海上天然气处理平台设备结垢分析及清洗工艺改进.pdf
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1、91DOI:10.1syfh-202305016May20232023年5月CORROSION&PROTECTIONNo.5Vol.44第44卷第5期腐蚀与防护海上天然气处理平台设备结垢分析及清洗工艺改进赵璐琪,杨勇,苗建,代俊,许超,杨维(1.平顶山工业职业技术学院,平顶山46 7 0 0 0;2.中海石油(中国)有限公司深圳分公司,深圳518 0 0 0)摘要:海上天然气处理平台设备因长期在高温、高压、高盐等工况下运行,存在结垢、堵塞等问题后,拆卸清洗耗时、耗力。对天然气处理平台中需频繁拆卸清洗的换热器、自动反冲洗滤器、高温离心泵等设备进行了结垢分析,并通过清洗剂优选、在线清洗工艺设计和牺
2、性阳极改造等改进措施,解决了海上天然气处理平台设备拆卸清洗难的问题。该方法可为海上其他气田设施开展此类工作提供借鉴和指导。关键词:海上平台;换热器;滤器;离心泵;清洗剂;结垢中图分类号:TG174文献标志码:B文章编号:10 0 5-7 48 X(2 0 2 3)0 5-0 0 9 1-0 5Scaling Analysis and Cleaning Technology Improvement of Offshore Natural Gas TreatmentPlatform EquipmentZHAO Luqi,YANG Yong,MIAO Jian?,DAI Jun,XU Chao,YA
3、NG Wei?(1.Pingdingshan Industrial Vocational and Technical College,Pingdingshan 467000,China;2.Shenzhen Branch of CNOOC(China)Co.,Ltd.,Shenzhen 518000,China)Abstract:Due to long-term operation under work conditions of high temperature,high pressure and high saltcontent,the equipment of offshore natu
4、ral gas treatment platform has problems such as scaling and blockage.Disassembly and cleaning the equipment cost time and energy.Scaling analysis was carried out on the heatexchangers,automatic backwash filters,high temperature centrifugal pumps and other equipment which needfrequent disassembly and
5、 cleaning.The problems of disassembly and cleaning equipment in the offshore natural gastreatment platform were solved through improvement measures including the optimization of cleaning agent,thedesign of online cleaning process and the transformation of sacrifical anode.This method can provide ref
6、erence andpromotion for other offshore gas field facilities to carry out such work.Key words:offshore platform;heat exchanger;filter;centrifugal pump;cleaning agent;scaling近年来,在环保重压下,我国对于能源结构调整和煤炭使用控制提升至新的高度,天然气作为清洁能源,将成为未来能源发展的重要方向1。为应对天然气需求的急剧上升,海上天然气开发不断向深水、超深水区域迈进,与之配套的海上天然气处理平台(下简称平台)的工艺也越趋复杂2
7、。为配合深水、超深水区天然气开发,天然气处理平台一般会配套多级增压、乙二醇再生等主工艺系统,同时也会增大海水辅助系统的处理能力。图1为某天然气处理平台的工艺流程。该平台具有干式采油树和增压系统等典型工艺流程,为了满足生产过程中的冷量以及保证水下生产系统的流收稿日期:2 0 2 1-0 2-2 6通信作者:赵璐琪(198 8 一),讲师,硕士,研究方向为应用化工技术,18 148 0 7 6 2 6 9,6 2 47 98 50 7 动安全性,平台同时配置了一套处理量为910 0 mh的海水系统和一套乙二醇再生系统。水下返回的富乙二醇通过乙二醇再生系统进行低压闪蒸、高温再生、负压闪蒸等提纯后,重
