CN106621471A - 一种储罐水下收油装置及其水下收油方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储罐水下收油装置及其水下收油方法，该装置包括在罐体内部、周边与罐体内壁滑动密封的伞状隔板；伞状隔板的中央设有向上凸起的聚油筒，该聚油筒内设有收油管，收油管通过挠性管与罐壁出油管连接；伞状隔板上设有通向其上部的隔板连通口，该隔板连通口通过挠性管与罐底连通口相通。由于在伞状隔板上部设有保温水层区，为伞状隔板下面的油相聚集区及聚油筒内的油品保温，并使油品与气相空间区隔离，即避免了油气等有毒有害气体挥发，污染环境，又使油品一直维持稀释的可流动状态，自动流入收油管内，避免了油品凝固出现大面积死油现象，使得国内外石油化工行业长期面临的因为油品凝固，在液体表面形成大面积死油硬壳，造成污水处理罐及原油沉降脱水罐收油失效的技术难题得到解决。

Description

一种储罐水下收油装置及其水下收油方法
一、技术领域
本发明属于储罐收油装置技术领域，具体涉及一种储罐水下收油装置及其水下收油方法。
二、背景技术
世界各国在石油开采过程中，有大量地下水随着原油被采出。这些被采出的液体统称为原油采出液。这些采出液的主要成分是油、气、水三相物质，在地面需要进行分离，形成合格的原油。对于原油采出液的第一步处理是脱气，即气液分离，形成气相和液相，气相主要是天然气，天燃气的后续处理与本专利无关。这里主要涉及液相的处理。经过脱气处理后形成的液相，主要由水和原油组成，要得到纯净的原油，还需要进行油水分离，通常称脱水处理。油水分离国内外现行的办法主要是重力沉降法与电解法。由于电解法设备造价高、能耗大，因此重力沉降法应用比较普遍，我国大部分油田普遍采用这种方法。
该种方法通常是这样实现的，将脱气后的含水原油过管线输送到沉降储罐里，经过几十个小时的罐内停留沉降，根据重力分离原理，低含水原油从罐内向上漂浮，逐步聚集在储罐液体的最表面，水向下运动，逐渐沉降到罐底部。这些飘在液面的原油，需要连续从罐内收集出来，排到罐外。
国内外收集这些原油通常采用的方法是液面溢流，就是在罐内接近最高液位的位置布置若干溢流槽，通过控制液面，使液面高于溢流槽，让漂浮在最表面的原油在液位差压的作用下，流到溢流槽内，然后在通过管线排到罐外。这种方法有两个突出的缺点，第一，液面高度波动大，在溢流操作时，水也被溢流到槽内，使收出的原油仍然带有大量水。因此往往需要二次沉降甚至三次沉降。第二，原油通常粘度大、凝固点底，由于原油漂浮的液面最上方，直接与储罐的气相空间直接接触，气相空间通过呼吸阀与外部大气连通，此空间的温度低于原油凝固点。这使漂浮在表面的原油温度下降，当下降到原油的凝固点，原油开始逐渐凝固，随着时间加长，会有大面积的凝固油漂浮在液体表面，结成不具备流动性能的死油，由于不具有流动性能，因此无法通过溢流槽收集，情况严重的，溢流槽的表面也被死油包围，使溢流槽失去溢流功能。国内外很多油田原油罐检修，都是由于结成的死油层面积过大，造成溢流功能失效而停产检修。
