海上油气田热介质供热系统调试及建议.pdf

第3 8 卷第4 期 石 油It, { jc 建 设 * j ％ ， 一 “ 崛 椎 骷 0 7 ‰ I I l 罅 ■ 咏 鹿栋梁 ，鹿擎梁2 ，王东升 ，王 鑫 ，魏 峰 1 ． 海洋石油工程股份有限公司 ，天津3 0 0 4 5 2 ；2 ． 中海油田服务股份有限公司 ，天津3 0 0 4 5 2 摘 要 海上 油 气 田热介 质供 热 系统 由于其 充 分利 用油 气生 产处 理过 程 中产 生的 油 田伴 生 气作 为加 热燃料 ，可以大量节约能源，同时该系统具有传热稳定、热效率高、采用程序控制运行可靠、设备 及 系统 操作 简便 等诸 多优 点 ．在 海上 油 气 田生产 处理 工 艺 中被越 来越 多地 作 为主要 供 热 方式 广泛 使 用 文章对海上生产作业平台热介质供热系统的构成、 系统调试进行 了介绍 ，对调试过程 的控制和 管理进 行 了初 步探 讨并提 出 了改进 建议 关 键词 海上 油 气田 ；生产 工 艺 ；热介质 ；供 热 系统 ；调 试 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 2 2 0 6 ． 2 0 1 2 ． 0 4 ． 0 0 4 0 引言 海上油气 田生产作业 过程 中需要使用供热 系 统为油气处理工艺提供生产必须的热量 海洋石 油平 台热介质 又称有机载热体 、导热油、热媒 供热系统一般 以柴油和天然气 油 田伴生气 双 燃 料作为加热燃料 燃 料在燃烧 炉 又称有机热 载体加 热炉 、导热油炉 、导热油锅炉 、热媒体锅 炉或油载体加热炉中燃烧产生热量 ．通过热量 传递使系统 中的热介质获得热量 ．热介质在封 闭 系统 中不 断循环将热量传 递给各用 户 有机热载 体 炉是 2 0世纪 3 0年代发展起来 的新 型高效热能 转换设备 ，具有传热均匀稳定 、安全 可靠 、全封 闭运行无废 热排放损失 、操 作运行 简便 、节能效 果显著等优点 ．因而越来越 多地应用 于海洋石油 平 台生 产工 艺 系统 热介 质供 热系统 在使用 中不 能有水 的介入 ． 少量水分也会影响供热 系统 的安全稳 定运行 新 购进 的热介质在生产 、储存 、运输 中会 含有微量 的水分 ，在施工过程 中因试压等原 因管路 中也可 能积存水分 ，按照劳动部 有机载热体安全技术 监察规程的规定 “ 有机载热体必须经过 脱水 方可使用” ．因此在供热系统正式投用之前需要进 行加热脱水操作 1 热 介质 供热 系统 的调 试 热介 质供 热 系 统 调 试 主要 是 进 行 热 介 质 的冷 态和热态运行 ．同时进行系统内设备及仪表控制系 统的功能验证 。大体包括 以下几个过程专业机械 完 工 、系统 预调 试 、系统 冷运 、系统 热运 等 。此外 调试过程中还要有风险识别的分析与预防、作业许 可制度的执行 、第三方船检机构的监督 、遗 留问题 的清除等环节 本文仅对该系统的陆地调试进行 阐 述 。 1 ． 1 热介质 供 热 系统 的构成 和使 用 的燃料 热介质供热系统一般 由热介质膨胀罐 、热介质 循环泵 、热介质燃烧炉 、柴油罐 、当地控制盘柜 、 C O 保护 系统 、氮气保 护控制装置 、热介质储存 罐 、热介 质排放罐 、热介质补给泵及热用户 、管 路 、仪表控制系统等组成 ，担负着为生产分离器 、 原油加热器 、闭排罐等供热的任务 燃烧炉一般为 双燃料 卧式燃烧火焰设计炉．