＊王美茹 蔡業(yè)彬

（廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 廣東 525000）

原油儲(chǔ)罐清洗技術(shù)分析

＊王美茹 蔡業(yè)彬

（廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 廣東 525000）

詳細(xì)介紹了國內(nèi)外在人工清罐、機(jī)械清罐、油罐防沉降設(shè)備以及機(jī)器人清罐方面的發(fā)展現(xiàn)狀及其工作原理，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析對(duì)比。通過綜合分析指出，原油儲(chǔ)罐清洗技術(shù)將向機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、便捷化、系統(tǒng)化和設(shè)備國產(chǎn)化的方向發(fā)展。

油罐；人工清罐；機(jī)械清罐；油罐防沉降設(shè)備；清罐機(jī)器人

原油在儲(chǔ)罐中經(jīng)過長時(shí)間存放，油品中的少量機(jī)械雜質(zhì)、沙粒、泥土、金屬鹽類以及石蠟和瀝青等重組分會(huì)逐漸沉積在油罐底部形成油泥，這些油泥一般會(huì)占到罐容量的1%～2．2%。罐底油泥中含有豐富的烴類物質(zhì)，其中碳?xì)浠衔锏暮扛哌_(dá)70%，瀝青質(zhì)占7．8%，石蠟占6%，污泥灰分占4．8%，其余約有25%的水和5%的泥沙等無機(jī)沉淀物。另外，油泥中還含有苯系物、酚類等對(duì)人體有毒有害的物質(zhì)，直接排放不僅造成環(huán)境污染而且是極大的石油資源浪費(fèi)?？紤]到大量的油泥產(chǎn)生量以及油泥中所含豐富的烴類物質(zhì)，從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益及角度出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行回收利用是必要的。

比如，一座10萬m3的油罐經(jīng)過5～6年的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生1000m3～2200m3的油泥。如此大量的罐底油泥不僅會(huì)減少儲(chǔ)罐的有效容積，影響油品清潔度，同時(shí)油泥中的水分和鹽類物質(zhì)還將會(huì)加速罐體和罐內(nèi)附件的腐蝕，影響儲(chǔ)罐的使用壽命。而且，油罐在連續(xù)運(yùn)行三到五年后，會(huì)出現(xiàn)腐蝕、變形、不均勻沉降、罐內(nèi)加熱盤管老化、排水管線不暢等問題，需要對(duì)油罐進(jìn)行部分或全面檢修，以確保儲(chǔ)運(yùn)的安全。因此我國石油石化行業(yè)規(guī)定原油儲(chǔ)罐間隔5～6年應(yīng)清洗檢修。另外，在換裝不同種類油品時(shí)，為避免油品更換造成相互污染，也需要對(duì)油罐進(jìn)行清洗。因此，設(shè)法防止油泥生成和方便快捷地清洗油罐對(duì)原油儲(chǔ)備具有重要意義。

1.人工清罐

人工清罐是一種傳統(tǒng)的清罐方式，在20世紀(jì)90年代中期以前，國內(nèi)油罐清洗均采用這種方法。清罐時(shí)先將油罐中的油品用泵抽吸至最低液位，然后泵入適量清水并通入蒸汽加熱進(jìn)行蒸罐，加熱至一定溫度后，油泥中的部分油類物質(zhì)就從底泥中上浮至水層上，然后用泵將表層油品抽取回收。為了盡量回收油泥中的油類物質(zhì)，一般進(jìn)行兩次蒸罐處理。蒸罐工作完成后，將罐底人孔打開，進(jìn)行自然或強(qiáng)制通風(fēng)，同時(shí)打開罐底齊平清掃孔，使罐底能流動(dòng)的油水和底泥自流至集泥井，待自流結(jié)束后，再從罐中采集氣樣，經(jīng)測(cè)爆合格后，由清洗工作人員穿戴防爆服和呼吸器直接進(jìn)入油罐內(nèi)部，進(jìn)行收油和擦洗工作，利用人力把殘油轉(zhuǎn)移到罐外，人工完成所有的清淤工作。

這種清罐方式具有使用設(shè)備少、操作簡(jiǎn)單以及施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其主要缺點(diǎn)有：

