四合一加熱爐正U型爐管綠色清理技術

毛慶興，王俊

1.中國石油天然氣第七建設有限公司，山東青島 266061

2.神華工程技術有限公司，北京 100011

1 概況

四合一加熱爐為某煉油廠新建100 萬t/a 連續重整裝置的核心部位，輻射爐管按正U 型布置，其中規格為φ101.6 mm×5.74 mm 的共80 組，規格為φ88.9 mm×5.49 mm 的共98 組，每組有效長度均為29.177 m，材質均為A335 P9 合金鋼。正U型爐管的兩端與四合一爐頂的集合管相連。在投產前，將爐頂集合管端部DN600 法蘭蓋打開，并用內窺鏡對每組輻射爐管逐一檢查，發現28 組爐管內殘留有水、螺栓、螺母、螺釘等雜物。集合管與連續重整反應器相連，重整反應器內嚴禁水及蒸汽進入，在距離裝置投產僅僅剩余10 d 的情況下，清理任務顯得異常艱巨。

2 清理方法可行性分析

2.1 磁性吸引清理法可行性分析[1]

以往當爐管內有螺栓、螺母、螺釘等雜物時，一般采用桿件物端部綁一個磁鐵石，利用磁鐵石的磁性將墜入管內的鐵磁性構件吸出。正U 型爐管底部至爐頂部集合管的高度差是14.4 m，集合管內空間狹小，施工現場桿件物無法從集合管喇叭口伸到底部彎管處。若采用柔性鐵絲綁吸鐵石去吸落正U 型爐管底部的磁性雜物，由于爐管也是鐵磁性材料，磁鐵未下落到底部時，磁鐵已經與爐管的內壁吸在一起了，要將螺栓、螺母、螺釘等雜物從正U 型爐管底部吸上來會更加困難。況且爐管底部有水，是影響清理的一個重要因素，吸引過程中無法判斷內部情況，排凈爐管中的積水也是一個難題。

2.2 通球清理法可行性分析[2-3]

通球清理法是將球放入爐管內，用氣壓將球從爐管一端頂到另一端，以達到清理管內雜物的效果。由于球的外徑僅比爐管內徑小一些，而螺釘的直徑也很細，因而極易出現卡堵現象，最后球也會留在爐管內而無法處理。此外總會有一小部分水會順著球的外徑與爐管內壁之間的間隙回流到正U型爐管的底部，從而不能達到徹底清理的效果。積水清理同樣也是一大難題，想排到指定的地點而不污染其他爐管就更難了。

以上兩種辦法可行性都較差，雜物和積水均很難清理干凈。由此看來，將水從正U 型爐管底部清理出來，并且排放到安全可靠的地方，這是爐管內部清理最關鍵的一步，也是最難的一步。

3 綠色清理工藝原理

3.1 計算吹水需要的最小壓力

水流動性極強，只要在爐管的一端通入氣體，保證氣體的壓力足夠，可將正U 型爐管底部的水頂到爐管的另一端并排出。經內窺鏡檢查發現爐管內存水最多的一組爐管，水位到了爐管U 形彎（曲率半徑R=2.1 m）的上端，計算水柱高度h=13 m。當立管積水處于相對平衡狀態時，外界氣體施加的壓力剛好等于水柱自重與大氣壓作用在水柱上表面的力之和。受力分析公式如下：

P1S=ρ S h g+P0S式中：P1為向爐管內充氣的壓力，Pa；S 為爐管內水柱截面積，m2；ρ 為水的密度，kg/m3；h 為水柱的高度，m；g 為重力常數，取10 N/kg；P0為標準大氣壓，取1.01×105Pa。

利用公式計算得出：P1=2.01×105（Pa）。可知：只有施加大于0.201 MPa 的壓力，才能將爐管中的水從爐管另一端排出。

3.2 爐管內積水的初步清理

用帶壓氣體將管內積水頂到爐管的另一出口，由于同一個集合管內有很多U 型爐管的端部與其相連，這樣水極易從一組爐管吹出后立刻進入到其他爐管中，從而造成重復吹掃、清理。設計一種綠色清理工具，保證能清理出水，還能將水排到指定的位置，不會讓水進入其他爐管內，這是清理工作的一個重點。只要持續給爐管內充入帶壓氣體，爐管內大部分水能夠順利排到預先指定的位置，完成積水的初步清理工作。

3.3 剩余部分水及雜物的清理

剩余部分的積水量少，如果僅僅依靠帶壓氣體吹掃，需要反復吹掃，那樣需要很長的工期。為提高清理效率，利用海綿吸水特性，制作一個

專用的清掃頭。清掃頭由海綿卷成柱狀，外用透明膠帶綁扎牢固，其外徑是爐管內徑的1.3 倍，長14 cm，清掃頭實物見圖1。將清掃頭塞入爐管中，然后再充入帶壓氣體，氣壓頂住清掃頭從爐管的一端能迅速移動到另一端，即可順利完成清理工作。在保證清理出雜物的同時，海綿還能吸收剩余部分的積水，經多次清理，爐管內剩余水份可以很快清理掉。