平 台未投产或者投产 前期以柴油作为系统调试 和投产时使用的燃料 平 台投产后 ，在油气处理过程 中会产生大量富余的天 然气 油 田伴生气 ，此时主要使用经冷却、洗涤 、 压缩 、加热等工艺处理后 的气体作为热介质供热系 统的燃料 ．避免 了火炬燃烧排放时的能源浪费．节 省大量的柴油供应 ，节约 了能源 ．减少和降低了环 境 污染 。 1 ． 2系统 调试 步骤 1 ． 2 ． 1 系统机 械 安装 完 工 机械设备、电气 、仪表 、管路安装完成且应具 一 l 2 石 油,It 程 建 设 有安装检验报告 ，包括清罐报告 、电气及仪表校 线报告 、仪表校验报告、管系探伤报告、试压吹扫 报告 、柴油管路酸洗钝化或油冲洗完工报告等。系 统 内的设备管路和电气仪表处于良好完工状态 1 ． 2 ． 2预 调 试 燃烧炉 自身的功能测试 ．模拟状态下 的联锁及 互锁试验 、功能试验 、回路测试 、热介质燃烧炉模 拟关断信号及功能试验 ．热介质循环泵的调平对中 及功能试验 ，泵的转 向、系统的气密试验等。 1 ． 2 ． 3注 油及 冷 运 工艺 流程 见 图 1 1 ． 热介质膨胀罐 ；2 ． 热介质燃烧炉 ；3 ． 热介质循环泵 ；4 ． 过滤器 5 ． 油气分离器 ；6 ． 用户 ；7 ． 热介质排放罐 ；8 ． 热介质储存罐 ； 9 ． 热介质补给泵 V1～V1 2 ． 阀门 V 2 ． 安全释放阀 图 1工艺 流 程 注入热介质前应已完成系统管路及燃烧炉的强 度试验 、严密性试验并检验合格 ．完成清罐检查并 检 验合 格 ．查 验相 应报 告 为 防止 试验 过程 中柴 油 泄漏可能引发火灾．注油前应检查系统中管路法兰 及仪表连接处的状况及垫片是否合适 ．螺栓是否紧 同 对系统进行 0 - 3 MP a左右 的气密试验 ．试验介 质为压缩空气 ．用发泡剂检验各连接部位 ．保证系 统密封性 良好 注油及脱水过程中 vl 处于关闭状 态 ，打开 V1 1 、V 3 排放罐 内的空气 、v 4 ，启动 9让热介质油循环至 1 ．罐内热介质高度保持在罐 体液位计满量程的 l ／ 2左右 ．停 9 。缓慢打开 V 6 、 V8 ．并打开 4与 6之间的高点放 空阀 ．注意 1的 液位并及时补充热介质油 ．保证 l内有一定的液面 高度 1中液面基本保持不变时管路 中即为充满热 介质 ，将 v 7 、v 9打开 ，打开 3的放气孑 L ，观察此 时 1内液面 ．启动 9补充热介质 ．达到 1内液面高 度为罐体液位计满量程的 1 ／ 3 ～1 ／ 2 1 ． 2 ． 4运 行 1 ． 2 ． 4 ． 1 冷 态运行 工 艺 流程 见 图 1 冷 态运 行 简 称 冷运 目的 是 通过 循环 泵在 系统 内建立 动 态流 动 ．将 建造 过程 中残留在系统管路及设备内的焊渣 、氧化皮等循环 至过滤器内．移出供热系统 ．避免燃烧炉内的盘管 因阻塞发生爆炸事故或用户得不到足够的热量 液 位达到适宜高度后 ．调整系统中阀门状态 ，准备启 动 3进行冷运 开始冷态循环运转时按先主管路后 支路 用户端的顺序进行 ．通过观察过滤器前后 压差 变化 ．定期 进行 滤芯 更换 ．开 始时 间隔短 一 般为 4 h左右 ．后续过程可逐渐延 长更换滤芯时 间和减少更换次数 冷运时间长短会因管路施工状 态 、系统 内用户设 备 、管路长短 等因素而不尽相 同 滤 芯上 肉眼观 察不 到颗粒 杂 质时标 志着 冷运 过 程 完成 。 1 ． 2 ． 4 ． 