數(shù)控脈沖清洗技術(shù)在油田加熱爐盤管清洗中的應(yīng)用

何巍楊 董剛 劉成千（中國石化西北油田分公司）

西北油田某卸油站擔(dān)負周圍幾個區(qū)塊原油倒運，以及撈油、收油、接噴等油罐車卸油任務(wù)，油品為中質(zhì)油，密度為0.914 g/cm3。該卸油站主要工藝流程為：倒運車輛從卸油口將原油卸入零位罐，通過外輸泵經(jīng)過加熱爐外輸至聯(lián)合站。

因卸油站存在部分黏度較大的稠油卸入系統(tǒng)，加熱爐在運行一段時間后盤管結(jié)垢嚴重，管徑變窄，進出口壓差升高，輸油不暢，出口溫度難以提升。經(jīng)分析該垢樣包含大量聚合物，黏性強，不及時清理，加熱爐熱效率將明顯降低，耗氣量明顯上漲，對生產(chǎn)造成極大影響。另一方面，該片區(qū)原油高含硫化氫，具有強腐蝕性，如不定期對加熱爐盤管進行清理，將會造成盤管銹蝕刺漏[1]。為保證該卸油站加熱爐安全運行，避免盤管腐蝕泄露，節(jié)約檢維修費用，采用數(shù)控脈沖清洗技術(shù)對其進行清洗。

1 加熱爐盤管清洗技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)外學(xué)者對加熱爐盤管清洗領(lǐng)域研究較早，主要分為化學(xué)清洗和物理清洗兩種[2-5]，由此衍生出的清洗技術(shù)較多，如孫紅鐿等人研究優(yōu)化的空穴射流清洗器，余少陽等人研制的高壓脈沖氣體管道清洗裝置，美國GOOWAY清洗公司研制的RAM管道清洗機等。

1.1 化學(xué)清洗

化學(xué)清洗主要分為堿洗和酸洗[6-7]，主要通過化學(xué)清洗劑與管道內(nèi)污垢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成易溶物質(zhì)，從而剝離內(nèi)壁，達到清洗目的。但清洗時間較長，成本較高，效率較低，為避免化學(xué)清洗劑對管道造成腐蝕，需嚴格把控清洗時間。

1.2 物理清洗

物理清洗主要依靠高壓水或高壓氣、清管器等外力作用，形成沖擊力，實現(xiàn)對雜質(zhì)的清理。具有操作簡單、清理時間短、無環(huán)境污染、基本不用考慮對管道的腐蝕影響、清洗效率高等優(yōu)點。

2 數(shù)控脈沖清洗技術(shù)基本原理

數(shù)控脈沖清洗技術(shù)主要依靠空氣和水混合兩相流為介質(zhì)，通過?？卦O(shè)備使高壓水和氣體高速旋轉(zhuǎn)進入加熱爐盤管，通過數(shù)控高頻脈沖控制儀對空氣和水流量進行控制，使之形成高速旋轉(zhuǎn)氣-液射流，數(shù)控脈沖清洗流程見圖1。

圖1 數(shù)控脈沖清洗流程

清洗管線直徑超過100 mm的，需要增加1輛400型泵車以達到水量流速。數(shù)控脈沖所形成的脈沖對管內(nèi)的銹垢存積物進行沖擊振動和切削，高速旋轉(zhuǎn)的氣-液射流將逐層剝落的銹垢和存積物快速沖刷出盤管之外從而實現(xiàn)清洗目的[8-10]。整個清洗過程中不需要化學(xué)藥劑和管內(nèi)清洗器，減少管堵和環(huán)境污染等風(fēng)險，同時整個施工壓力控制在4 MPa內(nèi)，施工相對安全，數(shù)控脈沖盤管清洗裝置見圖2。

圖2 數(shù)控脈沖盤管清洗裝置

3 應(yīng)用與效果評價

3.1 數(shù)控脈沖清洗加熱爐盤管

數(shù)控脈沖清洗設(shè)備為車載移動式，當(dāng)設(shè)備進場后，將加熱爐盤管進、出口管線進行拆除，加熱爐進口接入清洗設(shè)備的脈沖高壓氣、液混合匯管，加熱爐出口匯管與水罐車連接見圖3，實現(xiàn)清洗水循環(huán)利用。

