計(jì)軍國(guó)
         (中國(guó)石油吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心,新疆鄯善838202 )
    摘　要:介紹了高壓水射流清洗、試壓、找漏、在運(yùn)行堵漏的原理、特點(diǎn)、安全性。闡述了該技術(shù)在吐哈油田巴喀原穩(wěn)廠(chǎng)空冷器上的應(yīng)用。
    關(guān)鍵詞:高壓水射流;恒定流量;帶壓堵漏
    中圖分類(lèi)號(hào): TE88　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
    文章編號(hào):1671-8909(2010)07-0033-05
    高壓水射流技術(shù)近年來(lái)發(fā)展較快,應(yīng)用也日益廣泛。在國(guó)外,利用壓力達(dá)400MPa或更高的射流來(lái)進(jìn)行地下通道掘進(jìn)、水下挖泥、混凝土打眼和切割,而120MPa以?xún)?nèi)壓力的高壓水射流大多用于清洗、堵漏,冶金、石油、化工、電力、核工業(yè)和機(jī)械制造等部門(mén)用來(lái)清洗各種設(shè)備管道;市政部門(mén)用來(lái)清洗被堵塞的下水道、機(jī)場(chǎng)跑道、煤氣管線(xiàn)等。在國(guó)內(nèi),近年來(lái)隨著清洗行業(yè)的欣起,高壓水射流清洗也得到了迅速的發(fā)展。
    中石油吐哈油田公司根據(jù)高壓水射流清洗機(jī)在正常情況下,流量不隨壓力變化而變化,即流量為恒定常量[1],這一流量穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì),使其作為高壓流體試壓源,開(kāi)發(fā)了高壓堵漏技術(shù)。
    1　問(wèn)題的提出
    巴喀原穩(wěn)廠(chǎng)原油常壓蒸餾、芳烴異構(gòu)化裝置共有4臺(tái)濕式空冷器,運(yùn)行中的冷卻水依靠廠(chǎng)區(qū)鍋爐房鈉離子交換器提供8m3/h的軟化水進(jìn)行補(bǔ)充,單臺(tái)空冷器循環(huán)冷卻水量20m3/h。空冷器于2006年安裝,介質(zhì)為汽油。在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中,循環(huán)水不斷濃縮,并產(chǎn)生大量污物、雜質(zhì),同時(shí)產(chǎn)生以下問(wèn)題。
    1)設(shè)備腐蝕:冷卻水在循環(huán)使用過(guò)程中,水在冷卻塔內(nèi)和空氣充分接觸,使水中的溶解氧得到補(bǔ)充,水中溶解氧造成金屬電化學(xué)腐蝕。
    2)結(jié)垢:水在循環(huán)過(guò)程中蒸發(fā),使循環(huán)水中含鹽量逐漸增加,當(dāng)其達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài),或經(jīng)過(guò)傳熱表面水溫升高時(shí),會(huì)分解生成碳酸鹽,沉積在管線(xiàn)表面,形成致密的微溶性鹽類(lèi)水垢。
    3)黏泥垢:冷卻水和空氣接觸,吸收了空氣中的灰塵、泥沙、微生物及其孢子,使系統(tǒng)的污泥增加。光照、適宜的溫度、充足的氧和養(yǎng)分都有利于細(xì)菌和藻類(lèi)的生長(zhǎng),從而使系統(tǒng)黏泥增加并在管線(xiàn)表面沉積下來(lái),造成高溫下黏泥板結(jié)。
    循環(huán)冷卻水長(zhǎng)期使用對(duì)設(shè)備帶來(lái)腐蝕、結(jié)垢和黏泥問(wèn)題,使設(shè)備的水流阻力加大,水泵的電耗增加,并使生產(chǎn)工藝條件處于不正常狀況[4]。如果不進(jìn)行有效處理,將會(huì)造成空冷設(shè)備傳熱效率下降,嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生垢下腐蝕,甚至可能發(fā)生泄漏、穿孔等重大設(shè)備安全事故,造成經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)空冷器及循環(huán)冷卻水進(jìn)行階段性處理和清洗維護(hù)保養(yǎng)工作,可以提高設(shè)備換熱效率,改善工藝條件,保證長(zhǎng)生產(chǎn)周期,降低能耗和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命[3]。
