于真真 成鵬濤 李文滔 鞏世全 何艷甫(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 引言

隨著我國(guó)深海石油的開(kāi)發(fā)，水下井口和水下閥組是必可可少的一部分。去往水下井口的化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)承擔(dān)著往水下注入緩蝕劑、防蠟劑、阻垢劑、殺菌劑、甲醇等藥劑。FPSO上部模塊的部分化學(xué)藥劑管線經(jīng)過(guò)單點(diǎn)通過(guò)臍帶纜傳至水下設(shè)備，水下設(shè)備的閥組對(duì)清潔度有極高要求。在陸地加工制造過(guò)程中，打磨、焊接、噴砂等施工作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的部分顆粒物大概率不可避免地進(jìn)入設(shè)施內(nèi)部?；瘜W(xué)注入系統(tǒng)管道內(nèi)的微小顆粒物可能導(dǎo)致化學(xué)注入介質(zhì)粘度增高，附著力增強(qiáng)，降低管道流速。過(guò)多的微小顆粒物甚至?xí)氯戮荛y組[1]。設(shè)計(jì)制造上需要采取多種措施清除顆粒物、預(yù)防管線內(nèi)部堵塞，保證管道內(nèi)內(nèi)部潔凈度。從設(shè)計(jì)上，管路系統(tǒng)增設(shè)濾器過(guò)濾管道內(nèi)雜質(zhì)，材質(zhì)選用耐腐蝕性能好的不銹鋼。在制造安裝過(guò)程中，藥劑儲(chǔ)罐、管線等設(shè)施內(nèi)部的焊渣、浮銹、微顆粒物，通過(guò)物理方法或化學(xué)方法對(duì)內(nèi)部進(jìn)行清洗。物理方法主要是采取向管道內(nèi)沖入大量水清洗；化學(xué)方法主要是向管道內(nèi)注入弱酸介質(zhì)中和，除去管道內(nèi)壁附著物、鐵銹。

1 工藝潔凈度要求

水下設(shè)施對(duì)注入到水下設(shè)備的設(shè)施、管道潔凈度一般要求為SAE AS4059 Class 8B-F。SAE AS4059為航空航天動(dòng)力-液壓油污染等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其含義為每100mL，對(duì)應(yīng)粒徑顆粒物數(shù)量不能超過(guò)等級(jí)8對(duì)應(yīng)代碼的數(shù)量，例如Class 8B表示大于5μm顆粒物累積總數(shù)不能超過(guò)77849。國(guó)內(nèi)一些檢驗(yàn)單位給出以NAS 1638為標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告。 NAS 1638與SAE標(biāo)準(zhǔn)SAE AS4059標(biāo)準(zhǔn)采用相同的清潔度等級(jí)，但SAE AS4059還加入了清潔度等級(jí)000級(jí)。NAS 1638標(biāo)準(zhǔn)給出以顆粒物粒徑為依據(jù)的數(shù)量范圍。

表1 SAE AS4059 Class8 顆粒物等級(jí)

方法(1)和(2)為自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器測(cè)得的粒徑。方法(1)測(cè)得粒徑為基于ARP598測(cè)得的最長(zhǎng)尺寸；方法(2)測(cè)得粒徑為投影面積法得出等效粒徑。

表2 NAS 1638 潔凈度等級(jí)

無(wú)論采用哪種方法，設(shè)施、管道清洗后，對(duì)應(yīng)的管道顆粒物數(shù)量不能超過(guò)表中對(duì)應(yīng)數(shù)量。

2 化學(xué)藥劑系統(tǒng)設(shè)備清洗難點(diǎn)

管線串洗理想效果為流動(dòng)介質(zhì)處于湍流狀態(tài)，雷諾數(shù)Re數(shù)大于4000。而靠近管壁面處的層流區(qū)越小，清洗效果越明顯。當(dāng)黏在管壁面處的顆粒物直徑d小于邊界層厚度時(shí)，流動(dòng)介質(zhì)剪應(yīng)力才會(huì)對(duì)顆粒物進(jìn)行有效的推動(dòng)沖刷[2]。邊界層厚度半經(jīng)驗(yàn)公式為：

