防渗技术在石油化工项目中的应用.pdf

石 油化 工安 全 环 保 技 术 s 2 0 1 1 年第2 7 卷第2 期P E T R O C H E M I C A L S A F E T Y A N D E N V I R O N M E N T A L P R O T E C T I O N T E C H N G Y 安 全 环 保 设 计 防渗技术在石油化工项 目中的应用 田鹏飞，张富珍，蒋蔚琪 中国石化 工程 建设 公 司 ，北京1 0 0 1 0 1 摘要 石化领域的环境保护越 来越受到人们 的重视 ，防渗处理成为石油化 工项 目设计 过程 中的新课题。以防渗技 术在 某石化装 置 中的应 用为例 ，综合 比对两种 方案，确 定采用 H D P E土工膜防渗结构层作为 实施 方案 ，并且结合装 置实际情 况，对 实施 方案进行优化。其 中，详 细介 绍 了土 工膜材 质的 选择 和设 计及施 工要 点 。 关键词 防渗技术防渗管沟H D P E土工膜管靴 近年来 ，石化领域由各种原 因引发的有毒污 染物泄漏 ，导致地下水污染事件屡有发生 ，给环 境安全造成 了严重威胁 ，因此石化领域的环境保 护越来越受到人们的重视。石油化工项 目设计 中 的防渗处理成为设计过程 中的新课题。其 中，有 效的防渗技术 作为防止污染物料泄漏 的手段 ， 逐渐进入人们的视线 。 1工程 概况 某石化炼油厂地处丘陵北缘 ，I I 级阶地边缘 ， 与北麓 相接 ，属 阶地地 形。场 地 的地 层 除表层 外 ，上部为中等压缩性 、弱湿性黄土状亚粘土和 黄土状轻亚粘土 ，下部为中等密度 的中砂及卵石 层。除湿陷性外 ，无不 良地质现象 。某石化装置 位于该 炼 油厂 的东 侧 ，项 目地 处大 武水 源地 附 近，并且正值该石化分公司开展污染源头控制专 项活动 ，要求强化地下管网排放管理 ，杜绝泄漏 污染，因此防止地下水污染成为本项 目的一项重 要任 务 。 2 方案比选 在 关于开展 污染 源头 控制 专项 活 动 的通 知中提出方案 1 ；结合项 目实际情况，提出方 案 2 。比对两种方案 ，选出最优方案。 方案 1 地下排 污管道设置 防渗管沟 ，在管 沟内敷设 明管 。 优点 投资造价相对较低 。 缺 点 1 防渗 管沟 占地面积 大 ，而装置空 间不 足。本项 目占地面积较小 ，含油污水管道只能敷 设在设备基础的承台上或设备基 础的缝隙 中，没 有足够的空问做 防渗管沟。 2 防渗管 沟 内易积 聚可燃 气体 和可燃 液 体 ，存在火灾和爆炸危险。 3 检查排污管道是否泄漏 比较 困难。需要 定期揭开管沟盖板进行检查 ，耗时耗力。 方案 2 采用 防渗土工膜在地 下排污管道 四 周铺设防渗结构层 ，隔绝其下渗途径。 优点 1 采用 防渗膜 在排 污管 道 四周敷设 防渗 层 ，能够有效的节约空间 ； 2 防渗层敷设完毕 ，将 回填 ，不存在积聚 可燃气体和液体 ，引发火灾爆炸的安全隐患； 3 防渗结构间隔一定距离设置渗漏液收集 检查井 ，可以作为该区域 的检漏措施。 缺点 防渗膜 的使用及其施工费用较高 ；回 填土的选用要求复杂 ；可能对苯类 污染物缺乏耐 受性 ， 。 综合方案 l 、2 ，最终选定方案 2作为实施方 案 ，并且结合装置实际情况对方案 2进行优化。 收稿 日期 2 0 1 01 21 8 。 作者简介田鹏飞，男， 2 O O 8 年毕业于天津大学环境工程 专业，硕士，一直从事给排水专业工作，工程师。