2热 态 运 行 热 态 运行 简 称 热运 开始 前 关 闭 4 、6问 的 放 空 阀及 泵 的排 气 阀 ．关 闭 V 8 ．启 动 3 ．启 动 燃 烧 炉 进 行 热 介 质 油 热 运 串油 工 作 检 查 3前 的 Y 型滤器和 4的清洁度 ．避免焊渣及铁锈等杂物聚集 滤 网内增加管路的阻力而影响冷运循环的效率 、延 长冷运循环的时间 冷运合格后启动燃烧炉开始热 运脱水 ．循环平稳 ．滤器滤网内无可见颗粒时热运 结束 热油 炉系统开始 升温 时缓 慢升至 9 5℃ 左 右 ．水分开始蒸发 当温度升至 1 1 0～1 4 0℃ 时要 保持 2 4 h左右 ．以脱去导热油中的水分 再升至 1 8 0～2 0 0 以脱去 馏分 2思 考及建 议 2 ． 1 系统 调试 和脱 水工 艺 中 出现 问题 的分析 1 系统完工状态不理想 各专业工程师对系 统 中各个环节进展 的程度不能完全掌握 ．其原因是 缺少一个能供所有工程人员共享的管理平台 ，以至 于只能 通过 人工 方式 询 问 ．有 时这种 方式 也不 能真 实反应其状态．比实际情况有一定滞后性 2 热介质初次注入。膨胀罐位于整个供热系 统 的最高处 ．由补给泵将热介质从处于整个系统最 低处的储存罐泵到最高位置处 ．然后经管路循环至 整个系统 ．这就意味着从系统高处向低处注入导热 油 ．若上部阀门开度较大 ．将不利于导热油管路 中 的气体从整个管路 中排出 ．可能会产生气阻现象 ， 并容易将热介质从 4与 6之间的放空阀门排 出 第 3 8卷第 4期 鹿栋梁等 海 E油气田热介质供 热系统凋试及建 议 1 3 3 水气 的排放。在热运过程 中，当热介质加 热到 1 1 0 o C左右 时大量水分 被汽化 管路 中的热 介质体积膨胀 ．通过液位计可 以观测到此时液位较 刚加热时增加很多．膨胀罐上部的呼吸口会有大量 的水蒸气 冒出 在某平 台热介质脱水作业中将 1 上 的 v 3及排放 口从罐体拆卸下来 ．可以看到有大量 雾 气 从 排 放 L I 排 出 ．同 时 蒸 汽 在 上 升 排 放 的 过 程 中部分冷凝成液态 ，并有液膜覆在罐壁 内。如汽 流速 度很 大可 能使部分 壁面 直接暴露 于蒸汽 中 ， 使得表面传热系数增大 ．加速蒸汽冷凝 ，液体沿 管壁及罐壁重新进入供热系统 中循环 ，这将 增加 燃烧炉 的热负荷 ．增加能源消耗 ，同时也很难 将 其中的水分完全脱除 4 泵的异常工作 当温度升 到 l 1 0 C C左右 时 ．汽化 的水分随温度 的升高而增多，如来不及排 出．循环泵会 出现吸空现象 在某平台热介质脱水 作业 中可以观察到此时泵进 出口压力表读数有较大 幅度 的变化 ．出口读数在较大范围内波动且极不稳 定 进 L I 读数较正常工作时低 泵的噪声很大 ．发 出刺耳的声音 ．泵轴及 电机温度有明显温升 热介 质油流量会减少 ．这样会造成热介质局部过热 ．降 低其导热系数 ．如操作不当．则可能发生事故。此 时应 停止 加热 ．保 持 温度 ．适 当减小 循 环泵 出 口阀 门开度．同时可以启用另外两台泵 ．关闭原来使用 的两 台泵 ．以避免异常工作条件下温升过高 ．损坏 泵和 电机 ．同时保 证热 介质 在 系统 中正 常循环 5 管路中的金属杂质对热介质品质 的影响 。 冷 态循 环 和 热 态 循 环 时 ．在循 环 泵进 口处 的 Y 型 过滤器及篮式过滤器的滤网内都发现有焊渣 、大块 的铁锈 ．热介质颜色也 由开始进入系统时的黄色变 成紫黑色。原因是燃烧炉、膨胀罐、储油罐以及输 送管道在建设安装结束后 ．