Патент на изобретение №2350880

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ НА ВНУТРЕННИХ СТЕНКАХ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

(57) Реферат:

Изобретение относится к газодобывающей промышленности, конкретно к эксплуатации оборудования линейных производственных управлений (ЛГТУ) магистрального газопровода и может быть использовано для химической очистки теплообменных аппаратов системы охлаждения природного газа после его компрессионного сжатия. Способ заключается в том, что с помощью трубопровода создают замкнутый контур, включающий теплообменный аппарат и, по крайней мере, две емкости с жидкой средой, снабженные системой подогрева жидкости, насосом заполняют замкнутый контур жидкой средой и обеспечивают ее циркуляцию в контуре, ваккуумируют теплообменный аппарат для его полного заполнения жидкой средой. В замкнутом контуре проводят первичную промывку аппарата жидкой средой потоком, отличным от ламинарного, переходят на промывку аппарата ламинарным потоком жидкой среды, дополнительно подпитанной раствором едкого натра до его содержания в жидкости 5÷10 мас.% NaOH, при температуре 40÷70°С в режиме многократной циркуляции, замкнутый контур с теплообменным аппаратом окончательно промывают жидкой средой, потоком, отличным от ламинарного, при этом емкости с жидкой средой устанавливают параллельно и переход к каждой последующей стадии промывки осуществляют переключением с одной емкости на другую, жидкую среду удаляют и аппарат сушат. Способ позволяет эффективно, экономично и экологически приемлемо проводить ремонтно-профилактические и аварийные работы на ЛПУ магистрального газопровода. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к газодобывающей промышленности, конкретно к эксплуатации оборудования линейных производственных управлений (ЛПУ) магистрального газопровода, и может быть использовано для химической очистки теплообменных аппаратов системы охлаждения природного газа после его компрессионного сжатия.

Особенностью загрязнений таких теплообменных аппаратов является их наносной характер. Анализ состава загрязнений, взятых с Новоуренгойского, Пуровского, Ямбургского, Яхромского ЛПУ показывает, что они содержат от 20 до 40% органической составляющей – предельных углеводородов с низкой молекулярной массой и неорганические вещества, основу которых составляет смесь оксидов железа и оксида кремния. В процессе охлаждения природного газа происходит конденсация сопутствующих углеводородов, которые, смешиваясь с неорганическими веществами, присутствующими в потоке магистрального газа, оседают в виде отложений на внутренних поверхностях трубок теплообменного аппарата. Особенностью таких отложений является то, что они прирастают локально и существенно уменьшают рабочий диаметр труб теплообменного аппарата. Отложения, таким образом, увеличивают сопротивление потоку газа, что приводит к дополнительным энергетическим нагрузкам на магистральные компрессоры.

Известен способ [RU 2051326] гидразинно-кислотной обработки внутренних поверхностей нагрева теплоэнергетического оборудования от оксидов железа, в котором после гидразинно-кислотной обработки дополнительно проводят щелочную нейтрализацию раствора с использованием пара теплоэнергетического оборудования, т.е. с повышением температуры. К недостаткам этого способа относится невозможность повторного использования кислотного реагента, вследствие того, что в нем присутствуют растворенные формы железа. Вторым недостатком является сложность утилизации грязного раствора, так как для достижения ПДК по железу образующиеся соли железа требуется осадить в виде гидроксида, т.е. требуется дополнительная технологическая операция.

Известен способ [RU 2109244] циркуляционной очистки системы водяного отопления от отложений на внутренней поверхности, при которой обработку системы проводят последовательно ˜5% водным раствором щелочи, затем водным раствором соляной кислоты с ингибитором, а процесс ведут при температуре 60÷80°С. К недостаткам указанного способа относится образование при кислотной обработке растворимого хлорида железа, что также требует дополнительной стадии осаждения железа.

