海洋石油固定平臺海水冷卻器的選型優化

鐘廣鋒

海洋石油固定平臺海水冷卻器的選型優化

鐘廣鋒

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

海洋石油固定平臺冷卻器主要采用海水進行冷卻，因此在冷卻器選材方面需要特殊考慮，鈦管做冷卻器擁有獨特優勢，它具有最好的防腐蝕、抗泥砂磨損等特點。海洋固定平臺由于空間狹小，平臺結構承載能力受限，不同型式的冷卻器尺寸和重量差別很大，因此選擇合適的型式，在海水冷卻器選型階段具有重要意義。

海洋石油；固定平臺；海水冷卻器；鈦管；選型

管殼式換熱器以外殼中的封閉管束壁面來作為熱傳遞工具，是間壁式換熱器的一種。

管殼式熱器操作快捷方便、設計結構較為簡單且原材料的選擇多，可以在高壓、高溫等環境下正常工作，所以管殼式熱器在海洋石油固定平臺上的應用特別廣泛。本工程項目主要使用管殼式換熱器作為海水冷卻器，將來自生產管線溫度較高的原油經海水冷卻到合適的溫度后輸出。管程、殼程設計壓力：1.38MPaG；管程、殼程設計溫度：140℃；外形尺寸：DN800×4 450×（10+3）/12mm。U型管換熱器傳熱管束是呈U形彎曲，管束兩端固定在同一塊管板上下部位，再由管箱內的隔板將其分為進口和出口兩個部分的，而完全消除了熱應力對管束影響。U型管換熱器結構簡單、應用方便。

1　材質的選擇

銅合金在海水中是傳統冷卻器管子的常用材料，腐蝕有脫鋅與點蝕的兩種形式。90/10和70/30CuNi管在結垢后比黃銅更容易產生脫鎳與點蝕。冷卻器銅管耐蝕性靠表面生成一層氧化亞銅的保護膜，由自然建立氧化膜的生成期較長，往往通過人工建立保護膜，如采用含鐵銅合金促進生成的抗蝕簿膜。另外，防護效果還取決于膜剝離與海水沖蝕，隨著膜的逐漸破壞，應該定期注入鐵離子補膜。

鈦金屬材料雖然成本比較高，但其使用壽命長，鈦材是海水冷卻器的首選材料之一。銅合金表面膜具有局限性，使用過程中需要用輔助的防護措施，而且使用過程中維護與管理不到位，可能會存在失效的問題。

2　海水冷卻器的類型選擇

每一種海水冷卻器的型式都有固定的應用范圍，在固定場合下工作的海水冷卻器被換到其他環境或場合，冷卻器的性能和傳熱效果都會不一樣，所以，根據不同的實際情況來選擇不同的海水冷卻器是非常重要的一個環節。影響海水冷卻器的選擇的因素是多方面的，主要體現在：流體的性質；壓力、溫度和允許壓降范圍；流量大小及熱負荷；設備的尺寸、材質、結構、重量；設備維修和清洗的要求；安全性能、性價比和使用壽命等方面。

設計之初，由于考慮的油田采出的原油粘度較高，需要經常對設備進行抽芯清洗，采用了管程走原油的工況。但是有一些缺點：①由于換熱管內徑較小（直徑約19mm），原油粘度較高容易造成換熱管堵塞，尤其在U型彎位置。換熱器在不工作時，管內原油如果沒有及時置換出來，易造成原油凝管；②重量和尺寸較大，直徑約為DN1 200，單臺重量約10t，整橇重約在30t；③海水走殼程后，殼體和換熱管都要求防海水腐蝕，都需要用鈦管，費用較高。

由于海水走殼程后使得海水冷卻器整橇重量較重，并且對整個平臺導管架承載力構成影響，而且殼體和換熱管都需要鈦管，費用較高。因此對其進行了優化，選取海水走管程，解決了以上問題：①由于原油在殼程不會造成換熱管內堵塞，換熱管表面凝結原油可將換熱管抽出來清洗；②設備尺寸重量較小，其單臺直徑約為DN700，單臺重量約3t，整橇重約在20t。③原油走殼程設備筒體選用Q345R即可，管程材質選為鈦合金。但是不利條件是需要定期抽芯清洗，但此設備設計為1用1備工況，不會對油田生產運行產生影響。在工藝流程都能滿足正常生產的前提下，原油走管程由于整橇重量和鈦管重量都會增加，因此選擇海水走管程。

3　結束語

在海水冷卻器選材過程中，對于防護措施和海水用材應充分考慮具體的環境因素，合理選用不同的海水冷卻器，抗腐蝕性能強的材料深受工程技術人員的喜愛，鈦作為海水冷卻器的材料雖然設備成本較高，但使用壽命長，應作為海洋固定平臺海水冷卻器首選。在海洋石油固定平臺海水冷卻器選型中，除考慮結構強度、材料來源、安全性等方面，還應考慮整體尺寸和重量對甲板結構的影響。設計階段是非常重要的階段之一，工程技術專業人員在設計海水冷卻器的時候，應多方面考慮經濟運行、型式選擇及設備成本等多方面因素，從而使設計滿足生產需求。

［1］ 周常蓉，朱衛華.海洋環境下鋼結構的腐蝕機理［J］.科協論壇，2008，（9）.

［2］ 余存燁.濱海石化廠使用鈦冷卻器技術經濟分析［J］.石油化工腐蝕與防護，2004，（2）.

Selection and Optimization of Sea Water Cooler for Offshore Oil Fixed Platform

Zhong Guang-feng

Cooler of offshore oil fixed platform mainly uses seawater cooling，so the special consideration is needed for the selection of the cooler，and the titanium pipe has a unique advantage，it has the best corrosion resistance，anti mud sand wear ability and so on.Due to the narrow space of the platform and the limited capacity of the platform structure，the size and weight of the different types of cooler are very different，so the choice of the appropriate type is very important in the selection stage of sea water cooler.

offshore oil；fixed platform；sea water cooler；titanium tube；selection

P752

A

1003-6490（2016）06-0186-01

2016-06-16

鐘廣鋒（1984—），男，湖南澧縣人，工程師，主要研究方向為機械設備選型及故障診斷。