(1)清罐周期長，清洗效率低。由于清罐前需要進(jìn)行蒸罐、開人孔、通風(fēng)等準(zhǔn)備工作，所需的工序多、步驟復(fù)雜，因此清罐全過程所占時(shí)間較長。以清理1座5萬m3的油罐為例，一般需要一個(gè)半月的時(shí)間。另外，人工清罐受油泥量，油罐大小以及天氣等條件的影響很大，隨著油泥量的增加，清罐時(shí)間也會(huì)大幅度增加。

(2)作業(yè)強(qiáng)度高，施工條件惡劣。人工清罐需要用人力將殘油、於渣轉(zhuǎn)移走并對(duì)罐內(nèi)進(jìn)行擦洗和收油工作，勞動(dòng)強(qiáng)度高，加之罐內(nèi)有毒有害氣體濃度大，作業(yè)環(huán)境極端惡劣。

(3)存在安全隱患。人工清罐需要人員進(jìn)罐作業(yè)，罐內(nèi)可燃?xì)怏w濃度高，如有靜電易發(fā)生火災(zāi)、爆炸；有害氣體濃度大，且清罐是密閉空間作業(yè)，通風(fēng)不好極易造成人員缺氧、中毒事故。

(4)易造成環(huán)境污染。人工清罐一般都會(huì)在油罐區(qū)附近挖一個(gè)污油池，將清挖出的油泥先倒入污油池，然后拉運(yùn)至回收處理地。大量堆放的油泥揮發(fā)出的有毒、有害氣體直接排入大氣，造成罐區(qū)和周邊地區(qū)的環(huán)境污染，而且在油泥拉運(yùn)轉(zhuǎn)移的過程中也會(huì)造成污染。

(5)資源浪費(fèi)，原油回收率低。人工清出的罐底沉積物一般都拉運(yùn)到周邊的土煉油廠，而絕大多數(shù)土煉油廠都沒有完善的原油回收裝置，只能回收油泥中少部分烴類物質(zhì)，不僅原油回收率低，而且還造成石油這種不可再生資源的浪費(fèi)。

(6)清洗效果不好。人工清罐由于作業(yè)條件以及人力的限制，會(huì)存在著一定的清洗盲區(qū)以及人力清洗不到的地方，容易在之后的動(dòng)火作業(yè)中，引起火災(zāi)、爆炸等安全事故。

因此，隨著原油儲(chǔ)罐的大型化發(fā)展，以人為本理念的提出以及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人工清罐的方式正在被逐漸淘汰。而機(jī)械清罐方式因其機(jī)械化、自動(dòng)化、模塊化、密閉化、無污染以及原油回收率高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。

2.機(jī)械清罐

國外對(duì)機(jī)械清罐的研究較早，大約在20世紀(jì)40年代初就已經(jīng)開始，到目前為止，已經(jīng)有很成熟的機(jī)械自動(dòng)清罐成套系統(tǒng)，如在東南亞、歐洲、中東等地區(qū)陸上原油儲(chǔ)罐清洗方面得到廣泛應(yīng)用的日本大鳳COW系統(tǒng)以及在清罐、油泥分離領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位的丹麥泰福德公司的BLABO機(jī)械清洗系統(tǒng)。這兩種清罐系統(tǒng)均具備模塊化、自動(dòng)化、密閉化、專業(yè)化和便捷化等技術(shù)特點(diǎn)。在安全性、清洗效率、清罐效果、原油回收率以及環(huán)境保護(hù)等方面均優(yōu)于人工清罐。

我國原油儲(chǔ)罐的機(jī)械清洗起步較晚，1995年石油部從日本引進(jìn)了COWS系統(tǒng)，從此拉開了我國儲(chǔ)油罐機(jī)械清洗的序幕。目前我國應(yīng)用最多的機(jī)械清洗系統(tǒng)是日本大鳳公司的COWS系統(tǒng)，以及部分從丹麥、英國、德國等引進(jìn)的清罐設(shè)備。

