摘要:導熱油熱媒系統中加熱爐盤管、換熱器換熱效率下降的主要原因為導熱油管道內壁結垢、結焦。分析熱媒系統傳統清洗工藝的局限性。提出基本不影響熱媒系統正常運行的在線清洗技術——在線清洗劑與高溫物理濾油器相結合,對在線清洗劑、高溫物理濾油機、在線清洗工藝流程進行了探討。

關鍵詞:熱媒系統；導熱油；結垢；結焦；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

熱媒系統一般由加熱爐、膨脹罐、儲油罐、導熱油循環泵、換熱器、導熱油、連接管道、儀表控制系統等組成。工作原理為:導熱油進入加熱爐盤管被加熱，由循環泵輸送至換熱器，將熱量傳遞給原油或其他工作介質，換熱后的導熱油回到加熱爐，被重新加熱,整個過程連續進行。熱媒系統具有高溫低壓、熱效率高、傳熱均勻、溫度易于控制等特點，廣泛用于油田集輸、外輸管道以及煉油生產裝置的伴熱^[1-4]。

長期使用的導熱油易發生變質，并在管道內壁表面結垢、結焦，導致加熱爐盤管、換熱器換熱效率下降。在導熱油保持設計流量的條件下，當加熱爐盤管、換熱器換熱效率出現下降時，將造成被加熱介質的溫度的下降,儀表控制系統將根據被加熱介質溫度傳感器的反饋信號提高加熱爐的熱功率，從而加劇導熱油在管道內壁的結垢、結焦,對熱媒系統的正常運行和油田正常生產埋下安全隱患。因此研究適用于熱媒系統的清洗技術，改善導熱油品質,清除管道內壁結垢、結焦，對降低熱媒系統的運行費用及消除安全隱患具有重要意義。本文對熱媒系統在線清洗技術進行研究。

2 換熱效率下降原因

2.1 導熱油自身變質

導熱油主要成分為多環芳烴、醇、石油餾分^[5]。由于導熱油長期處在高溫狀態并與氧（氧一般通過膨脹罐進入熱媒系統）接觸，因此易發生氧化連鎖反應，從而劣化變質。在受熱和氧化時，導熱油中熱穩定性較差的烷烴、環烷烴的烷基長側鏈大量斷裂，形成一種稠膠狀液體羥基酸，并進一步被氧化成一種半流動樹脂狀的膠質，牢固地粘附在管道內壁的金屬表面。在高溫的不斷作用下，這些成分進一步氧化聚合濃縮成碳質瀝青和分解生成碳化物及游離碳，進而形成污垢層^[6]。

2.2 雜質侵入導致的變質

①固體雜質的侵入

固體雜質包括在進行管道焊接時不慎掉落在管道內的焊條以及未清除干凈的焊渣，尤其是焊條的危害最大。焊條的藥皮成分復雜，在高溫環境下,與導熱油直接發生反應或充當氧化反應的催化劑，造成導熱油變質。

②銹蝕與水分的影響

在管道進行水壓試驗后，管道的低點、彎頭處的積水不易排出，投產時與導熱油混合，造成導熱油乳化變質。對于未立即投產的熱媒系統，通常會暴露在空氣中幾個月甚至更長時間，管道內壁易出現誘蝕，銹蝕中的金屬鹽將成為導熱油氧化反應的催化劑，進而在管道內壁形成污垢層。

③原油竄入熱媒系統

對于長期運行的熱媒系統,受原油壓力的脈動沖擊，易導致換熱器盤管開裂，由于原油壓力高于熱媒系統壓力，導致原油竄入熱媒系統，造成污染。

2.3 局溫結焦

突然斷電情況下，導熱油循環泵停轉,此時爐膛內的熱量短時間內無法排出，對滯留在加熱爐盤管內的導熱油形成持續加熱，甚至超過400℃，造成導熱油在盤管內壁結焦^[7]。

3 熱媒系統傳統清洗技術

3.1 物理清洗技術

物理清洗技術通常采用機械清焦法、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停運的前提下進行，并排空導熱油，將影響油田正常生產。

機械清焦法依次采用由小到大的塑料炮彈在壓縮空氣推動下高速旋轉將附著在管道內壁上的污垢刮落。但該方法對加熱爐盤管、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時易損傷加熱爐盤管、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，使加熱爐盤管內壁的結焦剝落下來，部分燃燒后剩余物質被氣流帶走。該方法存在加熱溫度難以控制，易燒壞加熱爐盤管的缺點。

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

換管法是國內普遍應用的方法,當管道特別是加熱爐盤管使用一段時間后，管道內壁結垢、結焦， 就將其報廢，更換新管。該方法工程量大，造價高。

3.2 化學清洗技術

化學清洗技術無需借助其他設備即可實現熱媒系統的清洗^[8]。先將導熱油排空，然后將化學清洗劑充滿管道系統，利用加熱爐將化學清洗劑加熱至105℃左右，循環48～72h，基本上能清除厚度為10mm的結垢、結焦^[9]。然而管道內壁上沉積的污垢，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。與物理清洗技術相似，化學清洗技術也必須在熱媒系統停運的前提下進行，并排空導熱油，影響了油田正常生產。

①堿洗-酸洗兩步法

工藝流程:排空導熱油—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、清洗成本低的優點。但該方法流程復雜，存在酸堿腐蝕的問題，縮短了管道、設備使用壽命，易造成二次污染。