对于含油污水处理罐也存在类似问题。在油田、炼油厂、石油化工行业，分布着大量含油污水罐，用于含油污水的沉降分离净化处理。这些含油污水处理罐也存在漂浮的液面油凝固，形成死油层，无法实现收油的问题。含油污水罐收集污油，通常采用溢流槽、浮动撇油槽，水力旋流收油等方法，这些方法都在液面收油，都依赖油品具有很强的流动特性。而当液面的油品凝固，形成死油层，飘在液面的油品无法流动时，所有这些方法都会一一失效，造成污水处理罐停产，清罐检修。污水处理罐停产检修，会破坏油田联合站、炼油厂污水处理车间等污水处理流，使污水处理不达标。同时，清罐要动用大量人力、财力，动用大量运输和机械设备清理污泥等，浪费资源，污染环境。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种设计合理、构思新颖、巧妙，能有效克服现有储罐收油方法诸多不足的储罐水下收油装置及水下收油的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：该装置包括在罐体内部、周边与罐体内壁滑动密封的伞状隔板；伞状隔板的中央设有向上凸起的聚油筒，该聚油筒内设有收油管，收油管通过挠性管与罐壁出油管连接；伞状隔板上设有通向其上部的隔板连通口，该隔板连通口通过挠性管与罐底连通口相通。
实现上述水下收油方法，包括如下步骤：
①含水原油从罐壁进液管进入罐内，当液位上升到伞状隔板连通口所在的位置时，在连通器的作用下，伞状隔板上方的液面与伞状隔板下方的液面会处于同一水平面上，并同步上升，含水原油不断进入，液面也会继续升高，液面升至一定高度后，伞状隔板自动浮起，伞状隔板上方保温水层区也同时停止进水，保温水层建立完毕。
② 由于油水密度不同，停留在伞状隔板下方的含水原油或含油污水，在浮力作用下开始油水分离，分离出来的油颗粒向上浮动，聚积在伞状隔板下部，并沿着伞状隔板下方的斜面不断向斜上方运动、聚集，最终全部聚积在聚油筒内，进入收油管；由于收油管通过挠性管与罐壁出油管相连接，因此罐内的油被排除到罐外，实现水下收油的过程；失去油的水颗粒向下运动，聚集在罐底部，通过底部排水管排至罐外，实现罐底排水的过程。
本发明使用时安装在原油沉降储罐内或污水处理储罐内，对于新建的上述两种储罐，可直接将本装置安装或预制在罐体内；对于传统储罐进行技术改造，则可将先前安装在罐内的传统的收油设施拆除，仅保留罐体及罐顶呼吸阀、罐壁进出管等外部附件，然后将本装置安装在罐内。本发明的实质是在罐内设置一个密闭的伞状隔板，它类似于多棱锥体结构，水平浸没在液体之中，将罐内液体分隔为上方和下方两部分，上方液体的深度小于下方的深度。上方液体是通过隔板连通口充至伞状隔板上面并覆盖在伞状隔板上，对伞状隔板起保温作用。伞状隔板下方的液体被阻隔在罐内油水分离的沉降区，进行油水分离。本发明采用上述结构，由于在伞状隔板上方设有保温水层区，保温水覆盖在伞状隔板上面，为伞状隔板下面的油相聚集区及聚油筒内的油品保温，并使油品与液面的气相空间区隔离，使油品一直维持稀释的可流动状态，自动流入收油管内，从根本上避免了由于低温导致油品凝固，形成死油现象无法收油。避免了死油所带了诸多不足。
本发明设计合理、构思新颖、巧妙，可以一罐多用，一罐多能。一个罐，即可以实现污水调和，也可以实现气浮浮选。对于原油沉降罐，可以做一次、二次沉降罐使用，由于水下收油可以直接泵抽，无需加设缓冲罐，使原油沉降脱水减少了一半的建罐数量，大大减少基建投资和土地占用。同时由于省掉缓冲罐，还明显减少为原油加热而消耗的能源。与传统方法相比，该方法操作简单方便，生产稳定可靠，节能，环保，使收油含水率、罐出水纯净度都达到最佳状态。
四、附图说明
图1为发明的结构示意图。
五、具体实施方式
