劉景亮，楊光偉，四建鑫

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤南作業(yè)公司 天津 300456)

0 引 言

海上生產(chǎn)平臺中，絕大多數(shù)的天然氣集輸和初加工單元都有冷卻降溫工藝，綜合考慮設(shè)備換熱效率、成本、場地面積和冷介質(zhì)來源等因素，多選用管殼式換熱器[1]。渤海A平臺天然氣冷卻器選用海水作為冷介質(zhì)，海水由潛水離心泵舉升至平臺工藝流程，經(jīng)粗濾器除去部分雜質(zhì)、泥砂和海生物，進(jìn)入冷卻器管程熱交換后進(jìn)行排放。高溫天然氣進(jìn)入冷卻器殼程，物流方向與海水相反，利用管壁進(jìn)行熱交換，達(dá)到降溫效果，具體流程見圖1。

圖1 天然氣冷卻器簡圖 Fig.1 Schematic diagram of natural gas cooler

天然氣冷卻器在運(yùn)行一段時(shí)間后，浮頭、管束內(nèi)表面會積累形成水垢、泥砂、海生物、微生物[2]之類的覆蓋物層，這些堵塞物占據(jù)了海水流道，增加了冷熱器管壁的熱阻，使傳熱系數(shù)減小，導(dǎo)致冷熱器的換熱效率[3]下降。渤海A平臺初期采用常規(guī)拆卸高壓清洗[4]工藝，每次清洗作業(yè)產(chǎn)生天然氣放空燃燒約 10萬m3，人工和物料費(fèi)用約5萬元，且作業(yè)工藝復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，清洗效果僅能保持1年左右。A平臺生產(chǎn)工藝流程目前共9臺天然氣冷卻器，采用常規(guī)工藝每年支出的費(fèi)用和天然氣放空燃燒量比較大，因此，設(shè)計(jì)并實(shí)踐天然氣冷卻器免拆卸在線清洗[5]技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳減排[6]，意義重大。

1 天然氣冷卻器免拆卸在線清洗試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1 分析影響冷卻器換熱效果的因素

針對管殼式冷卻器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析影響冷卻器工作性能的因素主要有換熱面積、傳熱系數(shù)、換熱介質(zhì)溫差等。

①海生物附著[7]：冷卻器管程內(nèi)合適的溫度及富氧條件很適合海洋生物生長繁殖，細(xì)小海洋生物進(jìn)入冷卻器后迅速生長、附著，體積變大后無法排出冷卻器，占據(jù)流道空間，影響海水流量。

②泥沙堆積：冷卻器海水流程一般為下方進(jìn)水、上方出水，泥沙易攜帶且堆積在管束和浮頭中，減小了換熱面積，增加了冷卻器熱阻，降低了傳熱系數(shù)。 ③海水溫度變化：季節(jié)變化導(dǎo)致海水溫度上升時(shí)，冷卻器處理天然氣達(dá)到相同溫差所需海水量變大。

1.1.2 冷卻器免拆卸在線清洗試驗(yàn)設(shè)計(jì)

①反向沖洗解堵實(shí)現(xiàn)免拆卸：針對冷卻器海水路流程下進(jìn)上出、堵塞物堆積在下部的特點(diǎn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用上進(jìn)下出方式對冷卻器進(jìn)行反沖洗[8]，大排量反沖洗介質(zhì)可將堵塞物攜帶排出。

②選用大排量海水作為沖洗介質(zhì)實(shí)施在線清洗時(shí)，因海水比熱容高可保證大部分換熱效果實(shí)現(xiàn)冷卻器在線運(yùn)行，且海水作為沖洗介質(zhì)就地取材，經(jīng)濟(jì)無污染，流程易實(shí)現(xiàn)。

1.2 試驗(yàn)運(yùn)用

渤海A平臺基于以上免拆卸在線清洗試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用現(xiàn)有流程連接臨時(shí)管線實(shí)現(xiàn)冷卻器在線免拆卸清洗試驗(yàn)。主要是利用海水管線進(jìn)出口2in (50.8mm)溫井法蘭作為反沖洗臨時(shí)接口，連接臨時(shí)管線實(shí)現(xiàn)冷卻器免拆卸在線清洗，具體流程見圖2。 試驗(yàn)過程中大量泥沙和海洋生物從排放口沖洗清除，海洋生物以海蠣子等貝殼類為主，現(xiàn)場收集海洋生物約10kg、泥砂若干，見圖3。

圖2 在線免拆卸清洗試驗(yàn)流程簡圖 Fig.2 Schematic diagram of on-line disassembly-free cleaning test process

