在水的表面，既而實現了油污的分離與回收。

3.3 噴淋系統

本套設備中，噴淋系統安裝在設備的進料口和出料口兩處。安裝在進料口的噴淋系統采用高壓熱水對物料進行噴淋，不僅可以確保物料可以順利進入設備，還可對物料進行預熱，穩定了水箱的溫度，從而以保了證藥劑在最合適的溫度下對油污的分離最徹底。在出料口處，噴淋系統的作用是盡可能減少大塊物料通過水油混合層時所沾染的原油，大塊物料符合無害化排放的規定。

4 系統調試

系統調試主要是設置轉籠的轉速、除渣機的轉速、曝氣系統與溫控系統聯動的參數。考慮到后續處理單元的處理能力，試制的樣機額定處理量為3t/h，需要電能及蒸汽供應。

油泥進入轉籠后，當轉籠轉速提高時，油泥旋洗時間減小，大塊物料洗滌時間變少。同時，轉籠轉速的提高會使進入水箱中的油泥量加大，水箱

中的 “油水泥”層含量劇增，當油泥含量過高時，需增加補水量，以確保油泥中原油的高分離率。油泥在進入系統前，雖經過預熱處理，但溫度依然較低。當油泥進入水箱后，水箱水溫下降，蒸汽加熱系統會隨著溫度降低而增大加熱量，使水箱內的溫度達到動態平衡，從而確保藥劑在合適的溫度下實現最佳的分離效果。通過調整轉籠的轉速，設置不同的補水量與蒸汽加熱量，通過對比分離效果，最終確定上述參數設置。

除渣機位于水箱底部，其處理的物料來源于轉籠的分離出的粒徑較小的物料，并受轉籠的轉速及轉籠開孔個數及開孔大小制約。由于油泥的組分不同，油泥中含有固體顆粒物的數量、大小以及含油量均不確定，為了使設備有著更廣的適應性，根據油泥組成不同設置了不同的除渣機參數，以確保設備不受物料種類的限制。

5 結論

臥式油泥旋洗分離系統的研制，成功解決了油泥的預處理問題。考慮到相關 企業對環保的投入力度不同，本套設備可根據資金投入不同來決定對油泥的處理程度。在對環保投資較小的情況下，通過本套設備可實現固液分離，體積較大的廢棄物已達到排放標準，無需繳納排污費，而剩余的含油污染物體積已大大減小，最大程度的降低了污染。本套設備的成功開發，也為后續處理設備的研發提供了新的思路。