如图所示，本发明包括在罐体17内、周边通过环形密封体1-1与罐体内壁滑动密封的伞状隔板1，伞状隔板1下部为油水沉降区12。伞状隔板1的中央设有向上凸起的聚油筒4，该聚油筒4内设有通过挠性管5-1与罐壁出油管5相通的收油管5-2。罐壁出油管5上还设有收油泵5-3。伞状隔板1上设有通向其上部的隔板连通口9，该隔板连通口9通过挠性管9-1与连通口9-2相通。该连通口9-2通过底部支架9-3固定在罐底。采用上述结构，由于罐体内腔下部的水的纯净度呈梯度变化，位置越低水越纯净，罐底的水就是相对纯净的水。这样，通过隔板连通口9、通挠性管9-1及连通口9-2送至伞状隔板1上部的水始终是相对纯净的罐底水，较少有油品漂浮在水表面，难以形成死油层、难以挥发出有毒有害的气体，保护了环境。
伞状隔板1上部的保温水层区15内设有通过拉杆3-1与伞状隔板1连接的浮筒3，该浮筒3有若干个，其产生的浮力，可将整个伞状隔板1及其附属部件在液体中浮动起来，并随着液面上下同步浮动，当进罐含水原油出现波动以至液面发生变化时，该浮筒3可使伞状隔板1及其附属部件适应该液面变化。这样可平衡罐内进液量的变化，使罐内液体始终保持最佳沉降时间。
伞状隔板1上部的保温水层区15顶部还设有浮顶2，浮顶2带有环形密封体2-1与罐体内壁实现滑动密封，在浮顶2上设有自动排气阀2-2，用于投产进液排气，进满液体后自动关闭。该浮顶2将保温水分布区15与罐内气相空间区16隔离。目前，与该种浮顶2类似的浮盘技术在石油化工行业其它液体储罐内已经被广泛使用，目的是避免有毒有害气体挥发到大气之中，危害环境及生命、生产安全。但是由于本专利涉及的储罐，由于液面油的低温凝固，形成凝固的死油层，长期阻碍了类似于浮盘技术的浮顶2在原油沉降罐、污水处理罐领域的应用，直到目前，这些储罐的有毒有害物质一直处于自由挥发状态，无法治理。使周边环境、生产安全、生命安全受到严重威胁和损害。采用水下收油方法，不存在油面凝固形成死油的问题，使浮顶2得以在这些挥发性很强的储罐内应用，突破了该领域长期面临的无法使用浮顶技术处理储罐液体挥发、污染环境的技术难题。
聚油筒4的上端设有自动排气孔4-1，用于投产进液排气，进满液体后自动关闭。在聚油筒4的上方设置收气管6，通过收气管6收集液体中挥发出来的气体。这些气体通常是天然气或其它有害气体。收气管6通过挠性管6-1及罐壁气体出口6-2与罐体外部的缓冲罐6-3相通，缓冲罐6-3上端设有与气体回收装置6-7相通的缓冲罐排气管6-6，缓冲罐6-3下部设有经排液泵6-4通入罐体内的液体回流管6-5。采用上述结构的目的是，在沉降分离的过程中，含水原油中的残留气体也会被进一步分离出来，这些气体也同样向上浮动，当遇到伞状隔板1后，也会向隔板中间聚集，最终聚集到聚油筒4内，在聚油筒4内这些气体会继续上浮，到达油层上方，经气体回收管6、气体回收挠性管6-1、罐壁气体出口6-2排至罐体外部的缓冲罐6-3内。在缓冲罐6-3内，由于温度降低，进来的气体的一部分会重新凝结成液体，这些液体沉降在缓冲罐6-3底部，用排液泵6-4经液体回流管6-5回输至罐体内。缓冲罐6-3内的气体经过缓冲罐排气管6-6进入气体回收装置6-7，实现有毒有害气体的密闭回收，进而保护了环境，避免出现严重安全隐患。上述收气管6经通气阻液阀6-8与聚油筒4上端相通，该通气阻液阀6-8能在有液体时立即关闭；无液体时保持开启。这样，当生产工况出现突变，造成液面剧烈波动时，能够有效防止液体进入气体管线。
