天然气净化厂事故废水收集处理系统设计
摘要:近年来,频发的石化事故所产生的废水给水体环境造成了严重污染。针对重庆市某天然气净化厂事故,在调查事故废水种类和水量的基础上,根据厂区现有排水系统、生产工艺及平面布置情况,采用大围堰的形式对1 114 m3事故废水进行收集;然后通过厂区现有及拟建排水系统将其送至事故池进行储存;最终利用潜污泵将废水提升至厂区污水处理单元进行处理,有效减少事故废水对于环境的影响。
关键词:石化企业;天然气净化厂;事故废水;收集处理
石油化工企业是以石油或天然气为主要原料,通过不同的生产工艺及加工方法,生产各种石油产品、有机化工原料、化学纤维及化肥的企业。石油化工企业在生产过程中常涉及到有毒有害等物质,当发生火灾、爆炸、物料泄漏等事故时将会对环境造成巨大的负面影响[12]。2005年11月13日,中石油吉林石化分公司双苯厂苯胺二车间操作人员由于违反操作规程引发爆炸事故,造成8人死亡。事故发生后,由于安全应急措施缺乏,导致含有大量苯、硝基苯等化学药剂的事故废水进入雨水系统,最终排入松花江水体,造成松花江水体严重污染。2006 年1月6日,浙江省绍兴市上虞市长征化工有限公司六氯车间发生爆炸事故,造成2人死亡。事故发生后,由于该公司利用已有的雨水回收系统和废水预处理池,及时收集事故废水,经预处理后送入污水处理厂,所以并没有造成周边区域环境污染。由此可以看出,及时有效地收集和处置事故排水对防范和控制由危险化学品事故引发的生态环境污染事件至关重要。鉴于频频发生的危险化学品事故给环境、社会和人民的生命财产安全造成了严重影响,国家安全生产监督管理总局、国家环境保护总局于2006年下发了《关于督促化工企业切实做好几项安全环保重点工作的紧急通知》安监总危化[2006]10号文件,要求立即完善事故状态下防范环境污染的措施:关键生产装置、危险化学品储罐区和仓库应配备事故状态下防止污染事件的围堰、防火堤等设施[3]。
针对近年来石化企业出现的各种事故国内开展了广泛的研究,主要集中于石化企业水体污染的防控和相应的管理措施,石化企业事故排水的探讨及其设计等[410]。但是关于事故废水收集处理的工程实例较少,本文拟以重庆市某天然气净化厂作为实例,探讨石化企业发生事故时事故废水的收集及处理设施的设计方法,旨在为其它事故废水收集处理项目提供技术指导。
1工程概况
该天然气净化厂位于重庆市引进县,目前共有400×104 m3/d、200×104 m3/d、80×104 m3/d三套净化装置,用于工艺所需的脱硫、脱水、硫磺回收、尾气处理和酸水汽提环节。三套净化装置的脱硫装置采用SulfinolM(环丁砜和甲基二乙醇胺水溶液)法,溶液组成为40%(wt)环丁砜、45%(wt)甲基二乙醇胺和15%(wt)水,三套净化装置的脱水装置均采用TEG(三甘醇)工艺,三套净化装置共用400×104 m3/d净化装置的硫磺回收装置、尾气处理装置和酸水汽提装置。
2008年后,由于进气条件发生较大的变化,该厂对其进行适应性改造,包括建设一套脱硫溶液再生系统用于处理80×104 m3/d、200×104 m3/d两套脱硫装置的溶液再生,并且将三套脱硫装置的工艺方法改为MDEA法,MDEA溶液质量浓度为50%;新建两套35 t/d的硫磺回收装置用于处理三套脱硫装置脱除的酸气,采用SuperClaus工艺方法,原400×104 m3/d净化装置的硫磺回收装置、尾气处理装置和酸水汽提装置将不再使用。此次改造工程于2007年11月完成。
2事故废水及污水量统计
2.1项目建设区事故分类
根据天然气厂处理工艺流程,出现的突发事故可分为以下几种情况:(1)办公区发生火灾;(2)辅助生产区发生火灾;(3)储罐、系统中的危险化学药剂发生泄露;(4)工艺装置区发生爆炸,并同时引发危险化学药剂泄露。以上4种情况中,第4种情况造成的影响最严重,收集的事故废水和废水的类型最全面,收集的事故废水和废水的总量最大。因此按最不利的情况进行事故废水收集处理设施改造工程的设计。
根据以上含硫天然气净化厂事故状态下的情况分析,并结合引进分厂工艺流程,可将该厂在事故状态下可能外溢的事故废水分为危险化学药剂(包括系统药剂和罐存药剂)、事故废水、消防废水和事故期间雨水4种。
2.2事故废水及污水量统计
(1)危险化学药剂。
该厂脱水和脱硫装置均采用三甘醇(TEG)和环丁砜和甲基二乙醇胺水溶液(SulfinolM)等有机溶剂对天然气进行脱水脱硫,因此在脱水塔和脱硫塔等脱水脱硫系统中存有大量三甘醇和甲基二乙醇胺药液。此外,为保证装置正常运行,厂内还设有储罐储存一定数量的备用药剂。在发生事故时,这些药剂均可能因工艺设备或药剂储罐爆裂而发生泄漏,因此必须对其进行有效收集和处置。生产系统中的药剂按照厂区设计文件提供的物料密度,平均相对分子质量等基础数据可计算其总量,药剂储罐量统计见表1。
(2)事故废水。根据天然气处理工艺需要,该厂装置区内设有循环冷却水、新鲜水和凝结水等辅助管路系统,事故时这些管路系统存水均有可能因管道破裂而发生泄漏,与其他事故废水混合成为污水,这部分污水在事故时也应得到有效的收集和处置。根据该厂设计文件资料,可以得到事故废水量为80 m3。
(3)消防废水。按照厂区消防设置现状和《石油天然气设计防火规范》(GB 501832004)的规定:事故时消防流量为45 L/s、灭火时间按3 h计[11],则该厂一次消防用水量为486 m3。由于事故时消防用水与泄漏的有机化学溶剂及各类污水混合,因此受到严重污染,若直接外排将会对环境造成污染,因此消防废水也应得到有效的进行收集和处置。
(4)事故期间雨水。由于事故发生的随机性、不可预测性,事故发生时可能正处于降雨时段,在此期间内关键生产装置区、危险化学品罐区和仓库等地方的雨水将受污染,因此必须将其收集和处置。考虑到突发事故与同时遇到最大暴雨强度降水的机率极小,为合理节省事故应急池的投资,设计取平均日降雨量进行计算。
根据重庆市引进县多年降雨资料,可以得到该地区年平均降雨量为1 200 mm,年平均降雨天数为60 d。根据厂区资料可知厂区总汇水面积为0.5 hm2,则根据水体污染防控紧急措施设计导则,可得出事故期间雨水量为:
Vn=10qF=10qnF/n=10×1200×0.5/60=100 m3
式中:q为平均日降雨量(mm);qn为年平均降雨量(mm);n为年平均降雨天数;F为汇水面积(hm2)。
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