    1·1　循環(huán)水狀況調(diào)查
    巴喀原穩(wěn)廠(chǎng)原油常壓蒸餾、芳烴異構(gòu)化裝置的4臺(tái)濕式空冷器,由于其循環(huán)水系統(tǒng)為敞開(kāi)式,冷卻水暴露于空氣中,水的濃縮倍數(shù)不斷升高,導(dǎo)致空冷器光管、翅片管表面產(chǎn)生了大量的鐵銹,加之水中氯離子、鈣鎂離子及懸浮物、泥沙等雜質(zhì)的存在,循環(huán)水中的運(yùn)行環(huán)境不能得到有效改善,致使空冷器光管和翅片管發(fā)生穿孔、泄漏。圖1為巴喀原穩(wěn)廠(chǎng)空冷器結(jié)構(gòu)示意圖,表1列出了空冷器技術(shù)工藝參數(shù)。


    1·2　危險(xiǎn)性辨識(shí)
    由于管程內(nèi)的介質(zhì)為中間反應(yīng)物、油氣和液態(tài)烴,是極其危險(xiǎn)的介質(zhì),泄漏如果達(dá)到一定的濃度,遇空氣會(huì)發(fā)生燃燒爆炸,造成非常嚴(yán)重的后果。因此,一旦發(fā)生空冷器穿孔、泄漏應(yīng)立即采取緊急措施實(shí)施高壓堵漏方案進(jìn)行搶險(xiǎn),以把生產(chǎn)損失降低到最小,把不安全狀態(tài)控制在萌芽,防止意外的發(fā)生。
    2　冷換設(shè)備管束泄漏常規(guī)處理方法及缺點(diǎn)
    油田生產(chǎn)單位在冷換設(shè)備管束發(fā)生泄漏后,通常的做法是:先將相關(guān)設(shè)備停止運(yùn)行,進(jìn)行蒸汽吹掃置換,達(dá)到動(dòng)火安全要求后將泄漏管束切割、進(jìn)行焊接處理。這樣的做法在理論上是合理、有效的。因此,直至現(xiàn)在,部分單位依然在使用這種方法解決問(wèn)題。不可否認(rèn),這種方法可以解決部分問(wèn)題,能夠起到部分冷換設(shè)備泄漏管束封閉作用。但其缺點(diǎn)是:(1)空冷器是管束高度密集的設(shè)備,管束發(fā)生泄漏后,不具有提供切割或焊接工作足夠的空間; (2)空冷器管束內(nèi)介質(zhì)通常為中間反應(yīng)物、油氣和液態(tài)烴等極度危險(xiǎn)的反應(yīng)介質(zhì),如果在狹小空間內(nèi)進(jìn)行焊接、打磨或者切割等工作,風(fēng)險(xiǎn)很大。
    3　高壓水射流清洗堵漏的原理及特點(diǎn)
    大部分換熱設(shè)備都在油氣場(chǎng)所,對(duì)泄漏管束進(jìn)行切割焊接,存在很大的安全隱患,給整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。采用高壓水射流帶壓堵漏,所使用的介質(zhì)是水,堵頭是防爆材質(zhì)———紫銅,完全消除了施工作業(yè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)。
    高壓水射流清洗的原理是用高壓泵打出高壓水,經(jīng)管路到達(dá)噴嘴,噴嘴則把高壓低流速的水轉(zhuǎn)換為低壓高流速的射流,正向或切向沖擊被清洗件的表面[2];恒定流量的射流在管束內(nèi)不斷沖擊管壁,在空冷器等設(shè)備的管束內(nèi)產(chǎn)生壓力,通過(guò)壓力逐漸上升、恒壓等程序,進(jìn)行快速查找漏點(diǎn)。
    高壓水射流試壓堵漏與一般堵漏相比較,具有不污染環(huán)境、快速、安全、可靠等特點(diǎn)。因此,高壓水射流清洗堵漏技術(shù)在設(shè)備清洗堵漏領(lǐng)域中成為一支后起之秀,在很大程度上代替了傳統(tǒng)的人工機(jī)械清洗堵漏。
    4　高壓水射流試壓堵漏操作過(guò)程
    試壓找漏工作流程:隔離—連接管路—充水升壓—穩(wěn)壓—查找漏點(diǎn)—卸壓放水—堵漏—充水升壓—穩(wěn)壓—排水—恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。具體操作步驟如下。
