摘　要：针对华德石化有限公司在役的大型外浮顶原油储罐运用COWS机械清洗技术，进行机械清洗方案的优化，使COWS清洗技术在大型油罐的清洗上运用更成熟，不断提高清罐效率和安全系数。
　　
　　 关键词：大型油罐　COWS　技术　优化
　　一、前言
　　华德石化拥有在役储油罐14座，其中马鞭洲首站12座5×104m3外浮顶储油罐，南边灶油库2座10×104m3外浮顶储油罐，为提高储运能力，南边灶油库正在建设的10×104m3外浮顶储油罐2座，5.5×104m3外浮顶储油罐2座（预计2013年8月份投产），为满足广州石化接卸原油多元化需求，还会有一些储油罐建成投产，华德石化1997年投产至今储运设备安全平稳运行，根据SY/T5921-2000标准中规定大型油罐检修周期为5～7年，2004年首次制定清罐检修方案，并委托茂名众合公司对第1台罐进行了机械清洗，取得了较好效果，截止2013年5月，已完成了16座储油罐机械清洗作业。
　　由于马鞭洲首站地处孤岛，公用工程设施有限，不能为清罐提供驱动用电源和蒸汽，所以对COWS(Crude Oil Washing System)清罐技术的运行又提出了更高要求。
　　二、清洗技术原理及清洗过程
　　1.清洗技术原理
　　COWS机械清洗是利用高压油喷射流将沉积、附着的油渣、蜡质等有机物击碎、溶解，并将其还原成接近标准的原油，最大限度地将罐底残油予以回收。清洗过程分为同种油清洗和温水清洗，利用同种类油品为清洗油，由清洗泵增压，通过清洗机冲射罐顶顶板、罐壁和罐底，溶解一切可溶性附着物，将过滤后的油品全部回收，最后利用温水进行全方位的清洗。详见原油罐机械清洗施工原理流程图：原油罐机械清洗施工原理流程图
　　2.COWS清洗设备组成
　　2.1回收装置A：利用液环真空泵提供动力将清洗油罐内剩余油抽吸出来，在用泵移送到回油罐；在进行油水分离时，将油水混合液送到油水分离槽。
　　2.2清洗装置B：提供同种清洗油加压给清洗机，对清洗油罐进行同种油清洗；在油水分离及温水清洗时，将油水槽内的温水抽出加压给清洗机对清洗油罐进行温水清洗。
　　2.3油水分离槽：包括20m3水箱一个和0.5 m3的收油槽一个。
　　2.4过滤器2台：尺寸DN 200，PN1.6，用于油移过程中的油过滤，将油渣及杂物滤出。
　　2.5清洗枪：清洗油及温水通过清洗装置B加压后，经清洗枪产生喷射流击碎、溶解清洗罐内的淤渣。
　　2.6惰性气体装置（锅炉、制氮机）：锅炉燃烧产生的废气和制氮机产生的N2作为惰性气体加注进清洗罐，降低罐内的氧含量和可燃气体含量。
　　2.7气体浓度检测装置：自动检测清洗油罐内的氧气浓度和可燃气体浓度，并指示和记录其测试值。
　　2.8柴油发电机：为COWS的设备运转提供电源。
　　3.COWS清洗施工过程
　　3.1临时设置工程，制定施工方案、工艺处理方案、按照施工方案进行设备及管道、电气系统、惰性气体装置、可燃气检测系统等设备的安装，进行系统整体的气密性试验。
　　3.2清罐前工艺处理工作：确定好供油罐和回油罐的液位控制，用油泵进行抽低位操作，为加装盲板和安装供、回油管做准备，工艺处理后将油罐交出检修。
　　3.3同种油清洗工程：由清洗装置提供动力，用清洗机喷射供油罐提供的干净油，击碎、溶解油罐内的油渣。
　　3.4温水清洗工程：通过同种油清洗后，基本上除掉了油罐内的凝油和淤渣，但为了进一步进行脱油，要进行温水（冷水在油水分离槽内加热到50~60℃）清洗。这种清洗，是用清洗装置B抽取油水分离槽中温水，加压后用清洗机喷射打到油罐各个部位，再用回收装置A抽出油水混合物打回油水分离槽内，使油和水分离，将浮油用外加收油泵移送给接收油罐，如此循环，边加热边进行清洗，最终把残油移送干净。
