海上油田原油換熱器在線清洗研究和實踐

鄭旭一

中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300451

0 前言

原油換熱器在原油處理流程中起到溫度置換的作用[1-2],該設備在渤海某油田的生產處理流程中[3],本身兼具節能降耗的目的,自1999年投產以來,原油換熱器未經過拆檢和清洗,生產物流因結蠟產生的聚合物等雜質導致原油換熱效果欠佳[4-5]。2017年9月,渤海某油田利用外委施工作業,將原油換熱器HE-103 A進行拆檢和清洗,以HE-103 A的清洗情況為基礎,現場展開對原油換熱器HE-103 B自主在線清洗的探索研究與實踐,試驗取得了較好的效果,節約大量人力和成本,在節能降耗的道路上再創佳績[6]。

1 原油換熱器簡介

1.1 主要設計參數

原油換熱器(HE-103 A/B)2臺,每臺負荷為420 kW,熱源來自電脫水器的熱油,冷的原油走殼程,熱的原油走管程,主要設計參數見表1。

表1 原油換熱器主要設計參數

流程操作溫度/℃操作壓力(a)/kPa設計溫度/℃設計壓力(a)/kPa殼程40～6035075700管程67～80500110850

1.2 原油換熱器使用狀況

渤海某油田原油換熱器HE-103 A/B,流程上處于油田一級分離器和原油換熱器HE-104 A/B/C之間,內部采用管殼式結構,管程介質為含水低于1%的合格原油,溫度75 ℃左右,殼程介質為來自一級分離器的出口原油,溫度46 ℃左右,通過熱量置換,既起到加熱原油的作用,也達到降低入艙原油溫度的目的,為海水冷卻器HE-106 A/B減少負荷壓力,為流程內即將進入熱處理器V-103的原油提供溫度需求。鑒于原油換熱器HE-103 A/B未進行過抽芯檢查和清洗作業[7],內部結構、腐蝕及淤泥堆積情況等不確定因素,致使換熱器換熱效果不佳,降低了設備使用效率。

原油換熱器HE-103 A/B生產流程見圖1[8]。

圖1 渤海某油田原油換熱器簡易生產流程圖

2 原油換熱器HE-103 A外委拆檢清洗

2017年9月,渤海某油田將原油換熱器HE-103 A抽芯清洗并拆檢的作業委托給天津某清洗公司進行現場施工[9],清洗換熱器內部積聚的油泥,摸清換熱器內部結構的現狀及腐蝕情況,從而提高換熱器的換熱效果。

2.1 前提投入和準備工作

HE-103 A換熱器芯體重量11 815 kg,長約5 m,封頭處空間太小,封頭拆裝困難,頂部甲板上方無吊點[10],而且鋼板過薄無法焊接吊點,封頭前無拉點,需要對現場進行改造,入艙調節閥變送器移位,換熱器頂部加工字梁焊接吊點及拉點,操作臺周圍護欄切除,否則抽芯作業無法完成。

2.2 抽芯拆檢過程

通過現場流程的控制,將原油換熱器HE-103 A/B隔離泄放,清洗施工人員對原油換熱器HE-103 A進行抽芯拆檢,作業持續時間10 d,施工人員8人。起重吊裝的整個過程中,從設備拆卸、吊裝、抽芯及固定,每一步難度之大、風險之高,都給現場工作提出了很高的要求,整個作業過程現場監督全程監護[11-13]。由于渤海某油田采出液中含聚油泥較多,在長期運行過程里,部分油泥聚合物粘在管殼內[14],現場采取低壓水粗洗-柴油浸泡-高壓水精洗-無損檢測,每一步工序都嚴格按照相關質量標準執行和驗收。經過清洗作業,461根鋼管檢查無損壞情況,完成原油換熱器HE-103 A的拆檢工作。

