原油密閉自動(dòng)卸油裝置的研究

韓吉普 劉宏亮 卜威風(fēng) 薩琪爾 唐光亮 柴彥強(qiáng) 宋明垚

1中國(guó)石油華北油田二連分公司

2青海油田采油二廠

采油廠采集出的原油，根據(jù)產(chǎn)量多少，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后通過(guò)管輸或汽車運(yùn)輸?shù)姆绞絽R總到聯(lián)合站等地。雖然大部分站點(diǎn)已采用管輸方式輸送原油，但部分區(qū)域考慮到前期投入成本，仍舊采用汽車?yán)\(yùn)的方式進(jìn)行原油輸送，因此原油裝卸油工藝的研究頗為重要[1-3]。

卸油是原油運(yùn)輸過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)，目前傳統(tǒng)的卸油方式有敞口開(kāi)放式卸油和半密閉卸油[4-7]。卸油過(guò)程中存在油氣揮發(fā)，不但造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能發(fā)生爆燃，存在安全隱患[8-9]；同時(shí)VOCs 油氣揮發(fā)會(huì)造成環(huán)境污染，有毒有害氣體還會(huì)危害人體健康[10-12]。此外，油田傳統(tǒng)卸油過(guò)程中多采用罐式車倒至卸油臺(tái)裝油口處卸油。隨著國(guó)家對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)的監(jiān)管更加嚴(yán)格，且依據(jù)GB 18564.1—2019 《道路運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物罐式車輛第1 部分：金屬常壓罐體技術(shù)要求》的相關(guān)要求，已在油罐車尾部的罐體底部加裝卸油緊急切斷裝置，使卸油口高度降低。即使現(xiàn)卸油高度已低于原卸油高度，也不能將油完全卸凈[13-15]。針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)對(duì)敞口開(kāi)放式卸油和半密閉卸油分析，開(kāi)展原油密閉自動(dòng)卸油裝置的研究，實(shí)現(xiàn)了低位卸油、密閉卸油及自動(dòng)化卸油，解決了傳統(tǒng)卸油出現(xiàn)的問(wèn)題，也滿足了安全和環(huán)保的要求。

1 傳統(tǒng)卸油方式

1.1 敞口開(kāi)放式卸油

油罐車通過(guò)卸油軟管把油卸入卸油箱中，卸油員工可以監(jiān)控到卸油的全過(guò)程。在此過(guò)程中，軟管尾部敞口處油氣揮發(fā)最為嚴(yán)重，油氣聚集濃度增加，很可能達(dá)到爆燃極限，存在一定的安全隱患，同時(shí)VOCs 油氣揮發(fā)造成環(huán)境污染，有毒有害氣體還會(huì)危害人體健康[16-17]。敞口開(kāi)放式卸油裝置如圖1 所示。

圖1 敞口開(kāi)放式卸油裝置Fig.1 Unsealed oil unloading device

1.2 半密閉卸油

卸油箱采用半埋式密閉箱體設(shè)計(jì)，油罐車底部卸油口通過(guò)卸油管與箱體上方的立式潛油離心泵相連接，卸油口進(jìn)行了密閉設(shè)計(jì)，比敞口開(kāi)放式卸油裝置有明顯的改進(jìn)。但是卸油過(guò)程中油氣在箱體內(nèi)揮發(fā)，在呼吸閥和泵桿周圍逸出，濃度過(guò)高同樣存在爆燃隱患。卸油后空氣可能進(jìn)入卸油箱內(nèi)，形成混合氣體，也可能存在安全隱患[18-19]。半密閉卸油裝置如圖2 所示。

圖2 半密閉卸油裝置Fig.2 Semi-airtight oil unloading device

2 密閉自動(dòng)卸油裝置的組成

密閉自動(dòng)卸油裝置是一種將卸油處理裝置、卸油泵、質(zhì)量流量計(jì)、防爆自動(dòng)控制系統(tǒng)等集成為一體的橇裝裝置（圖3），其原理見(jiàn)圖4。

