四合一加热炉正U型炉管绿色清理技术

2019-05-11毛庆兴王俊

石油工程建设 2019年2期

毛庆兴，王俊

1.中国石油天然气第七建设有限公司，山东青岛 266061

2.神华工程技术有限公司，北京 100011

1 概况

四合一加热炉为某炼油厂新建100 万t/a 连续重整装置的核心部位，辐射炉管按正U 型布置，其中规格为φ101.6 mm×5.74 mm 的共80 组，规格为φ88.9 mm×5.49 mm 的共98 组，每组有效长度均为29.177 m，材质均为A335 P9 合金钢。正U型炉管的两端与四合一炉顶的集合管相连。在投产前，将炉顶集合管端部DN600 法兰盖打开，并用内窥镜对每组辐射炉管逐一检查，发现28 组炉管内残留有水、螺栓、螺母、螺钉等杂物。集合管与连续重整反应器相连，重整反应器内严禁水及蒸汽进入，在距离装置投产仅仅剩余10 d 的情况下，清理任务显得异常艰巨。

2 清理方法可行性分析

2.1 磁性吸引清理法可行性分析[1]

以往当炉管内有螺栓、螺母、螺钉等杂物时，一般采用杆件物端部绑一个磁铁石，利用磁铁石的磁性将坠入管内的铁磁性构件吸出。正U 型炉管底部至炉顶部集合管的高度差是14.4 m，集合管内空间狭小，施工现场杆件物无法从集合管喇叭口伸到底部弯管处。若采用柔性铁丝绑吸铁石去吸落正U 型炉管底部的磁性杂物，由于炉管也是铁磁性材料，磁铁未下落到底部时，磁铁已经与炉管的内壁吸在一起了，要将螺栓、螺母、螺钉等杂物从正U 型炉管底部吸上来会更加困难。况且炉管底部有水，是影响清理的一个重要因素，吸引过程中无法判断内部情况，排净炉管中的积水也是一个难题。

2.2 通球清理法可行性分析[2-3]

通球清理法是将球放入炉管内，用气压将球从炉管一端顶到另一端，以达到清理管内杂物的效果。由于球的外径仅比炉管内径小一些，而螺钉的直径也很细，因而极易出现卡堵现象，最后球也会留在炉管内而无法处理。此外总会有一小部分水会顺着球的外径与炉管内壁之间的间隙回流到正U型炉管的底部，从而不能达到彻底清理的效果。积水清理同样也是一大难题，想排到指定的地点而不污染其他炉管就更难了。

以上两种办法可行性都较差，杂物和积水均很难清理干净。由此看来，将水从正U 型炉管底部清理出来，并且排放到安全可靠的地方，这是炉管内部清理最关键的一步，也是最难的一步。

3 绿色清理工艺原理

3.1 计算吹水需要的最小压力

水流动性极强，只要在炉管的一端通入气体，保证气体的压力足够，可将正U 型炉管底部的水顶到炉管的另一端并排出。经内窥镜检查发现炉管内存水最多的一组炉管，水位到了炉管U 形弯（曲率半径R=2.1 m）的上端，计算水柱高度h=13 m。当立管积水处于相对平衡状态时，外界气体施加的压力刚好等于水柱自重与大气压作用在水柱上表面的力之和。受力分析公式如下：

P1S=ρ S h g+P0S式中：P1为向炉管内充气的压力，Pa；S 为炉管内水柱截面积，m2；ρ 为水的密度，kg/m3；h 为水柱的高度，m；g 为重力常数，取10 N/kg；P0为标准大气压，取1.01×105Pa。

利用公式计算得出：P1=2.01×105（Pa）。可知：只有施加大于0.201 MPa 的压力，才能将炉管中的水从炉管另一端排出。

3.2 炉管内积水的初步清理

用带压气体将管内积水顶到炉管的另一出口，由于同一个集合管内有很多U 型炉管的端部与其相连，这样水极易从一组炉管吹出后立刻进入到其他炉管中，从而造成重复吹扫、清理。设计一种绿色清理工具，保证能清理出水，还能将水排到指定的位置，不会让水进入其他炉管内，这是清理工作的一个重点。只要持续给炉管内充入带压气体，炉管内大部分水能够顺利排到预先指定的位置，完成积水的初步清理工作。

