大慶油田采油九廠

油田加熱爐空穴水力射流除垢技術(shù)

劉洪花

大慶油田采油九廠

由于水質(zhì)等因素的影響，幾乎所有工質(zhì)為水的加熱爐都會(huì)出現(xiàn)不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象。盤管管壁結(jié)垢降低了加熱爐的傳熱能力和系統(tǒng)效率，同時(shí)大量的熱損失也造成了能源的浪費(fèi)。針對(duì)以上問題，開展了空穴水力射流除垢技術(shù)研究。該技術(shù)是運(yùn)用流體力學(xué)中的空穴效應(yīng)原理，將清洗器投放在盤管中，在水流和壓縮空氣的推動(dòng)下其快速向前移動(dòng)，清洗器上的葉片高頻率、劇烈振顫，產(chǎn)生的急速旋轉(zhuǎn)渦流將清洗器包圍形成了連續(xù)移動(dòng)的低壓區(qū)，這個(gè)區(qū)域的水流始終呈汽化狀態(tài)，產(chǎn)生的細(xì)微汽泡又迅速被壓縮直至崩裂，瞬間激射出強(qiáng)力的微射流，無數(shù)的微射流匯聚成沖擊波，徹底粉碎了物體表面的沉積物。對(duì)大慶油田采油七廠葡四聯(lián)3#、4#真空加熱爐進(jìn)行了空穴水力射流除垢，2臺(tái)真空加熱爐在除垢后的半年時(shí)間里，加熱爐效率得到了明顯的提升。

加熱爐；空穴射流；除垢；沖擊壓力；結(jié)構(gòu)改造

由于水質(zhì)等因素的影響，幾乎所有工質(zhì)為水的加熱爐都會(huì)出現(xiàn)不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象。盤管管壁結(jié)垢降低了加熱爐的傳熱能力和系統(tǒng)效率，同時(shí)大量的熱損失也造成了能源的浪費(fèi)。若垢層厚度達(dá)到4 mm，耗氣至少要增加26.6%，全油田每年將有1.05×108m3氣被垢質(zhì)消耗掉，并且結(jié)垢還會(huì)造成加熱爐燒損。近3年，因燒損大修的加熱爐占全油田加熱爐總數(shù)的1/4，大修改造費(fèi)用近1.2億元。加強(qiáng)加熱爐的防垢、清垢工作迫在眉睫。

1 空穴水力射流除垢技術(shù)

加熱爐空穴水力射流除垢技術(shù)[1-2]是運(yùn)用流體力學(xué)中的空穴效應(yīng)原理，將清洗器投放在盤管中，在水流和壓縮空氣的推動(dòng)下其快速向前移動(dòng)，清洗器上的葉片高頻率、劇烈振顫，產(chǎn)生的急速旋轉(zhuǎn)渦流將清洗器包圍形成了連續(xù)移動(dòng)的低壓區(qū)，這個(gè)區(qū)域的水流始終呈汽化狀態(tài)，產(chǎn)生的細(xì)微汽泡又迅速被壓縮直至崩裂，瞬間激射出強(qiáng)力的微射流，無數(shù)的微射流匯聚成沖擊波，徹底粉碎了物體表面的沉積物。該技術(shù)清洗效果好，工作效率高，能順利通過“U”型彎與蛇形彎；清洗器運(yùn)行速度為1.6 km/h，清洗行程長(zhǎng)；動(dòng)力水流從清洗器的縫隙中激射而出，掃清了前面被清洗下來的污垢；通過能力強(qiáng)，彈性變形大，直徑收縮比可達(dá)30%以上。

2 清洗器工作原理

葉片可張型清洗器工作原理：射流在其內(nèi)部誘使生成充滿水蒸汽的空穴泡，適當(dāng)調(diào)節(jié)與沖擊物體表面距離，使這些空穴泡有長(zhǎng)大、壓縮的過程。當(dāng)射流沖擊到物體表面時(shí)，空穴泡破裂產(chǎn)生超聲波、微射流和激波沖擊，在物體表面或其附近形成高壓區(qū)，由于空穴泡破裂時(shí)產(chǎn)生的巨大能量集中作用在許多非常小的面積內(nèi)，從而在許多局部區(qū)域產(chǎn)生極高的應(yīng)力集中，破壞被沖擊物體的表面。

射流所產(chǎn)生的空穴泡每次潰滅時(shí)，近壁處微射流速度可達(dá)70～180 m/s，在物體表面產(chǎn)生的沖擊壓力高達(dá)140～170 MPa。微射流直徑約為2～3μm，物體表面受到微射流沖擊次數(shù)約為100～1000次/ (s·cm2)，沖擊脈沖作用時(shí)間每次只有幾微秒?？张轁绲臎_擊壓力不斷作用到物體表面，微射流的沖擊作用將像錘擊一樣連續(xù)打擊著固體壁面，且短時(shí)空穴射流不會(huì)對(duì)基體產(chǎn)生破壞，達(dá)到清洗除垢的目的。

