CN104001702B - 加油站埋地油罐机械清洗系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加油站埋地油罐机械清洗系统，包括低压喷射清洗设备、空气置换设备、气体氛围监测设备、清洗产物分离处理与循环利用设备、含油污水外排达标处理设备和油气回收处理设备；低压喷射清洗设备包括通过管路依次连接的储水罐、增压泵、加热器、涡轮流量计和清洗机；空气置换设备包括氮气发生器、空气加热器、无油空气压缩机；油气回收处理设备包括相互连接的预冷器和活性炭吸附罐；清洗产物分离处理与循环利用设备包括过滤器、真空抽吸罐、抽吸泵、轴向入口水力旋流器；含油污水外排达标处理设备包括紧凑型立式旋流气浮分离罐和碟式离心机。系统本质安全、全程封闭、高效环保、结构紧凑，可满足相关排放要求。

Description

加油站埋地油罐机械清洗系统
技术领域
本发明涉及一种油罐机械清洗及污水和油气回收处理技术，尤其涉及一种加油站埋地油罐的机械清洗系统。
背景技术
加油站是石油产业链和价值链的重要环节，通常每个加油站至少有2个以上的埋地油罐(UndergroundStorageTank，UST)。根据《油罐清洗安全技术规程》(Q/SH039-013-1998)，为了保证产品质量、定期检查与维护储罐内部设施，同时也为复测储罐重新编制容积计量表创造条件，加油站埋地油罐一般每隔3-5a需定期清洗1次；除此之外，加油站埋地油罐还存在非定期清洗，例如，油罐改储另一类油品而二者的性质相差较大时，油罐发生渗漏或者有其他损坏需要进行倒空检查或动火修理时，等等。目前，国内对包括加油站埋地油罐在内的一些小容量储油罐及沉积物较少的轻质油料储罐，均采用人工清洗的方式。由清洗作业人员在抽完罐内残液后佩戴呼吸器直接进入油罐内部，用铜铲、木质刮板和棉质拖把等防爆工具将罐内污物手工清洗干净，单罐清洗时间通常需要2h左右。人工清罐方法存在作业危险性高、清洗效率低、清洗效果差、工作强度大和油气及有毒有害气体无组织排放等问题。
随着储运生产要求缩短油罐清洗时间以及行业法规对人员进罐条件的严格限制，西方发达国家自20世纪80年代以来开始推出无人入罐的机械化清洗设备，专利US4721127介绍了一种名为TANKLEENOR的埋地油罐清洗系统，该系统主要包括自吸式离心泵、卷轴、喷嘴、文丘里喷管、电动机、储液桶、连接管线和阀门等。从埋地油罐人孔处插入竖直导向管，导向管与罐底接触端为楔形开口。缠绕在卷轴上的抽吸管沿导向管进入罐中，其末端连接喷嘴，在罐底水平移动。利用自吸式离心泵在文丘里喷管内形成真空，从而通过喷嘴将罐底油泥抽提出并移送至储液桶中。该清洗系统的作用只是抽吸移除罐底油泥，并不能对罐壁进行冲洗。而且位于被清洗罐内的只有抽吸管一条单向管路，整个系统并未构成闭式循环。因此，无法达到最终清洗罐壁的目的。随着机械清洗技术的不断发展，出现了基于高压水射流的机械化清洗技术与设备，其本质是将具有一定压力和流速的清洗介质通过专用的清洗组件(如喷嘴、喷头或喷枪)产生多角度、强度各异、能量集中的冲击射流，进而对罐底油泥、罐壁附着物及铁锈进行打击、冲蚀、切割、楔劈和移除。目前，满足加油站机械清洗要求的主要有美国Gamajet公司的移动式清洗系统(USTMobileCleaningSystem，简称UST-MCS)和英国NonEntrySystems公司(NESL)的Petrack系统，前者基于旋转射流技术，后者基于遥操作履带式移动机器人+喷嘴射流技术。相比较而言，美国Gamajet公司移动式清洗系统的结构更为紧凑，实际操作和运行维护更为简单，一个清洗周期仅需10min，因此被广泛应用。但该系统也存在一些不足之处：(1)三维旋转喷头通过固定安装于人孔的支撑柱放置于油罐内部，仅能在竖直方向上调整其在罐内的深度。由于加油站埋地油罐人孔开口不在罐中心位置处，导致喷头在旋转射流过程中，因喷射距离不同而对罐两端内壁的清洗不均匀，从而影响了清洗效果。(2)该系统对清洗过程中产生的含油污水并未进行有效处理，只是笼统而含糊地声称将含油污水储存于污水箱中送至污水处理厂处理。此外，该系统对于清洗过程中产生的大量油气等挥发性有毒有害气体则简单地采取了直接排放的措施。