圖1 清掃頭實物

4 綠色清理工藝

4.1 連接穩定可靠的氣源

租賃壓風車進行通風清理，壓力高而且穩定，但價格非常昂貴。現場施工用的氧氣、氬氣瓶的壓力都能夠達到較高的壓力，但是由于氣瓶的容積小，持續供氣時間太短，而且綜合成本較高，也不適合用來進行爐管的內部清理工作。現場調研發現，連續重整裝置四合一加熱爐每層平臺上有1個非凈化風服務點，服務點的風壓可達到0.7 MPa，此風是由空分裝置提供，壓力持續且穩定，滿足爐管內部清理的要求。利用橡膠軟管從服務點的快速接頭處連接，另一端引至需要清理的爐管附近，在進氣口一側安裝一個DN20 球閥，隨時控制氣源的開與關。

4.2 綠色清理工具的制作

綠色清理工具由密封管、千斤頂支撐架、手柄、通氣管等四部分組成（綠色清理工具制作圖見圖2），密封管選用與爐管外徑相近的鋼管制作，鋼管內徑比爐管內徑稍大，上端與16 mm 厚的鋼板相焊，下端加工成30°的坡口。千斤頂支撐架由3 塊16 mm 厚的鋼板焊接而成，能夠支撐千斤頂的外加載荷。手柄則是采用DN20 的鋼管制作，方便安裝及使用過程中的移動和調整。通氣管采用DN20 的鋼管彎曲成一定角度后與密封管頂板開孔處焊接，保證能夠連接氣源的同時還不影響千斤頂的安裝。綠色清理工具實物見圖3。

圖2 綠色清理工具制作圖

圖3 綠色清理工具實物圖

4.3 綠色清理工具安裝

綠色清理工具安裝前，需要將待清理爐管的兩個端口預留，集合管的其他位置全部用帆布鋪蓋嚴實，防止人在集合管部位走動過程中將雜物掉入爐管中。待清理爐管與集合管連接的喇叭口處安好橡膠板，然后再安裝清理工具。在清理工具的頂部安裝1臺2 t 千斤頂，調節千斤頂的高度使綠色清理工具的密封管下端與橡膠板緊密結合。安裝完以后在兩集合管周圍拉上警戒線，貼上警示標語，防止無關人員進入該區域。綠色清理工具安裝示意見圖4。

圖4 綠色清理工具安裝示意

4.4 兩步吹掃，清除爐管內雜物

（1）入口處清理裝置上的通氣管用橡膠管與服務點的快速接頭相連，出口處清理裝置的通氣管用橡膠管接至排水溝。用0.7 MPa 的非凈化風持續向爐管內通氣，讓爐管內的水在壓力作用下通過出口處的清理裝置持續向外排水，不會污染到其他爐管。當排水管的管口間歇式噴出少量水霧時，說明此時爐管內的積水量很少，此時應立即關閉進氣閥，停止通非凈化風。正U 型爐管初步清理示意圖見圖5。

圖5 正U 型爐管初步清理示意

（2）先將出口的清理工具拆卸下來，然后在出口處安裝一個收集罩，收集罩采用帆布袋子制作，袋口上套上鋼筋圈方便收集吹出的雜物；而后將入口的清理工具也拆卸下來，并向爐管內塞入清掃頭，然后再重新回裝清掃工具。打開進氣閥門，向爐管內充壓，清掃頭會在壓力的作用下，從爐管的一端沖到另一端，順勢將爐管底部的螺栓、螺母、螺釘等雜物清理出來，同時清掃頭能將殘留在爐管內的水吸到海綿中，達到清理積水的效果。按照上述原理依次清理其他爐管中的積水。正U 型爐管二次清理示意見圖6。

圖6 正U 型爐管二次清理示意

5 實施效果

清理28 組正U 型爐管，2人清理共用7 d 時間。清掃后，用內窺鏡對其內部進行檢查，正U型爐管底部無任何積水、螺栓、螺母、螺釘等雜物。如果請清管公司進行清理，需要10 萬元的清理費，此次清理直接節約成本9.5 萬元，且清理周期短、成本低、操作簡單、無污染，對以后連續重整裝置四合一爐管內部綠色清理有很好的借鑒意義。此法也可適用于其他類型爐管清理，且比通球清理效果好。

6 結束語

采用此綠色清理技術需要注意以下幾個方面：

（1）綠色清理工具安裝過程中，調節千斤頂時需要注意力度，防止因力度過大，導致密封管錐口將橡膠板壓破，反而起不到密封效果。

（2）清理頭的長度是根據具體U 型彎管處的曲率半徑來制作，以清掃頭能順利通過U 型彎管為準。

（3）出口處的清理裝置通氣管與橡膠管之間需連接牢固，最好選用快速接頭連接，拆卸方便，連接密封性好。

我國現在有很多專業的清管公司從事此類管道的內部清理工作，但是費用昂貴。充分利用施工現場的資源，用最方便、快捷的方法解決施工過程中難題，在節省工期的同時，還創造出更大的經濟效益，這是施工人員的永恒追求。