儲油罐罐底沉積物清蠟劑篩選和評價

劉霞 王銀強 薛潤斌 李妍 馮晶

新疆油田油氣儲運分公司

據統計，儲油罐清罐過程中產生的含油沉積物占到污廢總量的80%～85%。罐底沉積物的多少由原油密度、凝固點、含蠟量及外在溫度變化、停滯時間及收發油次數等因素共同決定，原油含蠟量越高、凝點越高，產生的沉積物量也會越多[1-2]。罐底沉積物中烴類占比約70%～90%之間[3]，故有必要對其進行適當處理后再回收利用，實現罐底沉積物的減量化、資源化、無害化處置。目前儲油罐清罐過程主要采用人工清罐、機械清罐、機械攪拌和熱油循環在線清罐[4-18]的方法。人工清罐一般采用同質原油熱洗加水洗結合的方式，其施工風險大、耗時長、增加含油沉積物拉運費及污廢處置費，造成資源浪費；機械清罐為閉環清洗，與人工清罐相比，安全、快速，減少了對環境的污染[19-20]，但其工藝復雜，對現場要求高，有時需要提供熱源及過程儲罐等，存在不適應性；在線清罐需要在罐側壁底部安裝電力驅動的攪拌器或在罐內底部安裝噴射式攪拌器，噴射式攪拌器需要0.5～1.2 MPa壓力加壓噴射，其現場的應用同樣受到限制。對于長時間未清罐或定期接收上游長輸管道清管產生的含蠟原油的儲油罐，僅利用熱油循環熱洗無法在線回收罐底含蠟較多的硬質沉積物，故考慮熱油循環熱洗結合化學清蠟的方式，實現罐底沉積物在線外輸和資源化。

試驗內容主要包括現場沉積物、油樣組分分析，通過對四種清蠟劑溶蠟速率、飽和溶解量的測試，初篩出效果最好的清蠟劑。進一步探索其在不同溫度、混合方式（靜置和動態）及配比條件下，清蠟劑可節約的溶蠟時間，篩選出適用的清蠟劑及最佳清蠟溫度。

1 實驗

1.1 儀器設備和材料

儀器設備：HH-S2型數顯恒溫水浴鍋、250 mL玻璃燒杯、歐洲之星20 高速數顯懸臂式攪拌器、石蠟軟化點測定器NFT60-147、蠟球模具（內徑14 mm）、低溫循環水槽DC-1040、25 mL 比色管、電子天平（感量±0.1 g）、凝點測定儀、MCR302流變儀。

清蠟劑：1#、2#、3#、4#清蠟劑。

沉積物樣品：對比多座儲油罐清罐情況，選取儲油罐內底部長期被擠壓密實的沉積物塊作為實驗試樣。

1.2 實驗方法

采用GB/T 510—2018 《石油產品凝點測定法》、GB 36170—2018《原油》規定的測試方法，測試儲油罐儲存的原油及罐底沉積物組成和物性。分別在55、60、70 ℃的恒溫水浴中，按照如下方法進行儲油罐沉積物靜態、動態溶解實驗。

靜態溶解實驗：將“清蠟劑+現場油樣=100 mL”的清蠟體系置于恒溫水浴中，溫度控制在實驗要求溫度±1 ℃。清蠟體系預熱后將30 g±0.01 g 現場沉積物放入燒杯中進行溶解，記錄完全溶解所需的時間，精確到1 min，計算溶解速率。

動態溶解實驗：將“清蠟劑+現場油樣=100 mL”的清蠟體系置于恒溫水浴中，溫度控制在實驗要求溫度±1 ℃，清蠟體系預熱后將30 g±0.01 g 現場沉積物放入燒杯中，并采用攪拌器對其進行攪拌（轉速100 r/min），記錄完全溶解所需的時間，精確到1 min，計算溶解速率。

2 過程與結果

2.1 組分分析

測試的原油凝點-2 ℃，含蠟濃度5.24%（質量分數，下同），膠質濃度1.08%，瀝青質濃度0.64%，含蠟濃度相對較高。沉積物組分測試結果見表1。

表1 沉積物組分測試結果Tab.1 Test results of sediment components

可以看出，沉積物蠟濃度約40%左右，膠質濃度為2%左右，還有少量瀝青質及機械雜質。

2.2 清蠟劑篩選

實驗方法：參照SY/T 6300—2009《采油用清、防蠟劑技術條件》，利用內徑為14 mm 的蠟球模具，制作若干質地相對均勻的沉積物球，沉積物球質量為1 g±0.01 g。將恒溫水浴控制在要求溫度±1 ℃，分別在不同比色管中加入10 mL 清蠟劑，放入水浴，待比色管中清蠟劑恒溫后，將制得的沉積物球固定在測試裝置的沉積物球支撐桿上，浸入清蠟劑中，觀察并記錄沉積物球溶完所用的時間，精確到1 min，并計算溶解速率。

實驗溫度分別在50、60、70、80 ℃。測試結果見表2。

表2 清蠟劑的篩選結果Tab.2 Screening results of paraffin remover

由表2 可知，沉積物在50、60 ℃時溶解速率較小，70、80 ℃時溶解速率明顯增加。其中，清蠟劑4#溶解速率較優，其次為清蠟劑3#。

2.3 飽和溶解量實驗

由于50、60 ℃時清蠟劑溶解速率較小，故僅評價70、80 ℃時的飽和溶解度實驗。

實驗方法：將恒溫水浴控制在要求溫度±1 ℃，在比色管中加入10 mL清蠟劑，放入水浴待比色管中清蠟劑恒溫以后，加入沉積物球，待沉積物球完全溶解后再加入下一顆沉積物球，直到溶液不能將新加入的沉積物球溶解，記錄被溶解的沉積物球總質量，將該量視為藥劑的飽和溶解量，實驗數據見表3。