λ為沿程損失系數(shù)。

雷諾數(shù)在4000～105范圍內(nèi)時(shí)，；在105～3×106時(shí)，

化學(xué)藥劑系統(tǒng)設(shè)備具有泵組多、管路復(fù)雜、支路多等特點(diǎn)。管路系統(tǒng)中的并聯(lián)處，分流處有能量損失造成局部流速降低，進(jìn)一步影響清洗效果[3]。在設(shè)備內(nèi)部，管線直管短、彎頭多、三通分路多，管線上閥組和儀表接口等突變處有明顯增加串洗流體介質(zhì)流線混亂程度作用，從而能更容易沖刷管壁上的顆粒物。但管徑不同處、突變處也會(huì)出現(xiàn)極小范圍的流動(dòng)死區(qū)，導(dǎo)致局部流速過(guò)小，部分顆粒物會(huì)聚集在死區(qū)而不能被洗出。在一些碳鋼材質(zhì)管路串油工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)清潔度會(huì)出現(xiàn)反復(fù)甚至降低，就是流動(dòng)死區(qū)中的顆粒物脫落導(dǎo)致。

化學(xué)藥劑設(shè)備的清洗另一問(wèn)題是工藝管路的復(fù)雜性。管路系統(tǒng)中存在多處回路，管路分流會(huì)引起偏流，降低管內(nèi)流量，從而降低清洗效果。管路中的儀表，如安全閥清洗時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，需要拆除并單獨(dú)考慮清洗回路。

不銹鋼管線酸洗鈍化是利用弱酸的腐蝕性去除不銹鋼表面氧化物，在表面形成一層致密性的薄鈍化膜。經(jīng)過(guò)酸洗的管道，內(nèi)部的浮銹、顆粒能隨酸洗液排出，但在焊接接頭、變徑、彎頭處，由于酸洗過(guò)程流速較低，不能排出。管路酸洗只能作為串洗前的準(zhǔn)備工序使用。

3 串洗方案及應(yīng)用

串洗方案根據(jù)管路走向和清洗靠操作性制定。清洗進(jìn)口和出口一般選取工藝管路的進(jìn)口和出口位置，對(duì)于設(shè)備內(nèi)部?jī)x表多、并聯(lián)管路多的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)短接方案，保持每一并聯(lián)分支流體處于湍流狀態(tài)[4]。

3.1 串洗橇設(shè)備

串洗橇設(shè)備主要由清洗介質(zhì)儲(chǔ)罐、泵、雙聯(lián)濾器、出口/回路管排組成，如圖 1所示。為避免二次污染，串洗管路、閥組、濾器、串洗泵都選用不銹鋼材質(zhì)。串洗橇設(shè)備管路采用2吋，減少串洗回路阻力。針對(duì)化學(xué)藥劑設(shè)備內(nèi)泵組多、管路出口流程多的特點(diǎn)，使用管排可將多路清洗回路同時(shí)清洗，以減少串洗回路數(shù)量和串洗時(shí)間。進(jìn)口管排和出口管排放置在化學(xué)藥劑設(shè)備清洗管路位置。從串洗橇出口到管排采用不銹鋼軟管連接，尺寸不宜小于1吋。尺寸過(guò)小會(huì)額外增加串洗回路壓降。

圖1 串洗橇流程圖

串洗泵理論上可以選擇離心泵或柱塞泵。串洗管路長(zhǎng)度如表3所示，總長(zhǎng)度為206m。常用壓力管道壓降計(jì)算公式為[5]

根據(jù)4.2串洗流程，考慮每個(gè)串洗回路長(zhǎng)度較短和實(shí)際串洗過(guò)程的臨時(shí)調(diào)整，如現(xiàn)場(chǎng)管路閥門的臨時(shí)開(kāi)啟、關(guān)閉，以及后續(xù)項(xiàng)目中串洗泵通用性、串洗橇標(biāo)準(zhǔn)化制造，串洗泵選用86m揚(yáng)程離心泵。