不能充分清理 内部残留 的焊渣 、铁锈等机械杂质。这些金属杂质的存在都 会促进热介质的分解和劣化变质 。不但缩短热介质 的使用寿命 ．也易使金属附着在炉管 内壁 ．造成受 热 面过 热 ，引起 局部 过热 ．增 加 系统 阻力 ．可 能成 为结焦 中心 ．导致结焦加剧 ．影响热介质性能 ．同 时也可能堵塞加热盘管 ．严重时会影响燃烧炉的安 全运行 温度超过 6 0℃ 后热介质随温度升高而氧 化作用成倍增加 ．热介质的氧化速度与金属接触面 积也有关系 同时在脱水时 ．膨胀罐内热介质直接 与大气接触 ．1 1 0～1 3 0 o C是热介质主要脱水温度 范围．也是氧化的主要阶段 ．该阶段也促使了热介 质 的氧 化 ．影 响 了其导 热性 能 2 ． 2改进 建议 1 使用工程管理软件 。在施工过程 中涉及到 机 、管 、电、仪等专业的交叉作业时，使用工程管 理软件可以更好地对各个专业进行监督和管理 ．即 时了解系统 中各专业完工状态及存在的问题 ．可以 避免施 工 过程 中的遗漏 。 2 试压与吹扫。管路液压 通常是 以水做介 质 试验后 ，应充分排净水分 气密试验 以氮气为 宜 ．并吹扫干净 热介质燃烧炉的气密试验采用压 缩空气 最好是氮气 ，避免水压试验后水排除不 尽 应尽可能清除系统管路及炉 内水分 ．为系统脱 水作业营造好的条件． ． 冷运过程中尽可能地将管路 中的机械杂质带至过滤器 ．减少机械杂质对热介质 在高温脱水中的氧化作用 3 增加注油旁路管道 初次注入时可在热介 质补给泵 出口增加旁路管道 如 图 1中虚框 B部 分所示 ，过滤器前部管道位置比膨胀罐低 ．在管 道 中也处于较低位置．这有利于管道中的气体从高 处 的膨胀 罐 中排 出 ，注油 时关 闭 V 4 、V 8 ，打开 V 3 、V 6 、V 7 、V1 2 ，让 热 介 质 油从 较 低 位 置 注 入 系统 。 4 增加 油 气分 离 装 置 。可 以在 V 7与 热 油循 环管道之间增加油气分离器及阀门 如图 1虚框 A 所示 ．油气分离器作用是用来分离并排 出供热 系 统 中的空气 、水蒸气及其他气体 ．从而保证导热油 在液相无气 、水的状态下稳定运行 。在脱水过程中 就可 以不必将 V3拆卸 ．仅置 V 3于较小开度 ．可 避免热介质在温度较高时较长时间地与空气接触而 氧化．同时也可将水分脱除得较为彻底 5 增加 自动调节管道。建议在膨胀罐与循环 管 路 之 间增 加 一个 虹 吸管 如 图 1 虚 框 C所示 ． 除脱水 、开启和停车等工艺参数波动大的阶段开启 v 6 、V 7之外 ，正常操作 时 V 6 、V 7关 闭 ，热介质 热胀冷缩 由虹吸管调节 ．这样可降低膨胀罐 内热介 质温度 ，大大减缓氧化速度 在膨胀罐上安装溢流 管 ．并连接到储存罐上 ．溢流管的直径与膨胀管直 径一样 ．溢流管不安装阀门 6 安全风险识别和控制 。调试过程中将用柴 油作为燃料 ．柴油是易燃物 品．由于交叉作业 的存 在 ．增加 了因泄漏产生火灾 的潜在风险 因此要做 1 4 石 油工 程 建 设 * | * 弧 稚 串 帆 | ∞ 协 鼍瓤 蠢 讯j 母 州 ≥ t暇 庞树 民 ，唐建华2 ，王 琳3 ，曲 杰2 1 ． 中海石油技术检测有限公司，天津3 0 0 4 5 2 ；2 ． 中海油能源发展股份有限公司油田建设工程分公司， 天津 3 0 0 4 5 2 ；3 ． 中国船级社海工审图中心，天津 3 0 0 3 8 4 摘 要 传统的复合软管 内胀外扣接 头型式在较 大口径 、较高压力的情况下 。