某油氣終端處理廠水資源消耗分析及節水減排措施

周開浪，凌宇，丁勇超，米占虎，謝進宜，孫詩洋

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

水是生命之源、生產之要、生態之基，并非取之不盡，用之不竭。我國水資源貧乏，時空分布極其不均。改革開放以來，隨著經濟快速發展、城市化進程加快以及水污染加劇，我國水資源供需矛盾日趨突出[1]。石油化工行業是我國國民經濟的重要支柱，同時也是八大高耗水工業之一，雖然單位工業增加值的取用排水量呈逐年下降趨勢且高于工業行業平均水平，但部分地方和企業仍然存在水資源開發利用效率相對較低的情況[2-3]。近年來，隨著生態文明建設關于“兩山理論”的不斷推進，節水減排是擺在石油化工行業面前亟需解決的問題[4-5]。

南海西部某油氣終端處理廠坐落于某海島上，該海島屬于重度缺水地區。隨著海上油田群滾動開發，產量逐年遞增，終端水資源消耗量也呈逐年上升趨勢。終端水資源供給來源于島中央富水區自建水源井，隨著當地政府關于加強水資源開發利用和保護方案的實施，開始嚴格控制地下水開采，防止海水倒灌，造成終端生產過程中水資源供需矛盾日趨凸顯。

通過對終端水資源消耗進行分析，找到節水減排潛力并針對實施相應措施，以期實現生產用水自給自足，從而保障正常穩定清潔生產，并為相關企業節水減排提供借鑒和依據。

1 水資源消耗分析

1.1 水系統基本情況

在給水側，水源井內淡水通過深水泵提升輸送至終端后分為兩路：一路經淡水過濾器過濾后進入消防水罐和生活水罐；另一路經生活水過濾器過濾后進入生活水池。消防水罐內淡水通過消防泵增壓后為廠區提供消防用水，淡水罐內淡水通過淡水泵增壓后輸送至各用戶，為廠區提供生產用水和綠化用水，生活水池內淡水經殺菌處理后通過生活水泵增壓為公寓樓提供生活用水。在排水側，油氣生產處理過程中產生的生產污水經過物理、化學與生物相結合的生產污水處理系統處理達標后排海，公寓樓產生的日常生活污水經過生活污水處理系統處理合格后進行外排。終端水系統主要工藝流程如圖1所示。

圖1 終端水系統主要工藝流程

1.2 用水結構

終端負責對海上平臺輸送上岸的油氣進行綜合處理，水資源在終端除用于生活、消防、綠化外，還在生產工藝上具有重要的作用：一是制取余熱鍋爐除鹽水的基礎原料，也是管線、容器置換和試壓的介質；二是工藝流程上廣泛使用的換熱介質，用于控制、調節工藝物流和設備溫度。終端用水結構如圖2所示。

圖2 終端用水結構

從終端用水結構可以看出，循環水補水、除鹽水制取、原油外輸管線置換是水資源消耗重點環節，三者占比合計達到80%；消防用水雖然只占5%，但嚴重偏離實際用水量，說明消防埋地管網存在漏損。

1.3 存在的問題

1.3.1 生產裝置陳舊，工藝技術落后

終端已投產運行多年，生產裝置陳舊，部分設備、管線老化腐蝕嚴重、更新不及時，運行過程中易出現損壞泄漏。再加上建造時受經濟、技術水平等條件限制，部分生產裝置工藝技術比較落后，以致不能滿足現代化清潔生產的需要，造成水資源消耗量、污水排放量增加。

1.3.2 水系統規劃不合理

終端各用戶未細分水質進行梯級利用，水資源重復利用率低；未配置污水深度處理回收再利用裝置，各類污水經過常規處理達標后直接排放，污水回用率低；供給水源單一，未因地制宜進行雨水回收、海水造淡等非常規水資源利用，水資源開發效率低。

1.3.3 節水減排意識不足

受地域限制和教育水平不同，終端以及外委作業員工水素養參差不齊，對水的知識、態度和行為各有所異[6]。在節水減排工作中，部分員工意識不足、積極性不高、責任心不強，更多時候只是抱著服從上級命令的心理[7]，并不能真正做到為了節約社會用水而去節水，往往造成對日常生活節水減排不重視、輸水管道巡查不仔細、水冷換熱器泄漏排查不徹底、作業用水量把握不足以及不能對小的跑冒滴漏做出科學正確合理的判斷和處理，導致水資源的浪費。