Известен способ [RU 2218533] очистки теплоэнергетического оборудования от отложений и накипи, включающий обработку внутренних поверхностей нагрева или теплообмена химическими реагентами при циклической или многократной циркуляции их в системе, при этом в качестве химических реагентов последовательно применяют сначала отработанные слабокислотные растворы с периодической подпиткой системы острой соляной кислотой при концентрации 20-28% HCl с ингибиторами, затем применяют водные 5-8%-ные растворы щелочи с температурой 50÷80°С, а отмывку проводят горячей средой с температурой 50÷70°С до и после пассивации, осуществляемой 1%-ным раствором соды или 2%-ным раствором аммиака. Недостатком являются указанные выше технологические сложности, связанные с использованием кислот.

Известен способ [SU 1236306] очистки оборудования от отложений путем обработки очищаемой поверхности щелочным раствором, в котором в качестве щелочного раствора используют 8-20% раствор алюмината натрия. К недостатку способа относится относительная дороговизна реагента, что является существенным при больших объемах обработки.

Известен способ очистки трубопроводов составом [RU 2103479] гелеобразного вещества с плотностью, близкой к резинообразному веществу, включающего карбоксиметилцеллюлозу, воду, едкий натр и медный купорос. Водный раствор 1-1,5% NaOH используется в качестве загустителя. К недостаткам способа относится сложность утилизации отработанного реагента.

Известен способ предотвращения гидратопарафиновых отложений в нефтепромысловом оборудовании и трубопроводных системах. Предложен состав [RU 2135742] с высокой антигидратной способностью, включающий, мас.%: хлористый натрий – 22-24; полиэлектролит – 0,1-1,0; вода – остальное. Недостатком является то, что способ предназначен для предотвращения образования отложений и не эффективен для очистки отложений образовавшихся.

Известен способ очистки [RU 2150645] паровых котлов путем разрыхления отложений щелочным раствором, содержащим 5% Na₃PO₄ и 5% Na₂CO₃ при 90°С, с последующей отмывкой водой и 5%-ной соляной кислотой. Очистку проводят посредством циркуляции растворов по трубному пространству со скоростью 1,0 м/с. Недостатком способа является образование большого количества водорастворимых солей, экологические требования к таким растворам определяют необходимость дополнительных стадий химической утилизации.

Известен способ [RU 2217376] очистки теплообменного аппарата от осадка бокситовой пульпы циркуляционной пароконденсатной промывкой трубной части горячей водой с использованием каустической щелочи. Недостатком является высокая, 235-238°С, температура рабочей зоны очистки, что технологически труднодостижимо для теплообменных аппаратов большого объема.

Известен способ [а.с. СССР 723359] очистки системы воздухоснабжения двигателя внутреннего сгорания от масла смесью 0,1-0,5% водного раствора поверхностно-активных веществ и 0,1-0,5% раствором щелочного электролита с гидрофилизирующими и антикорозионными свойствами. Недостатком является низкая концентрация щелочи, что не обеспечивает качественную очистку от сложных отложений, включающих твердые неорганические вещества, связанные органическими соединениями.

Известен способ [JP 59147997] промывки вертикального теплообменного аппарата системы очистки газа от примесей моющим раствором электролита, имеющим высокий рН. Эффективность промывки достигается тем, что в раствор электролита инжектируют инертный газ, пузырьки которого способствуют расслоению примесей. Качество промывки контролируют манометрами перепада давления и заканчивают, когда перепад давления стабилизируется. Недостатком способа является недостаточно высокая эффективность при использовании его для аппаратов горизонтального типа, т.к. часть наиболее загрязненных труб моющий раствор не заполняет.

Известен способ [JP 60253798] очистки поверхности теплообменного аппарата из емкости с предварительно подогретым горячим паром моющим раствором. Раствор подается под давлением. Недостатком является низкая эффективность при очистке внутренних стенок горизонтального теплообменного аппарата, т.к. даже поданная под давлением моющая жидкость предпочтительно проходит через трубы с низким сопротивлением и практически не проходит через загрязнения, которые образуют капиллярные протоки.

