王丹

中海油石化工程有限公司

近年來，隨著我國社會經濟的迅猛發(fā)展及石油化工行業(yè)的規(guī)模日益擴大，“三廢”的排放量也急劇上升，相關火災爆炸事故時有發(fā)生。因此，我國加強了環(huán)境保護的力度，出臺了相應政策。陸上終端是建造在陸地上的處理海上油氣田或油氣田群開采出來的油、氣、水或其混合物的油氣初加工廠，開采出來的大量原油經處理后，輸送至罐區(qū)儲存，再經過裝船或裝車外銷。在正常工況、事故工況、清管工況下，終端會有大量的原油、水及段塞流。由于終端地處沿海一帶，一旦發(fā)生事故，不僅污染環(huán)境，還會造成經濟損失甚至人員傷亡。通過增加事故緩沖流程，可以有效地避免經濟損失及對周邊環(huán)境的破壞。

GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》[1]規(guī)定：油罐組位于丘陵地區(qū)時，設置導油溝和事故存油池時可不設防火堤?！盦/SY1190—2013《事故狀態(tài)下水體污染的預防與控制技術要求》[2]對所屬石油化工企業(yè)建立水污染“三級防控”體系做出了要求。中石化出臺的《水體污染防控緊急措施設計導則》中，針對儲存可燃液體未設置防火堤的罐區(qū)提出應采取事故存液池等整改措施。劉鋒等[3]簡要介紹了檢修設備、極端天氣（超大雨量、海嘯等）等工況下，液體可流入事故罐，實現液體的有效回收。由娜等[4]分析了事故罐與事故存液池在石化企業(yè)中的應用現狀，并對兩種存儲方式進行了比較，得出了事故罐比事故存液池更加節(jié)約占地，方便維修，且能減少投資。針對陸上終端的實際情況，經過綜合分析，采用事故罐工藝流程來應對從投產到檢修過程中的各種工況，以滿足環(huán)境保護的要求。

本文以某陸上終端中的原油罐區(qū)為例（從海上平臺開采出的原油經工藝裝置處理后進入原油罐區(qū)儲存，包括穩(wěn)定原油裝船外銷、海底管道預熱、工藝裝置事故、裝置及罐區(qū)檢修、清管等工況），對該罐區(qū)事故罐工藝流程進行研究。

1 工況運行分析

1.1 管道預熱工況

為保證順利投產，防止凝管事故發(fā)生，需在管道啟動時采取預熱措施，以提高終點原油的溫度，控制輸送原油的壓力在合理范圍內，為故障停輸增加搶修時間。某海上平臺開采的原油為易凝高蠟原油，海底管道長度為24 km，對此管道需要10 000 m3的預熱水量（流量約為60 m3/h），極端天氣需要14 000 m3水量。此時10 000 m3水采用事故罐儲存，并將其余的4 000 m3水存入原油儲罐（儲存時間約半年），再將預熱水通過置換水事故泵輸送至采出水處理單元。

1.2 裝置、罐區(qū)檢修工況

各區(qū)裝置及儲罐污油（包括儲罐的抽罐底油）輸送至污油罐暫存，當原油穩(wěn)定單元中的裝置檢修，污油罐滿罐時，可通過污油泵輸至事故罐，再通過不合格原油事故泵輸送至原油穩(wěn)定單元重新處理。污油罐還可儲存儲罐合格原油中切出的污水，再通過污水泵輸送至采出水處理單元。其中，污油泵可作為污水泵的備用泵，進行污水的輸送。

1.3 上游設備、原油儲罐事故工況

當陸上終端正式運轉時，事故罐在大部分時間處于空置狀態(tài)。當其中一臺原油儲罐需要檢修，并且其余原油儲罐中的合格原油處于高液位狀態(tài)時，可利用事故罐儲存。

當原油穩(wěn)定單元三相分離器損壞時，無法處理的不合格原油量為4 000 m3（流量約為1 200 m3/h），通過段塞流捕集器流向事故罐暫存，并通過不合格原油事故泵輸送至原油穩(wěn)定單元重新處理。

當采出水處理單元設備損壞時，事故水無法處理，因此將事故水輸送至事故罐暫存（流量約為450 m3/h），待設備維修完成后，再輸送至采出水處理單元。

1.4 清管工況

由于開采的原油為易凝高蠟原油，海水溫度較低，很容易形成蠟沉積，致使管道流通面積減小，管道摩阻增加，總傳熱系數下降，因此需要定期對長輸管道進行清管，約每季度進行一次。清管工況下，進入終端的段塞流量較大，海管來液經段塞流捕集器進行初步的氣液分離后，一部分含水原油通過正常生產流程進入一級三相分離器脫水，其余原油進入緩沖罐，經降壓脫氣后送至事故罐暫存，不合格原油量為4 000 m3（流量約為1 200 m3/h）。事故罐內的原油經事故泵輸送至原油處理系統進行脫水穩(wěn)定處理，事故罐中分離出的氣相輸送至油氣回收設施。

1.5 事故罐工藝流程

綜合以上幾種工況，事故罐儲存的介質主要為不合格原油、置換水及預熱水、頂油水，確定事故罐的形式為固定頂罐[5]。事故罐工藝參數包括：①操作溫度，50～76 ℃；②操作壓力，常壓；③儲罐形式，固定頂罐（罐壁內防腐）；④公稱容積，10 000 m3；⑤結構尺寸，31 m（直徑）×14.58 m（高度）；⑥保溫層材質、厚度，復合硅酸鋁鎂70 mm。事故罐工藝流程圖如圖1所示。