2.3 HE-103 A投入使用情況

原油換熱器抽芯清洗前后運行參數對比見表2,原油換熱器HE-103 A清洗前后,殼程出入口壓力變化最為明顯[15],說明殼程經過開蓋清洗后,減少了油泥的阻力作用[16],同時原油換熱器殼程出口溫度也上漲2 ℃,換熱效率得到明顯提高。

表2 原油換熱器HE-103A抽芯清洗前后運行參數對比

流程抽芯前參數抽芯后參數入口壓力/MPa出口壓力/MPa入口溫度/℃出口溫度/℃入口壓力/MPa出口壓力/MPa入口溫度/℃出口溫度/℃管程0.050.0475710.040.037571殼程0.140.13546590.130.124861

3 自主在線清洗的試驗和效果

2017年9月完成原油換熱器HE-103 A的抽芯檢查和清洗作業[17],發現內部結構基本完好,清出油泥0.5 t,內部461根管束無腐蝕滲漏情況存在[18],抽芯拆檢作業的費用較高。在摸清原油換熱器HE-103 A相關情況的基礎上,現場研究決定,開展原油換熱器HE-103 B的自主清洗作業。現場利用輕質油浸泡及低壓地熱水沖洗等措施,實現換熱器內部油泥的溶解和沖洗,從而提高原油換熱器的換熱效率,達到降本增效,節能降耗的目的。

3.1 研究項目簡述

渤海某油田西區生產專業開展原油換熱器HE-103 B自主清洗作業,根據前期原油換熱器HE-103 A的外委清洗作業效果,生產專業采用輕烴浸泡和地熱水沖洗拆檢[19],多步驟進行,對原油換熱器HE-103 B進行自主清洗作業。耗時3 d完成清洗,共節約外委施工人力8人,施工費用18萬元,采用輕烴代替柴油,節約柴油費用2萬元,整個自主清洗作業共計節約經費超過20萬元。

3.2 施工步驟描述

通過現場流程的預留甩頭,分別對原油換熱器管程和殼程進行自主清洗作業,圖2為原油換熱器HE-103 B的在線清洗流程。

圖2 原油換熱器在線清洗流程圖

3.2.1 管程清洗施工步驟

1)對原油換熱器HE-103 B管殼程隔離,通過閉排閥門對管殼程原油進行放空。

2)通過公稱直徑DN 25耐壓軟管連接地熱水和HE-103 B合格原油入口管線甩頭,并安裝控制閥門,控制地熱水排量。

3)在HE-103 B管程出口甩頭連接公稱直徑DN 25耐壓軟管,軟管出口對準開排槽。

4)打開地熱水控制閥門[20],對管程管束進行沖洗,通過耐壓軟管出口觀察地熱水水質。

5)化驗員取樣分析地熱水含油變化情況。

6)根據含油具體情況,判斷管束沖洗效果,等待投用。

現場通過地熱水沖洗和浸泡,對管程進行清洗,并在出口處取樣化驗水中含油情況,剛開始時,含油較多,沖洗兩個多小時后,水中含油基本為零,分析認為管程中介質為該油田經過多級分離后含水低于1%的合格原油,對管程未造成明顯結垢情況。

3.2.2 殼程清洗施工步驟

1)HE-103 B為直徑4 m,長度6 m的臥式換熱器,減去換熱器內管程管束體積,預計使用輕質油2 m3左右;通過公稱直徑DN 25耐壓軟管連接地熱水和HE-103 B合格原油入口管線甩頭,并安裝控制閥門,控制地熱水排量。

2)對HE-103 B管程、殼程的出入口進行隔離,通過HE-103 B的閉式排放閥門對管殼程原油進行放空,連接氮氣系統管線至殼程入口甩頭,對殼程系統進行吹掃至閉排;打開地熱水控制閥門,對管程管束進行沖洗,通過耐壓軟管出口觀察地熱水水質。

