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海水---干原油换热器故障分析和改进措施
赵军凯,彭湘桂,刘瑜珩,吕立功,朱 宪,亓俊良
(中海油基地集团采油服务公司,天津 300452)
摘要:对渤海曹妃甸油田海水 干原油换热器运行2ａ来出现的几次故障进行了分析,并由此进行了相应改造,实施效果良好,可供今后类似换热器的安装、调试、操作与维修参考。
关键词:管壳式换热器;海水腐蚀;泥沙;原因分析;改进措施
中图分类号:ＴＥ974.4 文献标志码:Ｂ
曹妃甸油田位于中国渤海湾西部,西距天津新港90ｋｍ,东北距唐山港60ｋｍ,所处水域深约20ｍ。该油田由中国海洋石油总公司(ＣＮＯＯＣ)与美国科麦奇石油公司(ＫＭＧ)合作开发,在2006年6月,美国阿纳达科石油公司(ＡＰＣ)收购了科麦奇石油公司,成为了该油田的作业者。此油田分三期开发,一期由ＷＧＰＡ和ＷＨＰＡ两座井口平台、一座ＳＰＭ单点以及一艘15万吨级的ＦＰＳＯ海洋石油112号等设施组成,于2004年7月投产;二期2005年7月ＷＨＰＣ无人值守井口平台投产;三期2006年9月ＷＨＰＤ井口平台投产,10月ＷＨＰＥ和ＷＨＰＦ两座无人值守井口平台相继投产,标志着该油田完成工程建设。
海水--干原油浮头式换热器是曹妃甸油田海洋石油112ＦＰＳＯ的重要生产设备之一,此设备能否正常运行直接关系到海水系统和原油处理系统。两台海水 干原油换热器(位号分别为Ｅ2200、Ｅ2400)于2004年7月投入运行,在随后2ａ多的运行中,其中因泥沙和海生物冲刷磨蚀管束及管束横截面板焊口造成的故障达5次,海水腐蚀造成水相出口温度调节阀门失效2次,临时的解决办法是更换漏油管、垫片及阀门。文中对此进行了故障分析并提出了相应的改造措施。
1 设备简介
海水--干原油换热器设备型号为ＢＥＳ900 0.77/1.15 170 3.62/19 2Ｉ。管程介质为海水,质量流量440000ｋｇ/ｈ,进、出口温度分别为34℃、42℃,设计压力0.77ＭＰａ,设计温度160℃,材质ＢＦｅ30 1 1;壳程介质干原油,质量流量130316ｋｇ/ｈ,进、出口温度分别为130℃、75℃,设计压力为1.15ＭＰａ,设计温度160℃,材质16ＭｎＲ;换热管规格为Ф19ｍｍ×2ｍｍ,根数816,材质ＢＦｅ30 1 1。
2 故障概述
2005年1～2月,2台换热器陆续出现了管程漏油,打开设备发现管箱内积存大小不一的贝壳和泥沙,管束被直径较小的贝壳和粘附的泥沙堵塞的管子达80%之多,位于管束横截面部分的管子磨蚀严重,而且管子内部普遍存在冲刷印痕和蚀坑。临时处理措施隔离换热器,干原油走旁通。此后又出现了4次同类故障。
海水换热器管束由816根管子组成,上半部408根是海水流入通道,下半部408根是海水流出通道。管束中大部分管子被直径较大的贝壳、海藻和粘附的泥沙堵塞,造成了海水以更大的流速通过没有堵塞的管子,加大了泥沙和直径较小的贝壳对管束横截面板以及管子内部的冲刷磨蚀而出现蚀坑,尤其是管子表面的ＢＦｅ30保护层被破坏后腐蚀速度和程度更为加剧,最终导致了管子蚀穿。海水腐蚀也造成了海水出口管线上温度调节阀及其旁通阀失效。
3 原因分析
3.1 海生物和泥沙的侵蚀
海水系统粗滤器因隔离阀腐蚀生锈,不能有效隔离粗滤器,致使粗滤器不能定期检查而得到清洗。直径较小的海生物经破损滤网和海水泵进入海水系统,在海水系统内壁附着生长。
换热器堵塞物的检查结果为泥沙、贝壳、海蜇和海藻,其中海蜇和海藻出现的频度和数量较多,尤其是贝壳和海蜇,尺寸较大,并且有活体存在;其它生物如鱼、虾、蟹和墨斗等相比之下出现的频度低、数量少和尺寸小,但也有活体存在。另外,不同的季节出现的冲刷物也不同。冬春泥砂和贝壳居多,夏秋其它生物居多。此检查结果说明,泥沙因直径小于滤网,可以不受阻拦直接经海水泵随加压海水进入海水系统各用户造成了换热器管束的冲刷磨蚀;电解铜铝装置以及往海水系统中加注的化学药剂没有起到杀灭或者抑制海生物的作用,也导致换热器管束的冲刷磨蚀,部分海生在海水管系中生长变大也造成管束堵塞。
3.2 海水腐蚀
材质及其防腐处理存在问题:机舱海水系统管线和阀门腐蚀严重;海水管线壁厚减薄,多次发生海水管线刺漏现象;阀门锈死无法操作,阀体蚀穿,阀杆蚀断现象也有发生。海水系统暴露的问题不仅仅是材质问题,还涉及系统安装调试期间的质量控制和日常操作维护。
综上所示,海生物和泥沙对管束的冲刷磨蚀、堵塞是造成换热器故障的主要原因。
4 改造措施
(1)增加过滤器 在海水 干原油换热器海水管线关断阀前加装双联滤器,并定期检查清洗以消除海生物和泥沙对管束的冲刷磨蚀。
(2)海水系统改造 ①更换海底门格栅、粗滤器滤网及其隔离阀。②海水系统化学药剂需要定性定量分析使用效果,确保优化药剂品种、用量以及加注地点。
(3)提高操作和维修要求 ①在换热器运行期间,禁止超越设计操作参数。超出设计参数,如有悬浮颗粒会导致磨损海水压差过大,会加剧悬浮颗粒的冲刷磨蚀[1]。②定期检查和清洗换热器。长时间运行后管壁表面会形成不同程度的水垢,增加水流阻力,降低换热效果。此外,还需要注意要合理使用物理法和化学法两种清洗方法。
(4)其他 ①电解铜铝装置需要严格按照操作规程进行操作应及时和保养。②日常操作注意观察管程和壳程的温度及压差,以及换热器出口原油含水和换热器海水排海颜色,根据上述现象可以推测换热器管束是否出现堵塞或泄漏,如出现问题必须及时检修。③加强安装调试期间的质量控制和日常操作维护工作。
5 结语
经过1ａ的运行观察表明,此换热器运行效果良好,达到了降低操作维修费用,保证油田正常生产的目的,可供今后类似换热器的安装、调试、操作与维修参考。
参考文献:
[1] 郭祖樑.石油化工工程师实用技术手册[Ｍ].北京:化学工业出版社,2005,147.
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