機(jī)械清罐是利用清洗機(jī)噴頭噴射一定溫度和壓力的同種類型原油或水對(duì)罐內(nèi)油泥進(jìn)行噴射、破碎、溶解的密閉式清洗方法。機(jī)械清罐裝置主要包括：移送裝置、清洗裝置、氮?dú)庾⑷胙b置、氣體濃度監(jiān)測(cè)裝置以及油水分離和回收裝置等。其中移送裝置是利用真空泵對(duì)儲(chǔ)油罐中能流動(dòng)的殘油進(jìn)行抽取和移送，將清洗機(jī)清洗的於渣和殘油抽吸到真空抽吸槽中，再由回收泵移送至接收罐。清洗裝置是通過清洗泵向清洗機(jī)提供被清洗罐用的同種類型原油和水，為了達(dá)到理想的清洗效果，同時(shí)利用自身配備的熱交換器給原油和水進(jìn)行加熱。氮?dú)庾⑷胙b置的作用是向被清洗油罐中持續(xù)輸送氮?dú)?，從殘油移送中產(chǎn)生氣層部時(shí)開始，一直進(jìn)行到清洗機(jī)停止作業(yè)為止，同時(shí)利用氣體濃度檢測(cè)裝置確保被清洗儲(chǔ)油罐中的氧氣濃度在8 VOL %以下，確保儲(chǔ)油罐清洗過程的安全進(jìn)行。油水分離和回收裝置是對(duì)清洗后的廢液進(jìn)行油和水的分離處理，并對(duì)浮油進(jìn)行回收。

清洗機(jī)是機(jī)械清洗的核心設(shè)備之一，關(guān)系著清洗質(zhì)量以及清洗的最終效果，決定著清罐的成功與否。它的主要作用是在儲(chǔ)油罐的清洗過程中，對(duì)儲(chǔ)油罐的罐底板、罐壁以及浮頂各個(gè)部位進(jìn)行全方位的自動(dòng)清洗。因此要求清洗機(jī)不僅有一定的噴射打擊力，擊碎溶解粘附在罐體上的油泥，還要具備立體全方位各個(gè)角度的清洗功能。

目前由于國內(nèi)技術(shù)水平的限制，現(xiàn)有的清洗機(jī)幾乎全部采用國外進(jìn)口設(shè)備，一般采用低壓原油或水射流，噴射壓力為0．5MPa～0．65MPa。

清洗機(jī)是由氣動(dòng)馬達(dá)、槍身、傳動(dòng)軸、齒輪箱、噴嘴等組成。氣動(dòng)馬達(dá)是清洗機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置。其運(yùn)動(dòng)工作原理是：氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪箱中齒輪組運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪組將傳動(dòng)力輸出到中心傳動(dòng)軸和外傳動(dòng)軸，中心傳動(dòng)軸帶動(dòng)與旋轉(zhuǎn)噴嘴相連接的傘齒輪組嚙合，從而帶動(dòng)噴嘴自轉(zhuǎn)，由于傘齒輪的偏置角使得噴嘴在自轉(zhuǎn)的同時(shí)繞清洗機(jī)中心軸在0°～135°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)；與此同時(shí)外傳動(dòng)軸帶動(dòng)槍身作360°旋轉(zhuǎn)，使得噴嘴在自轉(zhuǎn)的同時(shí)繞清洗機(jī)中心軸線作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。噴嘴的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)相疊加后會(huì)形成一個(gè)三維立體的半球形覆蓋面，從而達(dá)到全方位立體噴射清洗效果。清洗機(jī)一般按其噴射射程呈同心圓布置，為滿足清洗要求，每次由兩只清洗機(jī)同時(shí)作業(yè)。

機(jī)械清罐的清洗特點(diǎn)：

(1)無需人員進(jìn)罐，安全性高。機(jī)械清洗采用全封閉式自動(dòng)清洗，清洗過程中無需人員進(jìn)罐，從而避免了人員可能發(fā)生缺氧、中毒等事件，保障了人員的人身安全；在清洗全過程中對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行了氮?dú)獗Ｗo(hù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并確保罐內(nèi)的可燃?xì)怏w及氧氣濃度始終控制在8VOL%以下，避免了因清洗機(jī)高速噴射產(chǎn)生靜電發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，使清洗全過程的安全得到了有效保障。