表3 沉積物飽和溶解量Tab.3 Saturation dissolution amount of sediment

可以看出，10 mL清蠟劑4#可溶沉積物樣約30 g；其次為清蠟劑3#；此外，在70～80 ℃范圍內，溫度對沉積物的溶解量影響不大。經過初篩，選用清蠟劑4#對現場沉積物樣進行溶解實驗。

2.4 清蠟體系確認

將清蠟劑加入現場油樣+沉積物樣中，進一步驗證其對儲油罐罐底沉積物的溶解情況，觀測時間8 h，實驗溫度分別為70、80 ℃時的溶解量（表4）。

由表4可知，清蠟劑含量會直接影響沉積物的溶解速率。升溫有利于沉積物溶解，體系中加入30 g沉積物均能在一定時間內完全溶解，但受溫度和清蠟劑占比的影響。70 ℃下，濃度為5%清蠟劑比原油體系節約40 min，濃度為10%清蠟劑比5%清蠟劑節約溶解時間70 min、比原油體系可節約110 min。80 ℃下，濃度為5%清蠟劑比原油體系節約65 min，濃度為10%清蠟劑比5%清蠟劑節約溶解時間90 min、比原油體系節約155 min。

2.5 清蠟體系靜動態實驗

為了進一步確定其效果，在靜、動態條件下測定沉積物樣的溶解時間，實驗數據見表5、表6。

表5 靜置狀態下不同體系溶解30 g沉積物樣所需的時間Tab.5 Time required by different systems to dissolve 30 g sediment sample in static state

表6 動態條件下不同體系溶解30 g沉積物樣所需的時間Tab.6 Time required by different systems to dissolve 30 g sediment sample under dynamic condition

由表5可看出，靜態實驗條件下，55 ℃時所有體系均未溶完。60 ℃時僅清蠟劑濃度為10%時1 185 min溶完，溶解速率為0.025 3 g/min，其余均未溶完。70 ℃時溶解效果最好，濃度為10%清蠟劑體系僅348 min 便可全部溶完，較55 ℃有很大提升。

由表6可知，動態實驗條件下，55 ℃下30 g沉積物+100 mL 原油體系中經過600 min 仍未完全溶解，而60 和70 ℃下30 g 沉積物在5 mL 清蠟劑4#+95 mL 原油體系和10 mL 清蠟劑4#+90 mL 原油體系中則均可全部溶解。60 ℃和70 ℃下的溶解效果比55 ℃下明顯提升。60 ℃下沉積物在濃度為10%清蠟劑的體系內可在65 min 全部溶解，溶解速率為0.461 5 g/min；70 ℃下的溶解時間縮短至45 min，溶解速率為0.666 7 g/min。

以生產現場SK 線為例，其首站原穩后溫度為55 ℃，無需加熱，即可具備加清蠟劑的條件。2020 年，該站1×104m3儲油罐機械清罐產生的含油固廢657 t，其處理費25萬元（380元/t），拉運費4.4 萬元（每千米0.418 元/t，共160 km），總費用29.4萬元。若采用清蠟劑處理罐底沉積物，則可減少含油固廢的處理量及其拉運費，同時增加原油銷售收入及管輸費。清罐前，儲油罐內剩余原油的平均液位取1.5 m（罐容929 m3），儲油罐內蠟等沉積物的體積占比以30%測算（約250 t）。按照55 ℃時5 mL 清蠟劑4#+95 mL 油樣+30 g 沉積物樣的清蠟體系計算，需消耗清蠟劑約31 t（密度0.76 kg/cm3），以1.2 萬元/t 計算，則清蠟劑費用約37 萬元。若以節約90%含油固廢處理費及拉運費計，采用清蠟劑后，可節約26.46 萬元。同時，250 t 蠟等沉積物溶解在原油中輸至下游煉廠，可增加原油銷售收入87.5 萬元（原油價格取3 500 元/t），增加管輸收入1.07 萬元（管輸價格取42.93 元/t）。因此，采用清蠟劑后可增收約78萬元。

對于距離下游煉廠較近的儲油罐，被清蠟劑溶解的蠟等沉積物可隨罐內底油直接輸至煉廠進行處置，可不考慮蠟晶的二次析出問題；若蠟溶解體系摻混原油后需長距離輸送，則存在蠟晶的二次析出問題，故需在清蠟劑試驗的基礎上，進一步研發針對性較強的清防蠟劑，使其既能滿足清罐所需的溶解效果，同時在管輸過程中又具備預防蠟晶二次析出的作用，從而形成儲、輸一體化的安全、經濟、可靠的清防蠟體系。

3 結論

（1）清蠟劑4#在相同溫度及配比的清蠟劑/原油清蠟體系中，溶解速率和飽和溶解量均最大。溫度越高及清蠟劑占比越高，清蠟劑/原油體系對沉積物的溶解速率越大，但溫度對飽和溶解量的影響不大，動態條件下的溶解速率比靜態明顯提高。

(2）動態條件下，儲油罐罐底沉積物較為經濟可行的處理參數為：熱洗溫度55 ℃，最佳清蠟劑為4#，復配比例為5 mL清蠟劑+95 mL油樣+30 g沉積物樣，溶解時間為380 min，溶解速率為0.078 9 g/min。

（3）蠟溶解體系摻混原油長距離輸送時還需考慮蠟晶的二次析出問題，如何在清蠟劑實驗的基礎上，進一步研發針對性較強的清防蠟劑，使其既能滿足清罐所需的溶解效果，同時在管輸過程中又具備預防蠟晶二次析出的作用將是未來的重點研究方向。