淺談天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)導(dǎo)熱油系統(tǒng)完整性管理策略

于江鋒

（遼河油田儲(chǔ)氣庫(kù)公司，遼寧 盤錦 124000）

遼河儲(chǔ)氣庫(kù)群是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程，列入國(guó)家“十四五”規(guī)劃，是中國(guó)石油在全國(guó)建設(shè)的六大儲(chǔ)氣中心之一，擔(dān)負(fù)著東北和京津冀地區(qū)天然氣季節(jié)調(diào)峰任務(wù)，對(duì)調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排、應(yīng)對(duì)氣候變化、保障供氣安全及國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備具有重大的社會(huì)意義和戰(zhàn)略意義。導(dǎo)熱油系統(tǒng)作為儲(chǔ)氣庫(kù)的重要系統(tǒng)，具有運(yùn)行參數(shù)精度高，對(duì)完好性要求非常高，但系統(tǒng)本身設(shè)備數(shù)量較多，環(huán)節(jié)多，環(huán)境較惡劣，且導(dǎo)熱油易滲漏、易燃燒著火，存在潛在的較大安全隱患等，這就對(duì)整個(gè)導(dǎo)熱油系統(tǒng)的完整性管理提出更高的要求。

1 導(dǎo)熱油系統(tǒng)功能及組成

1.1 設(shè)備功能

在天然氣采氣期，導(dǎo)熱油經(jīng)強(qiáng)制循環(huán)泵，通過(guò)導(dǎo)熱油爐加熱升溫后，與乙二醇凝富液換熱器、乙二醇再生裝置的低溫液體進(jìn)行熱交換。

1.2 系統(tǒng)組成

雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)群一期工程包括2座導(dǎo)熱油爐撬，每座撬含1.9MW導(dǎo)熱油爐1臺(tái)、燃燒器及燃料氣系統(tǒng)等；1座導(dǎo)熱油循環(huán)泵撬，包含導(dǎo)熱油泵3臺(tái)，2用1備；1座導(dǎo)熱油膨脹罐及卸車撬，包含導(dǎo)熱油膨脹罐1座、導(dǎo)熱油分離器1座、導(dǎo)熱油卸車罐1座、導(dǎo)熱油卸車泵1臺(tái)；導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)控制柜及配電柜；工藝流程管線等。

2 導(dǎo)熱油油質(zhì)

2.1 物性參數(shù)

目前雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)選用THERMINOL 55導(dǎo)熱油，物性參數(shù)見(jiàn)表1，設(shè)計(jì)使用范圍150～200℃在合理區(qū)間內(nèi)。

表1 HERMINOL 55導(dǎo)熱油的物性參數(shù)

2.2 定期化驗(yàn)

每運(yùn)行三個(gè)月應(yīng)至少對(duì)導(dǎo)熱油的粘度、閃點(diǎn)、酸值和殘?zhí)?項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行取樣化驗(yàn)（表2）。如各項(xiàng)指標(biāo)均未超出變化范圍，說(shuō)明熱傳導(dǎo)液運(yùn)行良好；當(dāng)其中有2項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)規(guī)定限值時(shí)，應(yīng)考慮添加部分新油或全部換油。

表2 導(dǎo)熱油換油標(biāo)準(zhǔn)

2.3 控制油品含水量

油品含水超標(biāo)時(shí)，當(dāng)油溫升至100℃以上，水分汽化，體積驟增，可能會(huì)造成膨脹量過(guò)大，噴油著火；水分受熱汽化產(chǎn)生高壓，可能引起管道設(shè)備超壓爆管。

3 控制導(dǎo)熱油的溫度重要性

導(dǎo)熱油在傳熱過(guò)程中主要發(fā)生三種化學(xué)反應(yīng):熱氧化反應(yīng)、熱裂解和熱聚合反應(yīng)，使導(dǎo)熱油劣化。油溫是導(dǎo)熱油發(fā)生熱氧化反應(yīng)和熱聚合反應(yīng)的重要參數(shù)。隨著溫度的升高，這兩種反應(yīng)的反應(yīng)速度會(huì)急劇增加，結(jié)焦傾向也隨之增大。管壁溫度是影響導(dǎo)熱油劣化最主要因素。

4 控制流速及雷諾數(shù)

為避免導(dǎo)熱油過(guò)熱發(fā)生分解并產(chǎn)生積碳，導(dǎo)熱油爐輻射管內(nèi)的導(dǎo)熱油流速不低于2m/s；對(duì)流管內(nèi)導(dǎo)熱油流速則不低于1.5m/s。對(duì)導(dǎo)熱油過(guò)熱造成影響的因素還有導(dǎo)熱油的粘度和爐管管徑，可以用雷諾數(shù)進(jìn)行輔助控制。流體雷諾數(shù)公式Re=ρvd/η，其中v、ρ、η分別為流體的流速、密度與動(dòng)力粘度，d為管道徑；一般Re＜2300為層流狀態(tài)，2300＜Re＜4000為過(guò)渡狀態(tài)，Re＞4000為紊流狀態(tài)，Re＞10000為完全紊流流狀態(tài)。圖1為雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)導(dǎo)熱油爐爐管內(nèi)流體在兩種流速下的雷諾數(shù)，計(jì)算結(jié)果表明在正常工作溫度下，流體處于紊流狀態(tài)。

圖1 不同流速下Re值情況

5 控制壓差

導(dǎo)熱油在高溫下發(fā)生分解結(jié)焦積碳，附著在爐管內(nèi)壁上，增加流動(dòng)阻力，降低傳熱效果，導(dǎo)致?tīng)t管過(guò)熱變形、減薄穿孔、爆管，嚴(yán)重影響安全運(yùn)行。可以在DCS系統(tǒng)上設(shè)置爐管壓差高位報(bào)警。雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)一期工程導(dǎo)熱油爐的理論壓差156.31kPa，并與投運(yùn)初期壓差基本相符。

