淺談天然氣儲氣庫導熱油系統完整性管理策略

于江鋒

（遼河油田儲氣庫公司，遼寧 盤錦 124000）

遼河儲氣庫群是國家重點建設工程，列入國家“十四五”規劃，是中國石油在全國建設的六大儲氣中心之一，擔負著東北和京津冀地區天然氣季節調峰任務，對調整我國能源結構、促進節能減排、應對氣候變化、保障供氣安全及國家戰略儲備具有重大的社會意義和戰略意義。導熱油系統作為儲氣庫的重要系統，具有運行參數精度高，對完好性要求非常高，但系統本身設備數量較多，環節多，環境較惡劣，且導熱油易滲漏、易燃燒著火，存在潛在的較大安全隱患等，這就對整個導熱油系統的完整性管理提出更高的要求。

1 導熱油系統功能及組成

1.1 設備功能

在天然氣采氣期，導熱油經強制循環泵，通過導熱油爐加熱升溫后，與乙二醇凝富液換熱器、乙二醇再生裝置的低溫液體進行熱交換。

1.2 系統組成

雙臺子儲氣庫群一期工程包括2座導熱油爐撬，每座撬含1.9MW導熱油爐1臺、燃燒器及燃料氣系統等；1座導熱油循環泵撬，包含導熱油泵3臺，2用1備；1座導熱油膨脹罐及卸車撬，包含導熱油膨脹罐1座、導熱油分離器1座、導熱油卸車罐1座、導熱油卸車泵1臺；導熱油加熱系統控制柜及配電柜；工藝流程管線等。

2 導熱油油質

2.1 物性參數

目前雙臺子儲氣庫選用THERMINOL 55導熱油，物性參數見表1，設計使用范圍150～200℃在合理區間內。

表1 HERMINOL 55導熱油的物性參數

2.2 定期化驗

每運行三個月應至少對導熱油的粘度、閃點、酸值和殘炭4項指標進行取樣化驗（表2）。如各項指標均未超出變化范圍，說明熱傳導液運行良好；當其中有2項指標超過規定限值時，應考慮添加部分新油或全部換油。

表2 導熱油換油標準

2.3 控制油品含水量

油品含水超標時，當油溫升至100℃以上，水分汽化，體積驟增，可能會造成膨脹量過大，噴油著火；水分受熱汽化產生高壓，可能引起管道設備超壓爆管。

3 控制導熱油的溫度重要性

導熱油在傳熱過程中主要發生三種化學反應:熱氧化反應、熱裂解和熱聚合反應，使導熱油劣化。油溫是導熱油發生熱氧化反應和熱聚合反應的重要參數。隨著溫度的升高，這兩種反應的反應速度會急劇增加，結焦傾向也隨之增大。管壁溫度是影響導熱油劣化最主要因素。

4 控制流速及雷諾數

為避免導熱油過熱發生分解并產生積碳，導熱油爐輻射管內的導熱油流速不低于2m/s；對流管內導熱油流速則不低于1.5m/s。對導熱油過熱造成影響的因素還有導熱油的粘度和爐管管徑，可以用雷諾數進行輔助控制。流體雷諾數公式Re=ρvd/η，其中v、ρ、η分別為流體的流速、密度與動力粘度，d為管道徑；一般Re＜2300為層流狀態，2300＜Re＜4000為過渡狀態，Re＞4000為紊流狀態，Re＞10000為完全紊流流狀態。圖1為雙臺子儲氣庫導熱油爐爐管內流體在兩種流速下的雷諾數，計算結果表明在正常工作溫度下，流體處于紊流狀態。

圖1 不同流速下Re值情況

5 控制壓差

導熱油在高溫下發生分解結焦積碳，附著在爐管內壁上，增加流動阻力，降低傳熱效果，導致爐管過熱變形、減薄穿孔、爆管，嚴重影響安全運行?？梢栽贒CS系統上設置爐管壓差高位報警。雙臺子儲氣庫一期工程導熱油爐的理論壓差156.31kPa，并與投運初期壓差基本相符。

