原油密閉裝卸工藝研究

曲 虎

(中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 華北分公司，河北 任丘 062552)

原油密閉裝卸工藝研究

曲 虎

(中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 華北分公司，河北 任丘 062552)

以原油裝卸工藝為研究對(duì)象，介紹了油田目前常用的敞開式原油裝卸工藝和半密閉式原油裝卸工藝。敞開式原油裝卸工藝油氣損耗量大，原油裝卸過程存在較大的安全隱患，半密閉原油裝卸工藝是對(duì)敞開式原油裝卸工藝的改進(jìn)和完善，在一定程度上減少了原油裝卸過程中的油氣損耗，但仍未實(shí)現(xiàn)完全密閉。針對(duì)非密閉原油裝卸工藝的缺點(diǎn)和不足，詳細(xì)闡述了原油密閉裝卸工藝的主要流程及原理，并從經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)境方面分析了原油密閉裝卸工藝所產(chǎn)生的效益。

節(jié)能； 油氣損耗； 密閉工藝； 原油裝卸

隨著油田開發(fā)時(shí)間的推移，整裝大型油田越來越少，油田集輸系統(tǒng)邊緣、零散小斷塊油田的開發(fā)成為必然。由于小斷塊油田距離中心處理站場較遠(yuǎn)，采用管道輸送原油投資較大，且新建管道路由比較困難，因此，汽車?yán)\(yùn)成為小斷塊油田主要運(yùn)輸方式[1-2]。為了接收和裝運(yùn)這部分原油，同時(shí)也為降低拉運(yùn)成本，一般在小斷塊油田建設(shè)集中拉油點(diǎn)，在較近的轉(zhuǎn)油站或聯(lián)合站附近增建卸油點(diǎn)，以滿足油田開發(fā)需要[3-4]。

目前，油田常用的裝卸油工藝均為開式工藝，裝卸油過程中大量油氣散發(fā)到周圍環(huán)境中，不但造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，也存在很大的安全隱患[5-6]。根據(jù)估算可知，非甲烷烴類排放平均質(zhì)量濃度為200 g/m3，在氣溫較低和無風(fēng)的時(shí)候，這個(gè)濃度會(huì)更高，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國內(nèi)外相關(guān)規(guī)定中總烴的允許值。如遇陰雨天氣、氣壓較低的情況，大量的輕烴積聚在罐車周圍和上空，一旦引爆，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，后果不堪設(shè)想[7-8]。因此，原油密閉裝卸工藝的研究迫在眉睫。

1 常規(guī)裝卸油工藝

1.1 常規(guī)裝油工藝

目前，原油汽車裝車多為上裝，通過罐車的頂部裝油口將裝油膠管浸潤到油罐中進(jìn)行裝油。由于罐車頂部裝油口為敞開式，裝油過程中有大量的油氣散發(fā)到大氣中，造成大量的油氣損耗，而且散發(fā)到大氣中的油氣很難及時(shí)擴(kuò)散，在車體周圍彌漫，低洼死角處積聚，如遇到火源很可能發(fā)生著火爆炸。油田常用的汽車裝車工藝主要有自流裝車和壓力裝車兩種工藝[9-11]。

1.1.1 自流裝車 自流裝車是由儲(chǔ)油罐、管線、鶴管及罐車組成(見圖1)，采用傳統(tǒng)的“罐高車低”的方式通過位差進(jìn)行裝車。自流裝車工藝投資小、能耗低，但對(duì)油罐和罐車的位差有一定要求[12]。

圖1 自流裝車工藝示意圖

Fig.1 Gravity loading process scheme

1.1.2 壓力裝車 壓力裝車主要由儲(chǔ)油罐、裝車泵、鶴管及罐車組成(見圖2)，通過裝車泵進(jìn)行裝車。壓力裝車速度快，而且對(duì)儲(chǔ)罐和罐車的相對(duì)位差要求較低，只需儲(chǔ)油罐原油液位的高度滿足泵的吸入條件即可。

圖2 壓力裝車工藝示意圖

Fig.2 Pressure loading process scheme

1.2 常規(guī)卸油工藝

常規(guī)卸油點(diǎn)一般由卸油臺(tái)、卸油箱、轉(zhuǎn)油泵及配套工藝組成。目前油田常用的卸油箱均為敞口容器，卸油時(shí)，原油通過卸油口直接飛濺而下進(jìn)入箱體內(nèi)，卸油口處油氣揮發(fā)較為嚴(yán)重，油氣在其周圍聚集，存在一定的事故隱患[13-14]，卸車工藝如圖3所示。