国内关于加油站埋地油罐机械清洗的研究才刚起步，相关研究单位较少，总体受关注程度不高，相比于国外先进技术水平和认识存在较大差距。国内某清洗设备代理公司在其对外宣传中声称能够利用“COWS-加油站”型机械清洗设备完成加油站的清洗作业，但主要面向大型地上立式原油储罐的COWS(CrudeOilWashingSystem)机械清洗技术存在系统组成复杂、占地面积过大以及对清洗过程中产生的油气和污水未能实现达标排放等固有缺陷。专利CN103372561A中提出了一种车载式加油站埋地油罐机械清洗系统，该清洗系统通过伸缩机构实现了旋转喷头在罐内的水平移动以达到更好的清洗效果，并利用空气置换单元置换出罐内可燃气体，保证了清洗作业的安全性。但是，对于清洗过程中所产生的有毒有害气体，仅仅是将其经过回气管回注入被清洗油罐内，以暂时减少废气直接排放的持续时间和总排气量，在清洗作业结束时仍然被新鲜空气稀释后排放，从本质上来讲并未实现有毒有害气体的达标排放；而且整个清洗过程未使用可燃气体检测器实时检测罐内氧含量，无法准确判断其是否处于安全浓度范围；对于清洗过程中产生的含油污水，则仅说明通过油水分离器进行分离，将分离后的液体回注入储水罐中，对于最终的污水达标排放问题只字未提。专利CN203508540U中提出了一种新型加油站油罐清洗设备，其特点在于使用换热器对清洗介质加热以达到更好的清洗效果，并利用内部安装有隔板的水槽分别储存经水力旋流器分离出的轻组分和重组分，进而在一定程度上减小了清洗设备的占地空间。但是，对于气体达标排放问题，仅说明在清洗结束后向被清洗罐内通入热空气使残余的油分充分挥发并被抽出，也未提及对含油污水的达标排放处理。
尤其需要指出的是，无论是地上油罐还是埋地油罐的机械清洗，从清洗产物分离处理与循环利用这一关键设备来看，进口或国产化机械清洗装置中最初都是采用长方形敞口撇油槽，基于最简单的隔油池重力沉降原理进行污油回收，也有在长方形敞口撇油槽内加装粗粒化聚结板。但此类设备在撇油过程中均存在控制不稳定、自动化程度低、劳动强度大、能耗大、露天作业和容易污染环境等缺陷。中国石油天然气管道局维抢修分公司于2009年左右研制开发了由卧式容器罐、浮油回收系统和液位控制系统组成的自动密闭撇油装置，虽然卧式容器罐内综合应用了重力沉降和填料粗粒化技术，但仍然存在体积较大、分离效率较低等不足；该公司随后于2011年左右提出了基于水力旋流技术的全密闭带压撇油工艺流程，无需另设排油泵，有效地提高了撇油速度。不过，客观而言，所采用的常规水力旋流器二十多年前即在石油工业上游行业原油开采的采出液预脱水、采油污水除油作业中得到了成功应用，虽然具有结构简单、无运动部件等优点，但单体结构的公称直径较小(一般为Φ35mm)、单体处理量低，在工程实际中通常需要将多个单体结构按照一定方式并联组合起来工作以满足较大的处理量要求，从而导致设备最终的体积不够紧凑。此外，常规水力旋流器还存在进出口压差大、对油滴粒径下限值要求较高(最小分离粒径Φ10-15μm)、易受流量波动影响、分离效率难以进一步提高(最高为90％左右)等不足。
鉴于上述原因，有必要进一步研制开发新型的加油站埋地油罐机械清洗系统来克服现有机械清洗系统存在的诸多不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种本质安全、全程封闭、高效环保、结构紧凑的加油站埋地油罐机械清洗系统，以克服现有加油站埋地油罐机械清洗系统存在的挥发性有毒有害气体(油气等)无序排放或最终仍然集中放空、含油污水未能达标处理、清洗产物分离处理设备复杂、整套系统占地面积大等不足。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
本发明的加油站埋地油罐机械清洗系统，包括低压喷射清洗设备、空气置换设备、气体氛围监测设备、清洗产物分离处理与循环利用设备、含油污水外排达标处理设备和油气回收处理设备；
所述低压喷射清洗设备包括通过管路依次连接的储水罐、增压泵、加热器、涡轮流量计和清洗机，所述清洗机安装在被清洗埋地油罐的专用配套密封盖上，所述专用配套密封盖上集成有气体注入管接头、供水管接头、气体氛围监测取样管接头和抽吸管接头；
