COWS储罐机械清洗技术应用探讨

COWS储罐机械清洗技术应用探讨

刘亚东 ,金巨槐

中石油兰州石化公司建设公司  甘肃兰州  730060

摘要：

在我国原油储罐清洗技术仍处于发展的前期，依旧有不少大型储罐的清洗使用传统人工化的方法进行储罐机械清洗方法。但随着设备和相关技术的逐渐完善，以及原油储罐机械清洗技术所具有的优势，它在未来必将取代人工方式的清罐，带来更多的效益。本文从经济、时效、安全、环保等方面对比人工清洗与机械清洗方法的优劣，重点研究了COWS技术的原理和工艺特点，并提出其在技术应用中的改进建议。

关键词：储罐清洗、COWS技术、技术应用

1 前言

为了满足国内石油的需求，保障国家能源安全，健全国家石油储备体系，国家已经建立四大石油储备基地。为了增大储备基地的石油存储量，储罐大型化成为一种必然趋势。伴随着大型化的趋势，储罐清洗成为热点话题，储罐机械清洗越来越受到各方的重视。根据有关储油罐修理的规范规定，储油罐每运行5~7年要进行开罐检查，维修，这时就要对储油罐进行清洗。大型储罐在长时间油品储存过程中会形成油泥沉淀，油泥必须进行清洗，而且这些油泥中含有大量的原油。清洗的目的就是要除去堆积在油罐底部的淤渣及罐壁上的凝油和凝蜡。原油储罐里的淤渣通常由无机沉积物和有机沉积物组成。无机沉积物包括铁锈、砂、泥浆等；有机沉积物包括原油、蜡、沥青等。分析原油储罐的沉积物，发现原油和蜡占全部淤渣的80％~95％，其他除了水之外，无机沉积物很少。由此可见，原油储罐的沉积物中大部分是有用的物质，应加以回收利用。人工清洗的方法受到很多方面的限制，特别是无法回收储罐中的原油，造成能源浪费，而机械清洗系统的原油回收率高达98%，能很好的避免资源浪费的问题。原油储罐机械清洗技术就在这样的大环境下被引进中国，中石油、中石化、中海油已经使用这项技术，大罐清洗技术随科技应用不断创新，越来越先进、越合理、越安全，处理效果也越来越好，特别是COWS（Crude Oil Washing System）机械清洗技术在国内外应用最为广泛，也获得了可观的效益。未来机械清洗技术还需要继续深入研究，使其能够得到更好的利用，充分发挥这项技术的优势。

2 储罐清洗现状分析

2.1 国内外储罐主要清洗方法

目前已存在的储罐清洗方式有：

（1）人工清洗：在极不安全环境下的人员进罐作业。不饱和烃、有毒有害气体较多，易发生中毒、火灾、爆炸等事故。清罐作业时间长，安全、环保风险大，资源浪费。

（2）半机械化清洗：用高压水枪进罐清洗。易产生静电、中毒、火灾、爆炸等事故，产生的含油污水对环境造成极大的污染。

（3）化学清洗：注入化学药剂对罐内残余物进行分解的清洗方式。设备易引起化学腐蚀，排出废物污染环境、难处理，资源浪费，成本高。

（4）机器人清洗：一种半机械化的清洗方式。目前国内比较少见，国外也只是少量使用。但解决不了罐内易产生静电，可燃气体易处于爆炸极限内等问题。且清出的含有机物的混合物易污染环境，不易处理，造成资源浪费，成本高。

（5）自动机械清洗技术：通过将机械清洗设备安装到大型储罐顶部，使罐内残余原油移送入回收罐中，然后进行多步清洗工作，直到清洗的各项指标达到标准。该技术安全保护措施完善，可有效防止气体中毒、油罐爆炸和环境严重污染等危害，且对残余原油有极高的回收效率。

2.2 人工清洗作业方式存在的问题

（1）安全风险较大。作业人员需要进入储罐操作，属于受限空间作业，含氧量低，罐内作业有中暑、中毒等事故时有发生，轻则中毒窒息，重则失去生命，严重影响了企业的安全生产；对于大型的储油罐，人工清挖时间长，有时甚至要停用３~４个月，对人员对抗恶劣环境和体能的需求也比较大。

（2）经济性较差。清罐损耗主要表现为油品损耗、能源损耗两个方面。原油储罐底油中的沉积物较多，并且富含可回收烃类，人工清罐过程中往往将其置入集泥池外运，至使罐内的可用油品回收不足，造成原油产品分离不彻底，从一定程度上增加了企业成本的消耗和效益流失。另外，人工清洗大罐的施工周期长，一台5000m3的储罐工期约需一个月左右，仍不能保证其内部施工作业是安全的，从经济性角度来看，存在较大的浪费。

