卧式油泥旋洗分离系统的研制

于 洋，路兰卿

（北京航天试验技术研究所，北京 100074）

0 引言

随着我国经济的高速发展，原油的需求量也越来越大。在油田勘探开发、原油炼制、储存和运输过程中，都会产生大量的含油污泥。这些含油污泥是石油企业开发过程中产生的重要污染之一，也是油田环境持续恶劣的原因之一。在国家实施的可持续发展战略中，把环境保护作为科学发展观中一项十分重要的内容，国家和地方政府对环境保护的要求越来越高，环境标准也日趋规范和严格。油泥既是生产中的废物，又是可贵的再生资源，特别是对中国这样的资源紧缺、环境压力大的国家来说，研究开发收集和回收原油的工艺和设备显得尤为重要。本文所研究的卧式油泥旋洗分离系统正是根据这一需求研制而成的。

1 油泥处理概况

含油污泥主要产生于油田的地面生产、原油储存、转运过程及炼油厂原油炼制过程中。在这些油泥堆积、运输的过程中又会产生二次污染，其他污染物也会混入其中，增大了处理的难度。近年来，原油的海洋运输中事故屡有发生，造成大量海水及海滩被污染，产生了大量含油含沙的油泥。

现在国内外含油污泥的处理方法主要有浓缩脱水法、固化法、焚烧法、调剖堵水、焦化法、萃取法、热解法和生物降解等技术，但这些技术普遍存在使用范围窄、成本高、经济效益低等问题。最新的调查结果也表明，国内关于含油污泥处理问题尚无技术能够可靠、稳定运行的示范工程，仅处于研究和实验阶段。主要存在以下问题：

（1）经济可行性差。泥土对油类的吸附能力较强，石油与泥土类物质混合后彼此间形成很强的亲合力。粘稠度高的石油与泥土混合后形成的油泥，彼此间的亲合力更强，要使它们彼此分离必须消除这种亲合力，难度较大。现有处理方法都存在诸如设备昂贵、能耗较高、处理效果不理想、成本高等缺陷，经济可行性差。

（2）油泥的组成复杂，预处理难度大。油泥中含有聚合物、泥砂、水、矿物油和各种固体废弃物（塑料袋、玻璃瓶、矿泉水瓶、矿渣等），成份复杂，采用常规的分离方法很难将这些固体废弃物分离出来，预处理难度大。

针对现有的油泥处理方法存在的问题，一方面，本套设备解决了油泥的预处理问题，将油泥中的杂质分离出来，实现了油泥的减量化处理；另一方面，分离出来的油泥组分较为单一，处理成本很低。因此，本套设备有着较好的经济性。

2 工艺路线

本套系统的工艺路线如图1所示。将水箱注入一定量的水并加热至70℃以上，油泥进入卧式油泥旋洗分离系统后，油泥即被分离成不同组分，主要分为固体颗粒物、油水泥三相混合物层、含油水层。固体颗粒通过旋洗分离和药物辅助的处理后，表面的原油已基本除去，且已达到了无害填埋标准，即实现油泥的减量化处理；油水泥三相混合物层通过脱水设备脱水后，进入污泥干化设备（SOSS）处理；含油水层在沉降罐中通过自然沉降分层后收集原油。

图1 卧式油泥旋洗分离系统工艺路线图Fig.1 Process flow of rotating washing horizontal system used for oil sludge separation

3 油泥分离系统结构简介

卧式油泥旋洗分离系统采用壳装设计，方便在油田厂区运输作业。作为一个独立的处理单元，卧式油泥旋洗分离系统主要由以下三个部分组成：分离系统、曝气系统、喷淋系统。本系统主体结构及各部件的位置见图2。

图2 卧式油泥旋洗分离系统结构示意图Fig.2 Structure of rotating washing horizontal system used for oil sludge separation

3.1 分离系统

转笼是分离系统的核心技术。转笼的筒壁沿着输送方向分布有一系列大小不一的孔，随着转笼的转动，布置在转笼内的叶片带动物料翻转，粒径小于孔径的物料漏入水箱中，实现块状物的分离。而转笼的转速、转笼浸入水箱的深度、喷淋管的喷淋压力、叶片的排列角度及数量都会影响到粘连在块状物表面的油污的清除程度。所以在转笼的研制中，以上指标的确定就显得尤为重要。由于转笼安装在水箱中，当转笼工作时就会涉及到传动轴的动密封问题。因为转笼倾斜安装时，传动轴既承受轴向力同时也承受垂直力的作用且作用力比较大，因此，密封技术的设计起到了举足轻重的作用。