②溶解清洗法

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

③復合清洗劑清洗法

工藝流程:排空導熱油—蒸汽吹掃滯油—復合清洗劑清洗。復合清洗劑由多種表面活性劑在助劑的協助下有效破碎、分散污垢，工藝簡單,對管道、設備基本無腐蝕。

3.3 局限性分析

無論物理清洗,還是化學清洗，均須在熱媒系統停運的前提下進行,并排空導熱油，影響了油田正常生產,而且變質導熱油的處置也將成為問題。物理清洗對復雜結構管段的清洗效果較差，且容易損傷管道。化學清洗流程繁瑣，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

在線清洗技術（在線清洗劑結合高溫物理濾油機)是在基本不影響熱媒系統正常運行的前提下，將在線清洗劑直接注人管道中，清除管道內壁上的 污垢。采用高溫物理濾油機（以下簡稱濾油機），將從管道內壁脫離的污垢從導熱油中過濾出來,并吸附在濾芯上?？蓪崿F熱媒系統的在線清洗，改善導熱油品質，延長導熱油使用壽命，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、潤濕、吸附、分散來實現，在線清洗劑通過潤濕污垢與管道的接觸面，并使垢物逐漸變得松散、破裂，使得污垢從管道內壁上脫落。在線清洗劑不影響導熱油的理化指標,使導熱油在清洗后依然可以正常使用。

①在線清洗劑清洗率測定

清洗率測定步驟:將凈空坩堝放置在恒溫箱內(設定溫度為110℃)干燥4h后取出冷卻至室溫，稱取凈空坩堝質量。將一定質量的變質導熱油倒入凈空坩堝，在350～360℃下干燒6h,模擬形成結焦，將殘液倒凈，用濾紙擦凈坩堝（定義為結焦坩堝），稱取結焦坩堝質量。向結焦坩堝內添加一定質量含有在線清洗劑的新鮮導熱油（在線清洗劑的質量分數為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），稱取清洗坩堝質量。

根據測試數據采用下式計算清洗率η:

我們進行了在線清洗劑清洗率測試,測試結果見表1。由表1可知，在線清洗劑的清洗率可達93%以上,說明清洗效果理想。

②在線清洗劑與導熱油配伍性試驗

試驗方法:制備對比試樣(在950g新鮮導熱油中加入50g在線清洗劑），將對比試樣加熱至340℃恒溫1000h后，冷卻至40℃，測定對比試樣的運動黏度，并觀察試樣變質情況。將1000g單純新鮮導熱油作為基礎試樣進行試驗。我們進行了在線清洗劑與導熱油配伍性試驗，運動黏度的試驗結果見表2。由表2可知，在線清洗劑對導熱油的運動黏度沒有明顯影響。對比試樣1、2均表現為透明、無懸浮物和沉淀，與基礎試樣基本相同。試驗結果表明,在線清洗劑與導熱油有良好的配伍性,不影響導熱油的正常使用。

4.2 濾油機

①濾油機的組成

濾油機主要由抽真空脫水脫氣裝置、過濾裝置、恒溫控制裝置、自調節裝置、保護裝置、電控系統等組成，電氣設備、電路均采用防爆型。

②濾油機采用的技術

濾油機采用多元化脫水技術:結合了聚結分離技術、復式立體閃蒸、微克技術，可有效去除導熱油中的水分。微克技術是在真空罐內通過重離子加速器將導熱油中微水（體積分數在10^-6數量級上的水)加以分離的一種脫水技術。過濾裝置采用2個網狀濾芯與1個高分子材料濾芯，高分子材料濾芯以非機械作用力的庫侖力為凈化手段,利用油與水、膠質、機械雜質等物質介電常數的不同,將水、膠質、機械雜質等吸附在濾芯上。

③濾油機的安裝及使用

在安裝濾油機前將導熱油溫度降至100℃以下,以防止管道切改時造成工作人員的燙傷。在管道上尋找適合拆除的管段,關閉加熱爐、導熱油循環泵，將該管段兩側分段閥門關閉，然后拆除法蘭連接，將濾油機進出口軟管與未拆除法蘭連接。連接后打開兩側分段閥門，開啟導熱油循環泵,最后開啟加熱爐緩慢升溫。在切改管道前應進行導熱油回收準備工作，包括導熱油收納、防燙保護措施等。由于導熱油管道管徑較?。üQ直徑通常為50、65mm),因此需要收納的導熱油量較少。管道切改以及濾油機安裝非常簡便，耗時較短，基本不對熱媒系統的正常運行造成影響。濾油機配備了不同規格的法蘭，可適應不同規格的導熱油管道。

4.3 在線清洗工藝流程

將導熱油溫度降至100℃以下,進行管道切改，安裝濾油機，恢復導熱油循環后逐漸升溫。向管道內加入在線清洗劑,在線清洗劑的質量按熱媒系統導熱油總質量的5%計算。由于管道切改時排出的導熱油質量較少，通常還要再排放一定量的導熱油。每2h更換一次濾芯，更換濾芯時，通過控制建立濾油機內部旁通，使導熱油不經過濾芯,更換濾芯后恢復正常循環。濾芯為快插式設計，每次更換僅需1～2min。直至濾芯無明顯雜質后，取樣檢測，并拆除濾油機,恢復管道原狀,在線清洗結束。濾油機的拆除過程與安裝過程一致。

5結論

在線清洗對熱媒系統的正常運行影響很小，基本實現不停運的在線清洗。流程簡單，與傳統物理清洗、化學清洗相比，在線清洗不需排空管道中的導熱油，避免了反復浸泡與吹掃，利用導熱油自身循環進行清洗?？捎行コ裏崦较到y中的水、膠質、機械雜質，延長導熱油的使用壽命，避免了環境污染。

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本文作者：楊寨 林楊 徐菲 劉慶月 縱瑞耘 劉鍵