2 節水減排措施

終端生產過程中對水資源的需求量暫時不會大規模減少，且無法完全替代，因此終端結合現場實際情況，提出并針對實施以下相應措施，切實做到水資源的“開源”與“節流”。

2.1 工藝優化

2.1.1 輕油代替淡水置換原油外輸管線

終端通過單點系泊利用穿梭油輪提油進行原油外輸銷售，因原油外輸管線較長且容積大以及提油作業間隔時間受罐容、天氣、海況等因素影響大，設計每次提油作業后利用淡水置換外輸管線，防止原油在外輸管線中凝固，影響下次提油作業，優化前提油外輸流程如圖3所示。提油作業前，需要利用外輸原油循環置換外輸管線，即參與外輸原油儲罐內的原油通過原油外輸泵增壓并經計量撬進行商業計量后從海管A線輸入，從海管B線循環返回(或從海管B線輸入，從海管A線循環返回)，直至將外輸管線中的淡水完全置換；循環置換過程中，初期返回的流體為含油量較少的淡水，進入清水罐儲存，用于提油作業后循環置換外輸管線，后期返回的流體中，原油含量逐漸增加，則倒入此次未參與外輸原油儲罐進行儲存、靜置和分離，罐底分離出的含油污水通過切水泵泵至油水處理系統處理。提油作業時，參與外輸原油儲罐內的原油通過原油外輸泵增壓并經計量撬進行商業計量后從海管A、B線輸送至單點，然后經漂浮軟管進入穿梭油輪油艙。提油作業后，需要利用淡水循環置換外輸管線，即清水罐內的淡水通過原油外輸泵增壓并經計量撬進行商業計量后從海管A線輸入，直至將海管A線及漂浮軟管用淡水完全置換，然后從海管B線循環返回(或從海管B線輸入，直至將海管B線及漂浮軟管用淡水完全置換，然后從海管A線循環返回)，直至將外輸管線中的原油完全置換；循環置換過程中，初期返回的流體為原油，中后期為含水原油，進入原油儲罐進行儲存、靜置和分離，罐底分離出的含油污水通過切水泵泵至油水處理系統處理。

圖3 優化前提油外輸流程

按上述優化前工藝進行提油作業，每次需要消耗淡水700 m3，不僅浪費了大量淡水資源，還增加了油水處理系統負擔和污水排放量。

輕油是終端生產的副產品，利用輕油置換原油外輸管線，可以有效解決提油作業后外輸管線原油凝固問題，優化后提油外輸流程如圖4所示，虛線為新增管線。提油作業時，利用海管A線進行原油外輸，海管B線中始終充滿淡水(或海管B線進行原油外輸，海管A線中始終充滿淡水)；提油作業后，利用輕油置換外輸管線中的原油，置換結束后，啟動頂水泵，利用始終充滿淡水的海管B線(或海管A線)置換漂浮軟管中的輕油，避免漂浮軟管發生泄漏，產生溢油環保事件。

圖4 優化后提油外輸流程

為保證輕油代替淡水置換原油外輸管線工藝優化安全、可靠，終端開展了輕油對外輸管線的腐蝕性、原油外輸泵輕油適應性以及單條外輸管線原油和輕油外輸速度研究，研究結果表明此工藝優化可行[8]。通過該工藝優化單次提油作業淡水消耗量降低至40 m3。

2.1.2 污水分質梯級利用

根據各用戶用水水質不同，加強水資源的梯級利用，拉長“作用鏈”，實現精細用水，可以降低水資源消耗量[9]。按被污染程度來劃分，機泵直流冷卻水屬于清凈污水，仍具有一定的可利用價值。終端原油外輸泵、儲罐尾氣風機采用直流冷卻水冷卻，冷卻后水直接進入生產污水處理系統，因清水罐內置換用水對水質要求不高，通過取樣化驗該污水確認水質滿足要求，將其改造回收至清水罐。

2.2 設備更新換型

2.2.1 循環水塔更新換型

終端舊循環水塔老化破損嚴重，內部填料結構局部出現坍塌，運行過程中循環水風吹損失量大且冷卻效果差。更新換型后的循環水塔裝有改性PVC加筋弧形收水器，有效降低了循環水風吹損失量，塔內設置了隔風裝置，消除了外界氣流導致進風口淋水外溢的現象。

2.2.2 水冷換熱器更新換型

受設備老化以及設備材質和循環水水質差影響，終端大量水冷換熱器頻繁出現管束腐蝕穿孔現象，這不僅導致循環水排污量、補水量增加，還嚴重制約輕烴回收率和原油儲運安全。終端水冷換熱器全部為碳鋼材質，受管束腐蝕穿孔影響，絕大部分堵孔面積超過10%，達到報廢標準。不銹鋼材質較碳鋼材質抗氯離子腐蝕能力更強，通過對水冷換熱器逐步更新換型為不銹鋼材質，減少了管束腐蝕穿孔泄漏次數，提高了循環水凝縮倍數。

2.2.3 新增高效節水型循環水旁濾器

終端循環水系統原采用簡易旁濾池過濾去除循環水中的雜質顆粒、懸浮物，即通過旁濾池頂部的不銹鋼絲濾網對從循環水塔出口引出的一部分循環水進行過濾，過濾后的循環水通過重力作用流回循環水池。原簡易旁濾池過濾效率低，且只能通過人工清理濾網表層累積雜質，不能有效去除黏泥、微生物等有害成分，為保證循環水水質，被迫頻繁排污，造成循環水排污量、補水量增加。

