海上油气田热介质供热系统调试及建议

鹿栋梁，鹿擎梁，王东升，王 鑫，魏 峰

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452；2.中海油田服务股份有限公司，天津 300452）

海上油气田热介质供热系统调试及建议

鹿栋梁1，鹿擎梁2，王东升1，王 鑫1，魏 峰1

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452；2.中海油田服务股份有限公司，天津 300452）

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。

海上油气田；生产工艺；热介质；供热系统；调试

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20世纪30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、CO2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。

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，螺栓是否紧固。对系统进行0.3 MPa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V1处于关闭状态，打开V11、V3（排放罐内的空气）、V4，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1/2左右，停9。缓慢打开V6、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1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V7、V9打开，打开3的放气孔，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间的放空阀及泵的排气阀，关闭V8，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95℃左右，水分开始蒸发；当温度升至110～140℃时要保持24 h左右，以脱去导热油中的水分；再升至180～200℃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。

（3）水气的排放。在热运过程中，当热介质加热到110℃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V3及排放口从罐体拆卸下来，可以看到有大量雾气从排放口排出，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110℃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；进口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60℃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，110～130℃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V4、V8，打开V3、V6、V7、V12，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V7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V3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V6、V7之外，正常操作时V6、V7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。

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Debugging and Suggestions about Hot Medium Heat Supply System in Offshore Oil-gas Field

LU Dong-liang（Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.， Tianjin 300452，China），LU Qing-liang，WANG Dong-sheng，et al.

The heat supply system using hot medium in offshore oil-gas field saves much energy due to its full use of the associated gas produced in the process of oil and gas production as a fuel.This system has a stable heat transfer,high thermal efficiency,reliable program control,simple and convenient operation.It is widely used in offshore oil platforms as a major heat supply way for oil-gas field production and processing.This article introduces the structure and debugging of the hot medium heat supply system in offshore production operation platform.Moreover,it discusses control and management in the debugging process and gives some improvement suggestions.

offshore oil-gas field;production technology;thermal medium;heat supply system;debugging

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.004

鹿栋梁 (1979-)，男，江苏徐州人，工程师，2004年毕业于郑州大学化学工程与工艺专业，从事海洋石油平台、FPSO、钻井船舶建造及系统调试工作。

2011-08-19