电话 01 0- 8 4 8 7 5 1 5 5，E ma i l t i a n p e n g f e i ． s e i s i n o p e c ． c o n 套 石 油 化 工 安全 环保 技 术 谢 采用防渗土工膜 的防渗技术在垃圾填埋场等 工程项 目中应用广泛 J ，但在国内石化领域 目 前 尚没有成功实施的案例。两者工程环境有很大 差别 ，垃圾填埋场地势平坦 ，施工方便 ；而装置 区内地下管道敷设错综 复杂 ，影 响因素较 多，施 工需多方配合。由于本装 置地下空间相对狭小 ， 将所有地下排污管线都敷设防渗结构存在一定难 度。于是 ，优化方案将地下排污主干管 四周设置 防渗结构 ，地下排污支管外加无缝钢制套管作为 防渗措施 ，钢制套管始端用钢板盲死，末端伸人 防渗结构 内，并设 置 防渗管靴 与 防渗结构 整体 连接。 3 土工膜选择 土工膜是一种以聚合物为基本原料的防水阻 隔型材料。常用的土工膜有很多种，如聚氯乙烯 P V C 土工膜 、高密度聚乙烯 HD P E 土工膜 、 氯化聚乙烯 C P E 土工膜等。 3 ． 1 材质选择 土工膜作为防渗结构 中的关键环节 ，其材质 的选择尤为重要。各类土工膜的性能 比较见表 1 。 表 1 I t DP E膜与 P VC、C P E膜性能比较 性能 H D P E P V C C P E 耐热 极好 差 差 抗微生物 好 差 差 抗化学物质 极好 好 好 抗 紫外线 极好 差 好 抗刺破能力 较差 好 好 张力强度 极好 高 高 抗臭氧能力 好 差 差 防渗性能 极好 中等 中等 耐老化性能 极好 8 O一1 0 0年 中等 差 抗低温 能力 好一7 0℃ 差 好 焊接性 能 好 好 差 成本 中等 低 中等 如表 1所示 ，H D P E土工膜具有优 良的机械 强度、耐热性和良好的弹性，其防渗性能大大优 于其它材料 ] ，并且不产生有毒有害分解物。更 重要 的是积累了比较成熟的工程实施经验 ，因此 成为广泛应用的防渗土工膜。 3 ． 2 厚度选择 对于 HD P E来说 ，主要的破坏 因素是紫外线 2 0 1 1年第2 7卷第2期 辐射 、温度变化和化学及生物腐蚀。在这些因素 的作用下 ，聚合物 的链结构在降解反应 、交联反 应中受到破坏 ，而这种破坏作用是 由表层逐步 向 内部发展 的。因此 ，H D P E土工膜虽然 已经具备 了很好 的耐老化能力 ，但仍要在厚度上给予充分 保证。此外 ，随着厚度的增加 ，其断裂点、屈服 点、抗撕裂 、抗穿刺 的强度逐渐增 强[ 5 ] 。 危险 废物贮存污染控制标准 G B 1 8 5 9 7 0 0 1 要求 ， H D P E土工膜防渗层至少 2 m m厚。 3 ． 3 土工膜保护层选择 H D P E土工膜有众 多优点 ，但 是抗刺破 能力 相对较差 ，因此需要额外 的保护措施 ，通常情 况下采用长丝无纺土工 布作 为其保护层。 生活 垃圾卫生填埋 场 防渗系统 工程 技术规 范 ． C J J 1 1 3 - 2 0 0 7 规定 ，土工布规格不应小于 6 0 0 g ／ m 。 表 2列举出了6 0 0 m 长丝无纺土工布的各项技 术指标。 表 2 6 O O g ／ m2 长丝无纺土工布技术指标 技术指标 测试方法 指标 单位面积质量／ g n l I 2 G B ／ T 1 3 7 6 2 ≥6 0 0 厚度／ m m GB ／ T 1 3 7 6 1 ≥5 ． 5 最大拉伸强力／ K N ／ m GB ／ T 1 5 7 8 8 ≥3 5 最大拉伸 强力下延伸率 ， ％ GB ／ T 1 5 7 8 8 4 0～8 0 C B R顶破强度／ K N G B ／ T 1 4 8 0 o ≥7 ． O 梯形撕裂强度／ N G B ／ T 1 3 7 6 3 ≥9 0 0 等效孑 L 径／ Ix m G B ／ T 1 4 7 9 9 O ． 