通過對比分析各種旁濾工藝以及濾料性質，新增一套彗星式纖維循環水旁濾器，對部分循環水進行過濾并定時、定壓差進行反洗，從而改善循環水水質。該循環水旁濾器濾速高、截污量大、過濾精度高、過濾周期長，采用氣水反沖洗，耗水量低。

2.2.4 新增循環水系統泄漏在線監測儀

通過人工不定期巡檢分析發現水冷換熱器管束腐蝕穿孔泄漏，具有一定的滯后性，經確認后循環水水質已經受到污染，為提高水質需要補充大量新鮮水進行置換，導致循環水排污量、補水量增加[10]。通過在循環水回水總管線上安裝有機碳在線分析儀，并將數據傳輸回中控DCS系統，實現遠程監控并報警，有異常第一時間進行排查、確認并隔離泄漏水冷換熱器，避免進一步污染循環水水質。

2.3 輸水管道檢測

終端存在大量的埋地輸水管道，這些管道可能受腐蝕、地質作用以及人為作業破壞等原因產生漏損，造成水資源浪費。通過定期開展輸水管道檢測，對已泄漏以及局部腐蝕嚴重和全面腐蝕的管道進行維修更換，共修復泄漏點12處，更換管網96 m，降低了水資源在輸送過程的浪費。

2.4 非常規水資源利用

2.4.1 雨水回收綜合利用

終端所屬海島年平均降雨量為1 800 mm，雨水回收潛力大。為充分利用雨水資源，降低取水量，通過優化廠區排水系統，進行雨污分流，將雨水進行收集、過濾、殺菌后進行存儲，化驗確認滿足各用戶水質標準，作為廠區循環水、消防水罐以及清水罐補水，從而實現了雨水回收綜合利用。

2.4.2 海水淡化分質利用

海水淡化是實現水資源利用的開源增量技術，不僅可以增加淡水資源總量，還不受時空和氣候影響，是解決沿海地區和企業水資源短缺的重要途徑[11]。為充分利用海水資源，終端通過新增一套750 t/d海水淡化系統，采用多級反滲透(RO)技術，根據各級不同產水水質供給不同用戶，即海水淡化系統一級反滲透產水一部分供給循環水系統，剩余全部進入二級反滲透裝置，二級反滲透產水一部分進入后續的電去離子(EDI)裝置進行脫鹽軟化處理，達到除鹽水水質后供給余熱鍋爐用于產生蒸汽發電，一部分供給淡水罐，剩余部分供給循環水系統，從而實現了海水淡化分質利用。

2.4.3 污水深度處理回收再利用

污水也是資源，排水就是潛力，污水深度處理回收再利用一方面可以節約水資源，另一方面可以減少污水排放量[12]。終端生活污水經過常規處理達后進行外排，為充分利用污水資源，通過新增一套生活污水深度處理裝置。該裝置采用“AAO＋MBR膜生化”深度處理工藝，處理后的中水滿足GB/T 18920—2020《城市污水再生利用 城市雜水水質》中城市綠化、道路清掃、消防、建筑施工的標準，通過將處理后的中水接入廠區綠化管網和消防水罐作為綠化用水和消防用水，從而實現了生活污水深度處理回收再利用。

2.5 加強綜合管理

終端充分利用宣傳欄、標語牌、微課堂、媒體等媒介宣傳普及節水減排知識、技術和經驗，提升員工水素養，從而將水知識內化于心、外化于行，不斷傳承；按不同崗位層級進行配置，設立節水減排監督員，對節水減排情況進行監督，督促相關人員即時準確地完善取用排水報表，掌握源頭取水、過程用水以及末端排水存在的問題，同時積極參與并協助開展節水減排相關活動，以實際行動踐行節水減排理念；設立節水減排指標，并納入員工年終績效考核；開展節水減排優秀金點子、優秀論文以及優秀監督員評比，針對表現優異者進行即時激勵，不斷激發員工節水減排意識。

3 效果分析

通過實施上述節水減排措施，終端水資源消耗量、取水量、污水排放量明顯降低，具體如圖5所示。目前，終端水源井取水全部作為生活用水，實現了生產用水自給自足，保障了正常穩定清潔生產。

圖5 節水減排效果對比

4 結語

該文以某油氣終端處理廠為例，通過進行輕油代替淡水置換原油外輸管線和污水分質梯級利用工藝優化、循環水塔和水冷換熱器更新換型以及新增高效節水型循環水旁濾器和循環水系統泄漏在線監測儀從源頭上降低各用戶水資源消耗量；通過定期開展輸水管道檢測，修復漏損點、更換局部腐蝕嚴重和全面腐蝕管道，降低水資源在輸送過程中的浪費；通過在雨水回收、海水淡化、污水深度處理回收再利用等非常規水資源利用上下足功夫降低取水量；同時配合強有力的綜合管理手段，通過加強節水減排宣傳、監督、考核與獎懲，不斷激發、增強員工節水減排意識，形成全員參與長效機制，從而真正做到節水減排。

通過節水減排，終端實現了生產用水自給自足，保障了正常穩定清潔生產，并為相關企業節水減排提供了借鑒和依據。