海洋石油化學藥劑設備清洗難點及方法

于真真 成鵬濤 李文滔 鞏世全 何艷甫(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 引言

隨著我國深海石油的開發，水下井口和水下閥組是必可可少的一部分。去往水下井口的化學藥劑注入系統承擔著往水下注入緩蝕劑、防蠟劑、阻垢劑、殺菌劑、甲醇等藥劑。FPSO上部模塊的部分化學藥劑管線經過單點通過臍帶纜傳至水下設備，水下設備的閥組對清潔度有極高要求。在陸地加工制造過程中，打磨、焊接、噴砂等施工作業時產生的部分顆粒物大概率不可避免地進入設施內部。化學注入系統管道內的微小顆粒物可能導致化學注入介質粘度增高，附著力增強，降低管道流速。過多的微小顆粒物甚至會堵塞水下精密閥組[1]。設計制造上需要采取多種措施清除顆粒物、預防管線內部堵塞，保證管道內內部潔凈度。從設計上，管路系統增設濾器過濾管道內雜質，材質選用耐腐蝕性能好的不銹鋼。在制造安裝過程中，藥劑儲罐、管線等設施內部的焊渣、浮銹、微顆粒物，通過物理方法或化學方法對內部進行清洗。物理方法主要是采取向管道內沖入大量水清洗；化學方法主要是向管道內注入弱酸介質中和，除去管道內壁附著物、鐵銹。

1 工藝潔凈度要求

水下設施對注入到水下設備的設施、管道潔凈度一般要求為SAE AS4059 Class 8B-F。SAE AS4059為航空航天動力-液壓油污染等級標準。其含義為每100mL，對應粒徑顆粒物數量不能超過等級8對應代碼的數量，例如Class 8B表示大于5μm顆粒物累積總數不能超過77849。國內一些檢驗單位給出以NAS 1638為標準的報告。 NAS 1638與SAE標準SAE AS4059標準采用相同的清潔度等級，但SAE AS4059還加入了清潔度等級000級。NAS 1638標準給出以顆粒物粒徑為依據的數量范圍。

表1 SAE AS4059 Class8 顆粒物等級

方法(1)和(2)為自動顆粒計數器測得的粒徑。方法(1)測得粒徑為基于ARP598測得的最長尺寸；方法(2)測得粒徑為投影面積法得出等效粒徑。

表2 NAS 1638 潔凈度等級

無論采用哪種方法，設施、管道清洗后，對應的管道顆粒物數量不能超過表中對應數量。

2 化學藥劑系統設備清洗難點

管線串洗理想效果為流動介質處于湍流狀態，雷諾數Re數大于4000。而靠近管壁面處的層流區越小，清洗效果越明顯。當黏在管壁面處的顆粒物直徑d小于邊界層厚度時，流動介質剪應力才會對顆粒物進行有效的推動沖刷[2]。邊界層厚度半經驗公式為：

λ為沿程損失系數。

雷諾數在4000～105范圍內時，；在105～3×106時，

化學藥劑系統設備具有泵組多、管路復雜、支路多等特點。管路系統中的并聯處，分流處有能量損失造成局部流速降低，進一步影響清洗效果[3]。在設備內部，管線直管短、彎頭多、三通分路多，管線上閥組和儀表接口等突變處有明顯增加串洗流體介質流線混亂程度作用，從而能更容易沖刷管壁上的顆粒物。但管徑不同處、突變處也會出現極小范圍的流動死區，導致局部流速過小，部分顆粒物會聚集在死區而不能被洗出。在一些碳鋼材質管路串油工程實踐中發現，監測點清潔度會出現反復甚至降低，就是流動死區中的顆粒物脫落導致。

化學藥劑設備的清洗另一問題是工藝管路的復雜性。管路系統中存在多處回路，管路分流會引起偏流，降低管內流量，從而降低清洗效果。管路中的儀表，如安全閥清洗時處于關閉狀態，需要拆除并單獨考慮清洗回路。

不銹鋼管線酸洗鈍化是利用弱酸的腐蝕性去除不銹鋼表面氧化物，在表面形成一層致密性的薄鈍化膜。經過酸洗的管道，內部的浮銹、顆粒能隨酸洗液排出，但在焊接接頭、變徑、彎頭處，由于酸洗過程流速較低，不能排出。管路酸洗只能作為串洗前的準備工序使用。

