某海洋平臺上海水籃式過濾器事故分析

楊雪，王亞瑩，周姝娟

某海洋平臺上海水籃式過濾器事故分析

楊雪1，王亞瑩1，周姝娟2

（1.博邁科海洋工程股份有限公司，天津 300451；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

研究分析東海某一海上平臺海水用籃式過濾器發生的腐蝕和堵塞事故原因。從海洋平臺海水系統用籃式過濾器的原理、工藝流程、材料選擇、濾網精度，濾芯設計、人工操作等多方面進行分析。受內壓濾芯結構要優于受外壓濾芯結構，如果過濾精度選擇過高，會增加壓差，造成濾芯堵塞?；@式過濾器濾芯單元應采用多濾芯的受內壓結構，過濾精度應根據下游用戶要求來確定。

籃式濾器；過濾精度；濾芯單元；腐蝕

藍式過濾器由于其具有結構簡單、質量輕、成本低、占用空間小、易于拆裝維護等特點，廣泛應用于海洋平臺，主要用于除去液體中少量固體顆粒，可保護壓縮機、泵、儀表和其他平臺設備的正常工作。當流體進入有一定規格濾網的濾桶后，其雜質被阻擋，而清潔的濾液則由過濾器出口排出。當需要清洗時，只要將可拆卸的籃式濾桶取出，處理后重新裝入即可，使用維護極為方便。目前已廣泛應用于石油、化工、醫藥、食品、環保等行業。海上平臺常將其安裝在泵的入口或系統管線的其他部位，既可以延長泵和其他設備的使用壽命，又能保證整個系統的安全。

1 籃式濾器

1.1 結構介紹

籃式過濾器主要由進出口、通氣孔、排放口、筒體、濾網、濾網支架、法蘭蓋及緊固件等組成。常規及多濾芯籃式濾器結構及濾芯開孔如圖1所示。

圖1 常規及多濾芯籃式濾器結構及濾芯開孔

1.2 過濾流程

當液體通過濾器入口進入濾網后，固體雜質顆粒被阻擋在濾網內，而經過過濾后的潔凈流體通過濾網，由過濾器出口送至下游用戶。當在濾器進出口設置的壓差表顯示壓力高于設定壓力時，說明濾網內過濾雜質過多，此時要清洗過濾網。打開濾器底部排放球閥，排凈濾器內流體，然后打開頂部法蘭蓋，清洗濾網后，重新裝入即可。

1.3 過濾面積計算

依據過濾器選用、檢驗及驗收規范（SH/T 3411—2017），規定的有效過濾面積定義為：過濾器內支撐結構開孔總面積減去開孔處濾網占據面積的凈面積。因此計算有效過濾面積時應考慮支撐結構和濾網的有效面積，見式（1）。

2=1×1×2×(1)

式中：2為有效過濾面積，m2；1為過濾網的表面積，m2；1為濾網支撐結構開孔率（由廠家根據濾網支撐結構確定），%；2為濾網有效開孔率（%）；為流通比，有效過濾面積與進口管道截面積的比值。對于流通比值，在JB/T 7538—2016中有明確規定，可按照入口截面積3~10倍選擇，一般在海洋平臺上過流比選擇6倍。

1.4 過濾精度選擇

籃式過濾器的過濾精度決定了過濾器能夠過濾固體顆粒的粒徑大小，直接影響下游設備是否能夠正常使用，對下游設備的使用壽命、維護周期、維護成本都會產生影響。如果過濾精度過低，將導致更多的雜質進入下游管道和設備，會帶來沖蝕問題，也會增大堵塞的風險。在濾器過濾精度的選擇上主要從下面幾個方面考慮：過濾器前端和后端的設備類型，特別是要明確過濾器后端的設備對過濾后介質清潔程度的要求；被過濾介質的類別、物理性質、化學性質，特別要明確介質的黏度和其中可能的雜物；過濾器使用的場所和環境、介質溫度、工作壓力等；過濾器的工藝連接標準和形式。

1.5 材質選擇

籃式過濾器作為壓力容器的一種，其選材有其特殊要求，材料的使用溫度、使用條件和各項性能等均應滿足規范或標準要求。一般壓力容器材料的選擇按照GB 150的材料篇進行選擇，主要考慮以下因素：容器的使用條件（如設計溫度、設計壓力、介質特性和操作特點等）；元件的功能和制造工藝（結構形式等）；設備或元件的失效模式；材料性能（力學性能、物理性能、工藝性能和化學性能）；材料的使用業績和經濟合理性。

2 事故分析

2.1 運行工況

事故籃式過濾器的運行設計工況見表1。

表1 事故海水藍式過濾器運行條件

Tab.1 Operating condition of accident basket seawater filter

2.2 事故案例介紹

在某一海上油田投產前進行設備聯調過程中，該項目海水提升泵的前置海水過濾器在調試過程中，不久就發生了濾芯堵塞、變形、腐蝕嚴重現象，見圖2、圖3?？梢园l現，過濾器已經發生了嚴重變形，其濾芯結構為雙層濾芯，已經堵塞嚴重，被固體雜質覆蓋，且已經被腐蝕、破壞。

圖3 堵塞的籃式濾器濾芯

2.3 事故發生原因分析

2.3.1 發生濾芯變形原因

由濾網發生變形的過程可知，在海水進入濾網后，連帶著固體顆粒以及浮游生物、微生物一起進入濾網。由于過濾精度過高，導致過多固體顆粒被濾網攔截、聚集，從而造成堵塞。由于濾芯堵塞，使濾芯進出口兩端壓差逐漸增大，當壓差值達到一定程度時，濾網被擠壓而最終導致變形，現場測得濾芯的變形量最大達300 mm。發生堵塞的原因有以下三點。