0 7 0 ． 2 k 1 0～ 一1 0一 垂 直渗透系数／ c m s G B ／ T 1 5 7 8 9 k1 ． 09 ． 9 4 设计 要点 4 ． 1 防渗结构设计 4 ． 1 ． 1 管道防渗结构设计 如图 1 所示 ，防渗结 构由多种不同性质的结 构层组成。防渗结构底层为原土。底层原土粒径 不可过大，否则会破坏防渗层；而足够的压实系 数可以提供足够 的承托强度 ，减少整个防渗结构 的不均匀位移 。原土底层上为管底 防渗层 ，防渗 层中间部分为 H D P E土工膜，其上下分别衬上长 丝无纺布作为保护层。从防渗层到排污管道中心 线为中砂垫层 ，此垫层可 以导流渗漏液 。中砂导 流层上方为土工滤网 ，防止上层 回填原土渗漏到 下层的导流层缝 隙中，影响导流效果 。回填原土 谢石 油化 工安 全 环 保 技 术套 长丝无纺布包裹 ，保护土工膜。 图 3 土工膜管靴示意 4 ． 3 渗漏液收集井设计 渗液收集 井见 图 4所 示。渗 漏液 收集井 四 周的防渗结构与水封井四周的防渗结构类似 。 渗漏 2 0 1 1年第2 7卷第2期 液收集井均匀分布 四个渗漏水收集孔 。渗漏液收 集孔靠井筒 内侧 均匀设 置若干钢筋 ，做 为篦子。 篦子外 围到井 外 壁填上 鹅卵 石，起 导流支撑 作 用。中砂垫层与收集井鹅卵石层接触面设置土工 滤网，防止 中砂进入收集井 ，影响集水井有效深 度。位于渗漏水收集孔下方 的渗漏液收集井体 由 防渗层包裹。 当地下排污管道 出现渗漏，污染物沿防渗膜 进入渗漏液收集井 ，操作人员可根据渗漏液收集 井的位置和服务区域 ，采用仪器查找渗漏点进行 补修。 5 施 工要点 1 防渗层均需设置一定 的坡度 ，便 于渗漏 液排出。 图 4 渗 漏液收集 井示 意 2 H D P E土工膜上铺设砂卵石层 时，应增 加灰土垫 层 隔离保护 。膜下 基础层 应平 整、光 滑 ，必要时应增设钠基膨润土毯 G C L [ 2 J 。 3 长丝无纺布土工布为膜上保护层 ，采用 人 工搭接 。 4 钢 构 件 施 工 时，应 采 取 严 格 隔 离 措 施 ] ，防止钢构件对 HD P E土工膜 的破坏，并确 保焊接时的火花不损坏 H D P E土工膜。 6 结语 1 HD P E土工膜是 目前石化企业可 以选择 的一种较好 的防止地下水污染的材料 ，但是对不 同污染物造成 H D P E膜损坏的可能性需要做进一 步研究 。 2 采用 H D P E土工膜作 为防渗层 的关键环 节 ，上下辅 以长丝无纺布作为保护层 。 3 水洗中砂导流层与回填原土层之间敷设 土工 滤 网，保 证 中砂 导 流 层 的导 流 作 用 不 受 影响； 4 加盖防渗层在井 四周处 以钢丝紧 固到井 壁上 ，尽量减少雨水沿井壁下渗 ； 5 支管穿越防渗结构时需要增设 土工膜管 靴 ，以保证整个 防渗结构的密封性 ； 下转第4 6页 蠹石 油化 工安 全 环 保 技 术 谢 硬化层本身硬度 高 ，过厚 的硬化层也将 产生较 大 的应力 ，由于硬化 层与基体 不能达 到冶金结 合 ，受结合强度所 限过厚 的硬 化层反而 容易脱 落。喷涂 后 的硬 化层 厚度 一般 在 0 ． 3 0 ． 6 mm，经过研磨加 工 后最 终 的硬 化层 厚 度 一般 控制在 0 ． 2～0 ． 4 mi l l 。喷涂 融合工艺不 会改变 硬化层 的厚度 。 