3)關閉殼程安全閥出口,利用安全閥處甩頭作為注入點(殼程低點),對殼程進行充液,通過壓力表處(殼程高點)連接管線至地漏,作為排放點,確認殼程是否充滿液。

4)通過公稱直徑DN 25耐壓軟管連接液烴泵出口和殼程安全閥甩頭入口,將整個換熱器充滿液烴,進行浸泡。

5)浸泡48 h后,將殼程通過排放管線放空,在放空過程中,取樣觀察油泥含量,判斷液烴浸泡效果。

6)通過公稱直徑DN 25耐壓軟管連接地熱水和HE-103 B殼程安全閥出口管線甩頭,并安裝控制閥門,控制地熱水排量。

7)在HE-103 B殼程出口甩頭連接公稱直徑DN 25耐壓軟管,軟管出口對準開排槽,打開地熱水控制閥門,對殼程進行沖洗,通過耐壓軟管出口觀察地熱水水質。

8)化驗員取樣分析地熱水含油變化情況,根據含油具體情況,判斷管束沖洗效果,等待投用。

現場通過輕質油浸泡[21],對殼程進行清洗,再通過地熱水進行沖洗,并在出口處取樣化驗水中含油情況,其中明顯含有絮狀物及浮油,是因為長期注聚導致產出液中含聚。隨后停止地熱水沖洗,再進行幾次輕質油浸泡,使殼程中結垢物能被輕質油溶解,再通過地熱水沖洗,盡量降低出口處含油量。

3.3 效果評估

通過HE-103 A抽芯清洗作業,換熱器內部管束基本完好,殼程集聚較多油泥,一次外委清洗作業大概需要人員8人,費用15萬元左右。本次生產專業自主開展HE-103 B清洗作業,使用輕烴2 m3。

清洗完成后,將HE-103 B換熱器投用,記錄投用前后壓力、溫度等參數,并進行比對。

原油換熱器HE-103 B完成自主清洗作業后,換熱效率得到明顯提升[22],換熱器自主清洗前后運行參數對比見表3,原油換熱器通過外委清洗和現場開展試驗在線清洗效果對比見表4。由表4可看出，原油換熱器HE-103 B在線清洗后，殼程出口壓力降低0.01 MPa,殼程出口溫度提升1～2 ℃。與前期原油換熱器HE-103 A外委抽芯檢查后投入使用的效果(殼程出口壓力降低0.02 MPa,殼程出口溫度提升1～2 ℃)進行比較,兩種方式取得的效果基本一致,自主清洗作業取得預期效果。

表3 原油換熱器HE-103B自主清洗前后運行參數對比

流程抽芯前參數抽芯后參數入口壓力/MPa出口壓力/MPa入口溫度/℃出口溫度/℃入口壓力/MPa出口壓力/MPa入口溫度/℃出口溫度/℃管程0.050.0475710.040.047571殼程0.130.1346590.120.124860

表4 原油換熱器通過外委清洗和現場開展試驗在線清洗效果對比

設備位號作業性質作業費用/萬元作業人員/人作業耗時/d作業風險換熱效果管程殼程出口壓力/MPa出口溫度/℃HE-103 A外委拆檢清洗15810較高HE-103 B自主在線清洗073一般介質為熱油,效果基本一致降低0.02提升1～2 降低0.01提升1～2

4 結論

前期開展外委拆檢清洗作業,摸清原油換熱器HE-103 A的內部結構及腐蝕、堵塞情況,發現渤海某油田產出原油油品較好,雖產出液中有較多聚合物等形成的油泥,但是經過前面兩級分離器的分離之后,進入換熱器殼程的原油中所含聚合物未對殼程造成堵塞和腐蝕。在此基礎上,油田現場開展在線清洗后,做出使用效果比對,原油換熱器HE-103 B的清洗效果接近外委施工的作業效果,原油換熱器在線清洗的效果顯著。現場自主研究,開展原油換熱器在線清洗作業,節約了大量的經濟成本,為此類工作的開展提供有力的佐證。