所述空气置换设备包括氮气发生器、空气加热器、无油空气压缩机，所述氮气发生器和空气加热器分别与所述气体注入管接头连接，所述无油空气压缩机通过干式文丘里管与所述油气回收处理设备连接，所述抽吸管接头与所述干式文丘里管的吸入口连接；
所述油气回收处理设备包括相互连接的预冷器和活性炭吸附罐；
所述清洗产物分离处理与循环利用设备包括依次连接的过滤器、真空抽吸罐、抽吸泵、轴向入口水力旋流器，所述轴向入口水力旋流器与临时储油罐和所述储水罐分别连接，所述过滤器的排污口与固相收集槽连接，所述真空抽吸罐顶部的废气出口连接有真空泵，所述真空泵的出口与所述气体注入管接头连接，所述过滤器的进口与所述抽吸管接头连接；
所述含油污水外排达标处理设备包括紧凑型立式旋流气浮分离罐和碟式离心机，所述储水罐底部的出口与所述紧凑型立式旋流气浮分离罐连接，所述紧凑型立式旋流气浮分离罐的油相出口与所述临时储油罐连接、水相出口与所述碟式离心机连接，所述碟式离心机的油相出口与所述临时储油罐连接、水相出口与市政污水管网连接；
所述气体氛围监测设备包括安装在所述气体氛围监测取样管接头上的气体检测器。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的加油站埋地油罐机械清洗系统，由于包括低压喷射清洗设备、空气置换设备、气体氛围监测设备、清洗产物分离处理与循环利用设备、含油污水外排达标处理设备和油气回收处理设备，能够进行污水净化处理和油气回收处理并达标排放，本质安全、全程封闭、高效环保、结构紧凑，尤其适用位于城市中心或郊区且对安全环保要求严格的加油站埋地油罐的机械清洗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的加油站埋地油罐机械清洗系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中清洗系统进行清洗的作业流程示意图；
图3为本发明实施例中的清洗机在专用配套密封盖上的安装示意图；
图4为本发明实施例中轴向入口水力旋流器结构示意图；
图5为本发明实施例中紧凑型立式旋流气浮分离罐结构示意图。
图中：
1-储水罐，2-增压泵、3-加热器，4-涡轮流量计，5-清洗机，6-被清洗埋地油罐，7-定位支撑柱，8-水平伸缩机构，9-三维旋转喷头，10-供水管，11-专用配套密封盖，12-气体注入管，13-供水管接头，14-气体氛围监测取样管接头，15-抽吸管接头，16-氮气发生器，17-空气加热器，18-无油空气压缩机，19-干式文丘里管，20、21、22-管线，23-气体检测器，24-过滤器，25-真空抽吸罐，26-真空泵，27-抽吸泵，28-轴向入口水力旋流器，29-临时储油罐，30-固相收集槽，31、32、33、34-管线，35-紧凑型立式旋流气浮分离罐，36-碟式离心机，37、38、39、40-管线，41-预冷器，42-活性炭吸附罐，43、44、45-管线；
51-油水混合物入口，52-隔板，53-起旋叶片，54-轻质油相组分出口，55-重质水相组分出口，56-油相出口，57-排气口，58-安全阀，59-压力表，60-油水混合物切向入口，61-排渣口，62-水相出口，63-气液混合入口，64-管式微气泡发生器，65-油水分离区。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的加油站埋地油罐机械清洗系统，其较佳的具体实施方式是：
包括低压喷射清洗设备、空气置换设备、气体氛围监测设备、清洗产物分离处理与循环利用设备、含油污水外排达标处理设备和油气回收处理设备；
所述低压喷射清洗设备包括通过管路依次连接的储水罐、增压泵、加热器、涡轮流量计和清洗机，所述清洗机安装在被清洗埋地油罐的专用配套密封盖上，所述专用配套密封盖上集成有气体注入管接头、供水管接头、气体氛围监测取样管接头和抽吸管接头；
所述空气置换设备包括氮气发生器、空气加热器、无油空气压缩机，所述氮气发生器和空气加热器分别与所述气体注入管接头连接，所述无油空气压缩机通过干式文丘里管与所述油气回收处理设备连接，所述抽吸管接头与所述文丘里管的吸入口连接；
所述油气回收处理设备包括相互连接的预冷器和活性炭吸附罐；
