导热油热媒系统在线清洗技术研究
1 概述
热媒系统一般由加热炉、膨胀罐、储油罐、导热油循环泵、换热器、导热油、连接管道、仪表控制系统等组成。工作原理为:导热油进入加热炉盘管被加热，由循环泵输送至换热器，将热量传递给原油或其他工作介质，换热后的导热油回到加热炉，被重新加热,整个过程连续进行。热媒系统具有高温低压、热效率高、传热均匀、温度易于控制等特点，广泛用于油田集输、外输管道以及炼油生产装置的伴热[1-4]。
长期使用的导热油易发生变质，并在管道内壁表面结垢、结焦，导致加热炉盘管、换热器换热效率下降。在导热油保持设计流量的条件下，当加热炉盘管、换热器换热效率出现下降时，将造成被加热介质的温度的下降,仪表控制系统将根据被加热介质温度传感器的反馈信号提高加热炉的热功率，从而加剧导热油在管道内壁的结垢、结焦,对热媒系统的正常运行和油田正常生产埋下安全隐患。因此研究适用于热媒系统的清洗技术，改善导热油品质,清除管道内壁结垢、结焦，对降低热媒系统的运行费用及消除安全隐患具有重要意义。本文对热媒系统在线清洗技术进行研究。
2 换热效率下降原因
2.1 导热油自身变质
导热油主要成分为多环芳烃、醇、石油馏分[5]。由于导热油长期处在高温状态并与氧（氧一般通过膨胀罐进入热媒系统）接触，因此易发生氧化连锁反应，从而劣化变质。在受热和氧化时，导热油中热稳定性较差的烷烃、环烷烃的烷基长侧链大量断裂，形成一种稠胶状液体羟基酸，并进一步被氧化成一种半流动树脂状的胶质，牢固地粘附在管道内壁的金属表面。在高温的不断作用下，这些成分进一步氧化聚合浓缩成碳质沥青和分解生成碳化物及游离碳，进而形成污垢层[6]。
2.2 杂质侵入导致的变质
①固体杂质的侵入
固体杂质包括在进行管道焊接时不慎掉落在管道内的焊条以及未清除干净的焊渣，尤其是焊条的危害最大。焊条的药皮成分复杂，在高温环境下,与导热油直接发生反应或充当氧化反应的催化剂，造成导热油变质。
②锈蚀与水分的影响
在管道进行水压试验后，管道的低点、弯头处的积水不易排出，投产时与导热油混合，造成导热油乳化变质。对于未立即投产的热媒系统，通常会暴露在空气中几个月甚至更长时间，管道内壁易出现诱蚀，锈蚀中的金属盐将成为导热油氧化反应的催化剂，进而在管道内壁形成污垢层。
③原油窜入热媒系统
对于长期运行的热媒系统,受原油压力的脉动冲击，易导致换热器盘管开裂，由于原油压力高于热媒系统压力，导致原油窜入热媒系统，造成污染。
2.3 局温结焦
突然断电情况下，导热油循环泵停转,此时炉膛内的热量短时间内无法排出，对滞留在加热炉盘管内的导热油形成持续加热，甚至超过400℃，造成导热油在盘管内壁结焦[7]。
3 热媒系统传统清洗技术
3.1 物理清洗技术
物理清洗技术通常采用机械清焦法、冷空气清焦法、高压水射流清洗法、换管法等，这些清洗方法均须在热媒系统停运的前提下进行，并排空导热油，将影响油田正常生产。
机械清焦法依次采用由小到大的塑料炮弹在压缩空气推动下高速旋转将附着在管道内壁上的污垢刮落。但该方法对加热炉盘管、换热器盘管以及直角弯头部位的清洗效果甚微，而且塑料炮弹在高速旋转时易损伤加热炉盘管、换热器盘管，甚至被卡住。
冷空气清焦法通常仅用于加热炉盘管的清洗，将加热炉盘管加热至500-600℃，然后通入湿冷空气,利用热胀冷缩原理，使加热炉盘管内壁的结焦剥落下来，部分燃烧后剩余物质被气流带走。该方法存在加热温度难以控制，易烧坏加热炉盘管的缺点。