　　3.5安全防爆工程：本作业作为安全措施，往油罐内的空间部分注入氮气，将氧气浓度保持在8%以下的惰性环境，氮气的注入应从同种油清洗一直持续到热水清洗结束。
　　3.6内部最终清扫：打开油罐检查孔，足够时间的通风排掉罐内残留可燃气体，经检测合格后，清扫局部清洗不良部位，把残余积水、淤渣等清除到罐外。清洗程度可达到直接动火条件。
　　三、COWS清洗施工过程中的技术问题及优化
　　以马鞭洲首站2#罐清罐为例，对每个步骤提出优化。
　　1.COWS地面装置设置优化
　　1.1供油口选择2#罐和相邻1#罐的抽罐底油管线盲端（共2处）连接供油软管，使供油量充足，提高供油能力。
　　1.2清洗油罐抽吸口的设定要尽可能多，并沿油罐外周分布要均匀，这样就能从油罐各个部位均匀抽吸，提高抽吸效果，能够避免罐底板不平造成的抽吸不均匀现象。2#罐抽吸口設定在3个人孔和2个排污门，共5处。
　　1.3降低抽吸口高度，在保证清洗效果的同时就可以减少单次供油量，单次运转更灵活，2#人孔处抽吸口采用向下延伸设置，管口距离底板面为30mm，排污门处抽吸管设置为直管，管口距离底板面设置为40mm。
　　1.4抽吸移送管道与原有设备连接时，为了避免因热膨胀、收缩、振动而导致设备损伤，要使用挠性软管，其后安装阀门。为了在抽吸管道因淤渣等堵塞时，能通过清洗液倒流来清除堵塞而敷设倒洗管道。
　　1.5可燃性气体采样设3个插入点进行监测，取平均值，由经验得出，一般插入深度控制在单盘下30~40mm，可以与可燃气体充分接触，插入太深容易吸出油。
　　2.工艺处理方案优化
　　将2#罐输至低位2.5m（单盘起伏高度为1.7m），选择轻质原油（9#罐阿曼油，密度867Kg/m3,50℃时粘度为12.7mm2/s）作为清洗油的供油，选择好回油罐（5#罐，液位控制在8m，给出足够的空间回油）。用油泵对清洗油罐进行抽低位作业，抽至油泵抽空（使剩余液位满足打开人孔安装回油管的液位要求）。要在油罐抽低位作业与注氮时间上进行紧密接合，一旦浮盘支柱着底，便会产生油气空间，应立即开启惰性气体装置进行惰性气体的加注，使油气空间中氧含量降低，破坏危险环境。
　　3.清洗机在单盘上的位置布置优化
　　3.1清洗机采用大凤AM型喷射清洗机，驱动使用气动马达，喷嘴驱动角度水平方向0~360℃，垂直方向0~140℃，进行全面清洗，将罐顶部分支拔出（支柱拔出数控制在支柱总数的20%以下，5×104m3罐单盘支柱总数160根），利用罐顶支柱口安装固定清洗机，
　　3.2清洗机的安装要避开管内软管和加热盘管等附件，在清洗罐底板时，喷嘴设置高度距底板1.3m，清洗底板最大有效清洗半径为17m，清洗顶板时，要放低喷嘴位置，设定距底板高度1m为宜，清洗顶板最大有效清洗半径13m，喷嘴的旋转速度设定为1分45秒～2分，全面清洗油罐时，以顶板清洗有效距离13m为基准设定。
　　3.3由于油罐的外周部底板比其他部位低，故残油、淤渣多集中在外周部，集中在进油口对面位置的淤渣最多。另外，由于外周部罐壁刮板及一次密封处结构复杂，加热盘管也沿外周底板设置，有时会产生喷射死角部位，考虑到这一点，清洗机的配置设计要以外周为起点，选定距壁板5～8m位置上的支柱进行外周的配置，再依次决定内周部分的设置，在清洗机的配置上，使各个清洗机的有效清洗范围相互重合， 2#罐共布设18台清洗机才能进行全面覆盖清洗。 　　4.同种油清洗工程优化
　　4.1同种油清洗采用对流方式代替循环方式，提供的清洗油有足够的溶解度，使淤渣充分溶解，清洗工期缩短约一天时间。
　　4.2为保证喷射油量和距离，只能2台清洗机同时作动，但要避免连接在同一支管上的2台同时作动。首先，为了回收底板的淤渣，清洗机设定为底板清洗方式，先从靠近吸抽口的清洗机开始作动，使吸抽口附近淤渣先处理掉，这样溶解油容易集中到吸抽口附近，要对进油口对面淤渣积聚最多区域进行重点清洗，继而，依次作动外周部清洗机，再向内部延伸。在淤渣量逐渐变少时，将清洗方式转换成全面清洗。