所述清洗产物分离处理与循环利用设备包括依次连接的过滤器、真空抽吸罐、抽吸泵、轴向入口水力旋流器，所述轴向入口水力旋流器与临时储油罐和所述储水罐分别连接，所述过滤器的排污口与固相收集槽连接，所述真空抽吸罐顶部的废气出口连接有真空泵，所述真空泵的出口与所述气体注入管接头连接，所述过滤器的进口与所述抽吸管接头连接；
所述含油污水外排达标处理设备包括紧凑型立式旋流气浮分离罐和碟式离心机，所述储水罐底部的出口与所述紧凑型立式旋流气浮分离罐连接，所述紧凑型立式旋流气浮分离罐的油相出口与所述临时储油罐连接、水相出口与所述碟式离心机连接，所述碟式离心机的油相出口与所述临时储油罐连接、水相出口与市政污水管网连接；
所述气体氛围监测设备包括安装在所述气体氛围监测取样管接头上的气体检测器。
所述清洗机包括固定在所述专用配套密封盖上的定位支撑柱，所述定位支撑的下端连接有水平伸缩机构，所述水平伸缩机构的端部设有三维旋转喷头，所述三维旋转喷头通过供水管与所述供水管接头连接；
所述三维旋转喷头上对称安装有多个喷嘴，所述三维旋转喷头设有行星齿轮系传动机构、交错齿轮系传动机构、蜗轮蜗杆传动机构或磁力传动机构，并设有水力驱动装置、空气驱动装置或电力驱动装置；
所述预冷器的冷凝液出口与所述含油污水外排达标处理设备连接，所述活性炭吸附罐与所述临时储油罐连接，所述活性炭吸附罐设有净化后空气排放口；
所述轴向入口水力旋流器的侧壁设有油水混合物入口，所述轴向入口水力旋流器内设有隔板，所述隔板内设有起旋叶片，所述轴向入口水力旋流器的上部和下部分别设有轻质油相组分出口和重质水相组分出口；
所述紧凑型立式旋流气浮分离罐内的下部空间设有管式微气泡发生器、上部空间为油水分离区，所述紧凑型立式旋流气浮分离罐的侧壁的上部设有油水混合物切向入口和油相出口、顶部设有排气口、底部设有水相出口和排渣口。
本发明的高效环保的加油站埋地油罐机械清洗系统，能够实现“本质安全、全程封闭、高效环保、结构紧凑”。
本发明采用的技术方案是：①业主利用防爆抽吸泵将埋地油罐内剩余油品从计量口通过临时铺设的排油管线移仓到其他储油罐或者油罐车上。②基于局部防护措施，拆卸管线法兰及液位仪信号线，拆除油罐人孔大法兰盘上的连接设备(如潜油泵、液位仪探棒等)，将法兰盘整体平稳提起放置于安全地带，放置好拆卸螺丝和垫片。③基于局部防护措施，在埋地油罐罐口人孔法兰上安装清洗作业专用配套密封盖，专用配套密封盖上至少设置惰性气体(氮气)注入管接头、供水管接头、抽吸管接头、气体氛围监测取样管接头和清洗机总成定位支撑柱等，以保持清洗过程在封闭状态下进行；包括水平伸缩机构、三维旋转喷头、视频摄像等部件的清洗机总成通过定位支撑柱固定垂直悬挂在埋地油罐内。④利用氮气发生器(如采用“快易冷”小型低温液氮贮罐+汽化器)，通过注入管向埋地油罐内注入氮气以置换罐内高浓度油气；同时启动无油空气压缩机，通过向干式文丘里喷射装置输入高速新鲜空气而形成真空，抽吸埋地油罐内的废气，稀释后进入油气回收处理系统，气体经净化处理后排空；同时用可燃气体检测器实时检测罐内氧含量直至清洗作业结束，确保其达到并保持在安全标准(8％以下)。⑤调整安装在埋地油罐内的清洗机总成进行对位，尽可能使三维旋转喷头靠近埋地油罐中心，以便取得更好、更为均匀的清洗效果。⑥启动增压泵，以储水罐中的清水作为清洗介质，驱动三维旋转喷头进行清洗作业，进行一段时间(一般2min)后，启动真空泵，使真空罐内产生真空，通过与真空罐连接的抽吸管路将清洗混合物连同部分气体抽提出埋地油罐，经过滤器初步实施固液分离后进入真空罐，随着边清洗、边清除埋地油罐内污物的连续进行，真空罐内的废液、废气也持续产生；抽吸泵将真空罐内的废液泵入油水高效分离装置进行处理，高含油量的液体进入临时储油罐，较低含油量的液体进入储水罐重新回用于清洗流程；真空泵的启停根据真空罐内的液位高低实施自动控制，液位下限时启动而上限时停止(同时还具有异常工况的保护能力)，工作过程中抽吸的废气则通过氮气注入管重新进入埋地油罐，以避免直接向加油站周围大气环境持续排放废气，必要时可以启动氮气发生器注入少量氮气以补充埋地油罐内气相空间压力的降低。