(2)清洗質(zhì)量高，清洗效果好。清洗機(jī)的三維立體旋轉(zhuǎn)噴射，使儲(chǔ)油罐內(nèi)得到全方位徹底清洗，清洗后能見罐體金屬本色，清洗質(zhì)量高；采用同種油清洗，清洗后的油泥完全溶解在原油中，清洗后的油品中不含塊狀雜質(zhì)。

(3)原油回收率高。使用原油作為主要清洗介質(zhì)，油泥經(jīng)清洗機(jī)噴射、擊碎、溶解后，除少量泥沙外，其余有機(jī)沉積物完全溶解在原油中，恢復(fù)成標(biāo)準(zhǔn)原油，原油回收率高達(dá)98%以上。

(4)密閉作業(yè)，無污染。由于采用全封閉式作業(yè)，不向外界排放含油污水、廢氣，而是將含油污水通過油水分離器分離后把水作為清洗介質(zhì)再循環(huán)利用，并把分離出的油進(jìn)行回收，不存在環(huán)境污染問題。

(5)清罐周期短，清罐效率高。機(jī)械清罐可全天24小時(shí)作業(yè)，并且不受油泥量和天氣等因素的影響，大大縮短了清罐時(shí)間，提高了清罐效率，減少了油罐停用期，使得油罐的利用率大幅提高，清罐時(shí)間是人工清罐時(shí)間的四分之一。

目前我國機(jī)械清罐主要用于清洗1萬m3～15萬m3的外浮頂原油儲(chǔ)罐，拱頂和內(nèi)浮頂油罐的機(jī)械清洗仍需進(jìn)一步研究和探討。

3.油罐防沉降設(shè)備

為防止原油儲(chǔ)罐大量油泥的產(chǎn)生，考慮在原油儲(chǔ)罐中安裝攪拌裝置。由前蘇聯(lián)研制出的環(huán)形射流攪拌器是利用輸送中的原油流經(jīng)攪拌器產(chǎn)生環(huán)形射流，進(jìn)而沖涮罐底沉渣，并使其懸浮于原油中排走。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，射流能量在罐底分布均勻，死角少，操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是如果射流噴口堵塞或上閥板卡滯時(shí)，需要備用罐。

另有應(yīng)用較成功的噴嘴攪拌器，典型的噴嘴攪拌器是美國Butterworth公司開發(fā)的皮托管射流器以及英國的儲(chǔ)罐淤泥清除器。攪拌器的工作原理與現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器大致相仿，不同之處是該類型攪拌器兩噴嘴交替打開或關(guān)閉，可單一使用也可一起使用。這種攪拌器安全可靠，操作簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，當(dāng)發(fā)生噴嘴堵塞時(shí)仍需備用罐。

目前常用的油罐防沉降設(shè)備有側(cè)向伸入式攪拌器和旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器。為防止油泥沉降永久安裝在罐內(nèi)，定時(shí)啟動(dòng)防止油泥生成。

(1)側(cè)向伸入式攪拌器

側(cè)向伸入式攪拌器一般安裝在罐壁相對(duì)底部位置，在罐壁開孔，采用法蘭連接。攪拌器的葉輪采用單螺旋槳型，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，使其周圍液體產(chǎn)生沿螺旋槳軸向和周向兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，使罐內(nèi)液體達(dá)到充分?jǐn)嚢璧男Ч?，從而使罐底沉降物重新溶解在原油中。根?jù)儲(chǔ)罐直徑的大小，可安裝一個(gè)或多個(gè)攪拌器。一般采用可變插入角型攪拌器，攪拌器的軸線與儲(chǔ)罐中心線之間的夾角可按需要在左右30°范圍內(nèi)調(diào)整，從而達(dá)到全方位的攪拌效果。

側(cè)向伸入式槳葉攪拌器能有效的使油品調(diào)和均勻，并且適當(dāng)?shù)姆乐褂湍嗟某练e。然而這種攪拌器的不足之處在于：

①這種攪拌器因插入角可變，在密封面處易出現(xiàn)滲漏，而且無論采用何種密封都無法避免漏油問題；

②存在安全隱患。由于需要配套驅(qū)動(dòng)電機(jī)，就需要用動(dòng)力電纜線接入動(dòng)力電源等，對(duì)于油庫這類防爆要求較高的區(qū)域，無疑增加了安全隱患；

