摘要：根据国外某退役平台实际工艺数据资料，对弃置平台上设备中富集的汞的处理方案进行研究。结合相关规范、资料采用适用性评估方法，选取合适的汞处理方案。针对含汞设备，优先采用化学清洗法，并结合蒸汽清汞法，确保高效清汞，利于后期设备干燥封存。针对含汞废气、废液和废渣分别采取活性炭吸附、化学处理法结合后期微生物处理法和干馏或固化填埋的处理方案，确保平台清汞操作顺利进行，实现弃置设备汞含量达标、无超标三废排放的目的。
关键词：退役平台;汞处理方案;化学处理法
0引言
海上油气开采发展了几十年，越来越多的海上平台达到或超出设计寿命，这必然伴随着平台的退役，近几年退役平台愈来愈多[1]。目前，针对退役平台旧设备、设施中工艺有害物质汞的处理方案还比较匮乏，相关研究也很少见。本文根据国外某退役平台实际工艺数据资料，对弃置平台的含汞设备进行评估，并结合设备特性和汞污染程度，整理设备处理方案和含汞三废的处置办法，为海上平台退役设施、设备的汞处理提供一定参考。
1汞在平台设备中的分布及危害
1.1汞的存在形式及分布
油气行业汞的存在形式有：液态的单质汞、有机汞化合物、复合汞、无机的氯化汞和汞的硫化物等[2]。美国国家环境保护局的研究报告显示：油气中单质汞占总汞含量的50%～90%，无机态的氯化汞约占10%，其他形态的汞仅占总汞含量的1%左右。单质汞容易吸附、渗透于设备内壁或与油污、水垢一起黏附在设备内壁上，腐蚀设备。在平台弃置过程中，预测汞主要以单质态集中存在于平台容器底部，如测试分离器、生产分离器等生产设备及仪表气过滤器、公用工程气体缓冲罐和闭排收集罐等。
1.2汞的危害
汞俗称水银，是最重的过渡金属，汞及其化合物毒性较强，在地球的十大污染物中居首位。汞毒性剧烈，除具有明显的神经毒性外，对内分泌系统、免疫系统等也有不良影响。单质汞的蒸气压相对较高，容易挥发形成汞蒸气。
设备中汞的富集可能对操作和检修人员的健康构成危害。在平台弃置后，对设备进行后处理，如打磨、拆解等动火作业，会加剧汞的挥发，若没有提前对设备中的汞进行清除，工作人员将暴露在超过阈值和最大容许浓度的高浓度汞蒸气中，其身体健康将受到严重危害。
2汞含量检测指标及方法
2.1检测指标德国和荷兰的研究表明，当空气中汞浓度低于30μg/m3时，汞对人体和工艺设备的危害较小[3]，但欧盟职业性照射科学委员会建议将20μg/m3(8h加权平均浓度)的空气汞浓度和0.01mg/L的血液含汞浓度作为生物限值[4]。
国内的《职业性接触毒物危害程度分级表(GB5044-8)》和《工作场所有害因素职业接触限值(GBZ2—2002)》规定，工作场所汞蒸气的职业接触限值即时间加权平均容许浓度(PermissibleConcentration-TimeWeightedAverage，PCTWA)为20μg/m3，汞-有机化合物的PCTWA为10μg/m3。
当金属设备长时间接触汞后，汞可能渗透在金属中。在弃置存放期，金属可能出现“发汗”现象，汞从钢铁中渗透出来，形成汞液滴，造成汞超标，甚至引起人员中毒。必须通过合适的处理方法将金属设备的汞含量降至100mg/kg，没有可见的汞“发汗”现象，此时该废弃设备才可以被熔炼再利用[5]。
根据国内外及国际组织关于汞的PCTWA的要求，建议设备清汞合格的技术要求是：当设备后处理不包含造成设备升温的作业时，推荐的含汞允许接触浓度为20μg/m3;当设备后处理包含造成设备升温的作业(如动火、打磨、切割等)时，设备内部空气中汞蒸气浓度低于5μg/m3;当金属设备已完全废弃，以废旧金属形式销售、熔炼处理时，金属含汞量应低于100mg/kg。
2.2检测方法
汞形态分析方法较多，主要有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、高通量流动注射-电感耦合等离子体质谱法等。其中塞曼效应法基于波长共振发射原理，汞检出极限可达0.1～0.7ng/g，而且塞曼效应法的仪器操作、维护简单，样品检测速度快，无需样品预处理和汞吸附富集，现场适应性强[6]。因此，推荐采用塞曼效应汞分析仪对设备内部空气中汞蒸气浓度进行测试。