圖3 從排放口清出的部分海生物 Fig.3 A small number of marine organisms

天然氣冷卻器免拆卸在線清洗試驗(yàn)過程安全、高效。清洗結(jié)束后，設(shè)備正常投運(yùn)，冷卻器換熱效率明顯提升，達(dá)到預(yù)期清理效果。具體見表1。

表1 天然氣冷卻器清洗試驗(yàn)前后參數(shù)對比 Tab.1 Comparison of parameters before and after cleaning test of natural gas cooler

2 天然氣冷卻器免拆卸在線清洗流程

2.1 流程設(shè)計(jì)改造

基于天然氣冷卻器免拆卸在線清洗試驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)改造工藝流程只需要開關(guān)閥門即可完成清洗作業(yè)，使得天然氣冷卻器清洗這項(xiàng)復(fù)雜、工作量大、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高的作業(yè)變得安全、簡單、高效。具體設(shè)計(jì)見圖4。

圖4 天然氣冷卻器免拆卸在線清洗流程設(shè)計(jì) Fig.4 Design of on-line disassembly-free cleaning process of natural gas cooler

天然氣冷卻器正常運(yùn)行時(shí)，1、2號閥門為開啟狀態(tài)，3、4號閥門為關(guān)閉狀態(tài)。免拆卸在線清洗作業(yè)時(shí)，1、2號閥門為關(guān)閉狀態(tài)，3、4號閥門為開啟狀態(tài)。

2.2 現(xiàn)場效果

根據(jù)流程設(shè)計(jì)和校核，渤海A平臺進(jìn)行了天然氣冷卻器工藝流程改造，經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行驗(yàn)證，冷卻器免拆卸在線清洗技術(shù)的直接效果和延續(xù)性效果都非常好，清洗效果可保持半年左右。

2.2.1 清洗效果檢驗(yàn)

圖5所示曲線為壓縮A機(jī)天然氣冷卻器在清洗作業(yè)前2個(gè)月間海水出口閥開度變化，由30%～50%的開度因?yàn)楣苁氯饾u上升至100%，而且無法達(dá)到換熱效果。

圖5 清洗前海水出口閥開度 Fig.5 Opening of seawater outlet valve before cleaning

圖6所示曲線為免拆卸在線清洗后2個(gè)月壓縮 A機(jī)冷卻器海水出口閥開度曲線，可見閥開度長時(shí)間維持在50%以下。

圖6 清洗后海水出口閥開度 Fig.6 Opening of seawater outlet valve after cleaning

2.2.2 清洗工藝優(yōu)缺點(diǎn)對比

渤海A平臺經(jīng)過試驗(yàn)探索和設(shè)備改造應(yīng)用，得出了天然氣冷卻器免拆卸在線清洗和傳統(tǒng)拆卸清洗工藝在安全性、人工時(shí)、維修費(fèi)用、清洗效果4個(gè)方面的優(yōu)缺點(diǎn)對比，見表2。

表2 2種清洗技術(shù)效果對比 Tab.2 Comparison of two cleaning techniques

2.2.3 應(yīng)用效益

天然氣冷卻器免拆卸在線清洗技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)省單次清理費(fèi)用約5萬元/臺，渤海A平臺天然氣冷卻器共計(jì)9臺，以一年清洗一次的頻率可實(shí)現(xiàn)節(jié)約清洗費(fèi)用45萬元/年。

渤海A平臺單臺冷卻器常規(guī)拆卸清洗會造成天然氣放空燃燒10萬m3/次，冷卻器免拆卸在線清洗技術(shù)避免了天然氣放空燃燒90萬m3/年，折算節(jié)約標(biāo)煤約1200t，減排二氧化碳1950t。

3 結(jié) 語

①天然氣冷卻器免拆卸在線清洗技術(shù)在渤海A平臺成功試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的清洗效果，冷卻器換熱效率明顯提升，為海上生產(chǎn)平臺提供了可靠的清洗技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

②與傳統(tǒng)拆卸清洗技術(shù)對比，免拆卸在線清洗技術(shù)具有安全性高、節(jié)省費(fèi)用、占用人工時(shí)少等優(yōu)點(diǎn)，顯著提高了天然氣冷卻器清洗的便利性。

③免拆卸在線清洗技術(shù)工藝流程簡單易實(shí)現(xiàn)、可推廣性強(qiáng)。該技術(shù)選用海水作為在線清洗介質(zhì)，海上生產(chǎn)平臺可就地取材，不產(chǎn)生環(huán)境污染。

④免拆卸在線清洗技術(shù)避免了海上平臺天然氣集輸和初加工單元中無備用冷卻器設(shè)備工況時(shí)清洗作業(yè)產(chǎn)生的天然氣放空燃燒的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了碳減排，為企業(yè)綠色低碳經(jīng)營提供了可供參考的經(jīng)驗(yàn)?！?/p>