　　4.3 2#罐经常储存高凝原油，顶板上附着着大量的油泥和淤渣，故采取先对底板清洗干净后，再转换为全面清洗，待更换新油后，再进行頂板的清洗，这样安排可避免清洗时脏油及淤渣粘粘附在顶板上，增加清洗难度。
　　4.4同种油清洗结束的判断：利用人孔探测口及罐单盘上人孔的探测口进行探测，考虑到油溶解度的原因，淤渣量不再变化或有微小变化后，同种油清洗完毕。
　　5.温水清洗工程优化
　　5.1注水量控制在90~100m3左右为宜，因为水过多，液面超过吸出口高度，则只有水被吸走，浮在水面的油层不被回收，清洗效果不会很好。对于10×104m3储罐，注水量控制在160~170m3左右为宜。
　　5.2附着在油罐内面及附件上的油污组分为重油和蜡组分，其溶解温度大约为60℃，油罐的一次密封橡胶的耐热温度为80℃，因此施工中把水温控制在 70℃度左右效果最好，水温太高，油渣中的轻组分达到初馏点，会有大量的有毒有害气体析出，对防爆控制和职业健康提出更高的要求。
　　5.3清洗机作动顺序与同种油清洗作动顺序不同，要从油罐中央部依次移向外周部作动，先进行一轮顶板表面的清洗，然后再进行一轮底板面的清洗，再转换为全面清洗。
　　5.4水清洗结束的判断：在循环温水中的油分浓度明显降低时，可判断油罐内已经脱脂，在温水清洗结束后，附着的静电基本上衰减殆尽，可停止氮气的注入。
　　6.防爆措施选择优化
　　在同种油清洗及温水清洗施工中，由于清洗过程中轻质油对可燃气体的吸收及油罐的呼吸，油罐内的空间充满着氧气和可燃气体的混合气，所以要适时适量的注入惰性气体来置换，降低可燃气体和氧气浓度，达到防爆防火目的。在清罐施工过程中，向罐内注入氮气，使其氧含量浓度控制在8%以下，达到惰性环境，另外，为了尽可能的减少氮气的注入量，降低锅炉的运行时间和运行成本，对油罐密封不严部位进行必要的封堵，在监测罐内氧气浓度时，由化验分析工用便携式四合一检测仪对氧含量浓度与检测装置数据对比，做到双重保障，只要在8%以下，没必要不间断注氮，这样可以减少注氮费用。
　　四、几点改进的展望
　　1.生产现场蒸汽管线的铺设
　　结合马鞭洲首站燃料油工程中蒸汽锅炉的建设，增设蒸汽供应，利用蒸汽与清洗油换热，将清洗油加热至45℃左右（温度不宜过高，达到初馏点后会有轻组分析出），进行热油清洗较常温清洗效果会更好。
　　2.向罐内注入蒸汽进行蒸罐在油清洗结束后，先进行一轮温水清洗（减少存油蒸罐气化量），拆除罐的一、二次密封带，再向罐内注入蒸汽进行蒸罐。但考虑蒸罐方案时，有两方面需要注意：一是罐内的或者是罐外的防腐层能否耐得了蒸罐的温度，如果耐不了，在检修防腐时最好是采用能够耐蒸汽吹扫的防腐材料；二是安装的仪表，主要是液位仪表，看是否有温度的特殊要求，以免损坏。蒸罐后再进行温水清洗，可有效的提高清洗效果，可大大减少内部清扫的作业时间和强度。
　　3.大功率电源代替临时发电机
　　清罐设备总功率约为240KW，清罐时运行临设发电机为COWS设备提供动力能源，但因为发电机的运行受多方面因素影响：环境温度高会造成发电机温度高而停机，发电机在运行过程中易发生故障，维修困难，进而影响工期。建议现场提供大功率检修电箱，为COWS设备提供动力能源，避免了大发电机设备运送上岛和运行维护上的困难。
　　五、结论
　　华德石化大型储油罐的清洗上应用COWS机械清罐技术，历年来对工期、技术、方案上在不断优化、总结，并运用成熟。在确保安全的前提下，提高清罐效率和质量。整个清洗过程封闭、安全、环保，使罐底残留原油全部回收，大大提高清罐经济效益。