海管預(yù)調(diào)試過(guò)濾器研究與應(yīng)用

宣英杰，鄭松賢，李友行，史殿龍，鄭秋明

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

清管工作是新鋪海底管道投產(chǎn)前預(yù)調(diào)試階段的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以清除海底管道內(nèi)的小型雜物，保證投產(chǎn)后海底管道輸送介質(zhì)純凈度。

由于海管管容較大，通常清管用水采用的是含防腐劑、除氧劑等的海水。海底管道清管對(duì)水質(zhì)有一定的要求，水質(zhì)含有雜質(zhì)較多，通常會(huì)污染管道，造成清管通球雜質(zhì)堆積，存在卡球的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，含有雜質(zhì)的水會(huì)對(duì)清管時(shí)所用泵類(lèi)設(shè)備造成嚴(yán)重的損害，對(duì)設(shè)備和人員安全也存在危害。

針對(duì)登陸海管在陸地登陸點(diǎn)取水作業(yè)的情況，解決水質(zhì)問(wèn)題，需要增加前置水過(guò)濾器，對(duì)進(jìn)入海底管道的水進(jìn)行預(yù)處理。

1 項(xiàng)目背景

馬目油庫(kù)至魚(yú)山輸油管道工程的海底管道始于浙江省舟山市本島瓜臉山采石場(chǎng)西側(cè)，終于大魚(yú)山島東南側(cè)，共鋪設(shè)兩條32 英寸、一條20 英寸的海管，單條管線(xiàn)長(zhǎng)度均為16.65 km。海管兩端的登陸點(diǎn)受海流、潮汐等影響，造成水質(zhì)渾濁、泥沙含量較高，無(wú)法直接作為海管清管用水，需要增加海水過(guò)濾器對(duì)登陸點(diǎn)的海水進(jìn)行處理。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

參考DNV-GL F115 和詳細(xì)的清管試壓技術(shù)規(guī)格書(shū)，所有注入管線(xiàn)的用水必須能通過(guò)孔徑為50 μm 的機(jī)械過(guò)濾器，且懸浮物不超過(guò)20 g/m3；同時(shí)清管器的速度在0.5～1 m/s，才能較好地?cái)y帶出管內(nèi)雜質(zhì)，起到清洗效果。按照最大尺寸海管作為設(shè)計(jì)基本參數(shù)，滿(mǎn)足海管預(yù)調(diào)試清管速度的要求（表1）。

表1 32 英寸海管設(shè)計(jì)參數(shù)

3 海管預(yù)調(diào)試過(guò)濾流程

海管預(yù)調(diào)試過(guò)濾流程如圖1 所示：首先利用帶500 μm 粗過(guò)濾的潛水泵在登陸點(diǎn)的海底取水，海水通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾處理，處理后的海水雜質(zhì)粒徑不超過(guò)50 μm；同時(shí)為保障海管的防腐要求，在水箱中添加除氧劑、緩蝕劑、殺菌劑等化學(xué)藥劑，確保注入海管的海水不能腐蝕管道內(nèi)壁；最后將經(jīng)過(guò)過(guò)濾和添加化學(xué)藥劑的海水通過(guò)清管泵增壓注入海管中，進(jìn)行管道的通球、測(cè)徑工作。根據(jù)管道清管速度的要求，選擇配置合適的潛水泵、過(guò)濾器、水箱、清管泵等設(shè)備，設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 海底管道清管設(shè)備參數(shù)

圖1 海底管道清管示意

4 過(guò)濾器選型設(shè)計(jì)

為了保障海水的過(guò)濾效果和工程的經(jīng)濟(jì)性，采用反沖洗過(guò)濾器和袋式過(guò)濾器的組合過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，反沖洗過(guò)濾器的過(guò)濾精度為200 μm，袋式過(guò)濾器的過(guò)濾精度為50 μm。組合式海水過(guò)濾器的工藝如圖2 所示。

圖2 組合式海水過(guò)濾器工藝

組合式海水過(guò)濾器的設(shè)計(jì)流量為500 m3/h，過(guò)濾介質(zhì)為海水，設(shè)計(jì)溫度50 ℃，設(shè)計(jì)壓力0.4 MPa，過(guò)濾精度50 μm，允許壓降90 kPa，進(jìn)出水口為法蘭連接。