1）濾器濾芯設計壓差值最大為50 kPa，但并沒有設計報警功能，只能在巡檢時發現，如不能及時發現，會致使壓差超過設定值，從而濾網受到的壓力變得越來越大，導致超過濾網骨架能承受的最大強度，最終變形。這是設計缺陷和未及時發現壓差過高，并進行停機操作而造成的。

2）由于該濾芯廠家采用多層濾芯，內層濾芯承受外壓，而濾芯骨架并沒有足夠強度，從而導致濾芯變形。

3）過濾器設計時考慮下游用戶為海洋平臺用中央空調及自制淡水機，過濾精度取值偏低（180 μm），未對現場海水內浮游生物進行分析考量。事故后對現場堵塞浮游生物進行測量，發現大多浮游生物尺寸在400 mm以下。

2.3.2 濾芯設計缺陷

該海水濾器設計時考慮處理量比較大，如果采用單濾芯設計，濾芯質量比較大，不利于濾芯清洗，所以采用了多濾芯設計方案。廠家提供的多濾芯方案只是單純地為了減少設備質量和節約成本，采用了內外濾芯方案，內濾芯承受外壓，外濾芯承受內壓。對于同樣條件下的材料，在結構的穩定性方面，濾芯受內壓要強于受外壓，這也是產生變形的一個主要原因。

2.3.3 濾器發生腐蝕原因

該項目籃式濾器筒體材質為碳鋼，內襯環氧樹脂涂層，同時筒體內部設置了犧牲陽極，而濾芯采用316L。在選材上并沒有問題，可參考國內以往項目海水用籃式濾器選材，見表2。

從表2中可以看出，國內多個項目海水濾器的選材同本項目一致，但并沒有收到平臺操作方反饋濾器發生海水腐蝕現象。從腐蝕機理來說，如果碳鋼內襯的氯丁橡膠沒有發生損壞，海水并不會對濾器筒體產生腐蝕，同時本項目濾器內部還設置了犧牲陽極，保證即使內襯涂層發生破壞后，可以持續保護筒體短時間內不被破壞。針對上述對濾器本體和濾芯發生的腐蝕進行綜合分析，確認發生腐蝕的主要原因為：濾芯發生堵塞，壓差超設計值50 kPa后，未及時檢修，導致濾芯發生變形破壞了涂層，從而海水和碳鋼直接接觸，發生了腐蝕；濾芯清洗操作過程中，抽芯時破壞了筒體涂層，導致海水直接接觸筒體，發生了腐蝕；廠家涂層質量不滿足涂裝要求。

表2 國內幾個項目中海水濾器材料選擇

Tab.2 Materials selection of seawater filter in some projects of China

3 解決措施

在對海水濾器濾芯堵塞、變形和腐蝕的原因進行分析后，為了保證項目的順利投產進行，在該項目海水濾器選型進行針對性的替代方案。主要改進如下：要求廠家采用多濾芯設計，同時保證濾芯為內壓結構，提供強度計算書；在保證下游用戶中央空調和重自制淡水機正常需求的前提下，降低濾芯過濾精度，過濾精度從180 μm降至40目；筒體材質由碳鋼更換為雙相不銹鋼。根據上述更換設備后，設備運行3年來，未再發生上述質量事故。

4 結論

通過對籃式濾器的原理介紹，以及對某海上項目海水濾器，堵塞、腐蝕和設計的案例進行了分析，得出以下結論。

1）濾器精度要依據下游用戶、過流介質特性進行選擇，不能僅依據理論或經驗設計。

2）籃式濾器濾芯設計要采用內壓設計，因為對于同樣條件下的材料，內壓設計結構強度優于外壓設計。

3）籃式濾器壓差要提供報警設計，便于及時把控濾芯堵塞情況。

4）材料選擇要兼顧過流流體的腐蝕性，同時要考慮經濟性和便于維護。

5）從維護和濾芯更換角度考慮，當濾芯質量超過25 kg時，建議采用多濾芯結構。

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Accident Analysis of Basket Seawater Filter on an Offshore Platform

YANG Xue1, WANG Ya-ying1, ZHOU Shu-juan2

(1. BOMESC Offshore Engineering Company Limited, Tianjin 300451, China; 2. Offshore Oil Engineering Co. Ltd, Tianjin 300451, China)

The paper aims to study the reason of corrosion and plugging of basket filter on an offshore platform in the East China Sea. Principles, process flow, material selection, filter accuracy, filter design, manual operation, etc. of the casket filter for seawater system of an offshore platform were analyzed comprehensively. The internal pressure structure was better than the external pressure structure about filter element. The pressure difference would increase and the filter element would be plugged if the filtration precision was too high. The filter element of the basket filter should be internal pressure structure of multi-filter elements; the filtration precision of the basket filter should be confirmed by the downstream user.

basket filter; filter fineness; filter element; corrosion

2019-11-18；

2019-12-19

10.7643/ issn.1672-9242.2020.05.016

TG172.5

A

1672-9242(2020)05-0101-04

2019-11-18；

2019-12-19

楊雪（1983—），女，碩士，工程師，主要研究方向為過濾和分離。

YANG Xue (1983—), Female, Master, Engineer, Research focus: filtration and separation.