③攪拌效果不理想。運(yùn)行噪音大，攪拌時(shí)罐內(nèi)存在死角區(qū)，而且對(duì)長時(shí)間形成的沉積物攪拌效果不明顯；

④經(jīng)濟(jì)性差。攪拌器、配套電機(jī)等設(shè)施需定期維護(hù)保養(yǎng)，投入成本較高，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

(2)旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器

鑒于側(cè)向伸入式攪拌器的諸多不足，隨著射流理論的發(fā)展，研發(fā)了旋轉(zhuǎn)噴射攪拌裝置并用于儲(chǔ)油罐的攪拌清淤工作，效果明顯。

旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器一般安裝在罐底相對(duì)中央位置，根據(jù)有效射程和罐徑可布置一個(gè)或多個(gè)，進(jìn)口接進(jìn)油管線，利用循環(huán)泵加壓輸出的流體經(jīng)過攪拌器噴嘴形成射流束，對(duì)周圍流體進(jìn)行卷吸和擾動(dòng)，利用射流打擊力將油泥打散重新溶解在原油中，達(dá)到防止油泥沉降的作用。

旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器主要由軸流渦輪、噴嘴、主機(jī)、調(diào)速機(jī)構(gòu)（傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）和密封系統(tǒng)等組成。攪拌器本身無需任何外帶驅(qū)動(dòng)裝置，它的動(dòng)力來自流體動(dòng)能，軸流渦輪是該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)源。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由循環(huán)泵加壓輸出的流體驅(qū)動(dòng)軸流渦輪，軸流渦輪將動(dòng)力傳輸?shù)秸{(diào)速機(jī)構(gòu)（傳動(dòng)機(jī)構(gòu)），同時(shí)被壓送出來的流體傳送到主機(jī)。噴嘴在主機(jī)上呈偏心布置或?qū)ΨQ布置：對(duì)于偏心布置噴嘴，利用噴嘴射流時(shí)產(chǎn)生的偏心旋轉(zhuǎn)力矩帶動(dòng)主機(jī)水平運(yùn)轉(zhuǎn)，為防止主機(jī)轉(zhuǎn)速過快設(shè)有調(diào)速機(jī)構(gòu)；對(duì)于對(duì)稱布置噴嘴，利用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳給主機(jī)，從而帶動(dòng)主機(jī)水平啟轉(zhuǎn)。噴嘴的旋轉(zhuǎn)速度可根據(jù)工程需要進(jìn)行設(shè)置。

圖1 射流式流體攪拌器運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖

另外，王澤貴等學(xué)者設(shè)計(jì)了一種偏角噴嘴旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器，如圖1所示。這種攪拌器的噴嘴可在上下左右30°范圍內(nèi)調(diào)整，利用主機(jī)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)與噴嘴相連接的傘齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)噴嘴自轉(zhuǎn)，主機(jī)的公轉(zhuǎn)加上噴嘴的自轉(zhuǎn)，形成在其射程范圍內(nèi)的上下噴射對(duì)流和擾動(dòng)，起到三維立體的噴射攪拌作用。

旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器的特點(diǎn)：①安裝方便，使用壽命長。

只需利用現(xiàn)場(chǎng)的循環(huán)泵和進(jìn)出油管線進(jìn)行安裝；攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐久性和耐磨性優(yōu)越，使用壽命長。

②攪拌效果好，性能優(yōu)良。

由于攪拌器在以360°均勻旋轉(zhuǎn)的同時(shí)高速噴射出原油，能充分地?cái)嚢韬腿芙舛逊e的於渣，不存在攪拌死角區(qū)。

③安全可靠。

由于攪拌器是靠流體壓力驅(qū)動(dòng)，不需額外配置電力驅(qū)動(dòng)裝置，且運(yùn)動(dòng)過程完全沒入液體內(nèi)部，確保其本身的防爆性能及安全性能。

④經(jīng)濟(jì)性高。

攪拌器安裝在罐內(nèi)，不存在軸密封問題，不會(huì)漏油，日常無需對(duì)攪拌器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，減少了維護(hù)保養(yǎng)的經(jīng)費(fèi)；且系統(tǒng)是間斷、短時(shí)運(yùn)行，耗電量少；也簡(jiǎn)化了油罐檢查時(shí)的清洗工作，并大幅度地減輕了清掃費(fèi)用。