導熱油鍋爐實際運行出口溫度為193℃、進口溫度171℃，物性參數見表3，鍋爐參數見表4。

表3 導熱油相關參數

表4 導熱油爐參數

計算鍋爐出入口流體雷諾數：入口Re=ρvd/η=107706；出口Re=ρvd/η=132822；管壁的絕對當量粗糙度e=0.06mm。管壁的相對當量粗糙度ε=2e/d=2×0.06/250=4.8×10-4

水力光滑區的雷諾數:Re1=59.5/ε8/7=369304

水力粗糙區的雷諾數：Re2=(665-765lgε)/ε=1865641因為Re1＜Re＜Re2,所以流體處于混合摩擦區。

沿程摩阻和壓降的計算：

局部摩阻和壓降的計算：

表5 沿程及局部的摩阻壓降

6 停啟運操作

6.1 控制初始溫度

初始投運點火升溫時，應先啟動循環泵，再逐步升溫，冷油流速不低于2m/s。升溫速度不高于30℃/h。建議升溫曲線見圖2。

圖2 升溫曲線

6.2 正常停爐操作

先關閉燃料供給閥,停止燃燒,待導熱油溫度降到80℃以下時方可停止熱油循環泵的運行。

6.3 緊急停爐處理

在加熱爐高溫運行時,如果遇到突然停電或其它故障需要緊急停爐時,應迅速關閉燃料供給,同時將爐門打開,讓爐膛與外界環境之間形成自然通風狀態,將爐膛內的蓄熱散發,以避免爐管內靜止的導熱油吸收爐膛內的蓄熱而使溫度升高，超過了導熱油最高使用溫度。

6.4 循環泵故障

當突然停電或循環泵故障不能正常運轉時，管內導熱油由于爐膛余熱作用，在1～2min內油溫會超過允許值，這時應迅速打開冷油置換閥門，利用高度壓差把膨脹油箱的冷油經過爐內自流至儲油箱內。

7 嚴禁鍋爐超負荷運行

鍋爐的實際使用熱負荷要低于85%，避免爐膛局部溫度國道導致油溫超過最高使用溫度。儲氣庫的導熱油爐的熱負荷主要是乙二醇再生裝置和天然氣凝液換熱器，單爐設計熱負荷1.9MW，采氣裝置一期投運時的實際熱負荷為76%，屬于比較理想的狀態。

導熱油爐出口平均溫度應比最高適用溫度至少低20～40℃。運行中嚴禁導熱油超溫使用，以確保其正常使用壽命。

8 防止氧化、污染

（1）雙臺子儲氣庫的導熱油膨脹罐設有氮氣覆蓋系統進行氮氣保護，隔絕空氣。但是氮氣覆蓋系統的電磁閥、減壓閥可能故障失靈，可以通過DCS系統設置膨脹罐壓力報警值進行預警。

（2）儲氣庫的導熱油系統采用閉式系統，加強巡檢，避免其它物質或機械雜物進入。

（3）在循環泵入口處應裝過濾器，應能濾去懸浮狀態的聚合物及其他雜質，最好采用不銹鋼濾網。采氣期開始前及結束后都要拆除清洗過濾器。

9 管理提升

（1）作業人員應取得特種設備作業人員證書，持證上崗。

（2）管理人員必須具備相關的專業知識，并組織定期特種設備檢驗，預防事故的發生,開展風險分級管控體系和隱患排查治理雙重預防機制。

（3）應建立健全操作規定并定期開展工作循環分析，應當建立對導熱油爆管、爐膛爆炸、導熱油泄漏和火災事故的應急預案，并設置足夠的滅火設備和消防措施，應當定期巡查和維護保養，及時發現和排出故障。

10 結語

導熱油系統作為天然氣儲氣庫采氣期的重要系統單元，通過采取各種措施，延長系統使用壽命，防范各類風險，提高設備本質安全，提升導熱油完整性管理水平，成為影響采氣整體系統運行的關鍵一環。