導(dǎo)熱油鍋爐實(shí)際運(yùn)行出口溫度為193℃、進(jìn)口溫度171℃，物性參數(shù)見(jiàn)表3，鍋爐參數(shù)見(jiàn)表4。

表3 導(dǎo)熱油相關(guān)參數(shù)

表4 導(dǎo)熱油爐參數(shù)

計(jì)算鍋爐出入口流體雷諾數(shù)：入口Re=ρvd/η=107706；出口Re=ρvd/η=132822；管壁的絕對(duì)當(dāng)量粗糙度e=0.06mm。管壁的相對(duì)當(dāng)量粗糙度ε=2e/d=2×0.06/250=4.8×10-4

水力光滑區(qū)的雷諾數(shù):Re1=59.5/ε8/7=369304

水力粗糙區(qū)的雷諾數(shù)：Re2=(665-765lgε)/ε=1865641因?yàn)镽e1＜Re＜Re2,所以流體處于混合摩擦區(qū)。

沿程摩阻和壓降的計(jì)算：

局部摩阻和壓降的計(jì)算：

表5 沿程及局部的摩阻壓降

6 停啟運(yùn)操作

6.1 控制初始溫度

初始投運(yùn)點(diǎn)火升溫時(shí)，應(yīng)先啟動(dòng)循環(huán)泵，再逐步升溫，冷油流速不低于2m/s。升溫速度不高于30℃/h。建議升溫曲線見(jiàn)圖2。

圖2 升溫曲線

6.2 正常停爐操作

先關(guān)閉燃料供給閥,停止燃燒,待導(dǎo)熱油溫度降到80℃以下時(shí)方可停止熱油循環(huán)泵的運(yùn)行。

6.3 緊急停爐處理

在加熱爐高溫運(yùn)行時(shí),如果遇到突然停電或其它故障需要緊急停爐時(shí),應(yīng)迅速關(guān)閉燃料供給,同時(shí)將爐門打開(kāi),讓爐膛與外界環(huán)境之間形成自然通風(fēng)狀態(tài),將爐膛內(nèi)的蓄熱散發(fā),以避免爐管內(nèi)靜止的導(dǎo)熱油吸收爐膛內(nèi)的蓄熱而使溫度升高，超過(guò)了導(dǎo)熱油最高使用溫度。

6.4 循環(huán)泵故障

當(dāng)突然停電或循環(huán)泵故障不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，管內(nèi)導(dǎo)熱油由于爐膛余熱作用，在1～2min內(nèi)油溫會(huì)超過(guò)允許值，這時(shí)應(yīng)迅速打開(kāi)冷油置換閥門，利用高度壓差把膨脹油箱的冷油經(jīng)過(guò)爐內(nèi)自流至儲(chǔ)油箱內(nèi)。

7 嚴(yán)禁鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行

鍋爐的實(shí)際使用熱負(fù)荷要低于85%，避免爐膛局部溫度國(guó)道導(dǎo)致油溫超過(guò)最高使用溫度。儲(chǔ)氣庫(kù)的導(dǎo)熱油爐的熱負(fù)荷主要是乙二醇再生裝置和天然氣凝液換熱器，單爐設(shè)計(jì)熱負(fù)荷1.9MW，采氣裝置一期投運(yùn)時(shí)的實(shí)際熱負(fù)荷為76%，屬于比較理想的狀態(tài)。

導(dǎo)熱油爐出口平均溫度應(yīng)比最高適用溫度至少低20～40℃。運(yùn)行中嚴(yán)禁導(dǎo)熱油超溫使用，以確保其正常使用壽命。

8 防止氧化、污染

（1）雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)的導(dǎo)熱油膨脹罐設(shè)有氮?dú)飧采w系統(tǒng)進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)，隔絕空氣。但是氮?dú)飧采w系統(tǒng)的電磁閥、減壓閥可能故障失靈，可以通過(guò)DCS系統(tǒng)設(shè)置膨脹罐壓力報(bào)警值進(jìn)行預(yù)警。

（2）儲(chǔ)氣庫(kù)的導(dǎo)熱油系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)，加強(qiáng)巡檢，避免其它物質(zhì)或機(jī)械雜物進(jìn)入。

（3）在循環(huán)泵入口處應(yīng)裝過(guò)濾器，應(yīng)能濾去懸浮狀態(tài)的聚合物及其他雜質(zhì)，最好采用不銹鋼濾網(wǎng)。采氣期開(kāi)始前及結(jié)束后都要拆除清洗過(guò)濾器。

9 管理提升

（1）作業(yè)人員應(yīng)取得特種設(shè)備作業(yè)人員證書(shū)，持證上崗。

（2）管理人員必須具備相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，并組織定期特種設(shè)備檢驗(yàn)，預(yù)防事故的發(fā)生,開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控體系和隱患排查治理雙重預(yù)防機(jī)制。

（3）應(yīng)建立健全操作規(guī)定并定期開(kāi)展工作循環(huán)分析，應(yīng)當(dāng)建立對(duì)導(dǎo)熱油爆管、爐膛爆炸、導(dǎo)熱油泄漏和火災(zāi)事故的應(yīng)急預(yù)案，并設(shè)置足夠的滅火設(shè)備和消防措施，應(yīng)當(dāng)定期巡查和維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排出故障。

10 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)熱油系統(tǒng)作為天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)采氣期的重要系統(tǒng)單元，通過(guò)采取各種措施，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命，防范各類風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)備本質(zhì)安全，提升導(dǎo)熱油完整性管理水平，成為影響采氣整體系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵一環(huán)。