圖3 卸車工藝示意圖

Fig.3 Unloading process scheme

2 半密閉裝卸油工藝

針對(duì)常規(guī)裝卸油工藝的缺點(diǎn)，對(duì)敞開式裝卸油工藝進(jìn)行改進(jìn)，研究出半密閉式裝卸油工藝，半密閉式裝卸油工藝相對(duì)于常規(guī)的敞開式裝卸油工藝密閉程度有了很大的提高，但仍然未做到全部密閉[15]。

2.1 半密閉裝油工藝

半密閉式裝車工藝主要使用底部裝車，罐車底部進(jìn)油管自帶快速接頭(見圖4)，裝車時(shí)，裝車鶴管上的快速接頭與罐車底部進(jìn)油管上的配對(duì)快速接頭相連接，組成密閉系統(tǒng)。這種裝車工藝與完全敞開式裝車工藝相比，實(shí)現(xiàn)了裝車口的密閉，減少了裝車口的油氣損耗。但是在裝車過程中，罐車頂部的呼吸閥會(huì)隨著罐車的進(jìn)油而動(dòng)作，將一部分油氣散發(fā)到大氣中。因此，底部裝車工藝未能完全實(shí)現(xiàn)密閉裝車。

圖4 半密閉裝車工藝示意圖

Fig.4 Semi-hermetic loading process scheme

2.2 半密閉卸油工藝

半密閉卸油工藝有兩種方式，一種是利用密閉卸油箱進(jìn)行緩沖卸油，一種是利用卸油匯管緩沖卸油。

2.2.1 半密閉卸油箱式卸油 半密閉卸油箱式卸油工藝主要由卸油箱、快速接頭、卸油泵及管線組成(見圖5)。卸車時(shí)，將罐車卸油口上的快速接頭和卸油箱上的快速接頭相連接，組成密閉系統(tǒng)進(jìn)行卸油，然后通過卸油泵輸送到儲(chǔ)罐。

半密閉卸油箱式卸油工藝較以前直接敞口的卸油方式有了很大的改進(jìn)，但卸油時(shí)油氣在箱體內(nèi)揮發(fā)，會(huì)從呼吸閥和泵桿周圍逸出，而且卸油后空氣可以進(jìn)入卸油箱內(nèi)，形成混合氣體，也存在一定事故隱患。因此，從真正意義講，這不能算全密閉卸油工藝。

圖5 半密閉卸油箱式卸油工藝示意圖

Fig.5 Semi-hermetic discharge tank type oil unloading process diagram

2.2.2 半密閉卸油匯管式卸油 半密閉卸油匯管式卸油工藝與半密閉卸油箱式卸油工藝相似，只是用卸油匯管替代卸油箱(見圖6)。這種卸油工藝雖然也實(shí)現(xiàn)了卸油口的密閉，不存在卸油泵周圍的油氣泄漏，而且流程較短，但此工藝對(duì)泵的安裝高度要求較為嚴(yán)格，且匯管中容易積存油氣，除此之外也沒有解決油氣從儲(chǔ)罐的呼吸閥散發(fā)到大氣中的問題，沒有從根本上解決卸油過程油氣散發(fā)的問題。

圖6 半密閉卸油匯管式卸油工藝示意圖

Fig.6 Semi-hermetic unloading oil transfer tube type oil unloading process diagram

3 全密閉裝卸油工藝

3.1 密閉裝油工藝

密閉裝油工藝的原理是油罐車裝油時(shí)，將油罐車和儲(chǔ)油罐組成密閉連接系統(tǒng)，這樣油罐車裝油作業(yè)時(shí)，罐車儲(chǔ)罐上方空間氣體正壓與儲(chǔ)油罐向罐車裝油時(shí)產(chǎn)生的真空會(huì)產(chǎn)生壓差，利用壓差，將裝油產(chǎn)生的油氣通過密閉軟管連接系統(tǒng)回收到儲(chǔ)油罐內(nèi)，全密閉裝油工藝如圖7所示。

圖7 全密閉裝油工藝示意圖

Fig.7 All closed loading process diagram

3.2 密閉卸油工藝

密閉卸油工藝的原理是油罐車卸油時(shí)，將油罐車、卸油箱和儲(chǔ)油罐組成密閉連接系統(tǒng)，油罐車通過密閉卸油口進(jìn)行卸油(見圖8)。儲(chǔ)油罐上方空間氣體正壓與油罐車向卸油箱卸油時(shí)產(chǎn)生的真空會(huì)產(chǎn)生壓差，利用壓差，將卸油產(chǎn)生的油氣通過密閉軟管連接系統(tǒng)回收到油罐車內(nèi)，油罐車可以高效地回收卸油產(chǎn)生的油氣，并能安全地運(yùn)輸?shù)街付ㄕ军c(diǎn)回收。

