海洋岸基支持泥浆站区自动清罐设备的设计研究

李成胜，张贵磊，侯 林，周 波

（1.中海油田服务股份有限公司油化事业部深圳作业公司，广东深圳 518067；2.中海油田服务股份有限公司油化事业部，河北廊坊 065201；3.合肥通用机械研究院有限公司，安徽合肥 230031）

0 引言

海洋岸基支持泥浆站区水基、油基钻井液储存罐在使用过程中，底部容易形成大量的钻井液沉淀，长期附着在罐底，一方面直接影响了钻井液的有效成分，增加了钻井液的损耗；另一方面减少了储存罐的容积，钻井液的搅拌和循环也受到影响。因此，泥浆储存罐须定期清洗，同时要求减少污染物处理量，并减少人员作业风险。

传统的清洗方式主要靠人工进罐清洗，但由于人工进罐清洗属于受限空间作业，安全隐患大，损害作业人员的身体健康，工作效率低，同时清理的沉积物无法回收利用，后续固废处理费用巨大，易造成环境污染。为此，设计了一种泥浆罐自动化清洗设备，对影响清洗效率的清洗喷枪进行了深入研究，延长了有效射程，优化了成套设备的参数匹配，做到安全、高效和节能的统一。

1 泥浆罐自动清洗设备系统工艺

本套设备以清洗系统、回收系统、清洗喷枪、固液分离装置及油水分离装置、管线阀门等组成，通过自主研发的三维清洗喷头，产生高速水射流并按照预设的清洗轨迹对泥浆罐的底部进行清洗，破碎罐底沉积物，使罐底的添加物、重晶石和其他污染物与清洗水混合，裹挟一起由特殊结构的抽吸头抽出，并经过3次过滤分离，实现固液分离（图1）。清洗时，清洗用水是循环使用的，通过清洗装置加压供给喷枪清洗介质形成射流对罐底泥浆的冲洗，使罐底泥浆恢复流动性后，并由回收装置抽吸移送至分离系统，整个清洗过程通过清洗达到罐内清洁无明显油污的要求。清洗系统隔开了泥浆与外界的接触，防止了油泄漏，无需人工进罐冲洗泥浆，保障了人身安全，是一种全封闭的清洗工艺（图2）；模块化设计后，真空引流系统、冷却水系统和清洗泵集成于一个橇装，组成清洗回收系统，兼具斜板沉降器的固液分离功能；实现设备一键启动，按下启动按钮后，设备按照PLC程序顺序启动泵、阀门，自动运行清洗、回收、分离等工序（图3）。

图1 冲洗过滤系统

图3 自动清罐系统监控界面

2 适用于泥浆罐罐型的三维旋转射流清洗喷枪

针对泥浆罐常见的立式圆柱形储罐和卧式集装箱式储罐，设计两款三维旋转射流清洗喷枪（图4）。优化设计喷嘴整流器（喷嘴芯），产生振荡空化射流，延长了自由射流区和冲击区的轴向长度，提高壁面射流区的剪切效应，使得同样罐内作业条件下射流打击力增，以提高效率。针对泥浆罐罐型设计摆动角度，通过设计特殊伞齿轮匹配，以互为质数的齿数保证喷头三维旋转射流轨迹不重复、不遗漏（图5）。

图4 喷枪在厂内进行试验

图5 现场安装的喷枪

3 集成一体的斜板沉降装置

斜板可以减小水力半径，加大过水断面的湿周，在相同水平流速的情况下，极大降低了雷诺数，减少蓄流；斜板层间距离小，缩短了颗粒沉降距离，沉淀时间减少，沉淀效率提高。上清液通过溢流堰进入下级污水箱，颗粒沉淀在底部污泥斗，经泥浆移送泵输送至指定收集容器（图6）。通过科学的斜板角度设置和分离舱设计，能够在较小的体积内实现高效分离。

图6 全套设备一体橇装

4 成果

（1）形成了泥浆罐清洗设备的全封闭、模块化与自动化的成套技术。清洗系统隔开了泥浆与外界的接触，防止了油泄漏，无需人工进罐冲洗泥浆，保障了人身安全，是一种全封闭的清洗工艺。模块化设计后，真空引流系统、冷却水系统和清洗泵集成于一个橇装，组成清洗回收系统，兼具斜板沉降器的固液分离功能。实现了设备一键启动，按下启动按钮后，设备按照PLC程序顺序启动泵、阀门，自动运行清洗、回收、分离等工序，自动化水平高。

（2）研制出适用于泥浆罐罐型的三维旋转射流清洗喷枪。研制出压缩空气驱动的三维旋转射流清洗喷枪，针对泥浆罐常见的立式圆柱形储罐和卧式方形储罐，设计两款三维旋转射流清洗喷枪，其摆动角度能够使得射流全面覆盖罐内壁，清洗无死角。

（3）研制出集成于一体的斜板沉降装置。通过科学的斜板角度设置和分离舱设计，能够在较小的体积内实现高效分离，实现了泥浆的减量化。

5 社会经济效益

本项目在中海油服惠州泥浆站清洗了2台水基泥浆罐和2台油基泥浆罐，单罐的清洗时间约6 h，其中罐底沉积物的清洗回收时间4 h，罐壁清洗2 h，分离出固相约6 m3，沉积物减量约54%。相比较于人工清理，固废处理量大大减少，节省大量的固废处理费用，经济效益明显。分离后的轻相主要是水和可溶于水的盐等组分，测定其成分组成之后，可直接输入至配浆罐，通过调整组分配制新浆。该站共有圆柱形泥浆罐20台，按照平均每罐沉积物10 m3计算，清理后共腾出200 m3的容积，相当于给该站腾出了1台泥浆罐的库容，有利于站内生产调度。

本项目积累的固液分离技术拓宽了水射流的应用领域，可延伸应用于原油储罐的机械清洗，实现油泥的固液分离，回收原油并减少固废量；可应用于加油站地埋罐清洗过程的固液分离，实现清洗过程中水的循环利用，减少含油废水的排放量。