⑦当根据埋地油罐内壁介质情况确定的清洗时间(一般10-30min)达到后，停止增压泵、氮气发生器，将罐外的新鲜空气通过空气加热器加热后注入埋地油罐内对其进行烘干；同时启动无油空气压缩机，通过向干式文丘里喷射装置输入高速新鲜空气而形成真空，抽吸埋地油罐内的废气，稀释后进入油气回收系统，气体经净化处理后排空；埋地油罐内的负压状态不仅有助于提高烘干速度，而且通过热空气及负压的联合作用，使埋地油罐内壁残留的油分充分挥发并被抽出。⑧当通过有毒有害气体检测器检测到埋地油罐内的气体浓度符合《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》(SH3063)时，达到了埋地油罐内进人的安全条件，操作人员佩戴呼吸器入罐验收、检查、测厚；验收合格后设备复位，恢复现场。⑨对储水罐中的含油污水进行达标净化处理，回收其中的油分放置在临时储油罐中，达标净化后的污水排入市政管网；办理离站手续。
由于采用了上述技术方案，本发明有如下优点和效果：(1)专用配套密封盖的使用不仅实现了油罐的密闭清洗，而且安装拆卸方便、节省时间。(2)配套密封盖上的清洗机可通过调整水平伸缩机构，使三维旋转喷头位于罐内的合适位置，以便对罐内壁保持适当的靶距，有助于使清洗范围和清洗强度满足使用要求。(3)在清洗机工作前即利用氮气发生器向罐内注入氮气置换油气，能够有效防止清洗机在启动和工作时产生静电等火灾隐患。而在清洗结束时送入加热空气再次置换罐内废气，确保进罐检查人员安全及罐内干燥的要求。两个阶段的置换过程真正保证了整个清洗作业的安全性。(4)油水分离装置采用最新研制开发的轴向入口水力旋流器代替常规的切向入口水力旋流器可实现油-水高效分离。这种内联式结构不仅使水力旋流器单体处理量进一步增大，而且降低了对流体入口压力的要求，非常适合加油站埋地油罐机械清洗中进行油水分离的工况要求。(5)基于“初冷凝结+活性炭吸附”技术的油气回收处理装置的使用，能够实现“空气+水蒸气+油气”的有效分离和回收利用。既从根本上解决了油气达标排放问题，又能在一定程度上节省能源。(6)含油污水外排达标处理装置采用“紧凑型立式旋流气浮一体化分离+碟式离心机分离”的技术组合方案。其中，紧凑型立式旋流气浮一体化除油设备是发明人自主研制开发的产品，主体部分为旋流气浮组合分离罐。通过微气泡发生器产生微细气泡注入含油污水中，并沿分离罐上部切向入口进入形成旋流，同时微细气泡对含油污水进行气浮处理，在旋流和气浮协同作用下，将含油污水分离为轻质油组分和重质水相。该技术克服了常规加压溶气气浮污水除油技术所存在的如需要加入浮选剂以保证除油效果，需要配备填料溶气罐、空压机等设备，使系统占地面积较大，运行维护麻烦，水力停留时间较长，除油效果较差等不足。(7)整个清洗系统集成于撬装式可移动结构(如工程作业车辆)中，装卸方便，结构紧凑，占用空间较小。(8)应用范围广，相关技术可直接移植推广应用于各类油库储罐、各类挥发性液态化工产品储罐、铁路罐车的机械清洗作业。
具体实施例：
如图1、图2所示，该系统主要包括低压喷射清洗设备、空气置换设备、气体氛围监测设备、清洗产物分离处理与循环利用设备、含油污水外排达标处理设备和油气回收处理设备等。
图3为清洗机在专用配套密封盖上的安装示意图，专用配套密封盖11还集成有氮气注入管接头12、供水管接头13、气体氛围监测取样管接头14和抽吸管接头15，极大地方便了各管线与清洗机的连接并且保证了清洗过程在密闭状态下进行。
低压喷射清洗设备包括储水罐1、增压泵2、加热器3、涡轮流量计4和清洗机5，各部分依次通过管路连接，并安装有阀门、流量计、压力表和温度表。增压泵2将储水罐1内的清水加压并经加热器3加热(温度为70℃左右)后输送至清洗机5，喷射出冲击射流对被清洗罐6内壁进行清洗。清洗机5包括定位支撑柱7、水平伸缩机构8、三维旋转喷头9和供水管10，定位支撑柱7固定安装在专用配套密封盖11上，三维旋转喷头9安装于水平伸缩机构8的端部，可随水平伸缩机构8移动至油罐中心位置。所述三维旋转喷头上对称安装有多个(2-4个)喷嘴，喷嘴可以选配普通射流喷嘴或自激振荡脉冲射流喷嘴等高性能喷嘴。根据内部传动及减速机构的不同，三维旋转喷头可分为行星齿轮系传动、交错齿轮系传动、蜗轮蜗杆传动、磁力传动等；根据驱动方式的不同，可分为水力驱动、空气驱动和电力驱动等。在进行清洗作业时，依据对清洗时间、清洗效果的要求以及被清洗油罐具体特点(如人孔直径大小、罐内洁净程度)选用不同类型的旋转喷头。行星齿轮系传动和水力驱动的组合方式具有较好的紧凑性、传动平稳性以及可实现较大传动比等特点，建议优先选用。