高压水射流清洗法使用高压水泵将水加压至10～200MPa，通过喷射枪产生高速射流，冲击在污垢上使其剥离脱落。但高压水设备价格昂贵，清洗时需在管道上开孔,将污垢取出后再修补管道，极易损伤管道。另外，在弯头处水压明显下降，会降低清洗效果。
换管法是国内普遍应用的方法,当管道特别是加热炉盘管使用一段时间后，管道内壁结垢、结焦， 就将其报废，更换新管。该方法工程量大，造价高。
3.2 化学清洗技术
化学清洗技术无需借助其他设备即可实现热媒系统的清洗[8]。先将导热油排空，然后将化学清洗剂充满管道系统，利用加热炉将化学清洗剂加热至105℃左右，循环48～72h，基本上能清除厚度为10mm的结垢、结焦[9]。然而管道内壁上沉积的污垢，大多为多相、多层混合污垢,仅靠一步清洗只能清除其中一相或一层，因此需要采用多步清洗法才能确保除去绝大部分污垢。与物理清洗技术相似，化学清洗技术也必须在热媒系统停运的前提下进行，并排空导热油，影响了油田正常生产。
①碱洗-酸洗两步法
工艺流程:排空导热油—蒸汽吹扫滞油—碱性清洗剂清洗—水冲洗—酸洗—钝化。碱洗-酸洗两步法具有清洗率高、清洗温度较低、无毒、清洗成本低的优点。但该方法流程复杂，存在酸碱腐蚀的问题，缩短了管道、设备使用寿命，易造成二次污染。
②溶解清洗法
工艺流程:排空导热油—蒸汽吹扫滞油—有机溶剂清洗剂清洗—钝化。溶解洗涤法采用有机溶剂清洗剂,使污垢溶解于有机溶剂清洗剂中。有机溶剂清洗剂的清洗能力很强,受温度影响小,清洗后的残液经澄清过滤处理，并添加适量的表面活性剂、助剂可重复使用，既降低成本又减小环境污染。但有机溶剂清洗剂具有挥发性，安全性低，成本高。
③复合清洗剂清洗法
工艺流程:排空导热油—蒸汽吹扫滞油—复合清洗剂清洗。复合清洗剂由多种表面活性剂在助剂的协助下有效破碎、分散污垢，工艺简单,对管道、设备基本无腐蚀。
3.3 局限性分析
无论物理清洗,还是化学清洗，均须在热媒系统停运的前提下进行,并排空导热油，影响了油田正常生产,而且变质导热油的处置也将成为问题。物理清洗对复杂结构管段的清洗效果较差，且容易损伤管道。化学清洗流程繁琐，使用后的清洗剂如何处置也是必须考虑的问题。
4 在线清洗技术
在线清洗技术（在线清洗剂结合高温物理滤油机)是在基本不影响热媒系统正常运行的前提下，将在线清洗剂直接注人管道中，清除管道内壁上的 污垢。采用高温物理滤油机（以下简称滤油机），将从管道内壁脱离的污垢从导热油中过滤出来,并吸附在滤芯上。可实现热媒系统的在线清洗，改善导热油品质，延长导热油使用寿命，有效改善加热炉盘管及换热器的换热效率。
4.1在线清洗剂
在线清洗剂的除垢作用主要是通过表面活性剂的增溶、润湿、吸附、分散来实现，在线清洗剂通过润湿污垢与管道的接触面，并使垢物逐渐变得松散、破裂，使得污垢从管道内壁上脱落。在线清洗剂不影响导热油的理化指标,使导热油在清洗后依然可以正常使用。
①在线清洗剂清洗率测定
清洗率测定步骤:将净空坩埚放置在恒温箱内(设定温度为110℃)干燥4h后取出冷却至室温，称取净空坩埚质量。将一定质量的变质导热油倒入净空坩埚，在350～360℃下干烧6h,模拟形成结焦，将残液倒净，用滤纸擦净坩埚（定义为结焦坩埚），称取结焦坩埚质量。向结焦坩埚内添加一定质量含有在线清洗剂的新鲜导热油（在线清洗剂的质量分数为5%左右），加温至180℃模拟在线清洗，保持恒温48h后，将坩埚冷却至室温，将残液倒净，用滤纸擦净坩埚（定义为清洗坩埚），称取清洗坩埚质量。
