計軍國
         (中國石油吐哈油田公司技術監測中心,新疆鄯善838202 )
    摘　要:介紹了高壓水射流清洗、試壓、找漏、在運行堵漏的原理、特點、安全性。闡述了該技術在吐哈油田巴喀原穩廠空冷器上的應用。
    關鍵詞:高壓水射流;恒定流量;帶壓堵漏
    中圖分類號: TE88　　文獻標識碼:B
    文章編號:1671-8909(2010)07-0033-05
    高壓水射流技術近年來發展較快,應用也日益廣泛。在國外,利用壓力達400MPa或更高的射流來進行地下通道掘進、水下挖泥、混凝土打眼和切割,而120MPa以內壓力的高壓水射流大多用于清洗、堵漏,冶金、石油、化工、電力、核工業和機械制造等部門用來清洗各種設備管道;市政部門用來清洗被堵塞的下水道、機場跑道、煤氣管線等。在國內,近年來隨著清洗行業的欣起,高壓水射流清洗也得到了迅速的發展。
    中石油吐哈油田公司根據高壓水射流清洗機在正常情況下,流量不隨壓力變化而變化,即流量為恒定常量[1],這一流量穩定的優勢,使其作為高壓流體試壓源,開發了高壓堵漏技術。
    1　問題的提出
    巴喀原穩廠原油常壓蒸餾、芳烴異構化裝置共有4臺濕式空冷器,運行中的冷卻水依靠廠區鍋爐房鈉離子交換器提供8m3/h的軟化水進行補充,單臺空冷器循環冷卻水量20m3/h。空冷器于2006年安裝,介質為汽油。在生產運行過程中,循環水不斷濃縮,并產生大量污物、雜質,同時產生以下問題。
    1)設備腐蝕:冷卻水在循環使用過程中,水在冷卻塔內和空氣充分接觸,使水中的溶解氧得到補充,水中溶解氧造成金屬電化學腐蝕。
    2)結垢:水在循環過程中蒸發,使循環水中含鹽量逐漸增加,當其達到過飽和狀態,或經過傳熱表面水溫升高時,會分解生成碳酸鹽,沉積在管線表面,形成致密的微溶性鹽類水垢。
    3)黏泥垢:冷卻水和空氣接觸,吸收了空氣中的灰塵、泥沙、微生物及其孢子,使系統的污泥增加。光照、適宜的溫度、充足的氧和養分都有利于細菌和藻類的生長,從而使系統黏泥增加并在管線表面沉積下來,造成高溫下黏泥板結。
    循環冷卻水長期使用對設備帶來腐蝕、結垢和黏泥問題,使設備的水流阻力加大,水泵的電耗增加,并使生產工藝條件處于不正常狀況[4]。如果不進行有效處理,將會造成空冷設備傳熱效率下降,嚴重時產生垢下腐蝕,甚至可能發生泄漏、穿孔等重大設備安全事故,造成經濟損失。對空冷器及循環冷卻水進行階段性處理和清洗維護保養工作,可以提高設備換熱效率,改善工藝條件,保證長生產周期,降低能耗和延長設備使用壽命[3]。
    1·1　循環水狀況調查
    巴喀原穩廠原油常壓蒸餾、芳烴異構化裝置的4臺濕式空冷器,由于其循環水系統為敞開式,冷卻水暴露于空氣中,水的濃縮倍數不斷升高,導致空冷器光管、翅片管表面產生了大量的鐵銹,加之水中氯離子、鈣鎂離子及懸浮物、泥沙等雜質的存在,循環水中的運行環境不能得到有效改善,致使空冷器光管和翅片管發生穿孔、泄漏。圖1為巴喀原穩廠空冷器結構示意圖,表1列出了空冷器技術工藝參數。


    1·2　危險性辨識
    由于管程內的介質為中間反應物、油氣和液態烴,是極其危險的介質,泄漏如果達到一定的濃度,遇空氣會發生燃燒爆炸,造成非常嚴重的后果。因此,一旦發生空冷器穿孔、泄漏應立即采取緊急措施實施高壓堵漏方案進行搶險,以把生產損失降低到最小,把不安全狀態控制在萌芽,防止意外的發生。
    2　冷換設備管束泄漏常規處理方法及缺點
    油田生產單位在冷換設備管束發生泄漏后,通常的做法是:先將相關設備停止運行,進行蒸汽吹掃置換,達到動火安全要求后將泄漏管束切割、進行焊接處理。這樣的做法在理論上是合理、有效的。因此,直至現在,部分單位依然在使用這種方法解決問題。不可否認,這種方法可以解決部分問題,能夠起到部分冷換設備泄漏管束封閉作用。但其缺點是:(1)空冷器是管束高度密集的設備,管束發生泄漏后,不具有提供切割或焊接工作足夠的空間; (2)空冷器管束內介質通常為中間反應物、油氣和液態烴等極度危險的反應介質,如果在狹小空間內進行焊接、打磨或者切割等工作,風險很大。