在设备清汞完成后，设备内部空间的温度低于50℃时，才能开展设备内部气体的汞蒸气浓度检测。要求按照选取分析仪的操作流程进行采样检测，每次检测间隔1～2h，至少须2～3次检测确定汞含量达标[7]。
3含汞设备处理方案
首先对平台弃置的所有设备开展气相空间汞含量检测，识别需开展清汞操作的具体设备，并检测设备中可能残余的H2S和可燃气体等工艺有害物料。测试人员须配备合适的个人防护设备(PersonalProtectiveEquipment，PPE)(如隔绝式正压呼吸器、防护手套等)，现场设置监护作业人员。
针对已识别的含汞设备，根据受污染等级和设备本身特性选取合适的清汞方案。设备清汞方法主要分为物理清洗法和化学清洗法两类：物理清洗法包括手动蒸汽喷射法、高压水射流法和干馏法;典型的化学清洗法为循环化学清洗法。可将几种方法结合使用，达到高效清汞的目的。具体操作流程如图1所示。
3.1人工喷射清汞法
针对汞污染程度不严重、尺寸不大、无内部复杂结构的卧式容器，建议采用人工喷射清洗法。采用高压水枪，通过人孔对容器内部进行清汞作业。在清洗至一定程度后，检测气相空间汞蒸气浓度，判断是否达到清汞要求，如未达标，继续高压水冲洗，直至清汞达标。
3.2蒸汽清汞法
针对内部结构复杂、耐高温且可承受一定压力的小型设备，建议采用蒸汽清洗法。具体方案为：首先选取合适的进蒸汽口、排气口和排凝液口，并封堵其他管口;然后通过蒸汽管道将蒸汽导入设备，持续供汽，使设备保持一定压力(不低于0.2MPa)和温度(不低于120℃)，用高温蒸汽加热设备，使设备内表面的油垢、水垢溶解脱离，使单质汞经高温蒸发从排气口排出。在排凝液口设置疏水器，排出清洗污水至含汞污水处理处。
3.3干馏法
针对内部结构复杂、含汞浓度较高的小型设备或清汞操作产生的固废，建议采用干馏法。该方法是将含汞设备或固废放置在封闭的蒸馏室内，保持住真空状态下加热设备。在高温负压下进行干馏，汞将汽化并从设备上分离，汞蒸气经过冷却液化并收集，然后经精馏提纯[8]。对处理达标后的设备进行下一步弃置操作。图2干馏法清汞流程抽真空废气经吸附处理合格后排放至安全位置。具体流程如图2所示。
3.4循环清洗法
对于平台上复杂的工艺管线、成撬设备，以及容积较大、内部结构较复杂的设备，可采用循环化学清洗法。
首先，对设备进行分析，选取合适的进液口和出液口，然后封堵其他管口，但需预留排气、排污口;其次，在循环液缓冲罐中加入化学清洗剂，配置循环液;再次，选取合适的循环清洗泵，将循环液打入设备中，对设备进行清洗，并在设备出口设置缓冲罐收集循环液;最后，利用循环泵使清洗液在设备内持续循环，从而将设备内壁附着的汞污染物清洗干净。采用清水冲洗干净后，将设备干燥封存，等待下一步弃置处理。平台上部分撬块可采用撬块内的外输泵充当循环泵，较大容器充当缓冲罐等，仅需通过适当添加软管确保系统可以实现循环冲洗功能。
3.5处理方案小结
由于海上平台设备多以撬块形式安装，清汞作业应基于撬块大小、设计参数、设备复杂程度和汞污染的程度选取合适的处理方法。对于设备较大、设计温度压力较高、内部结构复杂、汞污染程度一般、含有油垢的撬块设备，建议首先选取化学清洗法，然后采用蒸汽清洗法冲洗化学清汞时残留的清洗液，并起到初步干燥设备的作用。
清汞操作也可以有效地清除设备内的有机物和有害气体，因此清汞操作产生废水的处理方案需结合含油污水处理流程。确认全部有害物含量检测达标后，将设备干燥封存，等待开展下一步弃置操作。设备清汞方案对比见表1。
海上退役平台旧设备、设施汞处置相关期刊推荐：《海洋工程》是由中国科学技术协会主管、中国海洋学会主办、南京水利科学研究院和上海交通大学承办的综合性、科技学术刊物。于1983年创刊，季刊。主要刊载离岸工程、海岸工程、海洋能源利用工程、水下工程、潜水技术、救捞技术等领域具有理论及实践水平的学术论文、研究简报、综合评论、调查报告、成果介绍及学术动态报导。向国内外介绍我国海洋工程方面的研究、设计、实验、生产、使用和管理等方面的成果以及学术动态，扩大对外宣传和交流。