空气置换设备包括氮气发生器16、空气加热器17、无油空气压缩机18和干式文丘里管19，在清洗机工作前，利用氮气发生器16通过注入管线12置换被清洗罐6内高浓度油气，同时启动无油空气压缩机18，通过管线20向干式文丘里管19中输入高速新鲜空气并在其中形成真空，使被清洗罐6内被置换出的高浓度油气从与抽吸管接头15相连接的管线21进入干式文丘里管19中，随新鲜空气一起由干式文丘里管19出口管线22进入油气回收处理设备；当清洗机工作时则停止无油空气压缩机18，利用清洗产物分离处理与循环利用设备将被清洗罐6内废气通过管路循环使用；当根据被清洗罐6内壁介质情况所确定的清洗时间(通常10-30min)达到后，即清洗机停止工作时，停止氮气发生器16和清洗产物分离处理与循环利用设备，再次启动无油空气压缩机18，通过管线20向干式文丘里管19中输入高速新鲜空气并形成真空，使被清洗罐6内废气经抽吸管15及管线21再次进入干式文丘里管19中，并使被清洗罐内产生真空，此时打开连接空气加热器17与注入管12的管路上阀门，将与注入管12连接的其他管路阀门关闭，使新鲜空气经空气加热器17加热后进入被清洗罐内，通过热空气和负压的联合作用，使罐内壁残留的油分充分挥发并被抽出，同样经过抽吸管15进入干式文丘里管19，并最终进入油气回收处理设备中。所述氮气发生器16可以采用诸如空气产品公司(AirProductsCompany)“快易冷(CryoEase)”之类的小型低温液氮钢瓶(杜瓦瓶)和汽化器组合，能够满足各种贮罐尺寸、压力及配置要求，并且具有移动方便、占用空间小等特点。
气体氛围监测设备主要是气体检测器23，将其安装在气体氛围监测取样管接头14上，在清洗过程中测量罐内可燃气体含量，并据此实时调节空气置换设备对罐内的注气量，使可燃气体含量保持在8％的安全浓度范围以下。当清洗机停止工作后，在操作人员进入油罐前检测罐内有毒有害气体含量以确保为安全浓度范围。
清洗产物分离处理与循环利用设备包括过滤器24、真空抽吸罐25、真空泵26、抽吸泵27、轴向入口水力旋流器28、临时储油罐29和固相收集槽30。在清洗机工作一段时间(一般2min)后，启动真空泵26，使真空抽吸罐25内产生真空，将被清洗罐6内产生的清洗产物连同部分气体经抽吸管15抽提出罐外，通过与抽吸管15连接的管路31进入过滤器24初步分离其中的固体残渣。将固体残渣输送至固相收集槽30，而剩余清洗产物进入真空抽吸罐25，其中的废气由罐顶部出口管路32经真空泵26从与注入管12相连接的管路34重新进入被清洗罐6内，充当惰性气体保护。含油废液则由真空抽吸罐25底部出口管路33经抽吸泵27进入轴向入口水力旋流器28进行油水分离，分离出的轻质油相组分和重质水相组分分别自水力旋流器顶部溢流口和底流口进入临时储油罐29中储存和储水罐1中循环利用。
所述轴向入口水力旋流器28的结构示意图如图4所示，清洗过程中产生的含油废液经过滤器预分离后，在一定压力下从位于水力旋流器中部轴向位置上的入口进入，经隔板导流后进入环形空间，沿位于水力旋流器中心的起旋叶片形成高速旋转的涡流。因离心力的差异，重质水相组分被甩至隔板壁并沿底流口排出，轻质油相组分则被迫移向轴心并向上流动，从顶部溢流口排出。当入口流体含油量为1％-50％，气体含量为0-50％，入口流体流量为10-40m3/h时，经分离后的水中含油量可降至200-2000ppm，油水两相的进出口压降分别为0.3-2.5bar、0.1-2.0bar，分离效率(脱水率)高达95％。可根据对分离效果和处理量的要求，对轴向入口水力旋流器单体采用串联或并联的方式组合。非常适合加油站埋地油罐机械清洗中进行油水分离的工况要求。
含油污水外排达标处理设备包括紧凑型立式旋流气浮分离罐35和碟式离心机36，该设备用于在清洗作业结束时对储水罐1内含油污水进行深度处理以达标排放。含油污水自储水罐1底部出口管路37首先进入紧凑型立式旋流气浮分离罐35，利用“旋流+气浮”技术分离出的油相通过管路38进入临时储油罐29储存，而污水(含油量已降低到20mg/L以下)则进入碟式离心机36中进一步分离。分离出的少量油相组分从出口管路39进入临时储油罐29中，此时污水中含油量已降低至5mg/L以下，满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中二级排放标准对石油类最高允许排放浓度(日均值)的相关规定(10mg/L)，完全可以直接从管路40排放入市政污水管网。