3 加熱爐結(jié)構(gòu)改造

真空相變加熱爐內(nèi)盤管長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多處“U”型彎，結(jié)垢嚴(yán)重，采用簡(jiǎn)單的化學(xué)除垢方法（如酸洗）難以達(dá)到理想效果，且對(duì)盤管腐蝕較大。因此對(duì)該加熱爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造[3]，具體改造內(nèi)容如下：

（1）將封頭后面板割開，將盤管進(jìn)、出口匯集器割斷，把盤管接長(zhǎng)引出爐體外部。預(yù)制后封頭，根據(jù)單根盤管位置情況，在后封頭開孔，將盤管進(jìn)、出口伸出筒體外部。

（2）預(yù)制盤管匯集器和清洗接頭，并組裝成整體。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)、出口管線位置確定匯集器的尺寸和彎頭位置；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)節(jié)匯集器的長(zhǎng)度；由于進(jìn)、出口位置的改變，相應(yīng)改造進(jìn)出口工藝管線位置。進(jìn)、出口集箱示意圖見圖1。

圖1 進(jìn)、出口集箱示意圖

（4）當(dāng)筒體后封頭與盤管進(jìn)、出口匯集器清洗接頭焊接完成后，分別對(duì)殼程和管程進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)無任何異常時(shí)進(jìn)行管線進(jìn)、出口連接。

（5）如果需要清洗，打開進(jìn)、出口清洗接頭，接上清洗設(shè)備管線即可對(duì)單組盤管進(jìn)行清洗。清洗接頭改造見圖2。

圖2 清洗接頭改造

4 應(yīng)用效果

2013年12月3日，對(duì)大慶油田采油七廠葡四聯(lián)3#、4#真空加熱爐進(jìn)行了空穴水力射流除垢，具體操作如下：

（1）在加熱爐摻水進(jìn)口集箱處投入清管器，集箱接管與水泥車相連接，水泥車與水罐車連接。

（2）在加熱爐摻水出口集箱處連接清管器接收裝置；連接排污管線至空罐車內(nèi)；啟動(dòng)水泥車推動(dòng)清管器在盤管中前進(jìn)。

（3）當(dāng)清管器進(jìn)入接收裝置后，水泥車停止工作，取出清管器，至此單根管線清洗完成。

本次除垢盤管彎頭多，垢質(zhì)最厚達(dá)2 cm，垢質(zhì)堅(jiān)硬。除垢后管壁無損傷及腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，垢質(zhì)清除徹底。

清洗后，每月對(duì)葡四聯(lián)3#、4#加熱爐熱效率、排煙溫度、空氣系數(shù)進(jìn)行跟蹤測(cè)試（結(jié)果見表1），并對(duì)錄取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)。

表1 真空加熱爐節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

由表1可以看出，2臺(tái)真空加熱爐在空穴水力射流除垢后的半年時(shí)間里，加熱爐效率得到了明顯的提升。其主要原因是加熱爐結(jié)垢得到有效抑制，受熱面的熱傳導(dǎo)率有所提升[4]，從而提高了系統(tǒng)效率。

5 結(jié)語

（1）應(yīng)用空穴射流除垢技術(shù)避免了化學(xué)除垢等技術(shù)對(duì)管線的腐蝕和損傷，保證了管線的使用壽命。

（2）射流除垢效率高，用時(shí)短，垢質(zhì)被擊成粉末狀，直接被水帶走，不會(huì)發(fā)生堵管現(xiàn)象，生產(chǎn)恢復(fù)快。

（3）安全環(huán)保?？昭ㄉ淞鞒笇儆诩兾锢砬逑醇夹g(shù)，對(duì)管道無損傷；污垢收集后定點(diǎn)排放，減少環(huán)境污染，無任何安全隱患。

[1]何治武，楊全安，李應(yīng)軍，等．水力空穴射流在油田輸油管線清垢中的應(yīng)用[J]．當(dāng)代化工，2011，40（10）：1 051-1 053．

[2]張振東，張偉哲．空穴射流清洗技術(shù)在加熱爐上的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2011，30（12）：80-81.

[3]左景欒，任韶然，于洪敏．油田防垢技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]．試油工程建設(shè)，2000，3（2）：7-17．

[4]李濤，張莉．項(xiàng)目管理[M]．北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2005：90-106.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.030

劉洪花：大學(xué)本科，工程師，從事油田生產(chǎn)管理工作。

2015-04-03

18945976368、Liuhonghua@petrochina.com.cn