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摘要：目前油气田站场含油污泥清淤普遍采用人工加传统机械的办法，清掏困难、清淤效果不稳定且安全隐患突出。针对这一问题，设计了一种适合油田污油泥特点、主体功能集成、集装箱式可移动的含油污泥清淤装置，主要由移动式水下作业端、地面动力及控制工作站、连接管路、控制线缆组成。清淤系统采用旋转绞龙配合渣浆泵及高压水喷头的方式对淤泥进行收集；行走系统采用螺旋式推进结构，可在水下实现前后左右行进、原地旋转；控制系统包括地面控制台、电气控制柜以及水下作业端的动力液压控制仓，能够对装置进行全方位的控制与操作。各系统间相互配合，使其在能够行进过程中对所处位置的污油泥进行搅散、破碎、提取和输送等处理，绿色环保且为现场作业提供了极大便利。
关键词：清淤装置；污油泥；螺旋推进；集装箱式；绞龙
0引言
污油泥是在原油开采、储存、集输、加工以及采出液处理过程中产生的主要污染物，已被列入国家危险废物名录，如果不进行回收，会造成较大的资料浪费、人体健康危害及环境污染[1]。长庆油田主要依靠污泥池承担站场油、水系统排污任务，全油田现有污泥池近90座，平均每池排污量3~6 m3/d，并且在挖掘、移除过程仍然采用了人工加传统机械的办法，主要以人工进入作业面，利用高压水枪，或者依靠工程挖掘机、吸污车的方法进行清除，但由于污泥等杂质粘稠，且污泥池池深超过3 m，池内易聚集油气，导致清掏困难、清淤效果不稳定且安全隐患突出。为解决以上问题，赵恩芳[2]对含油污水处理站回收水池进行改造，通过新建冲洗管、冲洗泵、排泥泵等，将污水回收池内的污泥排至污泥浓缩罐内，实现了池内污泥的动态清除，保证了污水存储空间；郑礼鹏等[3]创新研发出3D水脉冲自动清减一体化处理新技术，通过3D全方位清洗射流枪、淤泥探测器，彻底解决了密封的污泥污水池快速、全方位清理难题；王雷[4]利用长锥高速旋流除油技术初步进行泥沙、污水、油分离，利用气浮的基本原理进行污水二次油水分离，利用聚结波纹板除油机理进行污水3次油水分离，使分离的油和水能够回收利用。本文着眼于长庆油田实际，设计了一种适合油田污泥特点、主体功能集成、集装箱式可移动的含油污泥清淤装置，能够在其行进过程中对所处位置的污油泥进行搅散、破碎、提取和输送等处理。
1污油泥清淤装置结构组成和工作原理
1.1整体结构
装置采用一体化移动式集装箱结构，主要由移动式水下作业端、地面工作站（动力机柜、控制机柜）、连接管路和控制线缆3部分组成，图1~2分别为装置总体结构组成及示意图。移动式水下作业端为螺旋推进行走底盘，可在水下前后左右行进、原地旋转，搭载渣浆泵（原油泵）、绞龙（滚刷）、高压水喷头、液压控制阀组、照明灯、摄像头等，能够实现污油泥破碎收集、作业过程记录等功能。地面控制站主要包括配电箱、控制台、线缆绞盘、吊装机等，动力机组为整个系统提供所需的动力支持，由发电机、液压站组成，控制机柜监测和控制整体系统的运行，可实现遥控或者5G远程智能检测和控制。连接管路、控制线缆用于水下作业端和地面工作站的连接、信息传输和污油泥输送等。
1.2工作原理
该污油泥清淤装置的作业原理[5]：工作人员通过地面工作站，控制水下作业端的作业范围、工作姿态和工作效率；作业开始时，通过绞盘下放排污管、液压管、电缆等，使其与水下作业端连接，水下作业端沿其通道并借助吊车进入污泥池，在行进过程利用前端的搅散装置（高压水喷头/旋转绞龙）对沉积油泥、淤泥、泥沙进行冲击搅散、搅匀、切割、破碎，再由底部设置的物料收集口对其进行揽收，最终采用原油泵、真空泵或者渣浆泵吸除物料，并借助管道将清淤物料输送至后端的污泥减量化装置或其他设施进行资源回收利用，作业完成后经过清洗通道返回集装箱。可以有效解决含油污泥池内沉积板结、流动性差，单独使用污泥提升泵效果不好的问题。
2关键系统设计
2.1清淤系统
污油泥清淤是该装置的核心功能，需要清淤系统能够应对恶劣工况条件，对污油泥进行高效且性能稳定的采掘、收集和输送[6-7]。针对污油泥可能存在沉积硬化、流动性差的问题，该装置采用旋转绞龙配合渣浆泵及高压水喷头的方式来对淤泥进行收集[8]，基本结构如图3所示。
绞龙轴为双向螺旋结构，绞龙轴两端与动力系统连接，旋转时能够将板结的污油泥从水底扰动切割，在绞龙叶片的作用下将污油泥汇集至绞龙罩中部，必要时配合高压水对硬化污油泥的冲击作用，便于安装在污油泥推板前的渣浆泵将集中起来的污油泥通过排污管输送至水面以上统一处理。考虑到污油泥池现场环境，绞龙叶片和外壳选用具有良好耐冲击性的尼龙材质，长度为800 mm，渣浆泵排出口直径为75~100 mm，流量100 m3/h，扬程23 m，允许吸入颗粒大小为50 mm。
