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空冷换热器在运行堵漏技术

点击:1222 日期:[ 2014-04-26 21:39:49 ]
                          空冷换热器在运行堵漏技术                                  计军国          (中国石油吐哈油田公司技术监测中心,新疆鄯善838202 )     摘 要:介绍了高压水射流清洗、试压、找漏、在运行堵漏的原理、特点、安全性。阐述了该技术在吐哈油田巴喀原稳厂空冷器上的应用。     关键词:高压水射流;恒定流量;带压堵漏     中图分类号: TE88  文献标识码:B     文章编号:1671-8909(2010)07-0033-05     高压水射流技术近年来发展较快,应用也日益广泛。在国外,利用压力达400MPa或更高的射流来进行地下通道掘进、水下挖泥、混凝土打眼和切割,而120MPa以内压力的高压水射流大多用于清洗、堵漏,冶金、石油、化工、电力、核工业和机械制造等部门用来清洗各种设备管道;市政部门用来清洗被堵塞的下水道、机场跑道、煤气管线等。在国内,近年来随着清洗行业的欣起,高压水射流清洗也得到了迅速的发展。     中石油吐哈油田公司根据高压水射流清洗机在正常情况下,流量不随压力变化而变化,即流量为恒定常量[1],这一流量稳定的优势,使其作为高压流体试压源,开发了高压堵漏技术。     1 问题的提出     巴喀原稳厂原油常压蒸馏、芳烃异构化装置共有4台湿式空冷器,运行中的冷却水依靠厂区锅炉房钠离子交换器提供8m3/h的软化水进行补充,单台空冷器循环冷却水量20m3/h。空冷器于2006年安装,介质为汽油。在生产运行过程中,循环水不断浓缩,并产生大量污物、杂质,同时产生以下问题。     1)设备腐蚀:冷却水在循环使用过程中,水在冷却塔内和空气充分接触,使水中的溶解氧得到补充,水中溶解氧造成金属电化学腐蚀。     2)结垢:水在循环过程中蒸发,使循环水中含盐量逐渐增加,当其达到过饱和状态,或经过传热表面水温升高时,会分解生成碳酸盐,沉积在管线表面,形成致密的微溶性盐类水垢。     3)黏泥垢:冷却水和空气接触,吸收了空气中的灰尘、泥沙、微生物及其孢子,使系统的污泥增加。光照、适宜的温度、充足的氧和养分都有利于细菌和藻类的生长,从而使系统黏泥增加并在管线表面沉积下来,造成高温下黏泥板结。     循环冷却水长期使用对设备带来腐蚀、结垢和黏泥问题,使设备的水流阻力加大,水泵的电耗增加,并使生产工艺条件处于不正常状况[4]。如果不进行有效处理,将会造成空冷设备传热效率下降,严重时产生垢下腐蚀,甚至可能发生泄漏、穿孔等重大设备安全事故,造成经济损失。对空冷器及循环冷却水进行阶段性处理和清洗维护保养工作,可以提高设备换热效率,改善工艺条件,保证长生产周期,降低能耗和延长设备使用寿命[3]。     1·1 循环水状况调查     巴喀原稳厂原油常压蒸馏、芳烃异构化装置的4台湿式空冷器,由于其循环水系统为敞开式,冷却水暴露于空气中,水的浓缩倍数不断升高,导致空冷器光管、翅片管表面产生了大量的铁锈,加之水中氯离子、钙镁离子及悬浮物、泥沙等杂质的存在,循环水中的运行环境不能得到有效改善,致使空冷器光管和翅片管发生穿孔、泄漏。图1为巴喀原稳厂空冷器结构示意图,表1列出了空冷器技术工艺参数。     1·2 危险性辨识     由于管程内的介质为中间反应物、油气和液态烃,是极其危险的介质,泄漏如果达到一定的浓度,遇空气会发生燃烧爆炸,造成非常严重的后果。因此,一旦发生空冷器穿孔、泄漏应立即采取紧急措施实施高压堵漏方案进行抢险,以把生产损失降低到最小,把不安全状态控制在萌芽,防止意外的发生。     2 冷换设备管束泄漏常规处理方法及缺点     油田生产单位在冷换设备管束发生泄漏后,通常的做法是:先将相关设备停止运行,进行蒸汽吹扫置换,达到动火安全要求后将泄漏管束切割、进行焊接处理。这样的做法在理论上是合理、有效的。因此,直至现在,部分单位依然在使用这种方法解决问题。不可否认,这种方法可以解决部分问题,能够起到部分冷换设备泄漏管束封闭作用。