对于母 材为 I n c o n e l 7 1 8镍基 材 料渗 硼处 理 的硬化层深度一般在 0 ． 0 50 ． 0 1 5 mm。 2 ． 4 硬化层耐腐蚀性 对于耐 腐 蚀性 ，喷 涂材 料 都 采 用 N i 基 或 C 0基材料 ，根 据盐 雾试 验 ，WCC O和C r C N i C r 均有 良好 的耐 酸腐蚀性能 。渗硼处 理在 硫 酸 、稀盐酸 、醋酸 、碱 和海水 中 ，渗硼层 的 耐蚀 性与不锈 钢相 近 ，母材 为 I n c o n e l 7 1 8高镍 基材 料的耐蚀 性能更 为优越 。因此对 于介质 中 含有的 H 、H S 、S O 等 腐蚀 性 成分 ，采用 超 音速喷涂方法 、喷涂 融合工艺 与渗硼处 理 ，其 硬化层均具有优 良的耐蚀性 ，完全 能满 足装 置 的要 求 。 3结语 阀门内件、密封面表面硬化处理有多种工艺 2 0 1 1 年第2 7卷第2期 方法 ，在阀门的设计和制造过程中经常采用，并 取得 了丰富 的经 验和 良好 的使用效 果 ， 针对 S - Z o r b 装置中的特殊操作条件 ，含颗粒介质 的金 属硬密封耐磨球阀应根据具体工况，采用超音速 喷涂 喷涂融合及渗硼处理等方法 ，解决阀门 在使用过程中可能出现的结垢 、冲蚀、磨损 、腐 蚀等问题 。 参考文献 [ 1 ] 王志平，霍树斌 ，刘瑾超 ．音速 火焰喷涂 H V O F 技 术的发展 与 工艺特点 [ J ]． 焊接 ，2 0 0 0 ， 0 6 1 2 1 6 ． [ 2 ] 李颂文，唐果宁．碳含量对渗硼过程影响 的试 验研 究 [ J ] ． 湘 潭矿 业 学 院 学报， 1 9 9 7 ， 1 7 2 - 7 5 ． [ 3 ] J B T ／ T 7 7 0 9 - 2 0 0 7渗硼层显微 组织、硬度 及层深检测 方法 [ M] ，北京机械 工业 出版 社 ，2 0 0 7 ． [ 4 ]L a b o r a t o r y R e p o r t o f G o s c o V a l v e s o n 1 l A - p ill 2 00 7， S O9 2 1 5 81 3 4． [ 5 ] 鲍 君峰 ，于 月光 ，刘 海 飞 ． H V O F喷 涂 WC ／ C o涂层冲蚀磨损机理研 究 [ J ]．矿 冶 ，2 0 0 6 ， 0 1 2 4 - 2 8 ． 上接 第4 0页 6 沿污水管 道敷设 方 向每 隔一 定距 离设 置一 口 渗 漏 液 收 集 井 ，作 为 该 区 域 的 检 漏 措施 。 7 渗漏 液收 集井作 为一个 区域 的检漏 手 段 ，存在_定的滞后性。 参考文献 [ 1 ] 何涛 ．复合土工膜在金 沙峡水电站枢纽防 渗系统中的应用 [ J ]．甘肃水利水电技 术 ，2 0 0 9 ，4 5 4 4 2 - 4 3 ． [ 2 ] 张耀钧 ．城市生活垃圾卫生填埋 场的 H D P E土工膜防渗技术 [ J ]．中国建筑防 水 ，2 0 0 3，32 0 - 2 3 ． [ 3 ] R ． K e r r y R o w e ，H e n r i P ． S a n g a m ． D u r a b i l it y o f H D P E g e o m e m b r a n e s [ J ] ． G e o t e x fi l e s a n d G e o me mb r a n e s ，2 0 0 2，2 07 7 - 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