3.3 剩余部分水及杂物的清理

剩余部分的积水量少，如果仅仅依靠带压气体吹扫，需要反复吹扫，那样需要很长的工期。为提高清理效率，利用海绵吸水特性，制作一个

专用的清扫头。清扫头由海绵卷成柱状，外用透明胶带绑扎牢固，其外径是炉管内径的1.3 倍，长14 cm，清扫头实物见图1。将清扫头塞入炉管中，然后再充入带压气体，气压顶住清扫头从炉管的一端能迅速移动到另一端，即可顺利完成清理工作。在保证清理出杂物的同时，海绵还能吸收剩余部分的积水，经多次清理，炉管内剩余水份可以很快清理掉。

图1 清扫头实物

4 绿色清理工艺

4.1 连接稳定可靠的气源

租赁压风车进行通风清理，压力高而且稳定，但价格非常昂贵。现场施工用的氧气、氩气瓶的压力都能够达到较高的压力，但是由于气瓶的容积小，持续供气时间太短，而且综合成本较高，也不适合用来进行炉管的内部清理工作。现场调研发现，连续重整装置四合一加热炉每层平台上有1个非净化风服务点，服务点的风压可达到0.7 MPa，此风是由空分装置提供，压力持续且稳定，满足炉管内部清理的要求。利用橡胶软管从服务点的快速接头处连接，另一端引至需要清理的炉管附近，在进气口一侧安装一个DN20 球阀，随时控制气源的开与关。

4.2 绿色清理工具的制作

绿色清理工具由密封管、千斤顶支撑架、手柄、通气管等四部分组成（绿色清理工具制作图见图2），密封管选用与炉管外径相近的钢管制作，钢管内径比炉管内径稍大，上端与16 mm 厚的钢板相焊，下端加工成30°的坡口。千斤顶支撑架由3 块16 mm 厚的钢板焊接而成，能够支撑千斤顶的外加载荷。手柄则是采用DN20 的钢管制作，方便安装及使用过程中的移动和调整。通气管采用DN20 的钢管弯曲成一定角度后与密封管顶板开孔处焊接，保证能够连接气源的同时还不影响千斤顶的安装。绿色清理工具实物见图3。

图2 绿色清理工具制作图

图3 绿色清理工具实物图

4.3 绿色清理工具安装

绿色清理工具安装前，需要将待清理炉管的两个端口预留，集合管的其他位置全部用帆布铺盖严实，防止人在集合管部位走动过程中将杂物掉入炉管中。待清理炉管与集合管连接的喇叭口处安好橡胶板，然后再安装清理工具。在清理工具的顶部安装1台2 t 千斤顶，调节千斤顶的高度使绿色清理工具的密封管下端与橡胶板紧密结合。安装完以后在两集合管周围拉上警戒线，贴上警示标语，防止无关人员进入该区域。绿色清理工具安装示意见图4。

图4 绿色清理工具安装示意

4.4 两步吹扫，清除炉管内杂物

（1）入口处清理装置上的通气管用橡胶管与服务点的快速接头相连，出口处清理装置的通气管用橡胶管接至排水沟。用0.7 MPa 的非净化风持续向炉管内通气，让炉管内的水在压力作用下通过出口处的清理装置持续向外排水，不会污染到其他炉管。当排水管的管口间歇式喷出少量水雾时，说明此时炉管内的积水量很少，此时应立即关闭进气阀，停止通非净化风。正U 型炉管初步清理示意图见图5。

图5 正U 型炉管初步清理示意

（2）先将出口的清理工具拆卸下来，然后在出口处安装一个收集罩，收集罩采用帆布袋子制作，袋口上套上钢筋圈方便收集吹出的杂物；而后将入口的清理工具也拆卸下来，并向炉管内塞入清扫头，然后再重新回装清扫工具。打开进气阀门，向炉管内充压，清扫头会在压力的作用下，从炉管的一端冲到另一端，顺势将炉管底部的螺栓、螺母、螺钉等杂物清理出来，同时清扫头能将残留在炉管内的水吸到海绵中，达到清理积水的效果。按照上述原理依次清理其他炉管中的积水。正U 型炉管二次清理示意见图6。

图6 正U 型炉管二次清理示意

5 实施效果

清理28 组正U 型炉管，2人清理共用7 d 时间。清扫后，用内窥镜对其内部进行检查，正U型炉管底部无任何积水、螺栓、螺母、螺钉等杂物。如果请清管公司进行清理，需要10 万元的清理费，此次清理直接节约成本9.5 万元，且清理周期短、成本低、操作简单、无污染，对以后连续重整装置四合一炉管内部绿色清理有很好的借鉴意义。此法也可适用于其他类型炉管清理，且比通球清理效果好。