浅谈天然气净化厂装置区地坪防渗设计

王慧灵 肖 华 张 炯 贾 志 梅 川 胡 健 董丽萍

1.中国石油工程建设有限公司西南分公司, 四川 成都 610041；2.四川大学实验室及设备管理处, 四川 成都 610061

0 前言

《全国地下水污染防治规划》(2008～2020年)报告

中指出,由于中国石化工程的“跑、冒、滴、漏”以及各种突发事故,造成土壤、地表水和地下水污染,严重影响了生态环境和人类居住环境的安全性。自2008年以后,国

家环保部门在石油化工项目环境影响评价报告书的批复中,提出采取可靠的防渗措施以保护地下水环境,如中国石油四川彭州石化,中国石油庆阳石化,中国石化安庆石化、中科合资广东炼油化工一体化等项目。不仅如此,现阶段对天然气净化厂同样也提出防渗处理要求,由于天然气净化厂与石化项目不同,基于实际工程出发,本文提出适用于天然气净化厂的污染防治分区、防渗设计方案。

1 污染防治分区

参考GB/T 50934-2013《石油化工工程防渗技术规范》,污染防治分区分为重点污染防治区、一般污染防治区和非污染防治区三类[1]。重点污染防治区多指隐蔽工程污染源泄漏后，不易被发现或不能及时处理的区域；一般污染防治区是指发生污染泄漏后,能被及时发现和处理的区域；非污染防治区是除一般和重点污染防治区之外的区域。

通常情况下将隐蔽工程和地下工程等不易发现、不易处理的部分划分为重点污染防治区。天然气净化厂主体工艺装置根据其污染源,多采用橇装化、模块化,橇块与橇块之间常有管线连接,及管沟布置,故主体工艺装置地坪也划分为重点污染防治区[1]。

根据天然气净化厂的特点,按天然气净化厂的重点装置、设备列出可能产生的污染源,划分合理的污染防治分区。天然气净化厂防渗处理的典型单元和设施[2-8],见表1。

表1天然气净化厂防渗处理的典型单元和设施

序号单元、设施污染防治区域及部位污染源防渗分区等级备注生产装置区1 脱水单元溶液过滤器、再生系统等区域地坪含TEG、固体杂质、机械杂质的污水★开工时,碱洗工序还排放少量含碱污水2 脱硫、脱碳单元过滤器区(原料气过滤、胺液过滤和酸气过滤)、罐区(胺液闪蒸罐、污油闪蒸罐)、塔区(收塔、再生塔)地坪含MDEA、硅酮阻泡剂、少量FeS、少量H2S、CO2、固体杂质、机械杂质的污水★开工时,碱洗工序还排放少量含碱污水3 硫黄回收单元过滤器、反应器、换热器、液硫池等区域地坪含少量液硫、Al2O3、硫黄、固体杂质、机械杂质的污水★-4 尾气、酸水汽提单元分离器、汽提塔区地坪少量H2S、CO2、固体杂质、机械杂质的污水★-5 放空分离罐区分离器区地坪含极少量H2S和CO2、固体杂质、机械杂质★-6 空氮站微油润滑压缩机污水收集沟含少量润滑油的污水★-7 系统管廊阀门集中区地坪含极少量H2S和CO2的污水☆增设收集井8 集气总站排污管线含少量TEG、MDEA、盐类、机械杂质★-9 相关构筑物设施排水沟、集水井、围堰含少量TEG、MDEA、盐类、机械杂质★-油品储罐区1 液硫罐区罐区地坪和基础及装车区域含少量液硫、硫黄和机械杂质★-公用工程区1 锅炉房酸罐污水排污池排污沟Na3PO4溶液、氨水溶液、机油★-2 变电所事故油池事故油池的底板及壁板污油★-水处理装置区1 循环水单元循环排污水池含盐类、机械杂质、PO3-4,水垢等☆收集循环水系统排污、锅炉房排污2 检修污水池检修污水池的底板及壁板含MDEA及TEG等有机污染物的污水★-部分天然气净化厂也用检修污水池暂时储存碱洗液3 事故污水池事故水池的底板及壁板含MDEA、TEG、FeS、固体杂质等★-4 生活污水处理相关构筑物隔油池、化粪池、污水提升井、污水检查井的底板及壁板含COD、BOD、N、P、油等污染物的污水★-5 生产污水处理相关构筑物集水池、调节池、气浮池、水解酸化池(厌氧池)、缺氧池、好氧池、沉淀池、污水检查井、水封井、检漏井的底板及壁板含药剂、硫化物、石油、悬浮物SS、COD、BOD等污染物的污水★-6 污泥储存池污泥储存池的底板及壁板含水率80%～99.8%的泥水混合物★-7 气田水罐区装置区地坪及围堰含H2S、CO2、CH3OH、CH3SH、柴油、高盐分的气田水★-