根据测试数据采用下式计算清洗率η:
我们进行了在线清洗剂清洗率测试,测试结果见表1。由表1可知，在线清洗剂的清洗率可达93%以上,说明清洗效果理想。
②在线清洗剂与导热油配伍性试验
试验方法:制备对比试样(在950g新鲜导热油中加入50g在线清洗剂），将对比试样加热至340℃恒温1000h后，冷却至40℃，测定对比试样的运动黏度，并观察试样变质情况。将1000g单纯新鲜导热油作为基础试样进行试验。我们进行了在线清洗剂与导热油配伍性试验，运动黏度的试验结果见表2。由表2可知，在线清洗剂对导热油的运动黏度没有明显影响。对比试样1、2均表现为透明、无悬浮物和沉淀，与基础试样基本相同。试验结果表明,在线清洗剂与导热油有良好的配伍性,不影响导热油的正常使用。
4.2 滤油机
①滤油机的组成
滤油机主要由抽真空脱水脱气装置、过滤装置、恒温控制装置、自调节装置、保护装置、电控系统等组成，电气设备、电路均采用防爆型。
②滤油机采用的技术
滤油机采用多元化脱水技术:结合了聚结分离技术、复式立体闪蒸、微克技术，可有效去除导热油中的水分。微克技术是在真空罐内通过重离子加速器将导热油中微水（体积分数在10-6数量级上的水)加以分离的一种脱水技术。过滤装置采用2个网状滤芯与1个高分子材料滤芯，高分子材料滤芯以非机械作用力的库仑力为净化手段,利用油与水、胶质、机械杂质等物质介电常数的不同,将水、胶质、机械杂质等吸附在滤芯上。
③滤油机的安装及使用
在安装滤油机前将导热油温度降至100℃以下,以防止管道切改时造成工作人员的烫伤。在管道上寻找适合拆除的管段,关闭加热炉、导热油循环泵，将该管段两侧分段阀门关闭，然后拆除法兰连接，将滤油机进出口软管与未拆除法兰连接。连接后打开两侧分段阀门，开启导热油循环泵,最后开启加热炉缓慢升温。在切改管道前应进行导热油回收准备工作，包括导热油收纳、防烫保护措施等。由于导热油管道管径较小（公称直径通常为50、65mm),因此需要收纳的导热油量较少。管道切改以及滤油机安装非常简便，耗时较短，基本不对热媒系统的正常运行造成影响。滤油机配备了不同规格的法兰，可适应不同规格的导热油管道。
4.3 在线清洗工艺流程
将导热油温度降至100℃以下,进行管道切改，安装滤油机，恢复导热油循环后逐渐升温。向管道内加入在线清洗剂,在线清洗剂的质量按热媒系统导热油总质量的5%计算。由于管道切改时排出的导热油质量较少，通常还要再排放一定量的导热油。每2h更换一次滤芯，更换滤芯时，通过控制建立滤油机内部旁通，使导热油不经过滤芯,更换滤芯后恢复正常循环。滤芯为快插式设计，每次更换仅需1～2min。直至滤芯无明显杂质后，取样检测，并拆除滤油机,恢复管道原状,在线清洗结束。滤油机的拆除过程与安装过程一致。
5结论
在线清洗对热媒系统的正常运行影响很小，基本实现不停运的在线清洗。流程简单，与传统物理清洗、化学清洗相比，在线清洗不需排空管道中的导热油，避免了反复浸泡与吹扫，利用导热油自身循环进行清洗。可有效去除热媒系统中的水、胶质、机械杂质，延长导热油的使用寿命，避免了环境污染。
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本文作者：杨寨 林杨 徐菲 刘庆月 纵瑞耘 刘键