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螺旋板式换热器在注聚作业海洋平台中的应用

来源:中凡工业浏览量:载入中...发布时间:2021.10.13


随着中海油绥中36-1作业区海上各单元如绥中36-1油田群、旅大油田群注聚作业的展开,生产井产出液中聚合物含量随之增加。含聚产出物对工艺流程的不利影响日趋明显,注聚返出物对平台上传统的管壳式原油加热器产生了尤为不利的影响。

螺旋板式换热器的结构型式及优缺点:

用于海上注聚油田的原油加热器具有以下特点:

1)热侧及冷侧介质的设计压力不超过2.5MPaG;

2)热侧热介质油较清洁;

3)热侧设计温度达到250℃,超过了橡胶垫的承受能力,无法采用板式换热器;

4)冷侧原油含有较多注聚返出物,经热介质油加热后加速絮凝,在相应的换热器流程中产生堵塞。

针对这些特点决定采用螺旋板式换热器作为注聚油田的原油加热器。

螺旋板式换热器20世纪30年代开始使用,起初在瑞典用于纸浆厂废热回收。这种换热器可以归结为一种焊接式的板式换热器,由两块长条形的金属板围绕轴心卷制而成,形成两个螺旋式通道,卷合前将定距柱焊接在金属板上,使得各螺旋通道间距在沿螺旋通道长度方向保持不变。螺旋板换热器按照结构形式,可分为两大类,即不可拆式和可拆式。

不可拆式螺旋板式换热器(I型)结构特点为通道两端全部垫入圆钢或方钢后焊接密封。冷热侧流体呈螺旋形流动,这种布置在全逆流介质中推荐使用。

可拆式螺旋板换热器结构又分两种。一种结构的特点是螺旋通道两端面交错焊死,两端面的密封采用端盖加垫片的密封结构,螺旋体内可由两端分别进行清洗,称为可拆式堵死型螺旋板式换热器(II型),它的使用情况与不可拆式螺旋板式换热器(I型)相同。当打开端盖时可对通道进行检测和机械清洗。

另一种结构的特点是一个通道两端焊死,另一个通道两端全部敞开,两端面采用封头端盖结构,称为可拆式贯通型螺旋板式换热器(III型)。其一侧流体呈螺旋形流动,另一侧流体穿越螺旋体呈轴向流动,其螺旋流侧通道无法机械清洗,轴流侧通道宽且为两端全部敞开结构,可采用机械清洗,特别适合于下列情形:处理泥浆和有悬浮纤维的液体以及固体含量达到50%矿物质;对于粘度特高的流体,由于它的轴向流通截面较大,一般不会因局部过冷发生堵塞。

螺旋板式换热器与管壳式换热器相比,优点如下:

1)由于流体在螺旋通道中流动,在较低的雷诺值下可达到湍流,并且可选用较高的流速,螺旋流通道长而且辐射损失小到可以忽略,所以总传热系数高。

2)两侧流体对流道的刮擦作用能冲刷掉形成污垢的沉淀物,因此可采用小的污垢热阻值;

3)由于其L/D比管壳式换热器小得多,所以它特别适合粘性流体的加热和冷却;

4)容易维护,如移去螺旋板式换热器的端盖,可对整个通道进行检测和机械清洗;

5)结构紧凑,其单位体积的传热面积约为管壳式换热器的3倍,故需要的安装、维修空间小:

6)对于轴向流的布置结构,其较大的流动面积只需较低的压降。

由于原油中含有的注聚返出物对管壳式热交换器的堵塞较严重,考虑到螺旋板式换热器的结构型式及其特点,选用可拆式贯通型螺旋板式换热器作为热介质原油加热器,由于热侧介质为清洁的导热油,可纳入螺旋流侧介质,而含有聚合物的原油则进入轴流侧通道。

螺旋板式换热器在海洋平台上的应用

原油温度因受加热器下游的海管外输温度限制,其原油出口温度设定为65~75℃。注聚返出物随着介质温度升高而形成油泥状高粘度体的趋势会增强,且结焦的程度也越发严重,为了减缓螺旋板换热器堵塞结焦速度,热介质油入口温度设定为130℃

在热介质油入口温度较低的情况下,螺旋板式换热器热介质油进出口温差平均约20℃,而前期使用管壳式加热器时,换热管束内表面被含聚油泥覆盖、结块甚至结焦,从而使管束的换热效果大受影响,热介质油进出口温差小于10℃,且含注聚返出物原油的出口温度不能达到工艺要求,设备投入使用一个多月即失去换热效果。

原油加热器选为螺旋板换热器后,它的热负荷较原来的管壳式换热器有了很大提升。由于热介质油入口温度降低和可拆式贯通型螺旋板式换热器自身不易堵塞的特点,此台设备已在海洋平台上运转了半年,原油侧压力降不超过80kPa,且原油温升满足工艺要求,既节省了能源,又减少了内部清洗的频率,提高了平台的生产效率。

中凡工业III型贯通式螺旋板式换热器

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