（3）环境污染隐患。人工清洗技术往往将污泥露天堆放或者由其他单位处理，会造成土壤和水体污染，引起的环保争议事件普遍存在。

3 COWS清洗技术研究

3.1 COWS技术的工作原理

基于COWS的清洗技术是将COW装置与被清洗油罐及提供清洁、同品种清洗油品的油罐连接在一起，用设置在被清洗油罐上的清洗机，喷射同品种清洗油品来溶解被清洗罐内的油渣沉积物，然后通过抽取系统将被溶解的淤渣经过滤、油水分离后，把分离出来的油品返回到清洁油罐或其他指定油罐中。利用同品种油品清洗后，再根据情况用温水进行循环冲洗，使罐内油品基本被清洗干净，从而使打开人孔后的最终清洗变得容易进行。根据油罐清洗的难易程度，同品种油品清洗和温水清洗有时需要反复几遍，直到取得满意效果。

3.2 COWS技术清洗工艺

COWS储罐清洗系统是由日本SKK公司研制，它具有很高效的清洗效率。COWS清洗工艺共分为残油移送过程、自清洗过程、同种油清洗过程、温水清洗过程等四大过程。残油移送的过程就是在储罐清洗作业前，将被清洗储罐中的大部分原油移送到另外的原油储罐中的而过程，在此过程中，一定注意要在整个移送的过程中保持氮气的持续注入，维持在一个安全的浓度。

自清洗过程是在清洗罐中原油储量足够且储罐所有方不提供临界罐时，可以利用自身储罐中的原油进行循环清洗，但是必须保证原油储量为油泥量得3~5倍。清洗过程中，清洗泵和回收泵只需要使用一个就足矣，另一个备用。

同种油清洗主要是利用其他储罐中相同品种的油品通过清洗泵加压给清洗机，通过清洗机对储罐内壁及底部进行喷射，打碎油泥，方便抽吸；然后利用回收泵抽吸储罐油泥，经过过滤作用后，得到原油打入另外相同油品罐中。

温水清洗过程是利用清洗泵，将消防水通过热交换器加热后加压给清洗机，通过清洗机对储罐进行清洗作用，得到的油水混合物经过回收泵抽吸，过滤后打入油水分离槽，进行油水分离，油回收，水继续参与系统循环。

3.3 COWS工艺的优点及特殊要求

COWS工艺优点如下：

（1）短期作业。由于主要使用机器，因此效率高。由于清洗效果无变动， 因此作业期一定。

（2）高信赖度。由于使用机器，因此基本上稳定，可以精确把握清洗日程。

（3）不受沉积物量和油罐容量太大的影响。如果依赖人力， 就以沉积物量为比例增加或减少每人每天工作量和工作时间。由于沉积物的量是与油罐大小成正比的，因此油罐越大工作期便越长。反过来说，由于该依赖于机器的方法受沉积物量影响较小，因此油罐越是大该方法就越显得有效和具有优势。即使沉积物堆积超过2米（支撑物高度），经过预处理就能采用COTWS方法

（4）大量的复原油沉积物中几乎所有的油类成份被复原。因未加热， 挥发性油不会蒸发。

（5）复原油的优良特性及其不易再沉积性能。沉积物变成了纯粹的粒子， 被稀释和扩散， 所以难以再凝固。因未使用水的缘故，不会产生含水沉积物且复原油也不含有水份。复原油中不含比重油的砂、脏物和生锈。

（6）不用水（某些情况下，完成清洗时不用水）。复原油里不含水。不产生含水份的沉积物。不需要污水罐和废液处理设备。没有再生性麻烦，不需要为含油水和污水而再花费。

（7）此方法不是加热法。不需要加热源。不需要加热投资。减少挥发性油的蒸发， 减少臭气。不受外界空气温度和季节影响。

（8）不受油罐位置影响。不影响取得热源， 水处理设备， 污水罐和电力供给

（9）高度安全性。很少需要人在油罐里工作。点火时静电火花的可能性较小。清洗后的油罐内，产生惰性气体和过量空气，即双重安全空气。因此，发生人为灾祸和失误的可能性较小。

（10）节省人力。不会因作业人员疲劳而造成工程进展延迟等， 作业人员少， 易于控制管理。

（11）高经济性。综合计算工作期，加热费，复原油，淤积废物量，处理量，废水处理费，污水处理费，化学制品费，惰性气体费，劳力设备等方面，该方法的经济性很高。与传统的清洗方法相比较，社会效益，环保，经济效益都有显著提高。与传统的清洗方法相比较，社会效益、环境保护、经济效益都有显著提高。