伞状隔板1下部通过布液管拉杆1-2及浮板吊耳1-3挂装有布液管7-2，该布液管7-2通过布液挠性管7-1与罐体进液管7相通，其管体上设有多个布液孔。该布液管7-2与伞状隔板1上下同步运动。采用上述结构可以使进液更加均匀。伞状隔板1下部还设有浮支腿1-4。在罐体内腔一侧设有用于对伞状隔板1及浮顶2进行防旋转限位的限位杆18。
排水管8在罐内部分为沿罐底布置的横管，其管体上设有多个出水孔。由于沉降下来的污水的纯净度是呈梯度变化的，越接近罐底，越纯净；同时，聚集到顶部的油层距离罐底部距离越远，油与水的相互干扰效应也越小。因此排水管8设置在罐低，并采用高液位液压出水方式向罐外排水，即只有伞状隔板1达到最高液位高度时，罐底相对纯净的水才能在高水位压强作用下从排水管8排出，保证了排出的水为相对纯净水。
排水管8在罐体外部与沿罐体17外壁布置的连通立管8-1相通，连通管8-1上部与位于罐体外侧上部的水位控制箱8-2的下部一侧相通，水位控制箱8-2下部的另一侧与水箱排水管8-4相通；在水位控制箱8-2内腔内、连通管8-1及水箱排水管8-4之间设有水位调节板8-3。采用上述结构，由于排水管18与沿罐体17侧壁布置的连通立管8-1相通，使充入罐内的含水原油只有达到最高的液位时，罐内的水柱压强才能使罐底水经排水管8，沿着连通立管8-1进入水位控制箱8-2内，再经水箱排水管8-4排出。主要为避免分离出的油及油水界面区13下沉至罐底部位，与沉降于罐底的相对纯净水管路混合，被一起排出罐外，有效地保证了罐内出水的纯净度。同时，通过调整水位调节板8-3高度就可控制排水液面高度，从而将罐内排水液面高度控制在需要范围内。水位控制箱8-2上端设有与气相空间区16相通的气压平衡管8-5，可防止水箱排水管8-4向外排水时造成虹吸，过量抽吸罐体内液体，影响油水沉降分离效果。
在罐体17内设有油水界面仪10，该油水界面仪10的仪表导向管10-2插入罐内，仪表导向管10-2装有浮在油水界面区13的浮子10-1；油水界面仪10通过远传电缆通向罐外的自动控制系统11，自动控制系统11通过收油泵控制回路11-1、排液泵控制回路11-2及气体回收装置控制回路11-3分别控制收油泵5-3、排液泵6-4及气体回收装置6-7。采用上述结构，即可实现收油自动控制；具体控制过程为：油水界面仪10检测油相聚集区14的油层厚度，通过远传电缆10-3传输给自动控制系统11，当油层厚度达到设定值，自动控制系统11通过收油泵控制回路11-1启动收油泵5-3开始收油；油层厚度低于设定值时，停止收油泵5-3收油。由于采用自动收油控制，使装置运行稳定，降低人工操作依赖性，提高了工作效率，降低了劳动强度。
图中的罐顶部呼吸阀19，为罐体17原有附件。

Claims (10)

1.一种储罐水下收油装置，其特征是：该装置包括在罐体（17）内部、周边与罐体内壁滑动密封的伞状隔板（1）；伞状隔板（1）的中央设有向上凸起的聚油筒（4），该聚油筒（4）内设有收油管（5-2），收油管（5-2）通过挠性管（5-1）与罐壁出油管（5）连接；伞状隔板（1）上设有通向其上部的隔板连通口（9），该隔板连通口（9）通过挠性管（9-1）与罐底连通口（9-2）相通。
2.根据权利要求1所述的一种储罐水下收油装置，其特征是：伞状隔板（1）上部的保温水层区（15）内设有通过浮筒拉杆（3-1）与伞状隔板（1）连接的浮筒（3）。