表3 串洗管路長(zhǎng)度

雙聯(lián)濾器雙聯(lián)濾器分為粗濾器和精濾器。前期使用粗濾器，后期使用精濾器。精濾器燒結(jié)濾芯精度根據(jù)串洗要求選擇，可選擇5μm和3μm。

3.2 串洗流程

管路壓力試驗(yàn)完畢后，先進(jìn)行空氣吹掃，排出管內(nèi)液體和大顆粒雜質(zhì)，再進(jìn)行管路酸洗。酸洗泵流量、壓力等能力一般較低，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)入罐內(nèi)的浮銹有一定清洗效果。酸洗后恢復(fù)化學(xué)藥劑設(shè)備的整個(gè)管道系統(tǒng)，確認(rèn)管路系統(tǒng)中的壓力表、Y型濾器、閥門、化學(xué)藥劑泵都處于正常工作狀態(tài)。

化學(xué)藥劑泵組管線串洗布置方案見(jiàn)圖2。輔助不銹鋼軟管從進(jìn)口管排引出接到化學(xué)藥劑泵進(jìn)口管線盲端處。清洗流體回路輔助軟管從化學(xué)藥劑泵出口處接到回路管排?；芈饭芘乓淮涡宰畲罂山?0條回路軟管，可以同時(shí)串洗10個(gè)回路，也可以通過(guò)化學(xué)藥劑管路閥門控制串洗特定幾個(gè)回路，保證化學(xué)藥劑設(shè)備內(nèi)所有管道都能得到清洗，避免流程切換的反復(fù)拆卸和二次污染。安全閥管路清洗流程采用軟管A/B泵組相互倒換接入的方式，解決了安全閥無(wú)法動(dòng)作和安全閥尺寸過(guò)短、空間過(guò)小問(wèn)題。化學(xué)藥上劑泵為柱塞泵，泵進(jìn)出口處自帶有止回閥，因此清洗流體只能從進(jìn)口到出口單向流動(dòng)。當(dāng)泵進(jìn)口處管線無(wú)流量、管線無(wú)升溫時(shí)，通常為泵內(nèi)的止回閥安裝流向裝反。

串洗介質(zhì)采用90%乙二醇+10%水溶液，介質(zhì)中氯離子含量不超過(guò)25ppm。化學(xué)藥劑管路串洗前，關(guān)閉進(jìn)串洗橇到管排的進(jìn)口、回路口閥門，啟動(dòng)串洗泵，乙二醇溶液在串洗橇內(nèi)循環(huán)過(guò)濾得到較為潔凈的串洗流體。

圖2 管路串洗示意

3.3 結(jié)果分析

從濾器前后取樣點(diǎn)取樣后，外送采用NAS 1638分析，串洗結(jié)果清潔度達(dá)到NAS7級(jí)，滿足水下設(shè)施的潔凈度要求。

濾前取樣結(jié)果如表4所示。

表4 濾前取樣結(jié)果

濾后取樣結(jié)果如表5所示。

表5 濾后取樣結(jié)果

串洗一定循環(huán)時(shí)間后，定期檢查取樣，濾芯根據(jù)清潔程度檢測(cè)結(jié)果，在必要時(shí)更換。串洗流程倒換中，軟管接頭和化學(xué)藥劑管線法蘭接口要用密封材料包裹，防止二次污染。

4 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)采用酸洗加串洗相結(jié)合的方法，采用了適用的串洗橇設(shè)備，串洗流程合理的兼顧了所有管線，通過(guò)制定了合理的化學(xué)藥劑系統(tǒng)設(shè)備清洗方案，串洗效果達(dá)到了水下設(shè)施的清潔度要求。為后續(xù)海洋油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中類似設(shè)備清洗提供了一定借鑒意義。