4三废处理方案
开展平台设备的清汞操作会产生一定量的废气、废液、废渣(含汞油污、泥渣、吸附材料和PPE等)，均属于含汞危险物品，必须对其进行收集并处理，具体见表2。
4.1含汞废气
清汞操作产生的废气含有一定量的汞，直接排放至大气中可能会污染环境，建议将放空废气通过管道与吸附装置相连，通过引风装置，强制清汞操作产生的废气通过脱汞吸附装置(如活性炭吸附塔)，经充分吸附脱汞后，排放至安全位置。该方法操作简单，但需确保吸附装置中的吸附材料及时更换，否则一旦吸附接近饱和，废气中汞的去除率将大幅降低，吸附处理废气不达标。同时，更换下的吸附材料应采用干馏法进行处理。
4.2含汞废液
常用的含汞污水处理技术有沉淀法、絮凝法、吸附法、离子交换法、膜分离法等。脱汞操作产生的含汞废液应收集后经统一处理达标后排放。同时，将除油、除悬浮物技术与废水脱汞工艺相结合，形成综合处理工艺，达到相关净化水水质要求。
4.2.1物理化学方法
物理化学方法包含：化学沉淀法、电解法、离子交换法和活性炭吸附法。目前普遍采用的是化学沉淀法。该方法能处理不同浓度的各种汞盐，尤其是在水溶液中汞离子浓度较高时，应优先选取化学沉淀法，如经石灰中和及FeCl3混凝沉淀后，可将含汞质量浓度为0.3～0.6mg/L的原水汞浓度下降至0.05～0.10mg/L，脱除率达到80%[9]。电解法是在直流电作用下，利用汞离子的电化学性质，在阳极区域将汞化合物电解成汞离子，在阴极区域将汞离子还原成金属汞，从而脱除废水中的无机汞。当废水中汞离子浓度较低时，电解法电耗较高，投资成本较高。在纯物理的活性炭吸附法中，活性炭以其较大的比表面积特性使其具有吸附、催化和还原性能，能有效地脱除废水中的汞，达到99%的去除率[10]。当废水中汞浓度较低时，去除率相应降低，但处理后的废水含汞量仍能达到很低的水平。虽然该方法比较简单，但基于活性炭的价格较高，因此该方法不适用于大规模含汞废水处理。
4.2.2微生物法
微生物法处理含汞废水主要分两类：生物吸附法和生物强化法。与传统的物理化学方法相比，微生物法具有以下优点：运行费用低，产生化学或生物污泥量少，处理低浓度汞离子废液的效率较高，操作pH值和温度范围宽，吸附率高，选择性强。微生物法能将污水中汞离子质量分数降至10-9级。
4.3含汞废渣
参考国内外推荐做法，建议将含汞固体废料分为4类：低汞废弃废渣、低汞可回收废渣、高汞废弃废渣和高汞可回收废渣。针对低汞废弃废渣(汞含量在20～260mg/kg，且无附加价值的废渣，如污泥)，考虑对其进行固化和稳定处理后填埋;对于低汞可回收废渣(汞含量在20～260mg/kg，且存在较高价值的废渣，如活性炭吸附剂)，应对其进行干馏处理，尽可能提高汞回收率，同时回收再利用具有较高附加价值的废渣;对于高汞废弃废渣(汞含量大于260mg/kg)，应考虑采取蒸馏或焙烧方法进行汞回收，当汞含量达到低汞废料标准后，对其进行固化和稳定处理后进行填埋;对于高汞可回收废渣应考虑采取干馏法回收利用汞，同时回收再利用具有较高价值的废渣。
5结语
依据某实际弃置平台设备数据，提出针对含汞弃置设备的清汞处理方案。基于撬块的大小、设计参数、设备内部复杂程度和汞污染的程度选取合适的物理清洗法和化学清洗法进行清汞操作。推荐针对平台设备优先采用化学清洗法，并结合蒸汽清汞法，达到高效清汞的目的，保证弃置设备汞含量达标。
针对清汞操作产生的含汞废气、废液、废渣和PPE等，提出专门的处理方案。针对废气采取活性炭吸附，废水采用化学处理法结合后期微生物处理法，固废依据汞污染程度和固废再利用的价值选取干馏或固化填埋的处理方案，确保平台清汞操作顺利进行，达到设备汞含量合格，无超标三废排放的目的。
转载请注明来自：http://www.lunwencheng.com/lunwen/lig/15623.html