紧凑型立式旋流气浮分离罐35为本发明人自主研制开发的产品，其结构如图5所示，工作原理概述为利用管式微气泡发生器，向待处理的含油污水中混入大量的微细气泡，然后从上部切向入口进入立式旋流气浮分离罐35，在中上部的分离区产生弱旋流。弱旋流一方面使得轻质的污染物颗粒和微细气泡向中心运移，另一方面促进了污染物颗粒与微细气泡之间的碰撞粘附，形成密度更小的气泡-污染物絮体，在重力和离心力的双重作用下絮体迅速上浮至水面，形成“一次气浮作用”。浮升到液面的气泡-污染物絮体可以自容器顶部排气口靠压力排出，也可以采取重力自流排出；处理后的污水从底部排出，部分处理后的水回流和顶部排出气体在气液混合泵中再次混合，带有大量微细气泡的回流水在容器下部均匀分布，起到“二次气浮作用”。总体来看，含油污水相当于在旋流气浮分离罐内进行了一次旋流分离和二次气浮分离，因此除油效率较常规旋流分离设备和常规气浮分离设备有较大幅度提升。工程实际应用中，可根据具体需要选择一个或多个立式旋流气浮组合罐，组合形式可以为并联或串联，还可在入口污水中加注合适的微量絮凝剂或破乳剂，以进一步提高除污效率，从而达到污水处理系统的设计要求。根据发明人目前所拥有的设计研发能力来看，紧凑型立式旋流气浮分离罐35污水处理能力为4-300m3/h，可处理的入口污水含油量≤3500ppm，经处理后的出口水含油量≤5-50ppm。设计压力≤1.0MPa，额定设计水力停留时间＜5min(常规气浮处理技术的水力停留时间≥15min)，相同处理量下的有效工作容积不足常规气浮技术的1/3，气浮来源可为氮气、天然气等气体甚至是空气。本发明人所研发的最新一代紧凑型旋流气浮一体化含油污水处理装置样机在油田现场的试验结果表明，在来水矿化度高、来水含油量不稳定、来水压力较低等情况下，不加处理药剂时系统以4m3/h的额定处理量连续运行，入口污水的含油量在62.5-92.5ppm之间(属于低含油量污水)，出水口的含油量在10-17ppm之间，除油率在80.8％-85.5％之间，除油效果较好。显然，上述紧凑型旋流气浮一体化含油污水处理装置完全能够被用于加油站埋地油罐清洗过程中含油污水(通常是低含油量污水)的达标排放处理。当然，也可以根据油罐机械清洗所得含油污水水质、水量的具体情况以及当地环保法规的具体要求，将两个甚至多个紧凑型旋流气浮一体化含油污水处理装置串联甚至并联运行。
所述碟式离心机36在含油污水处理中已经得到了广泛应用，而且属于通用机械产品，本发明不再赘述。
油气回收处理设备包括预冷器41和活性炭吸附罐42，在清洗机工作前从被清洗罐内置换出的高浓度油气及清洗作业结束时的罐内废气，均由干式文丘里管19出口管路22进入预冷器41中。首先将其经过-4℃初冷，去除其中大部分水蒸气和部分C6以上的组分，冷凝液自预冷器底部出口管路43进入后续含油污水外排达标处理装置。而冷凝处理后的低温气体导入活性炭吸附罐42，达标净化后自装置顶部管路44直接排放到大气中。活性炭吸附罐42吸附饱和后利用新鲜空气吹扫进行脱附，脱附产生的富集油气经管路45导入密闭临时储油罐29的液面下，借助气体吸收和气液相平衡机理进行储存，从而在减少油品清洗损耗的同时避免污染大气环境。油气回收处理设备除了采用“冷凝法+吸附法”相结合的技术进行油气达标排放处理外，还可将冷凝法与压缩、吸收、膜分离等过程联合使用，以达到既经济又能获得较高回收率的目的。