圖3 管線連接

管線連接完畢，工藝流程確認無誤后，將脈沖頻率設(shè)置為100 Hz，向清垢盤管做流程貫通試驗，時刻觀察泵壓表，待出口出水后，再次確認流程，判斷去往相關(guān)流程及閥門是否完全關(guān)閉，是否有漏失現(xiàn)象，一切正常后，繼續(xù)保持100 Hz脈沖頻率低壓進行清洗，待清洗設(shè)備上的壓力表數(shù)下降后再逐步提高頻率，繼續(xù)實施高壓數(shù)控脈沖氣-液除垢作業(yè)，根據(jù)清洗情況，不斷調(diào)整脈沖頻率，逐層將盤管內(nèi)壁的附著物剝離、清除。整個作業(yè)過程壓力控制在管線正常運行壓力以內(nèi)，施工時間大約8 h左右。如果清洗設(shè)備脈沖頻率設(shè)置為100 Hz時，泵壓迅速升高，立即停止作業(yè)，檢查管線閥門開關(guān)狀態(tài)、流向是否正確、管線是否有堵塞，待一切正常后重復(fù)以上作業(yè)工序，循環(huán)清洗，盤管清洗過程參數(shù)變化見表1。可以看出因開始清管前盤管內(nèi)油垢較多，阻塞嚴重，對清洗設(shè)備的清洗高壓脈沖水氣介質(zhì)有一定的阻力，脈沖壓力在2.5 MPa左右，相對整個清洗過程較高。為保障清洗過程順利進行，脈沖頻率由100 Hz緩慢提高到300 Hz，避免沖擊力太大，對清洗設(shè)備以及盤管造成損傷。

表1 盤管清洗過程參數(shù)變化

隨著清洗時間的增加，高壓脈沖水氣介質(zhì)對盤管內(nèi)的油垢不斷去除，開始緩慢提升頻率，盤管中紊流隨之加劇，部分油垢開始剝離盤管內(nèi)壁，與氣、水介質(zhì)形成氣、液、固三相流，因清洗介質(zhì)為循環(huán)利用，清洗到中后期介質(zhì)完全變成氣、液、固混合三相流，流體質(zhì)量增大，這將大大增加清洗介質(zhì)對盤管壁殘余附著油垢的沖擊力及慣性切應(yīng)力，有效提升清洗效果，縮短清洗時間。通過表1看出，清洗6 h后，脈沖壓力維持在1.5 MPa，較為恒定，說明盤管內(nèi)壁油垢基本被清除。

3.2 應(yīng)用效果評估

加熱爐清洗前后參數(shù)指標對比見表2，可見西北油田該卸油站加熱爐通過采用數(shù)控脈沖清洗技術(shù)對盤管進行清洗后，各項指標均有所改善，清洗效果顯著。單臺加熱爐盤管清洗后每小時可節(jié)約燃料氣38 m3，每年可節(jié)約332 880 m3，目前燃料氣單價為0.94元/m3，節(jié)約成本約31.3萬元。該卸油站共有4臺加熱爐，年總消耗燃料氣可節(jié)約133×104m3，年節(jié)約運行成本共計125萬元。

表2 加熱爐清洗前后參數(shù)指標對比

盤管清洗前后內(nèi)壁形貌對比見圖4，可見清洗后管壁附著的油垢、沉積物等雜質(zhì)基本清理完畢，說明該技術(shù)可以高效將管壁油垢去除，達到理想清洗效果。

圖4 盤管清洗前后內(nèi)壁形貌對比

3.3 經(jīng)濟效益

西北油田某卸油站之前對加熱爐清洗均采用化學(xué)方式，但清垢效果不理想，清洗后加熱爐熱效率改善不明顯。通過對油垢組分分析，發(fā)現(xiàn)其中包含大量聚合物，黏度大，且不與酸堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此清洗效果差。本次根據(jù)實際情況決定采用數(shù)控脈沖物理清洗，清洗后燃料氣消耗量明顯降低，熱效率提高，實現(xiàn)清洗后節(jié)能降耗的目的。

在清洗費用方面，化學(xué)清洗1次3.5萬元，而本次數(shù)控脈沖清洗價格為3萬元，投資成本節(jié)約0.5萬元。在清洗時間方面，化學(xué)清洗要通過堿液浸泡、酸液清洗、清水沖洗流程耗時3天，而本次只用1天就完成盤管清洗，節(jié)約了時間成本。在油價低迷期，此工藝經(jīng)濟合理，操作簡單，清洗效果好，可以為后期其它加熱爐清洗提供技術(shù)支撐和指導(dǎo)。

3.4 環(huán)保效益

化學(xué)清洗技術(shù)需要添加酸、堿清洗劑，操作人員一旦操作不當(dāng)將對其造成傷害；其次清洗時間不易過長，否則會造成盤管腐蝕，縮短加熱爐使用壽命，而清洗時間太短則清洗不徹底。數(shù)控脈沖清洗技術(shù)為純物理清洗技術(shù)，較化學(xué)清洗技術(shù)相比，無污染，不會造成盤管腐蝕，可以有效延長加熱爐使用壽命。同時，對這種難去除、不與酸堿反應(yīng)的污垢有一定的針對性，清洗較為徹底。

4 結(jié)語

西北油田某卸油站首次采用數(shù)控脈沖清洗技術(shù)對加熱爐盤管進行清洗，與之前化學(xué)清洗技術(shù)相比，該方法省時、省力，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了加熱爐現(xiàn)場清洗。作業(yè)全過程操作簡單，純物理清洗無污染，加熱爐清洗后，效果顯著，熱效率有明顯提升，進出口壓差幾乎為零，為其它計轉(zhuǎn)站加熱爐清洗提供了寶貴經(jīng)驗，建議將此技術(shù)進行推廣使用。