超聲波脈沖防垢除垢裝置在原油管道中的應(yīng)用

超聲波脈沖防垢除垢裝置在原油管道中的應(yīng)用

超聲防垢除垢技術(shù)原油長距離輸送系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，隨著污垢的積累，液體管道的阻力增加，導(dǎo)致污水下的腐蝕，導(dǎo)致原油熱態(tài)配合機(jī)的變換工作效率降低，造成嚴(yán)重的能源損失和安全隱患，并對原油長距離輸送系統(tǒng)的生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響。同時,各項污垢治理費用也增加了生產(chǎn)運營的成本。將超聲波防垢除垢技術(shù)應(yīng)用到原油長輸管道系統(tǒng),是一種創(chuàng)新性嘗試,可取得良好的效果。實際應(yīng)用后,熱媒/原油換熱器基本做到了不結(jié)垢。與傳統(tǒng)防垢除垢方法相比,超聲波防垢除垢技術(shù)具有自動化程度高、工作性能可靠、對環(huán)境無污染等特點,是一種節(jié)能、環(huán)保的新方法。1超聲波技術(shù)及其工作原理1.1粒子間相互作用動超聲波在介質(zhì)中傳播時,會使媒質(zhì)產(chǎn)生受迫振動,使粒子間產(chǎn)生相互作用。當(dāng)超聲波的機(jī)械能振動使媒質(zhì)中的粒子加速度達(dá)到一定數(shù)值時,就會在媒質(zhì)中產(chǎn)生一系列的物理和化學(xué)效應(yīng)。(1)高速微膠特性當(dāng)超聲波在金屬管與板壁傳播時,會在金屬管-板壁界面產(chǎn)生高加速度震蕩波,使與該界面接觸的液體產(chǎn)生高速微渦。這一高速微渦阻礙了結(jié)垢、結(jié)晶、積垢等物質(zhì)的附著,同時對金屬界面進(jìn)行清理,可起到防垢與除垢的雙重作用。(2)墻體垢質(zhì)的震動當(dāng)超聲波由結(jié)垢的熱交換設(shè)備金屬外表面向里傳播時,即會引起板結(jié)在金屬換熱界面上的垢質(zhì)跟隨金屬震動。但由于垢質(zhì)的性態(tài)和彈性阻抗(彈性系數(shù))不同,垢質(zhì)與金屬會在換熱界面上形成剪切應(yīng)力作用,導(dǎo)致板結(jié)在金屬換熱界面上的垢質(zhì)層疲勞、裂紋、疏松,破碎而脫落,起到了除垢作用。(3)懸浮粒子的作用當(dāng)超聲波在含有懸浮粒子(微粒雜質(zhì))的液體介質(zhì)中傳播時,會使懸浮粒子與液體介質(zhì)一起產(chǎn)生震動,由于懸浮粒子的大小不同,相對震動速度不同,懸浮粒子間會相互碰撞、粘合、聚集,形成體積和重量均會增大的絮狀顆粒物,它可以對鍋爐起到水質(zhì)軟化及防垢作用。1.2發(fā)生器防垢除垢原理超聲波脈沖防垢除垢裝置主要由超聲波-脈沖發(fā)生器和換能器兩部分組成。發(fā)生器使用220V電壓,在工作時形成特殊頻率和形狀的電流脈沖,這些電流脈沖傳到安裝在熱交換器表面的換能器上,使其產(chǎn)生被動機(jī)械振蕩,從而達(dá)到防垢除垢的目的。應(yīng)用在換熱器上,其工作機(jī)理如圖1所示。2超聲波除垢裝置在熱媒原油換熱器中的應(yīng)用2.1熱媒/原油換熱器中油管道在東北管網(wǎng)的原油長輸管道中,為防止原油固化,保障輸送能力,需要對原油進(jìn)行系統(tǒng)的加熱、加壓和保溫處理。因此,需要使用大量的加熱、換熱和加壓設(shè)備。然而,在換熱器中結(jié)垢是一種極為普遍的現(xiàn)象。中油管道長春輸油氣分公司梨樹輸油站使用了6套熱媒/原油換熱器。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況顯示,由于污垢的產(chǎn)生,換熱器的換熱效率普遍下降10%左右。每年每套熱媒/原油換熱器由于污垢問題所導(dǎo)致的能源損失、維護(hù)費用等直接經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)十余萬元。同時,污垢引發(fā)的垢下腐蝕等問題也給生產(chǎn)帶來了一定的安全隱患。為徹底解決污垢問題,2008年9月對梨樹輸油站的302#熱媒/原油換熱器進(jìn)行了改造,安裝了2套由北京中環(huán)信科科技有限公司獨立研發(fā)、生產(chǎn)的CMⅡ-H-04B型超聲波脈沖防、除垢裝置并投入使用。該技術(shù)被國家科技部批準(zhǔn)為《國家科技成果重點推廣計劃》項目之一,其一代、二代產(chǎn)品分別獲得國家專利,“達(dá)到國際先進(jìn)水平,填補(bǔ)了國內(nèi)空白”,得到了國家有關(guān)部門的權(quán)威鑒定和認(rèn)證。2.2熱媒/原油換熱器換效率測試結(jié)果針對超聲波脈沖防、除垢技術(shù)的實際應(yīng)用情況,中國石油管道沈陽技術(shù)分公司節(jié)能測試中心做了系統(tǒng)的跟蹤測試和計算分析,并于2008年9月、11月以及2009年3月分3次針對302#熱媒/原油換熱器進(jìn)行了安裝超聲波防垢除垢裝置前、后各階段換熱效率的對比測試。測試采用的標(biāo)準(zhǔn)及計算方法有中油管道公司《加熱爐、鍋爐大修(技術(shù)改造)效果對比測試方案》、Q/SYGD0016-2001《熱媒間接加熱裝置熱效率測定方法》、SY/T6275-2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》等。測試及計算結(jié)果如表1所示。通過上述數(shù)據(jù)可知,安裝并啟用超聲波防、除垢裝置后,302#熱媒/原油換熱器的換熱效率在運行工況基本相同的條件下,明顯好于未安裝裝置前。在超聲波防、除垢裝置投運一個半月后,302#熱媒/原油換熱器的換熱效率分別由原來的88.12%和87.55%提高到了90.10%和90.15%,分別提高了1.98個百分點和2.60個百分點。在超聲波防、除垢裝置投運5個月后,302#熱媒/原油換熱器的換熱效率分別由原來的88.12%和87.55%提高到了94.07%和94.15%,分別提高了5.95個百分點和6.60個百分點。3超聲波防垢、除垢技術(shù)的優(yōu)點(1)超聲波防垢、除垢技術(shù)運用在熱媒/原油換熱器上應(yīng)用一個月后換熱效率提高將近3%,使用5個月后換熱效率提高了6%以上,說明換熱器里面的污垢在逐漸剝離、脫落。(2)換熱器換熱效率的提高意味著能耗的降低,可見超聲波防垢、除垢技術(shù)不僅可以解決換熱設(shè)備的結(jié)垢問題,而且可為企業(yè)節(jié)約能源。(3)在運用超聲波防垢除垢技術(shù)后,