在分离系统中，除渣机的除渣量是制约设备处理量的瓶颈。鉴于设备的壳装化设计，设备外围尺寸相对固定。因此，不能通过增大除渣机的尺寸来提高除渣量。若提高除渣机的电机功率（提高转速），一方面会增加设备的振动，使得颗粒物在提升的过程中向下掉落，造成进料口积料，严重时会造成刮渣机卡死，使得设备无法正常工作；另一方面，会造成电能的大量浪费，提高了设备的运行费用。因此，除渣机中的出料板样式的设计就成为了分离系统设计的另一项关键技术。另外，刮渣机在水平转提升过程中，提升角度过大会导致物料无法被除渣机带出，而提升角度过小会使得设备尺寸过大，影响设备的经济性和运输的便利性。可见，确定合适的提升角度也是一个较为重要的因素。

3.2 曝气系统

由转笼壁孔漏入水箱的细泥沙表面粘连有油污，为了清洗干净其表面的油污，本套系统引入了曝气技术。曝气系统的作用是在药剂的辅助下实现油污与水的分离。即在水箱的底部安装曝气管，当颗粒在自重的作用下沉降时，高压喷射的气水混合物形成细密的气泡进入水中降低了周围溶液的密度，使得颗粒沉降的速度下降，这时水中的药剂有充分的时间与油污接触并与固体小颗粒分离。由于溶在水中的油污的密度比水的密度小，因此，油污在气体的推动下快速上升漂浮在水的表面，既而实现了油污的分离与回收。

3.3 喷淋系统

本套设备中，喷淋系统安装在设备的进料口和出料口两处。安装在进料口的喷淋系统采用高压热水对物料进行喷淋，不仅可以确保物料可以顺利进入设备，还可对物料进行预热，稳定了水箱的温度，从而以保了证药剂在最合适的温度下对油污的分离最彻底。在出料口处，喷淋系统的作用是尽可能减少大块物料通过水油混合层时所沾染的原油，大块物料符合无害化排放的规定。

4 系统调试

系统调试主要是设置转笼的转速、除渣机的转速、曝气系统与温控系统联动的参数。考虑到后续处理单元的处理能力，试制的样机额定处理量为3t/h，需要电能及蒸汽供应。

油泥进入转笼后，当转笼转速提高时，油泥旋洗时间减小，大块物料洗涤时间变少。同时，转笼转速的提高会使进入水箱中的油泥量加大，水箱

中的 “油水泥”层含量剧增，当油泥含量过高时，需增加补水量，以确保油泥中原油的高分离率。油泥在进入系统前，虽经过预热处理，但温度依然较低。当油泥进入水箱后，水箱水温下降，蒸汽加热系统会随着温度降低而增大加热量，使水箱内的温度达到动态平衡，从而确保药剂在合适的温度下实现最佳的分离效果。通过调整转笼的转速，设置不同的补水量与蒸汽加热量，通过对比分离效果，最终确定上述参数设置。

除渣机位于水箱底部，其处理的物料来源于转笼的分离出的粒径较小的物料，并受转笼的转速及转笼开孔个数及开孔大小制约。由于油泥的组分不同，油泥中含有固体颗粒物的数量、大小以及含油量均不确定，为了使设备有着更广的适应性，根据油泥组成不同设置了不同的除渣机参数，以确保设备不受物料种类的限制。

5 结论

卧式油泥旋洗分离系统的研制，成功解决了油泥的预处理问题。考虑到相关 企业对环保的投入力度不同，本套设备可根据资金投入不同来决定对油泥的处理程度。在对环保投资较小的情况下，通过本套设备可实现固液分离，体积较大的废弃物已达到排放标准，无需缴纳排污费，而剩余的含油污染物体积已大大减小，最大程度的降低了污染。本套设备的成功开发，也为后续处理设备的研发提供了新的思路。