    3　高壓水射流清洗堵漏的原理及特點
    大部分換熱設備都在油氣場所,對泄漏管束進行切割焊接,存在很大的安全隱患,給整個系統的生產運行帶來了風險。采用高壓水射流帶壓堵漏,所使用的介質是水,堵頭是防爆材質———紫銅,完全消除了施工作業中的安全風險。
    高壓水射流清洗的原理是用高壓泵打出高壓水,經管路到達噴嘴,噴嘴則把高壓低流速的水轉換為低壓高流速的射流,正向或切向沖擊被清洗件的表面[2];恒定流量的射流在管束內不斷沖擊管壁,在空冷器等設備的管束內產生壓力,通過壓力逐漸上升、恒壓等程序,進行快速查找漏點。
    高壓水射流試壓堵漏與一般堵漏相比較,具有不污染環境、快速、安全、可靠等特點。因此,高壓水射流清洗堵漏技術在設備清洗堵漏領域中成為一支后起之秀,在很大程度上代替了傳統的人工機械清洗堵漏。
    4　高壓水射流試壓堵漏操作過程
    試壓找漏工作流程:隔離—連接管路—充水升壓—穩壓—查找漏點—卸壓放水—堵漏—充水升壓—穩壓—排水—恢復現場。具體操作步驟如下。
    1)隔離:用盲板盲斷與空冷器水系統、油氣系統相連接的進出口管線閥門,使空冷器成為一個獨立的安全個體,并對盲板進行標示。
    2)連接管路:拆除空冷器翅片管一個高位堵頭,與高壓清洗機高壓水管連接,形成閉路循環系統。在高位堵頭連接管處安裝精密壓力表,以便于及時觀察壓力。在空冷器光管低位拆除一個堵頭,連接管路到排污,做為排水泄壓系統。
    3)試壓:利用高壓水射流進行充水升壓,壓力升至空冷器設計壓力的1·25倍后穩壓30min;
    4)找漏:在穩壓過程中,按縱橫坐標圖仔細查找漏點,進行準確定位。
    5)堵漏:找到漏點后,從空冷器泄壓系統卸壓排水,泄壓后,按找出的泄漏管束坐標點進行封堵。
    6)再次試壓:堵頭封堵完成后,再次充水試壓,重復步驟3),直至壓力不下降,檢查無泄漏管束,整個試壓堵漏結束。
    7)恢復:堵漏結束后,拆除連接流程,抽取所有盲板,恢復流程。生產單位進料試車。
    8)出具試壓堵漏報告,生產單位簽字確認。
    9)撤離現場。
    其中,為確保精確查找和封堵所有泄漏管束,以上3)到6)步驟要重復進行。根據現場具體情況,按照生產單位提供的最大設計壓力和規定的時間進行穩壓,穩壓時間之內再無任何管束出現泄漏之后,將判定為完成試壓堵漏工作成功。
    為了能夠對泄漏管束得到最有效的封堵,堵頭材質應選用硬度低于或等于管子硬度的材料。工作中先后選取了金屬鉛、四氟乙烯、雜木、青銅、紫銅等材料進行對比實驗,結果證明紫銅具有強度高、韌性好、防爆等特點,因此選取紫銅作為首選堵頭材料。制作規格:長度通常為大端直徑的2倍,小端直徑應等于0·85倍的管子內徑尺寸;錐度為1∶10。
    5　應用實例
    應用實例見表2。已成功利用高壓水射流清洗機具有恒定流量的特點對空冷器、換熱器等設備進行帶壓物理堵漏。在巴喀原穩廠、丘東采油廠、吐魯番采油廠、石化廠等單位進行了空冷器試壓堵漏,安全可靠,效果良好。

    6　總結
    (1)高壓水射流清洗具有不污染環境、不對工作對象產生腐蝕、不浪費能源、操作簡單、工作效率高等特點。
    (2)在使用高壓水射流清洗前,應對工作壓力、流速、沖擊力等主要參數進行必要的計算和測定。
    (3)開發了帶壓堵漏技術,通過不斷的理論分析和現場實際操作,本技術已經逐步趨于穩定,其它工程方面的應用有待于在生產過程中進一步的探索研究。
參考文獻
[1]沈忠厚·水射流理論與技術[M]·北京:北京石油大學出版社, 1998·
[2]薛勝雄,李正民·高壓水射流技術與應用[M]·北京:機械工業出版社, 1998·
[3]化學工業機械設備標準化技術委員會·HG/T2387-2007工業設備化學清洗質量標準[S]·北京:中國國家發展和改革委員會發布, 2007·
[4]中國工程建設標準化協會化工分會·GB 50050-2007工業循環冷卻水處理設計規范[S]·北京:中國計劃出版社, 2008·