3 串洗方案及應用

串洗方案根據管路走向和清洗靠操作性制定。清洗進口和出口一般選取工藝管路的進口和出口位置，對于設備內部儀表多、并聯管路多的特點，合理設計短接方案，保持每一并聯分支流體處于湍流狀態[4]。

3.1 串洗橇設備

串洗橇設備主要由清洗介質儲罐、泵、雙聯濾器、出口/回路管排組成，如圖 1所示。為避免二次污染，串洗管路、閥組、濾器、串洗泵都選用不銹鋼材質。串洗橇設備管路采用2吋，減少串洗回路阻力。針對化學藥劑設備內泵組多、管路出口流程多的特點，使用管排可將多路清洗回路同時清洗，以減少串洗回路數量和串洗時間。進口管排和出口管排放置在化學藥劑設備清洗管路位置。從串洗橇出口到管排采用不銹鋼軟管連接，尺寸不宜小于1吋。尺寸過小會額外增加串洗回路壓降。

圖1 串洗橇流程圖

串洗泵理論上可以選擇離心泵或柱塞泵。串洗管路長度如表3所示，總長度為206m。常用壓力管道壓降計算公式為[5]

根據4.2串洗流程，考慮每個串洗回路長度較短和實際串洗過程的臨時調整，如現場管路閥門的臨時開啟、關閉，以及后續項目中串洗泵通用性、串洗橇標準化制造，串洗泵選用86m揚程離心泵。

表3 串洗管路長度

雙聯濾器雙聯濾器分為粗濾器和精濾器。前期使用粗濾器，后期使用精濾器。精濾器燒結濾芯精度根據串洗要求選擇，可選擇5μm和3μm。

3.2 串洗流程

管路壓力試驗完畢后，先進行空氣吹掃，排出管內液體和大顆粒雜質，再進行管路酸洗。酸洗泵流量、壓力等能力一般較低，對于現場施工進入罐內的浮銹有一定清洗效果。酸洗后恢復化學藥劑設備的整個管道系統，確認管路系統中的壓力表、Y型濾器、閥門、化學藥劑泵都處于正常工作狀態。

化學藥劑泵組管線串洗布置方案見圖2。輔助不銹鋼軟管從進口管排引出接到化學藥劑泵進口管線盲端處。清洗流體回路輔助軟管從化學藥劑泵出口處接到回路管排。回路管排一次性最大可接10條回路軟管，可以同時串洗10個回路，也可以通過化學藥劑管路閥門控制串洗特定幾個回路，保證化學藥劑設備內所有管道都能得到清洗，避免流程切換的反復拆卸和二次污染。安全閥管路清洗流程采用軟管A/B泵組相互倒換接入的方式，解決了安全閥無法動作和安全閥尺寸過短、空間過小問題。化學藥上劑泵為柱塞泵，泵進出口處自帶有止回閥，因此清洗流體只能從進口到出口單向流動。當泵進口處管線無流量、管線無升溫時，通常為泵內的止回閥安裝流向裝反。

串洗介質采用90%乙二醇+10%水溶液，介質中氯離子含量不超過25ppm。化學藥劑管路串洗前，關閉進串洗橇到管排的進口、回路口閥門，啟動串洗泵，乙二醇溶液在串洗橇內循環過濾得到較為潔凈的串洗流體。

圖2 管路串洗示意

3.3 結果分析

從濾器前后取樣點取樣后，外送采用NAS 1638分析，串洗結果清潔度達到NAS7級，滿足水下設施的潔凈度要求。

濾前取樣結果如表4所示。

表4 濾前取樣結果

濾后取樣結果如表5所示。

表5 濾后取樣結果

串洗一定循環時間后，定期檢查取樣，濾芯根據清潔程度檢測結果，在必要時更換。串洗流程倒換中，軟管接頭和化學藥劑管線法蘭接口要用密封材料包裹，防止二次污染。

4 結語

文章通過采用酸洗加串洗相結合的方法，采用了適用的串洗橇設備，串洗流程合理的兼顧了所有管線，通過制定了合理的化學藥劑系統設備清洗方案，串洗效果達到了水下設施的清潔度要求。為后續海洋油氣田開發過程中類似設備清洗提供了一定借鑒意義。