圖8 全密閉卸油工藝示意圖

Fig.8 All airtight oil unloading process diagram

圖8中虛線框內(nèi)設(shè)備主要為卸油的緩沖罐和增壓泵，如果場地有限，可以將其做成緊湊的密閉卸油橇裝裝置。

密閉裝卸油工藝實(shí)現(xiàn)了原油裝卸過程的全部密閉，防止裝卸油過程中的油氣散發(fā)，不但挽回了經(jīng)濟(jì)損失，還排除了安全隱患。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

華北油田某聯(lián)合站每天有24輛油罐車采用半密閉卸油匯管式卸油工藝進(jìn)行卸油操作，累計(jì)卸油量600 t/d。原油通過卸油泵輸送到大罐中，現(xiàn)場油氣損耗非常嚴(yán)重，對(duì)卸油過程中所用的兩個(gè)卸油儲(chǔ)罐進(jìn)行油氣損耗測試，并對(duì)所取樣品進(jìn)行了色譜分析和數(shù)據(jù)處理。具體分析數(shù)據(jù)見表1及表2。

表1 油儲(chǔ)罐損耗測試數(shù)據(jù)表

注：油罐均為進(jìn)油狀態(tài)，無空氣基下呼出氣量。

表2 原油儲(chǔ)罐呼出氣組分?jǐn)?shù)據(jù)

利用HYSYS軟件對(duì)大罐揮發(fā)氣進(jìn)行分離模擬，模擬流程見圖9，參數(shù)設(shè)置見表3。

模擬后的天然氣量和輕油量見表4。

圖9 模擬工藝流程圖

Fig.9 The simulation process diagram

表4 回收天然氣量及輕油量

根據(jù)表4可知，進(jìn)行密閉裝卸油工藝改造后，每天可以減少揮發(fā)955.2 m3天然氣和0.636 t輕油，折合經(jīng)濟(jì)效益為117.3萬元/a。

4.2 安全、環(huán)境效益

油田常用的開式裝卸油工藝在原油(特別是輕質(zhì)原油)裝卸油過程中造成大量的油氣損耗，特別是北方油田，原油裝車溫度均在60～70 ℃，較高的溫度造成油氣損耗更加嚴(yán)重，不僅造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，也存在較大的安全隱患，密閉裝卸油工藝大大降低了油氣揮發(fā)對(duì)環(huán)境的污染，杜絕了安全隱患，為油田挽回了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)語

對(duì)敞開式裝卸油工藝、半敞開式裝卸油工藝及密閉裝卸油工藝進(jìn)行介紹和對(duì)比，并對(duì)密閉裝卸油工藝產(chǎn)生的效益進(jìn)行定量分析。通過對(duì)比和分析可知，密閉裝卸油工藝可以顯著降低裝卸油操作過程中的油氣散發(fā)和損耗，在杜絕安全隱患的同時(shí)，也有效的節(jié)約了能源。

在當(dāng)前油價(jià)低迷，倡導(dǎo)降本增效和保護(hù)環(huán)境的背景下，原油密閉裝卸油工藝將會(huì)成為油田節(jié)能降耗、改造技術(shù)的重要內(nèi)容。

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(編輯 王亞新)

Process of Airtight Loading and Unloading for Crude Oil

Qu Hu

(ChinaPetroleumEngineeringCo.,Ltd.NorthChinaCompany,RenqiuHebei062552,China)

The commonly used open type and Semi-hermetic process of crude oil loading and unloading in oilfield was introduced in the paper through the research of crude oil loading and unloading process.The security risk was big and the oil and gas loss was large for open type process of crude oil loading and unloading. The Semi-hermetic process of crude oil loading and unloading which reduced oil and gas consumption, was improvedfor open type process of crude oil loading and unloading, but was still not fully closed. Because of the shortcomings and deficiencies of non-hermetic crude oil loading and unloading process, the main flow and principle of airtight loading and unloading process were introduced and explained, and the benefits were analyzed from the aspects of economic, security and environment in the paper.

Energy saving； Oil and gas loss； Airtight process； Crude oil loading and unloading

1006-396X(2016)06-0092-05

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-08-16

2016-09-18

華北油田科研基金項(xiàng)目(HBYT-2015-JS-303)。

曲虎(1986-)，男，碩士，工程師，從事油氣田地面工程方面的設(shè)計(jì)與研究；E-mail:qh915gf1@163.com。

TE08

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2016.06.018