摘要:導(dǎo)熱油熱媒系統(tǒng)中加熱爐盤管、換熱器換熱效率下降的主要原因?yàn)閷?dǎo)熱油管道內(nèi)壁結(jié)垢、結(jié)焦。分析熱媒系統(tǒng)傳統(tǒng)清洗工藝的局限性。提出基本不影響熱媒系統(tǒng)正常運(yùn)行的在線清洗技術(shù)——在線清洗劑與高溫物理濾油器相結(jié)合,對(duì)在線清洗劑、高溫物理濾油機(jī)、在線清洗工藝流程進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞:熱媒系統(tǒng)；導(dǎo)熱油；結(jié)垢；結(jié)焦；在線清洗

Research on On-line Cleaning Technology of Heat Medium System Using Heat Conducting Oil

Abstract: The main reasons for drop in thermal efficiency of heater coil and heat exchanger in heat me­dium system using heat conducting oil are scaling and coking on inner wall of heat conducting oil pipeline. The limitations of conventional cleaning process of the heat medium system are analyzed. An on-line cleaning technology which does not affect the normal operation of the heat medium system is put forward i.e. the on­line cleaning agent combines with high-temperature physical oil filter. The on-line cleaning agent, high-temperature physical oil filter and on-line cleaning technology process are discussed.

Key words:heat medium system；heat conduc­ting oil；scaling；coking； on-line cleaning

1 概述

熱媒系統(tǒng)一般由加熱爐、膨脹罐、儲(chǔ)油罐、導(dǎo)熱油循環(huán)泵、換熱器、導(dǎo)熱油、連接管道、儀表控制系統(tǒng)等組成。工作原理為:導(dǎo)熱油進(jìn)入加熱爐盤管被加熱，由循環(huán)泵輸送至換熱器，將熱量傳遞給原油或其他工作介質(zhì)，換熱后的導(dǎo)熱油回到加熱爐，被重新加熱,整個(gè)過程連續(xù)進(jìn)行。熱媒系統(tǒng)具有高溫低壓、熱效率高、傳熱均勻、溫度易于控制等特點(diǎn)，廣泛用于油田集輸、外輸管道以及煉油生產(chǎn)裝置的伴熱^[1-4]。

長(zhǎng)期使用的導(dǎo)熱油易發(fā)生變質(zhì)，并在管道內(nèi)壁表面結(jié)垢、結(jié)焦，導(dǎo)致加熱爐盤管、換熱器換熱效率下降。在導(dǎo)熱油保持設(shè)計(jì)流量的條件下，當(dāng)加熱爐盤管、換熱器換熱效率出現(xiàn)下降時(shí)，將造成被加熱介質(zhì)的溫度的下降,儀表控制系統(tǒng)將根據(jù)被加熱介質(zhì)溫度傳感器的反饋信號(hào)提高加熱爐的熱功率，從而加劇導(dǎo)熱油在管道內(nèi)壁的結(jié)垢、結(jié)焦,對(duì)熱媒系統(tǒng)的正常運(yùn)行和油田正常生產(chǎn)埋下安全隱患。因此研究適用于熱媒系統(tǒng)的清洗技術(shù)，改善導(dǎo)熱油品質(zhì),清除管道內(nèi)壁結(jié)垢、結(jié)焦，對(duì)降低熱媒系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用及消除安全隱患具有重要意義。本文對(duì)熱媒系統(tǒng)在線清洗技術(shù)進(jìn)行研究。

2 換熱效率下降原因

2.1 導(dǎo)熱油自身變質(zhì)

導(dǎo)熱油主要成分為多環(huán)芳烴、醇、石油餾分^[5]。由于導(dǎo)熱油長(zhǎng)期處在高溫狀態(tài)并與氧（氧一般通過膨脹罐進(jìn)入熱媒系統(tǒng)）接觸，因此易發(fā)生氧化連鎖反應(yīng)，從而劣化變質(zhì)。在受熱和氧化時(shí)，導(dǎo)熱油中熱穩(wěn)定性較差的烷烴、環(huán)烷烴的烷基長(zhǎng)側(cè)鏈大量斷裂，形成一種稠膠狀液體羥基酸，并進(jìn)一步被氧化成一種半流動(dòng)樹脂狀的膠質(zhì)，牢固地粘附在管道內(nèi)壁的金屬表面。在高溫的不斷作用下，這些成分進(jìn)一步氧化聚合濃縮成碳質(zhì)瀝青和分解生成碳化物及游離碳，進(jìn)而形成污垢層^[6]。

2.2 雜質(zhì)侵入導(dǎo)致的變質(zhì)