2 防渗设计

防渗设计是一项系统工程设计,而不是一个独立的设计过程。由源头控制、防止渗漏、污染源收集三部分组成。

2.1 源头控制

源头控制即主动防渗设计。主要指在厂址选择阶段，考虑远离地下水和地表水丰富的区域以及在生产工艺的选择、管道及设备设计等方面尽量避免对环境造成污染。

在天然气净化厂厂址选择阶段,应了解厂址的自然环境、生态环境、水文地质条件和地下水环境敏感保护目标等方面资料,选择包气带防污性能强、项目场地地下水不易污染和地下水环境不敏感的场地,并尽量远离地下水和地表水饮用水源保护区；在总平面布置中应尽量将处理和储存含有毒、有害、危险介质的设备装置按其物料的物性分类集中布置；在工艺路线的选择上应优先选用国内外先进的环保生产工艺技术,减少污染源的产生；在管道及装置设备的设计中,通过对管道及设备的连接方式、密封方式和材质的比选,加强对管道、设备防腐处理,减少污染物排放,从源头上控制污染物的泄漏、渗漏,降低产生污染的风险；另外在液体储罐环墙基础内可设渗漏检测,感测电缆可通过引线与外界单独声光报警器相连,或者通过专门的元器件构成整体检测网络,并与中央监控系统相连,根据工程中液体储罐内液体性质的不同,选择不同的渗漏检测形式。

2.2 防止渗漏

防止渗漏即被动防渗设计。是指对构成污染的单质、化合物或混合物提供防止渗漏措施。天然气净化厂装置常见的渗漏污染物有油品、溶剂、注剂、污水、初期雨水、事故水等。

被动防渗设计包括确定污染防治区的划分、防渗结构形式和防渗材料的选择及确定等内容。在被动防渗设计前,应了解生产、储存和运输介质的物理化学性质和生产加工工艺,项目环境影响评价及环保部门对该项目环评报告批复等方面内容。还需要充分考虑渗漏的可能性,通常情况下渗漏可大致分为正常渗漏、非正常渗漏和事故渗漏等,以上因素也将影响到防渗设计的做法。本文将研究装置区地坪防渗设计及相关附属构筑物的防渗设计。

2.2.1 装置区地坪防渗

本文中所提到的地坪防渗设计,是指工程中环评报告文件列出的需要进行防渗的装置区地坪防渗设计,通常采取的防渗结构形式有天然防渗结构层、柔性防渗结构层、刚性防渗结构层和复合防渗结构层。

天然防渗结构层是指黏土防渗层和钠基膨润土构成的防渗层,当建设项目场地有充足的满足要求的黏土时,为减少投资,优先采用黏土防渗层,可减少投资,缩短施工工期。天然防渗结构层见图1。

图1 天然防渗结构层

柔性防渗结构层是指采用一些新型工艺材料来满足防渗需求,如HDPE膜、PVC膜等。

刚性防渗结构层是指抗渗钢纤维混凝土、抗渗合成纤维混凝土、抗渗钢筋混凝土和抗渗素混凝土等几种形式,通过在混凝土中添加高分子材料防水剂[9],以及掺加钢纤维、合成纤维、钢筋等提高混凝土的抗裂能力和整体性。刚性防渗结构层见图2。

图2 刚性防渗结构层

复合防渗结构层是由前三种防渗结构形式组合而成。考虑到HDPE膜材质非常薄,长时间的紫外线直接照射容易老化,通常复合防渗结构层设计时在HDPE膜上下面增加土工布来保护,同时上面铺设一定厚度的细沙层。复合防渗结构层见图3。

图3 复合防渗结构层

装置区地坪防渗设计推荐采用刚性防渗结构层和复合防渗结构层。

由于具体工程的不同性质,环评报告及环境影响评价报告列出不同的防渗等级,通常分为重点污染防治区和一般污染防治区。装置区地坪结构层的做法根据防渗等级的不同而不同,在满足相关规范要求的前提下,设计时可选择不同的材质和不同的结构层厚度,本文列出的不同材料的典型结构层做法均为重点污染防治区。一般污染防治区做法可在重点污染防治区做法的基础上选择其他材料和结构层厚度,且均需满足防渗等级的要求。

2.2.2 罐区地坪防渗

罐区防火堤内地坪基础宜采用铺设HDPE膜的防渗方式,即复合防渗结构层形式[10-13]。铺设膜时需要专业施工单位来完成,要求当天铺设当天焊接,同时还要做检测来保证施工质量,见图4。有防渗要求的防火堤可采用钢筋混凝土形式,钢筋混凝土堤具有占地少、整体性好、密封性好、强度高、抗震性能好等优点。