但在使用時(shí)還應(yīng)注意：

①攪拌器的射流強(qiáng)度過高會(huì)對(duì)罐內(nèi)附件產(chǎn)生影響，如加熱盤管，中央排水系統(tǒng)，液下消防管等，從而影響儲(chǔ)罐的功能；

②油品的粘度會(huì)影響攪拌效果：當(dāng)油品的粘度較大時(shí)，射流強(qiáng)度減弱，攪拌效果會(huì)降低；

③由于攪拌器的運(yùn)轉(zhuǎn)是由循環(huán)泵提供的帶壓流體驅(qū)動(dòng)的，所以攪拌系統(tǒng)對(duì)泵的要求較高。

由于旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器在安裝成本、安全性能、攪拌效果以及后期維護(hù)方面都優(yōu)于側(cè)向伸入式攪拌器，因此目前國內(nèi)大型原油儲(chǔ)罐在選用攪拌器時(shí)優(yōu)先考慮旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器。

周會(huì)萍等人2011年提出了利用原油儲(chǔ)罐已有的防沉降攪拌設(shè)備實(shí)施在線原油儲(chǔ)罐清洗技術(shù)：該技術(shù)利用原油儲(chǔ)罐側(cè)壁安裝的側(cè)向伸入式攪拌器或安裝在罐底的旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器，采用機(jī)械攪拌和熱油循環(huán)相結(jié)合的方法，減少進(jìn)罐原油的沉降，并使已經(jīng)沉積的油泥溶解并輸出，達(dá)到防止油泥生成的目的。該方案為油罐清洗提出了新思路。

4.清罐機(jī)器人

國外在清洗機(jī)器人方面的研究較早，如1986年拉格比Hydrovac工業(yè)和石油服務(wù)有限公司開發(fā)的罐內(nèi)作業(yè)工具水力推土機(jī)Hydrodozer；1999年美國Petroleum Ferment公司開發(fā)的用于流化和噴擊底泥的水力車以及后來英國Surface Control公司研發(fā)的真空槽車等。目前國內(nèi)尚未見有相關(guān)方面的研究報(bào)道。

國內(nèi)清罐機(jī)器人是近年來才發(fā)展起來的，目前正處于研發(fā)試驗(yàn)階段。清罐機(jī)器人是一種集人工智能、自動(dòng)控制、傳感控制、環(huán)境識(shí)別以及現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法等諸多學(xué)科于一體的清罐方式。

清罐機(jī)器人是指利用機(jī)器人在罐內(nèi)自動(dòng)移動(dòng)的同時(shí)借助推鏟和噴射裝置破碎并打散罐底油泥，通過泵將罐內(nèi)破碎的沉積物抽出。清罐機(jī)器人系統(tǒng)主要包括：移動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、清洗裝置、吸附裝置、傳感裝置和控制系統(tǒng)等。為拆裝方便，機(jī)器人主體采用模塊化設(shè)計(jì)，主體由移動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方式主要有車輪式、履帶式和足腳式。三種移動(dòng)方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)不同需要選用：車輪式移動(dòng)速度快，控制靈活，但吸附力差；履帶式吸附能力強(qiáng)，但移動(dòng)不靈活；足腳式對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性較強(qiáng)，但移動(dòng)緩慢。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用滿足安全防爆要求的液壓驅(qū)動(dòng)或氣壓驅(qū)動(dòng)。吸附裝置采用磁吸附技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬壁功能。清洗裝置是指安裝在主體上的機(jī)械推鏟和高壓噴射器等，在機(jī)器人行走的過程中，利用機(jī)械推鏟和高壓噴射器對(duì)油泥進(jìn)行清除、破碎，達(dá)到清洗油罐的目的。傳感裝置用來采集罐內(nèi)清洗狀況信息，并將信號(hào)傳輸給控制中心，以便對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或人工控制。

清罐機(jī)器人的特點(diǎn)有：

(1)拆裝方便。由于機(jī)器人主體的模塊化設(shè)計(jì)，使得機(jī)器人可進(jìn)罐拆裝。

(2)安全性高。由于機(jī)器人采用液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)，且進(jìn)罐裝置采用防爆材料，滿足防爆要求，安全可靠。