潛水泵提取的待過(guò)濾的含有懸浮顆粒的海水由進(jìn)水口進(jìn)入反沖洗過(guò)濾器，進(jìn)一步至濾芯內(nèi)，大于過(guò)濾精度要求的懸浮顆粒被截留在濾芯的內(nèi)表面；懸浮物顆粒粒徑低于200 μm 的合格水經(jīng)過(guò)濾層，匯集到隔板間的出水腔，由筒體的出水口流出，進(jìn)入下一級(jí)的袋式過(guò)濾器進(jìn)行再次過(guò)濾。

隨著過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)，被截留在濾芯的內(nèi)表面的目標(biāo)懸浮顆粒也逐漸增加，濾芯將會(huì)慢慢被堵塞，導(dǎo)致濾芯內(nèi)外兩側(cè)的壓差逐漸上升。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的壓差值90 kPa 時(shí)，控制器發(fā)出反沖洗指令，控制反洗液出口閥開(kāi)啟，利用系統(tǒng)的自身壓力反向沖洗濾芯。由于濾芯縫隙是V 形，反洗水進(jìn)入濾芯時(shí)流速將大大提高，是正常流速的8～10 倍，進(jìn)而對(duì)縫隙形成很大的沖刷清洗作用。同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸上的吸管將雜質(zhì)吸入，并經(jīng)反洗液口排出。當(dāng)濾芯內(nèi)外兩側(cè)差壓降至30 kPa 時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，反沖洗液口關(guān)閉，一個(gè)反沖洗過(guò)程完成，從而恢復(fù)濾芯的過(guò)濾功能到初始完好狀態(tài)。

第二級(jí)的袋式精密過(guò)濾器綜合利用了深層過(guò)濾、表面過(guò)濾、吸附過(guò)濾三種過(guò)濾原理。當(dāng)過(guò)濾液體介質(zhì)被壓入濾袋后，需過(guò)濾的液體介質(zhì)經(jīng)過(guò)濾袋時(shí)，雜質(zhì)被攔截在濾袋中，完成固液分離。袋式過(guò)濾器具有結(jié)構(gòu)合理、密封性好、流通能力強(qiáng)、體積小、高效、穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單費(fèi)用低等諸多特點(diǎn)。袋式過(guò)濾器過(guò)濾精度高，適用攔截細(xì)微顆粒或懸浮物。

5 過(guò)濾器設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)組合式海水過(guò)濾器如圖3 所示，其中N1 為DN250 進(jìn)水口，N2 為DN250 出水口。

圖3 組合式海水過(guò)濾器俯視圖

反沖洗過(guò)濾器的處理量：500 m3/h；進(jìn)出口公稱(chēng)直徑：DN250；過(guò)濾精度S：200 μm；濾芯規(guī)格：Φ100×900；濾芯數(shù)量：11 支；濾芯型式：梯形絲；表層絲寬濾芯：1 mm。

根據(jù)已知條件，計(jì)算反沖洗過(guò)濾器選擇的濾芯尺寸規(guī)格、數(shù)量是否滿(mǎn)足要求。

（1）濾芯有效開(kāi)孔率F0：

式中 S——過(guò)濾精度，mm

b——表層絲寬濾芯，mm

（2）有效過(guò)濾面積F：

式中 D——濾芯直徑，100 mm

L——濾芯長(zhǎng)度，900 mm

N——濾芯數(shù)量，11 支

F0——濾芯有效開(kāi)孔率，16.6%

（3）通流倍數(shù)：

式中 F1——進(jìn)口截面積，mm2

（4）結(jié)論：流通比大于6∶1，滿(mǎn)足使用要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

為保障海管預(yù)調(diào)試作業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，清管用水的水質(zhì)必須滿(mǎn)足要求。組合式海水過(guò)濾器成功應(yīng)用于登陸海管的清管工作中，運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到了預(yù)期效果，為今后同類(lèi)項(xiàng)目積累了設(shè)計(jì)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。