圖1 事故罐工藝流程Fig.1 Process flow of emergency tank

2 事故罐工藝計算

考慮到介質通過流程泵輸送過程中，與管道內壁的摩擦，流經各類管件、閥門及設備時，由于介質流速的作用會對管道產生靜電，需對泵的流量及揚程進行確定[6]，泵的揚程可根據以下公式計算。

式中：Z1為起點高度，m；H揚為泵揚程，m；hf為沿程摩阻損失，m；H 為穩(wěn)定單元邊界所需壓頭，m。

通過理想氣體狀態(tài)方程[7]對事故罐頂的補充氧氣管道的流量進行計算：

式中：p 為氣體絕對壓力，MPa；V 為氣體絕對壓力下對應的體積流量，m3/h；n 為氣體物質的量，mol；R 為氣體常數，8.314 J/(mol?K)；T 為介質溫度，K。

2.1 不合格原油事故泵、污油泵參數

不合格原油從事故罐經不合格原油事故泵輸送至原油穩(wěn)定單元，原油穩(wěn)定單元可接收100 m3/h的不合格原油量，由公式（1）可知，各參數數值為：Z1=1.5 m，hf=13 m，H=95 m。取計算揚程的10%裕量，因此可得出不合格原油事故泵1.1 H揚≈120 m[8]。污油泵流量與污水泵流量相同，均為30 m3/h，由于不合格原油的去向與不合格原油事故泵的去向一致，因此揚程仍為120 m。

2.2 置換水及預熱水事故泵、污水泵參數

置換水及預熱水從事故罐經置換水及預熱水事故泵輸送至采出水處理單元，采出水處理單元可接收100 m3/h 的采出水量，由公式1 可知，各參數數值為：Z1=0 m，hf=25 m，H=30 m。取計算揚程的10%裕量，因此可得置換水及預熱水事故泵1.1 H揚≈60 m。經歷約5 天時間可將事故罐中的置換水及預熱水輸送完畢。儲罐切水器處理量為50 t/h，污水泵流量稍小于切水器處理量，流量為30 m3/h，由于污水的去向與置換水及預熱水事故泵的去向一致，因此揚程仍為60 m。

2.3 事故罐罐頂氣相空間相連管道參數

在設備發(fā)生事故時，從段塞流捕集器輸送來的原油（流量為1 140 m3/h）進入事故罐，由于事故罐為常壓罐，這部分原油會閃蒸出大量油氣（標準工況下的流量為4 173 m3/h），因此需要將這部分油氣輸送至油氣回收設施進行集中處理，換算為操作工況下的油氣流量為5 000 m3/h。應該注意，為防止閃蒸氣量過多，進入事故罐的不合格原油流速在滿足安全要求的前提下應盡量大。

為了維持事故罐罐體保持微正壓的狀態(tài)，當儲罐上方氣相壓力小于0.2 kPa 時，罐頂氮氣線上的自力式調節(jié)閥打開向儲罐內補充氮氣；當儲罐上方氣相壓力大于0.2 kPa 時，罐頂氮氣管道上的自力式調節(jié)閥逐漸關閉。由于環(huán)境溫度的降低，造成儲罐的吸氣量為標準工況下1 210 m3/h[9]。同時，經倒罐泵將事故罐中的液體輸出，造成儲罐的吸氣量為倒罐液體標準工況下1 700 m3/h。由于環(huán)境溫度變化與倒罐流程不同時發(fā)生，最終吸氣量為1 700 m3/h。物質的量、氣體常數為定值；標準工況壓力為0.1 MPa，溫度為273 K；操作工況壓力為0.7 MPa，溫度為298 K，因此需補充操作工況下的氮氣量為265 m3/h。

2.4 清水罐與事故罐連通管道

此陸上終端合格原油需裝船外運，從安全角度考慮，罐區(qū)與碼頭相連的外輸管道在非工作狀態(tài)下不能含有原油，需要用水將管道中的原油置換出來，因此設置清水罐用于外輸管道的置換。為滿足采出水處理單元對進裝置的水質要求，需在清水罐內部設置收油槽，清水罐因回收部分含油污水，經過長時間靜置后油水會分離，但為滿足安全要求，水罐中不能含有過量油品，因此需定期對水面上方的污油進行排放，污油依靠自流排至事故罐，清水罐上部最大積油厚度要小于0.1 m[10]。經計算，清水罐中液位要高于事故罐中液位5.5 m 時方可實現浮油自流。

2.5 主要設備

原油罐區(qū)包含原油儲罐2 座、事故罐1 座、清水罐1 座、裝船泵1 臺、倒罐泵1 臺、不合格原油事故泵1臺、置換水及預熱水事故泵、污油泵、污水泵（表1）。

表1 主要設備一覽表Tab.1 List of main equipments

3 結論

（1）某陸上終端采用事故罐工藝流程，有效分擔事故存液池的儲存壓力，節(jié)省占地及項目投資，減輕現場人員的檢修維護工作量，并在事故工況下緩沖出了搶修時間。

（2）確定了終端處于正常工況、事故工況、清管工況下，事故罐作為中轉罐的工藝流程，使儲運流程在上述工況下更加靈活地應用。

（3）事故罐在海洋石油陸上終端中發(fā)揮了巨大作用，為終端儲運工藝的確定提供了新的思路。