其连接强度明显不 足；扣压过程 中容易对接头和软管本 身造成一定的损伤 ，需要对接头金属进行冷变形加工，这对接 头金属 的 强度 、硬 度 、延展 性 等提 出了较 高的要 求 ，严 重限制 了金 属材 料 的选择 。 这就要 求设计 一 种新型软 管接头 文章介绍了新型注胶接头的结构和静压爆破试验结果 ．表明该接头型式满足压力、 密封性、防腐性和可靠性等各方面的要求 关键 词 海底 管道 ；复合软 管 ；注胶 接 头 防腐性 能 ；密封性 能 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 0 0 1 - 2 2 0 6 ． 2 0 1 2 ． 0 4 ． 0 0 5 0 引言 在 海 洋 石 油 开 采 T 程 中 ．海 底 管 道 将 海 上 油 气 田 、储 油设 施 或 陆上 终 端 连 接 成 一 个 有 机 的整 体 ．使海上生产设施 的各个环节通过管道形成相 臣关联 、相互协调作业的生产操作系统 。 随着海上油气 田的不断开发 ．管道输送工艺 好风 险识别判断和控制工作 。落实好作业许 可制 度 ．确保调试过程安全顺利进行 3 结束语 热介质供热 系统 调试工作是 海洋石 油平台按 期投 产和油气处理 系统安全 、稳定运行必不可少 的 一 个 环节 ．而 该 系统 调 试 顺 利 与 否 又 跟 施 工 状 态 有 很 大 的关 系 在 施 工 过 程 中应 加 强 技 术 环 节 上的监督与沟通 ．采用计算机辅助管理 ，完善优 化 施 工 和 管 理 流程 ．更 加 科 学 地 组 织 施 工 ．确 保 系统处 于 良好完 工状态 制订完备 的调 试方案 ， 优化热介质脱水过 程工艺 ．充分考虑 系统 自身工 艺特 点 ，考虑 过 程 的经济 性 ．缩 短 系 统调 试 时 间 ． 在保证系统调试安 全 、有序 、可行 的前提下 ．为 平台按时投产奠定技术基础 参考 文献 ⋯ 1 GB ／ T 1 7 4 1 0～1 9 9 8， 有机热载体 炉[ S ] ． f 2 1化工部 业炉设计 技术中心站． 化学工业炉设计手册[ M] ． 北京 已被 广 泛 应 用 于 海 洋石 油 工业 全世 界 已 经 有 超 过 1 7 5 0 0 0 k m 的 海底 管 道 ．这 个 长 度 相 当于 地 球 周长的 4 - 4倍 ．墨西哥湾最深的海底管道的工作深 度达到了 2 7 4 3 1 T I ．挪威最长的海底管道长度达到 了 1 2 0 k mf ” 。 随着海 洋石油工业 的发展 ．软管技术发展迅 ” -卜 一 ’ 一 一 一 一 - 卜 一 一 卜 ” 一 一 w 卜 一 一 一 r “ ． L一 “ ”一 化 学 工 业 出 版社 ． 1 9 8 8 ． 『 3 】汪 琦． 载热体 加热系统 的工艺 流程f J ] ．化工 装备技 术 ， 1 9 9 4， 1 5 1 8 1 0 ． [ 4 ]张玉琴． 有机热载体 的特点及使用 中应注意的问题[J ] ． 锅炉压力 容器安全技术 ， 1 9 9 9 ， 5 5 3 5 4 ． [ 5 ]霍 春艳 ， 葛荣华． 导热 油的选用及延 长其 使用寿命 的方法【 J I _ 沈 阳电力高等专科 学校学报 ． 2 0 0 1 ， 3 2 1 1 - 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