但其缺点是:(1)空冷器是管束高度密集的设备,管束发生泄漏后,不具有提供切割或焊接工作足够的空间; (2)空冷器管束内介质通常为中间反应物、油气和液态烃等极度危险的反应介质,如果在狭小空间内进行焊接、打磨或者切割等工作,风险很大。     3 高压水射流清洗堵漏的原理及特点     大部分换热设备都在油气场所,对泄漏管束进行切割焊接,存在很大的安全隐患,给整个系统的生产运行带来了风险。采用高压水射流带压堵漏,所使用的介质是水,堵头是防爆材质———紫铜,完全消除了施工作业中的安全风险。     高压水射流清洗的原理是用高压泵打出高压水,经管路到达喷嘴,喷嘴则把高压低流速的水转换为低压高流速的射流,正向或切向冲击被清洗件的表面[2];恒定流量的射流在管束内不断冲击管壁,在空冷器等设备的管束内产生压力,通过压力逐渐上升、恒压等程序,进行快速查找漏点。     高压水射流试压堵漏与一般堵漏相比较,具有不污染环境、快速、安全、可靠等特点。因此,高压水射流清洗堵漏技术在设备清洗堵漏领域中成为一支后起之秀,在很大程度上代替了传统的人工机械清洗堵漏。     4 高压水射流试压堵漏操作过程     试压找漏工作流程:隔离—连接管路—充水升压—稳压—查找漏点—卸压放水—堵漏—充水升压—稳压—排水—恢复现场。具体操作步骤如下。     1)隔离:用盲板盲断与空冷器水系统、油气系统相连接的进出口管线阀门,使空冷器成为一个独立的安全个体,并对盲板进行标示。     2)连接管路:拆除空冷器翅片管一个高位堵头,与高压清洗机高压水管连接,形成闭路循环系统。在高位堵头连接管处安装精密压力表,以便于及时观察压力。在空冷器光管低位拆除一个堵头,连接管路到排污,做为排水泄压系统。     3)试压:利用高压水射流进行充水升压,压力升至空冷器设计压力的1·25倍后稳压30min;     4)找漏:在稳压过程中,按纵横坐标图仔细查找漏点,进行准确定位。     5)堵漏:找到漏点后,从空冷器泄压系统卸压排水,泄压后,按找出的泄漏管束坐标点进行封堵。     6)再次试压:堵头封堵完成后,再次充水试压,重复步骤3),直至压力不下降,检查无泄漏管束,整个试压堵漏结束。     7)恢复:堵漏结束后,拆除连接流程,抽取所有盲板,恢复流程。生产单位进料试车。     8)出具试压堵漏报告,生产单位签字确认。     9)撤离现场。     其中,为确保精确查找和封堵所有泄漏管束,以上3)到6)步骤要重复进行。根据现场具体情况,按照生产单位提供的最大设计压力和规定的时间进行稳压,稳压时间之内再无任何管束出现泄漏之后,将判定为完成试压堵漏工作成功。     为了能够对泄漏管束得到最有效的封堵,堵头材质应选用硬度低于或等于管子硬度的材料。工作中先后选取了金属铅、四氟乙烯、杂木、青铜、紫铜等材料进行对比实验,结果证明紫铜具有强度高、韧性好、防爆等特点,因此选取紫铜作为首选堵头材料。制作规格:长度通常为大端直径的2倍,小端直径应等于0·85倍的管子内径尺寸;锥度为1∶10。     5 应用实例     应用实例见表2。已成功利用高压水射流清洗机具有恒定流量的特点对空冷器、换热器等设备进行带压物理堵漏。在巴喀原稳厂、丘东采油厂、吐鲁番采油厂、石化厂等单位进行了空冷器试压堵漏,安全可靠,效果良好。     6 总结     (1)高压水射流清洗具有不污染环境、不对工作对象产生腐蚀、不浪费能源、操作简单、工作效率高等特点。     (2)在使用高压水射流清洗前,应对工作压力、流速、冲击力等主要参数进行必要的计算和测定。     (3)开发了带压堵漏技术,通过不断的理论分析和现场实际操作,本技术已经逐步趋于稳定,其它工程方面的应用有待于在生产过程中进一步的探索研究。 参考文献 [1]沈忠厚·水射流理论与技术[M]·北京:北京石油大学出版社, 1998· [2]薛胜雄,李正民·高压水射流技术与应用[M]·北京:机械工业出版社, 1998· [3]化学工业机械设备标准化技术委员会·HG/T2387-2007工业设备化学清洗质量标准[S]·北京:中国国家发展和改革委员会发布, 2007· [4]中国工程建设标准化协会化工分会·GB 50050-2007工业循环冷却水处理设计规范[S]·北京:中国计划出版社, 2008·
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