综上所述，清洗系统作业流程可概述为：基于局部防护措施在罐口人孔法兰上安装专用配套密封盖，启动空气置换设备，置换罐内高浓度油气并输送至油气回收处理设备进行处理，借助气体检测器测定罐内氧含量达到8％以下后，启动低压喷射清洗设备进行罐内清洗作业，在此过程中利用空气置换设备和清洗产物分离处理与循环利用设备分别对罐内废气和废液进行循环使用，清洗作业结束时，再次利用空气置换设备对罐内进行通风干燥，并将罐内残余废气输送至油气回收处理设备，经回收处理后达标排放。同样利用含油污水外排达标处理设备对储水罐内废液进行达标排放处理。整个清洗作业过程真正实现了高效环保和资源的有效利用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种加油站埋地油罐机械清洗系统，其特征在于，包括低压喷射清洗设备、空气置换设备、气体氛围监测设备、清洗产物分离处理与循环利用设备、含油污水外排达标处理设备和油气回收处理设备；
所述低压喷射清洗设备包括通过管路依次连接的储水罐(1)、增压泵(2)、加热器(3)、涡轮流量计(4)和清洗机(5)，所述清洗机(5)安装在被清洗埋地油罐(6)的专用配套密封盖(11)上，所述专用配套密封盖(11)上集成有气体注入管接头(12)、供水管接头(13)、气体氛围监测取样管接头(14)和抽吸管接头(15)；
所述空气置换设备包括氮气发生器(16)、空气加热器(17)、无油空气压缩机(18)，所述氮气发生器(16)和空气加热器(17)分别与所述气体注入管接头(12)连接，所述无油空气压缩机(18)通过干式文丘里管(19)与所述油气回收处理设备连接，所述抽吸管接头(15)与所述干式文丘里管(19)的吸入口连接；
所述油气回收处理设备包括相互连接的预冷器(41)和活性炭吸附罐(42)；
所述清洗产物分离处理与循环利用设备包括依次连接的过滤器(24)、真空抽吸罐(25)、抽吸泵(27)、轴向入口水力旋流器(28)，所述轴向入口水力旋流器(28)与临时储油罐(29)和所述储水罐(1)分别连接，所述过滤器(24)的排污口与固相收集槽(30)连接，所述真空抽吸罐(25)顶部的废气出口连接有真空泵(26)，所述真空泵(26)的出口与所述气体注入管接头(12)连接，所述过滤器(24)的进口与所述抽吸管接头(15)连接；
所述含油污水外排达标处理设备包括紧凑型立式旋流气浮分离罐(35)和碟式离心机(36)，所述储水罐(1)底部的出口与所述紧凑型立式旋流气浮分离罐(35)连接，所述紧凑型立式旋流气浮分离罐(35)的油相出口与所述临时储油罐(29)连接、水相出口与所述碟式离心机(36)连接，所述碟式离心机(36)的油相出口与所述临时储油罐(29)连接、水相出口与市政污水管网连接；
所述气体氛围监测设备包括安装在所述气体氛围监测取样管接头(14)上的气体检测器(23)。
2.根据权利要求1所示的加油站埋地油罐机械清洗系统，其特征在于，所述清洗机(5)包括固定在所述专用配套密封盖(11)上的定位支撑柱(7)，所述定位支撑柱(7)的下端连接有水平伸缩机构(8)，所述水平伸缩机构(8)的端部设有三维旋转喷头(9)，所述三维旋转喷头(9)通过供水管(10)与所述供水管接头(13)连接。
3.根据权利要求2所示的加油站埋地油罐机械清洗系统，其特征在于，所述三维旋转喷头(9)上对称安装有多个喷嘴，所述三维旋转喷头(9)设有行星齿轮系传动机构、交错齿轮系传动机构、蜗轮蜗杆传动机构或磁力传动机构，并设有水力驱动装置、空气驱动装置或电力驱动装置。
4.根据权利要求1所示的加油站埋地油罐机械清洗系统，其特征在于，所述预冷器(41)的冷凝液出口与所述含油污水外排达标处理设备连接，所述活性炭吸附罐(42)与所述临时储油罐(29)连接，所述活性炭吸附罐(42)设有净化后空气排放口。
5.根据权利要求1所示的加油站埋地油罐机械清洗系统，其特征在于，所述轴向入口水力旋流器(28)的侧壁设有油水混合物入口(51)，所述轴向入口水力旋流器(28)内设有隔板(52)，所述隔板(52)内设有起旋叶片(53)，所述轴向入口水力旋流器(28)的上部和下部分别设有轻质油相组分出口(54)和重质水相组分出口(55)。
6.根据权利要求1所示的加油站埋地油罐机械清洗系统，其特征在于，所述紧凑型立式旋流气浮分离罐(35)内的下部空间设有管式微气泡发生器(64)、上部空间为油水分离区(65)，所述紧凑型立式旋流气浮分离罐(35)的侧壁的上部设有油水混合物切向入口(60)和油相出口(56)、顶部设有排气口(57)、底部设有水相出口(62)和排渣口(61)。
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