①固體雜質(zhì)的侵入

固體雜質(zhì)包括在進(jìn)行管道焊接時(shí)不慎掉落在管道內(nèi)的焊條以及未清除干凈的焊渣，尤其是焊條的危害最大。焊條的藥皮成分復(fù)雜，在高溫環(huán)境下,與導(dǎo)熱油直接發(fā)生反應(yīng)或充當(dāng)氧化反應(yīng)的催化劑，造成導(dǎo)熱油變質(zhì)。

②銹蝕與水分的影響

在管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)后，管道的低點(diǎn)、彎頭處的積水不易排出，投產(chǎn)時(shí)與導(dǎo)熱油混合，造成導(dǎo)熱油乳化變質(zhì)。對(duì)于未立即投產(chǎn)的熱媒系統(tǒng)，通常會(huì)暴露在空氣中幾個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間，管道內(nèi)壁易出現(xiàn)誘蝕，銹蝕中的金屬鹽將成為導(dǎo)熱油氧化反應(yīng)的催化劑，進(jìn)而在管道內(nèi)壁形成污垢層。

③原油竄入熱媒系統(tǒng)

對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行的熱媒系統(tǒng),受原油壓力的脈動(dòng)沖擊，易導(dǎo)致?lián)Q熱器盤管開裂，由于原油壓力高于熱媒系統(tǒng)壓力，導(dǎo)致原油竄入熱媒系統(tǒng)，造成污染。

2.3 局溫結(jié)焦

突然斷電情況下，導(dǎo)熱油循環(huán)泵停轉(zhuǎn),此時(shí)爐膛內(nèi)的熱量短時(shí)間內(nèi)無法排出，對(duì)滯留在加熱爐盤管內(nèi)的導(dǎo)熱油形成持續(xù)加熱，甚至超過400℃，造成導(dǎo)熱油在盤管內(nèi)壁結(jié)焦^[7]。

3 熱媒系統(tǒng)傳統(tǒng)清洗技術(shù)

3.1 物理清洗技術(shù)

物理清洗技術(shù)通常采用機(jī)械清焦法、冷空氣清焦法、高壓水射流清洗法、換管法等，這些清洗方法均須在熱媒系統(tǒng)停運(yùn)的前提下進(jìn)行，并排空導(dǎo)熱油，將影響油田正常生產(chǎn)。

機(jī)械清焦法依次采用由小到大的塑料炮彈在壓縮空氣推動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)將附著在管道內(nèi)壁上的污垢刮落。但該方法對(duì)加熱爐盤管、換熱器盤管以及直角彎頭部位的清洗效果甚微，而且塑料炮彈在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)易損傷加熱爐盤管、換熱器盤管，甚至被卡住。

冷空氣清焦法通常僅用于加熱爐盤管的清洗，將加熱爐盤管加熱至500-600℃，然后通入濕冷空氣,利用熱脹冷縮原理，使加熱爐盤管內(nèi)壁的結(jié)焦剝落下來，部分燃燒后剩余物質(zhì)被氣流帶走。該方法存在加熱溫度難以控制，易燒壞加熱爐盤管的缺點(diǎn)。

高壓水射流清洗法使用高壓水泵將水加壓至10～200MPa，通過噴射槍產(chǎn)生高速射流，沖擊在污垢上使其剝離脫落。但高壓水設(shè)備價(jià)格昂貴，清洗時(shí)需在管道上開孔,將污垢取出后再修補(bǔ)管道，極易損傷管道。另外，在彎頭處水壓明顯下降，會(huì)降低清洗效果。

換管法是國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的方法,當(dāng)管道特別是加熱爐盤管使用一段時(shí)間后，管道內(nèi)壁結(jié)垢、結(jié)焦， 就將其報(bào)廢，更換新管。該方法工程量大，造價(jià)高。

3.2 化學(xué)清洗技術(shù)

化學(xué)清洗技術(shù)無需借助其他設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)熱媒系統(tǒng)的清洗^[8]。先將導(dǎo)熱油排空，然后將化學(xué)清洗劑充滿管道系統(tǒng)，利用加熱爐將化學(xué)清洗劑加熱至105℃左右，循環(huán)48～72h，基本上能清除厚度為10mm的結(jié)垢、結(jié)焦^[9]。然而管道內(nèi)壁上沉積的污垢，大多為多相、多層混合污垢,僅靠一步清洗只能清除其中一相或一層，因此需要采用多步清洗法才能確保除去絕大部分污垢。與物理清洗技術(shù)相似，化學(xué)清洗技術(shù)也必須在熱媒系統(tǒng)停運(yùn)的前提下進(jìn)行，并排空導(dǎo)熱油，影響了油田正常生產(chǎn)。