3.根据权利要求1或2所述的一种储罐水下收油装置，其特征是：伞状隔板（1）上部的保温水层区（15）顶部设有与罐体内壁滑动密封的浮顶（2），该浮顶（2）上设有自动排气阀（2-2）。
4.根据权利要求1或2所述的一种储罐水下收油装置，其特征是：在聚油筒（4）的上方设置收气管（6），该收气管（6）通过挠性管（6-1）及罐壁气体出口（6-2）与罐体外部的缓冲罐（6-3）相通，缓冲罐（6-3）上端设有与气体回收装置（6-7）相通的缓冲罐排气管（6-6），缓冲罐（6-3）下部设有经排液泵（6-4）通入罐体内的液体回流管（6-5）；聚油筒（4）的上端设有自动排气孔（4-1）。
5.根据权利要求1或2所述的一种储罐水下收油装置，其特征是：收气管（6）经通气阻液阀（6-8）与聚油筒（4）上端相通。
6.根据权利要求1或2所述的一种储罐水下收油装置，其特征是：伞状隔板（1）下部通过布液管拉杆（1-2）及浮板吊耳（1-3）挂装有布液管（7-2），该布液管（7-2）通过布液挠性管（7-1）与罐体进液管（7）相通，其管体上设有多个布液孔。
7.根据权利要求1或2所述的一种储罐水下收油装置，其特征是：排水管（8）在罐内部分为沿罐底布置的横管，其管体上设有多个出水孔。
8.根据权利要求1或2所述的一种储罐水下收油装置，其特征是：排水管（8）在罐体外部与沿罐体（17）外壁布置的连通立管（8-1）相通，连通管（8-1）上部与位于罐体（17）外侧上部的水位控制箱（8-2）的下部一侧相通，水位控制箱（8-2）下部的另一侧与水箱排水管（8-4）相通；在水位控制箱（8-2）内腔内、连通管（8-1）及水箱排水管（8-4）之间设有水位调节板（8-3）。
9.根据权利要求1或2所述的一种储罐水下收油装置，其特征是：在罐体（17）内设有油水界面仪（10），该油水界面仪（10）的仪表导向管（10-2）插入罐内，仪表导向管（10-2）装有浮在油水界面区（13）的浮子（10-1）；油水界面仪（10）通过远传电缆通向罐外的自动控制系统（11），自动控制系统（11）通过收油泵控制回路（11-1）、排液泵控制回路（11-2）及气体回收装置控制回路（11-3）分别控制收油泵（5-3）、排液泵（6-4）及气体回收装置（6-7）。
10.一种采用权利要求1所述储罐水下收油装置及水下收油方法，其特征是：包括如下步骤：
①含水原油从罐壁进液管进入罐内，当液位上升到伞状隔板连通口所在的位置时，在连通器的作用下，伞状隔板上方的液面与伞状隔板下方的液面会处于同一水平面上并同步上升，使伞状隔板上方自动布置一定厚度的水层，用于伞状隔板的保温；随着含水原油不断进入，液面也会继续升高，液面升至一定高度后，伞状隔板自动浮起，伞状隔板上方保温水层区也同时停止进水，保温水层建立完毕；
② 由于油水密度不同，停留在伞状隔板下方的含水原油或含油污水，在浮力作用下开始油水分离，分离出来的油颗粒向上浮动，聚积在伞状隔板下部，并沿着伞状隔板下方的斜面不断向斜面上方运动、聚集，最终全部聚积在聚油筒内，进入收油管；由于收油管通过挠性管与罐壁出油管相连接，因此罐内的油被排除到罐外，实现水下收油的过程；失去油的水颗粒向下运动，聚集在罐底部，通过底部排水管排至罐外，实现罐底排水的过程。
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