(3)清洗效果好。機(jī)器人采用機(jī)械推鏟和高壓水射流相結(jié)合的清洗方式，清洗效果好，清洗效率高。

(4)自動(dòng)化程度高。使用自動(dòng)傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化清洗，可將人工從清罐現(xiàn)場(chǎng)解脫出來，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性。

(5)清洗周期短。密閉化、機(jī)械化運(yùn)作，不受天氣等條件的影響，施工周期短，是人工清罐的三分之一。

另外，機(jī)器人主體雖采用模塊化設(shè)計(jì)，但仍需人員進(jìn)罐進(jìn)行組裝和拆卸，存在一定的危險(xiǎn)性。

我國對(duì)清罐機(jī)器人的研究處于起步階段，該項(xiàng)技術(shù)的成熟有待相關(guān)學(xué)科以及各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和提高。

5.結(jié)束語

隨著我國大型原油儲(chǔ)罐的大量建設(shè)，人工清罐由于其清洗周期長，安全性差，清洗效率低，原油回收率低，環(huán)境污染嚴(yán)重等弊端已不符合環(huán)境和發(fā)展的客觀要求，淘汰人工清罐是歷史的必然選擇。機(jī)械自動(dòng)清罐技術(shù)由于其安全環(huán)保、清洗周期短、清洗效果好、原油回收率高、無需人員進(jìn)罐等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用。防沉降攪拌設(shè)備的應(yīng)用，不僅可以防止油泥堆積過厚對(duì)儲(chǔ)罐造成的不良影響，而且減輕了清罐的工作量，延長了儲(chǔ)油罐的使用年限。機(jī)器人清罐技術(shù)剛剛起步，隨著科學(xué)技術(shù)的提高和關(guān)鍵技術(shù)的突破，清罐機(jī)器人的清洗功能將會(huì)越來越完善，智能化、自動(dòng)化程度越來越高，具有很好的應(yīng)用前景。

綜上所述，原油儲(chǔ)罐清洗技術(shù)將向著機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、便捷化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。通過學(xué)習(xí)借鑒國外成熟的機(jī)械清罐技術(shù)，開發(fā)我國具有自主產(chǎn)權(quán)的機(jī)械清罐成套設(shè)備具有緊迫的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

[1]徐如良,黃永港,張曉方.油罐底泥無害化及資源化[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,24(4):552-555.

[2]徐如良,張曉方,黃永港.大型油罐底泥自動(dòng)清理及資源化處理[J].石油化工環(huán)境保護(hù),2002,25(4):26-30.

[3] J.A.Menendez, A. Dominguez, M. Inguanzo, J.J. Pis.Microwave pyrolysis of sewage sludge: analysis of the gas fraction[J].Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,2004,71(2):657-667.

[4]李東升,孫曉艷,楊海龍,周洪軍.原油儲(chǔ)罐清洗技術(shù)述評(píng)[J].清洗世界,2011,27(6):13-16.

[5]徐如良,王樂勤,孟慶鵬等.工業(yè)油罐底泥處理現(xiàn)狀與試驗(yàn)探索[J].石油化工安全技術(shù),2003,19(3):36-39.

[6]徐如良,黃永港.油罐清洗技術(shù)綜述.石油化工環(huán)境保護(hù)[J]. 2003,26(4):54-58.

[7]任立明,吳斌,沈瑩.清洗液與全封閉大型儲(chǔ)油罐機(jī)械清洗產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用[C].中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2013,5567-5572.

[8]李新年,王四虎.原油拱頂罐機(jī)械清洗設(shè)備研究[J].清洗世界, 2013,29(04):22-27.

[9]薛勝雄,王永強(qiáng),巴勝富,陳正文,朱華清.以油洗油的清罐設(shè)備與技術(shù)研究[J].流體機(jī)械,2011,39(07):6-9.

[10]衛(wèi)磊,賈軍寧,張新黨,李棟.儲(chǔ)油罐機(jī)械清洗技術(shù)及其應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用,2009(09).

