海上平臺天然氣冷卻器免拆卸在線清洗技術探索與應用

劉景亮，楊光偉，四建鑫

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤南作業公司 天津 300456)

0 引 言

海上生產平臺中，絕大多數的天然氣集輸和初加工單元都有冷卻降溫工藝，綜合考慮設備換熱效率、成本、場地面積和冷介質來源等因素，多選用管殼式換熱器[1]。渤海A平臺天然氣冷卻器選用海水作為冷介質，海水由潛水離心泵舉升至平臺工藝流程，經粗濾器除去部分雜質、泥砂和海生物，進入冷卻器管程熱交換后進行排放。高溫天然氣進入冷卻器殼程，物流方向與海水相反，利用管壁進行熱交換，達到降溫效果，具體流程見圖1。

圖1 天然氣冷卻器簡圖 Fig.1 Schematic diagram of natural gas cooler

天然氣冷卻器在運行一段時間后，浮頭、管束內表面會積累形成水垢、泥砂、海生物、微生物[2]之類的覆蓋物層，這些堵塞物占據了海水流道，增加了冷熱器管壁的熱阻，使傳熱系數減小，導致冷熱器的換熱效率[3]下降。渤海A平臺初期采用常規拆卸高壓清洗[4]工藝，每次清洗作業產生天然氣放空燃燒約 10萬m3，人工和物料費用約5萬元，且作業工藝復雜、風險系數高，清洗效果僅能保持1年左右。A平臺生產工藝流程目前共9臺天然氣冷卻器，采用常規工藝每年支出的費用和天然氣放空燃燒量比較大，因此，設計并實踐天然氣冷卻器免拆卸在線清洗[5]技術實現碳減排[6]，意義重大。

1 天然氣冷卻器免拆卸在線清洗試驗

1.1 試驗設計

1.1.1 分析影響冷卻器換熱效果的因素

針對管殼式冷卻器結構的特點，分析影響冷卻器工作性能的因素主要有換熱面積、傳熱系數、換熱介質溫差等。

①海生物附著[7]：冷卻器管程內合適的溫度及富氧條件很適合海洋生物生長繁殖，細小海洋生物進入冷卻器后迅速生長、附著，體積變大后無法排出冷卻器，占據流道空間，影響海水流量。

②泥沙堆積：冷卻器海水流程一般為下方進水、上方出水，泥沙易攜帶且堆積在管束和浮頭中，減小了換熱面積，增加了冷卻器熱阻，降低了傳熱系數。 ③海水溫度變化：季節變化導致海水溫度上升時，冷卻器處理天然氣達到相同溫差所需海水量變大。

1.1.2 冷卻器免拆卸在線清洗試驗設計

①反向沖洗解堵實現免拆卸：針對冷卻器海水路流程下進上出、堵塞物堆積在下部的特點，試驗設計采用上進下出方式對冷卻器進行反沖洗[8]，大排量反沖洗介質可將堵塞物攜帶排出。

②選用大排量海水作為沖洗介質實施在線清洗時，因海水比熱容高可保證大部分換熱效果實現冷卻器在線運行，且海水作為沖洗介質就地取材，經濟無污染，流程易實現。

1.2 試驗運用

渤海A平臺基于以上免拆卸在線清洗試驗設計，利用現有流程連接臨時管線實現冷卻器在線免拆卸清洗試驗。主要是利用海水管線進出口2in (50.8mm)溫井法蘭作為反沖洗臨時接口，連接臨時管線實現冷卻器免拆卸在線清洗，具體流程見圖2。 試驗過程中大量泥沙和海洋生物從排放口沖洗清除，海洋生物以海蠣子等貝殼類為主，現場收集海洋生物約10kg、泥砂若干，見圖3。

圖2 在線免拆卸清洗試驗流程簡圖 Fig.2 Schematic diagram of on-line disassembly-free cleaning test process

圖3 從排放口清出的部分海生物 Fig.3 A small number of marine organisms

天然氣冷卻器免拆卸在線清洗試驗過程安全、高效。清洗結束后，設備正常投運，冷卻器換熱效率明顯提升，達到預期清理效果。具體見表1。

表1 天然氣冷卻器清洗試驗前后參數對比 Tab.1 Comparison of parameters before and after cleaning test of natural gas cooler

2 天然氣冷卻器免拆卸在線清洗流程

2.1 流程設計改造

基于天然氣冷卻器免拆卸在線清洗試驗的結果，設計改造工藝流程只需要開關閥門即可完成清洗作業，使得天然氣冷卻器清洗這項復雜、工作量大、風險系數高的作業變得安全、簡單、高效。具體設計見圖4。

圖4 天然氣冷卻器免拆卸在線清洗流程設計 Fig.4 Design of on-line disassembly-free cleaning process of natural gas cooler

天然氣冷卻器正常運行時，1、2號閥門為開啟狀態，3、4號閥門為關閉狀態。免拆卸在線清洗作業時，1、2號閥門為關閉狀態，3、4號閥門為開啟狀態。

2.2 現場效果

根據流程設計和校核，渤海A平臺進行了天然氣冷卻器工藝流程改造，經長時間運行驗證，冷卻器免拆卸在線清洗技術的直接效果和延續性效果都非常好，清洗效果可保持半年左右。

2.2.1 清洗效果檢驗

圖5所示曲線為壓縮A機天然氣冷卻器在清洗作業前2個月間海水出口閥開度變化，由30%～50%的開度因為管束堵塞逐漸上升至100%，而且無法達到換熱效果。

圖5 清洗前海水出口閥開度 Fig.5 Opening of seawater outlet valve before cleaning

圖6所示曲線為免拆卸在線清洗后2個月壓縮 A機冷卻器海水出口閥開度曲線，可見閥開度長時間維持在50%以下。

圖6 清洗后海水出口閥開度 Fig.6 Opening of seawater outlet valve after cleaning

2.2.2 清洗工藝優缺點對比

渤海A平臺經過試驗探索和設備改造應用，得出了天然氣冷卻器免拆卸在線清洗和傳統拆卸清洗工藝在安全性、人工時、維修費用、清洗效果4個方面的優缺點對比，見表2。

表2 2種清洗技術效果對比 Tab.2 Comparison of two cleaning techniques

2.2.3 應用效益

天然氣冷卻器免拆卸在線清洗技術實現節省單次清理費用約5萬元/臺，渤海A平臺天然氣冷卻器共計9臺，以一年清洗一次的頻率可實現節約清洗費用45萬元/年。

渤海A平臺單臺冷卻器常規拆卸清洗會造成天然氣放空燃燒10萬m3/次，冷卻器免拆卸在線清洗技術避免了天然氣放空燃燒90萬m3/年，折算節約標煤約1200t，減排二氧化碳1950t。

3 結 語

①天然氣冷卻器免拆卸在線清洗技術在渤海A平臺成功試驗，達到了預期的清洗效果，冷卻器換熱效率明顯提升，為海上生產平臺提供了可靠的清洗技術和經驗。

②與傳統拆卸清洗技術對比，免拆卸在線清洗技術具有安全性高、節省費用、占用人工時少等優點，顯著提高了天然氣冷卻器清洗的便利性。

③免拆卸在線清洗技術工藝流程簡單易實現、可推廣性強。該技術選用海水作為在線清洗介質，海上生產平臺可就地取材，不產生環境污染。

④免拆卸在線清洗技術避免了海上平臺天然氣集輸和初加工單元中無備用冷卻器設備工況時清洗作業產生的天然氣放空燃燒的現象，實現了碳減排，為企業綠色低碳經營提供了可供參考的經驗。■