①堿洗-酸洗兩步法

工藝流程:排空導(dǎo)熱油—蒸汽吹掃滯油—堿性清洗劑清洗—水沖洗—酸洗—鈍化。堿洗-酸洗兩步法具有清洗率高、清洗溫度較低、無毒、清洗成本低的優(yōu)點(diǎn)。但該方法流程復(fù)雜，存在酸堿腐蝕的問題，縮短了管道、設(shè)備使用壽命，易造成二次污染。

②溶解清洗法

工藝流程:排空導(dǎo)熱油—蒸汽吹掃滯油—有機(jī)溶劑清洗劑清洗—鈍化。溶解洗滌法采用有機(jī)溶劑清洗劑,使污垢溶解于有機(jī)溶劑清洗劑中。有機(jī)溶劑清洗劑的清洗能力很強(qiáng),受溫度影響小,清洗后的殘液經(jīng)澄清過濾處理，并添加適量的表面活性劑、助劑可重復(fù)使用，既降低成本又減小環(huán)境污染。但有機(jī)溶劑清洗劑具有揮發(fā)性，安全性低，成本高。

③復(fù)合清洗劑清洗法

工藝流程:排空導(dǎo)熱油—蒸汽吹掃滯油—復(fù)合清洗劑清洗。復(fù)合清洗劑由多種表面活性劑在助劑的協(xié)助下有效破碎、分散污垢，工藝簡(jiǎn)單,對(duì)管道、設(shè)備基本無腐蝕。

3.3 局限性分析

無論物理清洗,還是化學(xué)清洗，均須在熱媒系統(tǒng)停運(yùn)的前提下進(jìn)行,并排空導(dǎo)熱油，影響了油田正常生產(chǎn),而且變質(zhì)導(dǎo)熱油的處置也將成為問題。物理清洗對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)管段的清洗效果較差，且容易損傷管道?；瘜W(xué)清洗流程繁瑣，使用后的清洗劑如何處置也是必須考慮的問題。

4 在線清洗技術(shù)

在線清洗技術(shù)（在線清洗劑結(jié)合高溫物理濾油機(jī))是在基本不影響熱媒系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，將在線清洗劑直接注人管道中，清除管道內(nèi)壁上的 污垢。采用高溫物理濾油機(jī)（以下簡(jiǎn)稱濾油機(jī)），將從管道內(nèi)壁脫離的污垢從導(dǎo)熱油中過濾出來,并吸附在濾芯上。可實(shí)現(xiàn)熱媒系統(tǒng)的在線清洗，改善導(dǎo)熱油品質(zhì)，延長(zhǎng)導(dǎo)熱油使用壽命，有效改善加熱爐盤管及換熱器的換熱效率。

4.1在線清洗劑

在線清洗劑的除垢作用主要是通過表面活性劑的增溶、潤(rùn)濕、吸附、分散來實(shí)現(xiàn)，在線清洗劑通過潤(rùn)濕污垢與管道的接觸面，并使垢物逐漸變得松散、破裂，使得污垢從管道內(nèi)壁上脫落。在線清洗劑不影響導(dǎo)熱油的理化指標(biāo),使導(dǎo)熱油在清洗后依然可以正常使用。

①在線清洗劑清洗率測(cè)定

清洗率測(cè)定步驟:將凈空坩堝放置在恒溫箱內(nèi)(設(shè)定溫度為110℃)干燥4h后取出冷卻至室溫，稱取凈空坩堝質(zhì)量。將一定質(zhì)量的變質(zhì)導(dǎo)熱油倒入凈空坩堝，在350～360℃下干燒6h,模擬形成結(jié)焦，將殘液倒凈，用濾紙擦凈坩堝（定義為結(jié)焦坩堝），稱取結(jié)焦坩堝質(zhì)量。向結(jié)焦坩堝內(nèi)添加一定質(zhì)量含有在線清洗劑的新鮮導(dǎo)熱油（在線清洗劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右），加溫至180℃模擬在線清洗，保持恒溫48h后，將坩堝冷卻至室溫，將殘液倒凈，用濾紙擦凈坩堝（定義為清洗坩堝），稱取清洗坩堝質(zhì)量。

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)采用下式計(jì)算清洗率η:

我們進(jìn)行了在線清洗劑清洗率測(cè)試,測(cè)試結(jié)果見表1。由表1可知，在線清洗劑的清洗率可達(dá)93%以上,說明清洗效果理想。

②在線清洗劑與導(dǎo)熱油配伍性試驗(yàn)