圖3 密閉自動(dòng)卸油裝置Fig.3 Airtight automatic oil unloading device

圖4 裝置原理流程Fig.4 Device principle flow

2.1 卸油處理裝置

卸油處理裝置由容器殼體、支座、過(guò)濾設(shè)備等部件構(gòu)成。其具備以下特點(diǎn)：①介質(zhì)緩沖，保證卸油的平穩(wěn)運(yùn)行及泵不因震動(dòng)而減少壽命，同時(shí)保證裝置的密閉性；②出料口設(shè)計(jì)為獨(dú)特的過(guò)濾設(shè)備，方便過(guò)濾和拆卸及過(guò)濾器清洗；③底部不設(shè)排污，減少了排污系統(tǒng)工作量及運(yùn)行時(shí)排污系統(tǒng)伴熱保溫的能耗；④罐壁設(shè)置清掃口，可定期進(jìn)行雜質(zhì)清理；⑤進(jìn)料口標(biāo)高依據(jù)槽車卸油口高度及流體自流特點(diǎn)確定；⑥在油品卸車系統(tǒng)中，設(shè)置相應(yīng)的就地、遠(yuǎn)傳儀表，可根據(jù)液位及壓力識(shí)別槽車是否卸油完成。

2.2 卸油泵

卸油泵選用凸輪轉(zhuǎn)子泵，該泵效率高，具備較高的能效比，其低轉(zhuǎn)速可以使腔內(nèi)形成真空封閉，從而使輸送效率提高，延長(zhǎng)使用壽命，且耐磨損性和耐腐蝕性非常強(qiáng)[20]。此泵具備以下特點(diǎn)：①高自吸（最大自吸高度可達(dá)9 m），低氣蝕（1～3 m）；②可短時(shí)間干運(yùn)轉(zhuǎn)，不會(huì)對(duì)泵產(chǎn)生任何損壞；③可對(duì)氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的介質(zhì)進(jìn)行混合輸送，氣態(tài)和液態(tài)介質(zhì)混合無(wú)比例限制；④轉(zhuǎn)子可正向與反向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)采用完全對(duì)稱設(shè)計(jì)，可互換螺旋形的轉(zhuǎn)子，其運(yùn)行平穩(wěn)、方便快捷；⑤可在線維修，不需拆卸管線、移動(dòng)泵或電機(jī)，簡(jiǎn)捷方便；結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小；⑥可輸送介質(zhì)范圍廣泛，介質(zhì)的黏度從低到高都可以輸送。

2.3 質(zhì)量流量計(jì)

該裝置采用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)[21-22]，具備了單車卸油計(jì)量、油水在線監(jiān)測(cè)及分析的能力，在完成油水質(zhì)量流量計(jì)量的同時(shí)，能測(cè)得油水比例，從而獲得油田產(chǎn)油量。此流量計(jì)具備以下特點(diǎn)：①可測(cè)量黏度高和非牛頓型流體的介質(zhì)；②除可直接測(cè)量流體質(zhì)量流量外，還可直接測(cè)量流體的密度和溫度；③流量計(jì)性能穩(wěn)定可靠，流量計(jì)計(jì)量精度不低于額定流量的0.15%，密度精度不低于0.5 kg/m3；④能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對(duì)原油的含水率分析及各種參數(shù)的顯示和輸出。

2.4 防爆自動(dòng)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用變頻器控制，可根據(jù)卸油處理裝置容器中液位高低對(duì)卸油泵排量自動(dòng)調(diào)節(jié)及關(guān)停，液位控制系統(tǒng)通過(guò)與卸油泵聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了卸液泵自動(dòng)控制，防止了抽空或溢出，系統(tǒng)還可同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行溫度、壓力、液位和質(zhì)量流量，具有異常報(bào)警和超壓保護(hù)功能。

（1）自動(dòng)控制過(guò)程。當(dāng)液位達(dá)到300 mm 時(shí)，管線出口電動(dòng)閥開(kāi)啟；當(dāng)液位達(dá)到800 mm 時(shí)，緩沖罐上方電動(dòng)閥關(guān)閉，同時(shí)出口電動(dòng)閥全開(kāi)，指示燈亮，凸輪轉(zhuǎn)子泵自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)液位下降到750 mm 時(shí)，緩沖罐上方電動(dòng)閥打開(kāi)，同時(shí)泵的運(yùn)行頻率由50 Hz 轉(zhuǎn)為30 Hz 運(yùn)行；當(dāng)液位下降到200 mm時(shí)，凸輪轉(zhuǎn)子泵停止運(yùn)行，同時(shí)出口電動(dòng)閥關(guān)閉，卸油結(jié)束。