COWS工艺特殊要求如下：

（1）需要惰性气体；

（2）必须仔细和熟练地控制清洗工艺；

（3）设备配置复杂；利用多种机器、工具和仪器，例如清洗机、大型泵、输送管、气体检测仪、、油水分离机、制氮机等。

（4）需要供油罐及回收罐；

（5）24小时连续作业；

（6）所有工作人员必须接受正确认识安全使用机器和仪器的培训。

4 COWS清洗技术应用研究

以两个5万m3原油储罐为外浮顶储罐为例，其设计规格为φ60m×19m，其中浮顶共有支柱118根，罐侧壁人孔3个，罐顶人孔 3个，罐底脱水口1个，浮顶排水口1个。用机械清洗设备完成对油罐的清洗后，除了极少量的清洗液喷射死角外，油罐的整个表面都会暴露出来，只有铁锈、砂或泥和少量积水、油残留在油罐底部，因此可在短期内完成随后的收尾清洁工作。

储罐清洗施工分为清洗前准备(现场调研、设备安装)、清洗过程、清洗收尾三个阶段，整个过程共进行了20天，其中油罐清洗作业时间仅用了7天时间，清洗参数见表4-1所示。

表4-1 清洗作业参数

4.1 清洗前后残渣分析比较

为便于比较，在清洗前，取罐内底部淤渣作组分分析，与机械清洗后淤渣作组分分析比较，数据如表4-2所示。

表4-2 COW工艺清洗前后残渣分析比较表（%）

从上表可以看出，清洗前，罐内沉积物油分与蜡质超过85％；除了水之外，无机物含量并不多，只占

3.8％。分析结果表明，这一部分罐底残渣应为原油沉积衍生物，绝大部分属于有用的油状物质，可以通过机械清洗加以复原和再利用。

从机械清洗后残渣分析结果看，绝大部分的油分和蜡质均被回收，沉积物中无机物(其中多为铁锈、砂泥和少量湿性碳)占大部分，残渣表面形态多以砂粒及块状物固体为主，达到较好的清洗效果。以一个罐为例，清扫出的罐底残渣主要为砂、泥，外包有少量的碳氢化合物，数量不到1m3，原油回收率达99.99％以上。

4.2 对COWS储罐清洗技术的评价

（1）有效缩短油罐停用时间，提高生产经济效益。一个5万m3储油罐，采用机械清洗油罐比人工清洗缩短时间5~6周（按罐内油泥堆积平均高度0.8 m计，采用传统人工清扫方法需要近45天至60天，而采用COWS自动清罐技术只要16至21天的时间）。根据市场价格估算节约成本达180万元。仅此一项，采用机械清罐技术，缩短油罐停用时间，所形成效益就达百万元。

（2）高效的回收原油比例。根据检测的淤渣堆积和同种油、温水清洗过程的计量，回收单个罐底原油(按淤积物2.16m和2.10 m计)分别为6020m、5838m，按市场原油均价计算，回收原油价值2000多万元，经济效益显著。

（3）安全环保方面。储罐开孔通风48 h后，罐内气体分析合格，人可安全进人罐内清理，并可达到动火施工要求，且罐内的异味明显比人工清罐低得多，达到预期的效果。整个清洗过程符合HSE管理体系要求。通过向罐内注入惰性气体，使氧气含量控制在8％以下，进行封闭式射流同种油和热水循环清洗，清出的残余罐底废渣较少。实现安全、健康、环保清洗。

此次清洗效果虽然很好，但也存在一些问题

（1）COWS清洗设备一次性投资较大，清洗罐的费用相对较高，采用惰性气体(氮气)发生装置也增加了费用。

（2）设备占用场地大，清洗前后设备拆卸时间长，清洗前的准备和清洗后的收尾工作量较大

（3）专业技术和操作技能要求较高，不易掌握。

5 结论及建议

采用COWS清洗技术清罐符合安全、健康、环保的管理体系的要求，与人工清罐比较，清罐效果好，劳动强度大大降低，效率提高，有效减少原油资源浪费，带来良好的经济效益和社会效益，值得推广。

根据实际应用情况，采用COWS清洗技术时，惰性气体可由罐区的中压氮气系统提供，加热清洗油和温水可使用罐区蒸汽，从而减少机具占地，也可节省成本。另外，清洗油供油罐最好选用邻近的同种油罐，避免供油和回油管线铺设过长，造成管线堵塞。

参考文献

[1]宋生奎，张永国，王杰辉，徐克明，王文娟.国内储罐清洗作业及对策[J].广州化工，2014，42(16)：119-121.

[2] 庞文彬, 董刚, 陈刘杨, 等. COWS 油罐清洗技术在塔河油田的应用[J]. 清洗世界, 2012 (12).

[3] 卫磊, 贾军宁, 张新党, 等. 储油罐机械清洗技术及其应用[J]. 石油化工应用, 2009, 28(9): 86-88.

[4] 刘庆云, 武志刚. 储油罐机械清洗技术安全管理探讨[J]. 现代商贸工业, 2011, 23(13): 254-255.

[5] 李国兴. 原油储罐机械化清洗与环境保护[J]. 石油库与加油站, 2006, 15(5): 41-44.