2.2.3 排水沟和集水井

排水沟和集水井[14-15]通常作为天然气净化厂装置区地坪的附属构筑物来进行防渗设计,与防渗地坪和管沟配合使用,用于收集装置区的初期雨水、雨水、事故检修污水等,通过集水井设置三相清污分流设备与水专业相应管线连接。

图4 罐基础施工及检验现场图

排水沟通常采用刚性防渗结构层形式。刚性防渗结构层具有施工工艺简单、施工工期短的优点,而复合防渗结构层的防渗效果略优于刚性防渗结构层,根据工程的不同特点及要求可以选择最优的防渗形式。排水沟和集水井典型结构层做法见图5～6。

图5 排水沟结构

图6 集水井结构

2.3 污染源收集

污染源收集[16-20]是指采用新型工艺和设备等方式将天然气净化厂区排水采用清污分流体制进行分类收集、分质处置、分层回用,以达到污水零排放目的,满足环保要求。整个设计理念如下：

1)正常生产污水由生产污水收集系统收集后,自流汇入生化污水处理装置,经处理后达到GB/T 18920《城市污水再生利用城市杂用水水质》水质指标后,部分回用作为天然气净化厂绿化用水和场地冲洗水。

2)天然气净化厂区生活污水就近汇入相应的化粪池,经厌氧消化预处理后,汇入排水管网与生产污水一并自流送至污水生化处理装置。

3)天然气净化厂区检修污水由检修污水收集系统收集后,进入检修污水池储存,由于检修污水中MDEA、TEG等有机物含量高,需适量提升至污水生化处理装置与其他生产污水掺和处理。

4)天然气净化厂内生产废水主要为锅炉及蒸汽系统排污、循环冷却水系统排污,该类污水含有大量Na3PO4经生产废水收集系统收集后,进入电渗析处理单元进行处理,产生的淡水用于循环水系统补充水；浓盐水进入蒸发结晶单元深度处理,污染物结晶析出,产品水回用为循环冷却水补充水。

5)天然气净化厂区事故废液由事故废液收集系统收集后,进入事故废液池储存,由于事故废液中MDEA、TEG等有机物含量高,需适量泵提升至污水生化处理装置与其他生产污水掺和处理。

6)所有形式的污废水经过各自工艺处理达标后,进入蒸发结晶装置处理。蒸发结晶装置采用先进的多效真空制盐工艺,利用余热锅炉,经多效蒸发,使原水固液分离,产生的冷凝水用于补充循环冷却水,产生的工业盐外运处理,实现全厂污水零排放。

7)沿地下污水管道间隔一定距离设置1个渗漏液收集井,井内设置液位自动检测仪。

3 典型案例

某天然气净化厂位于四川省中部,占地约450 km2,日处理量 3 000×104m3。根据环评报告及环评批复文件要求,需对该厂工艺装置做地坪防渗设计,达到相应防渗等级,满足环保要求。根据该厂所处区域位置水文、地质条件以及生产物料的性质,进行污染防治分区,见图7。

根据该厂的特殊性,为满足施工任务重,工期紧的要求,该厂装置区地坪防渗设计采用刚性防渗结构层,150 mm厚C 30水泥基渗透结晶型抗渗钢筋混凝土面层,表层涂刷渗透型结晶涂料。

图7 天然气净化厂污染防治分区

4 防渗施工及验收

防渗工程是一项投资成本高,施工困难的工程。防渗材料在到场使用前需持严格的出厂合格证明,根据环评报告书及环境影响评价报告书对防渗等级的要求,以及设计图纸防渗的做法,需要对防渗结构层进行试验来满足环评等级要求。同时,针对防渗设计的不同需要，如HDPE膜的敷设和密闭性检测,以及防渗涂层的喷刷等，选择有专业资质的施工单位完成。同时还需要根据设计图纸要求及相关规范对施工每一步进行验收和养护,并需要监理单位现场记录以达到设计及环评要求。

5 结论

根据环评报告书及环境影响评价报告书的要求,结合具体工程特点,列出天然气净化厂需进行污染防治分区的装置区,并针对不同的污染防治区提出对应的地坪及相关附属构筑物的防渗设计。但是在天然气净化厂的防渗设计过程中,关于防渗设计的标准、规范较少,可参考的工程也较少,现阶段多以石化行业为主,缺少必要的针对性,在施工中也存在问题。因此,天然气净化厂防渗设计需要更多的理论知识和工程经验来丰富其内容,以使防渗设计更加合理,施工过程更顺利。

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