（2）高壓和低壓保護(hù)。高壓保護(hù)：泵的出口壓力達(dá)到0.6 MPa 時(shí)，高壓報(bào)警指示燈亮；泵的出口壓力達(dá)到0.65 MPa 時(shí)，凸輪轉(zhuǎn)子泵自動(dòng)停止運(yùn)行。低壓保護(hù)：泵的入口壓力低于-20 kPa 時(shí)，凸輪轉(zhuǎn)子泵自動(dòng)停止運(yùn)行。

3 密閉自動(dòng)卸油裝置的特點(diǎn)

密閉自動(dòng)卸油裝置將卸油處理裝置、卸油泵等集成一套橇裝裝置。其適用于油庫(kù)、原油處理站、接轉(zhuǎn)站使用的密閉卸油，消除了傳統(tǒng)卸油存在的弊端，杜絕敞口卸油時(shí)油氣揮發(fā)引發(fā)的爆燃類安全事故。此裝置具有以下特點(diǎn)：①卸油過(guò)程中，設(shè)備處于密閉狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的密閉卸油，安全、環(huán)保；②適應(yīng)了油罐車新的卸油高度，實(shí)現(xiàn)了低位卸油（圖5）；③該裝置采用變頻器控制，可根據(jù)卸油處理裝置容器中液位的高低自動(dòng)調(diào)節(jié)卸油泵排量及關(guān)停，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)卸油；④數(shù)字化程度高，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面或客戶端參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)啟停泵，可自動(dòng)識(shí)別卸油完畢，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度；⑤占地面積小，集成比高，閥門、管道、控制儀表、設(shè)備及中間連接件等集成橇裝，體積小、移動(dòng)方便，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，建設(shè)投產(chǎn)周期快。

4 密閉自動(dòng)卸油裝置的卸油流程

油罐車倒至橇裝裝置后，連接導(dǎo)靜電接地裝置，用密閉導(dǎo)靜電連接軟管與罐車尾部卸油口對(duì)接后，手動(dòng)打開(kāi)罐車卸油閥，同時(shí)利用自控系統(tǒng)打開(kāi)卸油裝置進(jìn)油閥及電動(dòng)閥，油品進(jìn)入卸油處理裝置。當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)液位計(jì)檢測(cè)到液位高度達(dá)到800 mm時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)連鎖啟動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)子泵，將物料輸送至儲(chǔ)油罐或系統(tǒng)管線；當(dāng)液位高度降至200 mm 時(shí)，變頻停機(jī)，轉(zhuǎn)子泵停機(jī)，卸油完畢，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉閥門后拆除管線及導(dǎo)靜電裝置。

5 結(jié)束語(yǔ)

密閉自動(dòng)卸油裝置已在華北油田投入現(xiàn)場(chǎng)使用，歷經(jīng)近3 年數(shù)千次不同種類的油罐車、原油在不同區(qū)域的卸油作業(yè)，所有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄均顯示該設(shè)備完全滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐表明，該設(shè)備體積小、集成比高、工藝自動(dòng)化程度高，能夠滿足油田野外作業(yè)的復(fù)雜氣候環(huán)境，可以有效解決油田卸油生產(chǎn)過(guò)程中存在罐車卸油口高度高、卸油不凈、卸油時(shí)油氣揮發(fā)的問(wèn)題，可消除安全隱患，能夠替代傳統(tǒng)卸油工藝，適合在各大油田推廣使用。

通過(guò)對(duì)卸油裝置的改進(jìn)，不僅防止了有害揮發(fā)氣體對(duì)環(huán)境的污染，為崗位員工安全性提供了保障，還實(shí)現(xiàn)了卸油過(guò)程的密閉化、自動(dòng)化和低位卸油，對(duì)卸油過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性有了保障。在國(guó)家雙碳政策環(huán)境保護(hù)的背景下，該密閉自動(dòng)卸油裝置具備向各大油田推廣的價(jià)值。