8、新注人水下井口,以减少天然气开发成本31平台结垢问题分析该平台主要为粤港澳大湾区提供清洁能源,每年天然气产量近6 0 亿方。随着平台高负荷运行,各设备运行瓶颈也逐步凸显,如设备结垢、堵塞等现象,这导致设备运行效率下降,严重制约平台产能,同时设备的拆卸清洗也会浪费大量的人力、物力、财力。该平台的结垢问题主要集中在以下设备处,1.1乙二醇再生系统高温离心泵结垢乙二醇再生系统主要利用蒸发原理对水下返回92赵璐琪,等:海结垢分析及清洗工艺改进一级压缩机水下井口段塞流捕集器三甘醇脱水系统海水干式采油树二级压缩机生产分离器凝析油缓冲罐海水外输海管乙二醇再生系统凝析油分离器图1某海上天然气处理平台的工艺流程
9、Fig.1Process of an offshore platform for natural gas treatment的富乙二醇进行回收处理,因此在乙二醇再生系统处理过程中富乙二醇多处于高温状态4。水下返回的富乙二醇中含有大量盐离子,具体离子含量见表1。由表1可知,乙二醇再生系统来液由于碳酸氢根离子含量较高,属于碳酸氢钠型生产水5在乙二醇再生过程中,高温离心泵的运行温度为1081456 ,离心泵泵壳及叶导轮附近的液体很容易出现过饱和状态,且结垢物需要的形核功较低,很容易形成结晶核,因此乙二醇再生系统来液中易成垢物质会在这里析出并沉积形成垢,这导致介质流动摩擦阻力增大,大大降低泵的工作效率
10、7乙二醇再生系统共有离心泵16 台,其中有6 台表1乙二醇再生系统来液的离子含量Tab.1Ionic content of feed fluid of ethylene glycol regeneration system离子Na*K+Mg2+Ca2+Ba+St2Fe2+CISO,2-HCO:质量浓度/mgL-1)6803605.195.260.15601.82.9011931069处于高温运行状态,而这6 台中属重沸器循环泵CEP-4853A/B结垢最为严重。长时间的高温运行导致泵头及配套管线、阀门出现结垢现象,泵出口流量、压力下降,最终导致机封泄漏。图2 为重沸器泵的阀芯和泵头结垢情况(a
11、)阀芯(b)泵头图2 重沸器泵的结垢情况Fig.2Scaling condition of reboiler pump:(a)valve core;(b)pump head1.2换热器结垢平台设置的乙二醇再生系统和两级增压系统,需要频繁地进行热量交换,为此配置了板式换热器、螺旋式换热器、管壳式换热器等多种换热器2 0 余套。这些换热器主要分为加热器和冷却器两类。加热器通过高温(2 2 0)或低温(90)导热油对介质实现升温,其结垢主要分布在被加热端,如乙二醇再生系统的重沸器、脱盐循环加热器等。在乙二醇再生过程中需加入50%(质量分数)NaOH溶液以及30%(质量分数)NazCO:溶液等药剂,当
12、药剂注人量不合适或者乙二醇再生系统来液中离子含量变化时,加热器极易结垢,根据水型,垢的类型主要分为碳酸钠结晶和碳酸钙类8 冷却器通过海水或者冷却水提供冷量以降低介质温度,其结垢主要分布在冷媒端,如压缩机后冷却器、冷却水冷却器等。由于冷媒端被海洋生物、污泥及垢物等堵塞,海水或冷却水中溶解度较低的盐类或污泥沉积结垢,垢的主要成分是碳酸钙、氢氧化镁和硫酸钙91.3自动反冲洗滤器结垢该平台海水系统配备有三台自动反冲洗滤器(2用1备)用于过滤海水中的杂质、海洋生物等,单套处理量为40 50 m/h。随着外输气量逐年增长,海水需求量增大,海水自动反冲洗滤器处理量也逐年递增。随之带来的直接问题是海水自动反冲
13、洗滤器加速堵塞,不得不频繁拆卸、清洗、解堵。与冷却器类换热器类似,引起堵塞的垢主要为碳酸钙、氢氧化镁和硫酸钙。93赵璐琪,等:海结垢分析及清洗工艺改进大大2清洗工艺改进在该平台设计之初,为确保流程运转的连续性,对关键设备采用允余设置,当设备出现故障后可以切换运行,再对故障设备进行维修。设备结垢、堵塞后,通常需对其进行拆卸、清洗,具体情况如表2所示。表2 让设备清洗工艺统计表Tab.2Statistical table of equipment cleaning process工时/清洗设备材料清洗方式人工天周期/月钛合金、板式冷却器拆卸清洗4012双相不锈钢自动反冲碳钢、不锈钢拆卸、盐酸浸泡3
14、56洗滤器双相不锈钢、高温离心泵拆卸、机械除垢11不锈钢循环酸洗、拆卸、重沸器钛合金406高压水枪通过统计表可以发现,清洗方式以人工拆卸清洗为主,拆卸清洗不仅消耗大量的人力、物力,而且设备回装后还需要进行密封性试验。这严重影响设备的备用功能,为流程连续运行带来不可抗拒的风险。为此,函需优化清洗工艺或者优选清洗剂以解决该类问题,为天然气的稳定生产及产量提高提供基础。2.1清洗剂优选目前,在化学除垢方面常用的清洗剂多为酸性介质如盐酸、草酸、磷酸及柠檬酸等。对各类酸性清洗剂的性质和用途进行了对比,如表3所示9-0 表3西酸性清洗剂对比Tab.3(Comparison of acidic deterg
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