[11]王安軍,袁浩.COWS 原油儲(chǔ)罐清洗技術(shù)在吐哈油庫的應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2012,(05):46-49.

[12]趙軻,蔡業(yè)彬,黃崇林,何宏鷹,董奎榆.工業(yè)油罐清洗噴射槍的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2013(08):90-91.

[13]劉建強(qiáng),李雙林,陳維國,李成師.儲(chǔ)油罐機(jī)械清洗技術(shù)在油田的應(yīng)用與推廣[J].清洗世界,2009,25(02):1-8.

[14]劉金寶,張清江,王洪明,祁剛,潘青鋒.內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐的機(jī)械清洗[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2013,32(05):532-535.

[15]范燕,樊勇,李彥慧.機(jī)械清罐技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012,21(05):34-36+80.

[16]胡繼棟.油罐罐底沉渣的清除與處理方法[J].油田地面工程, 1992,11(2):52-54.

[17]王傳曾,陳向生.原油儲(chǔ)罐清淤用的射流器[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),1995, 14(5):19-21+65.

[18] 邊煜盛,尹亮,周琦.大型儲(chǔ)罐攪拌器選型分析[J].化學(xué)工程與裝備,2012,37(02):89-92.

[19]蔡曉君,吳立志.側(cè)插式攪拌器結(jié)構(gòu)探討[J].石油化工設(shè)備,2001, 30(B05):45-46.

[20]蔡曉君.側(cè)向伸入式攪拌器的密封設(shè)計(jì)[J].化工設(shè)備與管道, 2000,37 (3): 17-181.

[21]王秀文,董仁義.儲(chǔ)油罐用旋轉(zhuǎn)噴射式攪拌系統(tǒng)[J].油氣田地面工程,1997,16(2):22-23.

[22]王澤貴,陳龍,謝小鵬.原油儲(chǔ)油罐旋轉(zhuǎn)噴射混合系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù),2005,34(5):27-28+93.

[23]白秋云.旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器在原油儲(chǔ)罐中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013,(03):14.

[24]周會(huì)萍,王凱,胡江鋒.原油儲(chǔ)罐在線清罐實(shí)踐[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2011, 30(6):458-459.

[25]鄧三鵬,張建,李充寧,王利君,趙海培.儲(chǔ)油罐清理機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)[J].油氣田地面工程,2009,28,(01):50-51.

[26]付貴永,周利坤,李悅.油罐清洗機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析[J].機(jī)械傳動(dòng),2013,37(07):106-109.

[27]鄧三鵬,李充寧,張興會(huì),王健,李永剛.儲(chǔ)油罐油泥清理機(jī)器人[J].油氣田地面工程,2011,30(04):100-101.

[28] Hydrovac industrial & petroleum serv. (oil storage)tank cleaning made easy with quick assembly unit, Chem. Eng. (Rugby) (ISSN0302一0797)No.431 34(Dec.1986).

[29] Petroleum Ferment, Cleaning sludge from oil storage tankusing entirely hydraulic vehicle to fluidize sludge and jet resultant mix . US 880913 4770611,1988.

[30] Brown J. A vacuum tanker for cleaning storage tanks. Process Engineering (ISSN 0370-1859)V70 No.11 33, November1989.

[31]周利坤.油罐底泥清洗技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2013, 32(3):229-235.

Analysis of the technology of crude oil tank cleaning

Wang Meiru, Cai Yebin

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology, Guangdong, 525000)

This paper introduces the working principles of manual cleaning, mechanical cleaning, preventing sludge settlement equipment and robot cleaning in detail, and compares and analyzes their advantages and disadvantages. Through comprehensive analysis, it is proposed that the crude oil tank cleaning technology will develop towards mechanization, automation, closing, intelligence, facilitation, systematization and localization of equipment.

oil tank；manual cleaning；mechanical cleaning；preventing sludge settlement equipment；cleaning robot

T

A

((責(zé)任編：盧鳳英)

國家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（12C26214405347）、廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目（2010B090400237）、廣東省教育廳科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2012KJCX0076）。

王美茹（1987～）女，廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，研究方向：化工機(jī)械。

蔡業(yè)彬（1968～）男，廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，研究方向:化工過程機(jī)械、機(jī)電一體化。