    1)隔離:用盲板盲斷與空冷器水系統(tǒng)、油氣系統(tǒng)相連接的進(jìn)出口管線(xiàn)閥門(mén),使空冷器成為一個(gè)獨(dú)立的安全個(gè)體,并對(duì)盲板進(jìn)行標(biāo)示。
    2)連接管路:拆除空冷器翅片管一個(gè)高位堵頭,與高壓清洗機(jī)高壓水管連接,形成閉路循環(huán)系統(tǒng)。在高位堵頭連接管處安裝精密壓力表,以便于及時(shí)觀察壓力。在空冷器光管低位拆除一個(gè)堵頭,連接管路到排污,做為排水泄壓系統(tǒng)。
    3)試壓:利用高壓水射流進(jìn)行充水升壓,壓力升至空冷器設(shè)計(jì)壓力的1·25倍后穩(wěn)壓30min;
    4)找漏:在穩(wěn)壓過(guò)程中,按縱橫坐標(biāo)圖仔細(xì)查找漏點(diǎn),進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
    5)堵漏:找到漏點(diǎn)后,從空冷器泄壓系統(tǒng)卸壓排水,泄壓后,按找出的泄漏管束坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行封堵。
    6)再次試壓:堵頭封堵完成后,再次充水試壓,重復(fù)步驟3),直至壓力不下降,檢查無(wú)泄漏管束,整個(gè)試壓堵漏結(jié)束。
    7)恢復(fù):堵漏結(jié)束后,拆除連接流程,抽取所有盲板,恢復(fù)流程。生產(chǎn)單位進(jìn)料試車(chē)。
    8)出具試壓堵漏報(bào)告,生產(chǎn)單位簽字確認(rèn)。
    9)撤離現(xiàn)場(chǎng)。
    其中,為確保精確查找和封堵所有泄漏管束,以上3)到6)步驟要重復(fù)進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況,按照生產(chǎn)單位提供的最大設(shè)計(jì)壓力和規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行穩(wěn)壓,穩(wěn)壓時(shí)間之內(nèi)再無(wú)任何管束出現(xiàn)泄漏之后,將判定為完成試壓堵漏工作成功。
    為了能夠?qū)π孤┕苁玫阶钣行У姆舛?堵頭材質(zhì)應(yīng)選用硬度低于或等于管子硬度的材料。工作中先后選取了金屬鉛、四氟乙烯、雜木、青銅、紫銅等材料進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果證明紫銅具有強(qiáng)度高、韌性好、防爆等特點(diǎn),因此選取紫銅作為首選堵頭材料。制作規(guī)格:長(zhǎng)度通常為大端直徑的2倍,小端直徑應(yīng)等于0·85倍的管子內(nèi)徑尺寸;錐度為1∶10。
    5　應(yīng)用實(shí)例
    應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表2。已成功利用高壓水射流清洗機(jī)具有恒定流量的特點(diǎn)對(duì)空冷器、換熱器等設(shè)備進(jìn)行帶壓物理堵漏。在巴喀原穩(wěn)廠(chǎng)、丘東采油廠(chǎng)、吐魯番采油廠(chǎng)、石化廠(chǎng)等單位進(jìn)行了空冷器試壓堵漏,安全可靠,效果良好。

    6　總結(jié)
    (1)高壓水射流清洗具有不污染環(huán)境、不對(duì)工作對(duì)象產(chǎn)生腐蝕、不浪費(fèi)能源、操作簡(jiǎn)單、工作效率高等特點(diǎn)。
    (2)在使用高壓水射流清洗前,應(yīng)對(duì)工作壓力、流速、沖擊力等主要參數(shù)進(jìn)行必要的計(jì)算和測(cè)定。
    (3)開(kāi)發(fā)了帶壓堵漏技術(shù),通過(guò)不斷的理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作,本技術(shù)已經(jīng)逐步趨于穩(wěn)定,其它工程方面的應(yīng)用有待于在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)一步的探索研究。
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