2.2行走系统
行走方式的设计与其工作类型有关，比较常见的行走方式大致分为滚轮式、仿足式、爬行式、履带式和螺旋式，每种方式各有优劣[9]。其中，螺旋式是美国发明家为适应松软复杂的地形而设计的，可实现松软地质中的负重行驶，且结构简单、易于控制、行进速度均匀，是履带式及车轮式难以做到的[10-11]。考虑到污油污泥池内杂质情况，该装置行走部分采用螺旋推进，水下作业端行走底盘上布置有2个螺旋状的螺旋推进器，且左右螺旋方向不同，能够通过改变螺旋滚筒的转动速度实现前、后、左、右4个方向的前进和不同角度的转向。左右轮均向外侧旋转时为前进，均向内侧旋转时为后退，同向右侧旋转时，若为软质地的淤泥，装置向左旋转，若遇到沉积板结、硬化的含油污泥，轮旋齿则会失效，整体向右侧移，反之亦然，如图4所示[12]。水下作业端行进速度可在3~30 m/min范围内进行调节，下潜深度为不大于10 m，爬坡能力不大于30°。
2.3控制系统
该装置的控制系统主要包括地面控制台、电气控制柜以及水下作业端的动力液压控制仓。
控制台用于水下状况监测显示、作业端姿态控制、工作端作业控制等，控制台与操作员中间可建立遥控控制系统，控制系统可并入现有工业云网络或者内部网，实现5 G远程监控功能。
电气控制柜主要用于机器人和控制箱的通电与漏电保护，输入电压380 V，输出电压380 V和220 V，电气部分防爆负荷ExIIBT4。
动力液压控制仓通过两根主管与水下作业端控制阀组连接，主要控制水下作业端的行进，渣浆泵、绞龙和高压水枪工作，工作压力为18~25 MPa。
2.4框架系统
装置框架分为水下作业端框架和地面集成端框架两个部分。
水下作业端为该装置核心功能部分，除清淤系统和行走系统外，整体框架的稳定协调性至关重要。根据清淤作业现场条件和预期效果，整机尺寸设计为长度为1 000 mm，宽度为800 m，高度为500 mm，质量小于300 kg。材质选用304不锈钢，可适应恶劣的工作环境，保证机器工作的稳定性，与池体触碰的部件加装防撞装置和摩擦防护材料。
地面集成端是配电箱、控制台、水下作业端、液压站总成、线缆绞盘、吊装机、高压水泵、工具箱等集成式组合。框架采用集装箱结构，四周为活动门板，承重2 500 kg。
3装置现场应用
完成该装置的整体设计后，制作出样机并在现场进行应用，样机及清淤现场如图5所示。结果发现该装置在污泥池中行进灵活、稳定，各动作指令协调度高，能有效应对各类复杂污油泥积淤工况，通过地面工作站控制台的实时画面还可以直观地看到装置在池下的状态，为清淤作业提供可靠的操作依据。与传统作业模式相比，清淤效果好，工作效率高，降低了作业风险，节约了清淤成本，给现场作业带来了极大的便利，也符合长庆油田降本增效，绿色环保理念[13]。
4结束语
针对污油泥清掏困难、清淤效果不稳定的问题，本文将现有的清淤方式与油田生产现场相结合，设计了一种可以快捷高效清理污油泥的清淤装置。该装置具有以下优势：（1）装置体积较小，灵活性好，清淤彻底，效率高；（2）在必要时才启动高压水喷头进行少量加水，总体来说垃圾不增量，不落地，符合绿色环保要求；（3）自动化、智能化程度高，遥控、线控、兼容5G监测控制，远程操控，满足了装备现代化要求；（4）全液压驱动，弱电控制，防爆隔爆，安全可靠；（5）不停产在线连续作业，减低生产成本，装置制造试验均为一次性投资，综合成本低；（6）人员无需进入池内，避免人身伤害。
参考文献：
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[13]赵辉,李进韬,王飞,等.南疆地区防渗渠清淤机器人的设计[J].新疆农机化,2022(1):5-7.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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螺旋推进式含油污泥清淤装置的设计与应用论文
人参与 2024-07-16 11:12:37 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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