試驗(yàn)方法:制備對(duì)比試樣(在950g新鮮導(dǎo)熱油中加入50g在線清洗劑），將對(duì)比試樣加熱至340℃恒溫1000h后，冷卻至40℃，測(cè)定對(duì)比試樣的運(yùn)動(dòng)黏度，并觀察試樣變質(zhì)情況。將1000g單純新鮮導(dǎo)熱油作為基礎(chǔ)試樣進(jìn)行試驗(yàn)。我們進(jìn)行了在線清洗劑與導(dǎo)熱油配伍性試驗(yàn)，運(yùn)動(dòng)黏度的試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，在線清洗劑對(duì)導(dǎo)熱油的運(yùn)動(dòng)黏度沒有明顯影響。對(duì)比試樣1、2均表現(xiàn)為透明、無懸浮物和沉淀，與基礎(chǔ)試樣基本相同。試驗(yàn)結(jié)果表明,在線清洗劑與導(dǎo)熱油有良好的配伍性,不影響導(dǎo)熱油的正常使用。

4.2 濾油機(jī)

①濾油機(jī)的組成

濾油機(jī)主要由抽真空脫水脫氣裝置、過濾裝置、恒溫控制裝置、自調(diào)節(jié)裝置、保護(hù)裝置、電控系統(tǒng)等組成，電氣設(shè)備、電路均采用防爆型。

②濾油機(jī)采用的技術(shù)

濾油機(jī)采用多元化脫水技術(shù):結(jié)合了聚結(jié)分離技術(shù)、復(fù)式立體閃蒸、微克技術(shù)，可有效去除導(dǎo)熱油中的水分。微克技術(shù)是在真空罐內(nèi)通過重離子加速器將導(dǎo)熱油中微水（體積分?jǐn)?shù)在10^-6數(shù)量級(jí)上的水)加以分離的一種脫水技術(shù)。過濾裝置采用2個(gè)網(wǎng)狀濾芯與1個(gè)高分子材料濾芯，高分子材料濾芯以非機(jī)械作用力的庫(kù)侖力為凈化手段,利用油與水、膠質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)等物質(zhì)介電常數(shù)的不同,將水、膠質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)等吸附在濾芯上。

③濾油機(jī)的安裝及使用

在安裝濾油機(jī)前將導(dǎo)熱油溫度降至100℃以下,以防止管道切改時(shí)造成工作人員的燙傷。在管道上尋找適合拆除的管段,關(guān)閉加熱爐、導(dǎo)熱油循環(huán)泵，將該管段兩側(cè)分段閥門關(guān)閉，然后拆除法蘭連接，將濾油機(jī)進(jìn)出口軟管與未拆除法蘭連接。連接后打開兩側(cè)分段閥門，開啟導(dǎo)熱油循環(huán)泵,最后開啟加熱爐緩慢升溫。在切改管道前應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)熱油回收準(zhǔn)備工作，包括導(dǎo)熱油收納、防燙保護(hù)措施等。由于導(dǎo)熱油管道管徑較?。üQ直徑通常為50、65mm),因此需要收納的導(dǎo)熱油量較少。管道切改以及濾油機(jī)安裝非常簡(jiǎn)便，耗時(shí)較短，基本不對(duì)熱媒系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。濾油機(jī)配備了不同規(guī)格的法蘭，可適應(yīng)不同規(guī)格的導(dǎo)熱油管道。

4.3 在線清洗工藝流程

將導(dǎo)熱油溫度降至100℃以下,進(jìn)行管道切改，安裝濾油機(jī)，恢復(fù)導(dǎo)熱油循環(huán)后逐漸升溫。向管道內(nèi)加入在線清洗劑,在線清洗劑的質(zhì)量按熱媒系統(tǒng)導(dǎo)熱油總質(zhì)量的5%計(jì)算。由于管道切改時(shí)排出的導(dǎo)熱油質(zhì)量較少，通常還要再排放一定量的導(dǎo)熱油。每2h更換一次濾芯，更換濾芯時(shí)，通過控制建立濾油機(jī)內(nèi)部旁通，使導(dǎo)熱油不經(jīng)過濾芯,更換濾芯后恢復(fù)正常循環(huán)。濾芯為快插式設(shè)計(jì)，每次更換僅需1～2min。直至濾芯無明顯雜質(zhì)后，取樣檢測(cè)，并拆除濾油機(jī),恢復(fù)管道原狀,在線清洗結(jié)束。濾油機(jī)的拆除過程與安裝過程一致。

5結(jié)論

在線清洗對(duì)熱媒系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響很小，基本實(shí)現(xiàn)不停運(yùn)的在線清洗。流程簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)物理清洗、化學(xué)清洗相比，在線清洗不需排空管道中的導(dǎo)熱油，避免了反復(fù)浸泡與吹掃，利用導(dǎo)熱油自身循環(huán)進(jìn)行清洗?？捎行コ裏崦较到y(tǒng)中的水、膠質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)，延長(zhǎng)導(dǎo)熱油的使用壽命，避免了環(huán)境污染。

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本文作者：楊寨 林楊 徐菲 劉慶月 縱瑞耘 劉鍵