Технической задачей является жидкостная очистка горизонтального теплообменного аппарата от наносных отложений, содержащих органическую составляющую и неорганические вещества путем перевода органических веществ щелочным раствором в эмульсию и их удаление вместе с высвободившимися неорганическими твердыми оксидами потоком чистящей жидкости.

Изобретение направлено на изыскание химического способа очистки внутренних стенок теплообменного аппарата системы охлаждения природного газа от отложений, позволяющего эффективно, экономично и экологически приемлемо проводить ремонтно-профилактические и аварийные работы на ЛПУ магистрального газопровода.

Технический результат достигается тем, что предложен способ очистки от отложений на внутренних стенках теплообменного аппарата системы охлаждения природного газа, заключающийся в том, что: с помощью трубопровода создают замкнутый контур, включающий теплообменный аппарат и, по крайней мере, две емкости с жидкой средой, снабженные системой подогрева жидкости; насосом заполняют замкнутый контур жидкой средой и обеспечивают ее циркуляцию в контуре; ваккуумируют теплообменный аппарат для его полного заполнения жидкой средой; в указанном замкнутом контуре проводят первичную промывку аппарата жидкой средой, потоком, отличным от ламинарного; переходят на промывку аппарата ламинарным потоком жидкой среды, дополнительно подпитанной раствором едкого натра до его содержания в жидкости 5-10% мас.% NaOH, при температуре 40-70°С в режиме многократной циркуляции; замкнутый контур с теплообменным аппаратом окончательно промывают жидкой средой, потоком, отличным от ламинарного; жидкую среду удаляют и аппарат сушат.

Целесообразно, что в качестве жидкой среды применяют воду, или водно-спиртовые, или водно-спирто-глицериновые растворы.

Также целесообразно, что контроль за качеством очистки осуществляют по показаниям датчиков давления, установленных на трубопроводе до и после теплообменного аппарата, при этом измерения проводят на стадиях неламинарных режимов первичной и окончательной промывки.

Технологически обосновано, что емкости с жидкой средой устанавливают параллельно и на каждой стадии промывки применяют только одну из них.

Желательно, что жидкую среду удаляют и аппарат сушат воздухом, подаваемым компрессором, при этом для сушки воздух нагревают до 40-60°С.

Желательно также, что при ваккуумировании теплообменного аппарата его заполнение жидкой средой приостанавливают и возобновляют после достижения ваккуума, при этом часть возвратной линии трубопровода замкнутого контура устанавливают на уровне, превышающим высоту теплообменного аппарата.

Важно, что вместе с подпиткой едким натром в жидкую среду дополнительно вводят 0,5-1,0 мас.% поверхностно активного вещества, выбранного из ряда: сульфанол, оксифос Б, бытовое средство “Fairy”.

Предпочтительно, что отложения в виде осадков, взвесей и эмульсии осаждают на фильтрах, которые входят в состав оборудования циркуляционной системы замкнутого контура.

Наиболее эффективно, что к окончательной промывке приступают тогда, когда на фильтры перестают поступать отложения.

Выбор концентрации раствора щелочи и температуры очистки обусловлен достижением необходимой степени очистки за три-пять часов.

Вакуумирование необходимо для удаления газовой фазы, чтобы она не препятствовала заполнению жидкой средой всех, в разной степени загрязненных трубок теплообменного аппарата.

Турбулентный и переходный режимы потока жидкой среды также способствуют вышесказанному заполнению, но, прежде всего, позволяют снять показания с датчиков давления, то есть обеспечить контроль за качеством очистки.

Ламинарный режим промывки наиболее экономичен, так как в предложенном способе нет химического взаимодействия реагента с отложениями, щелочь не расходуется, а только создает среду для разрыва химически активированных контактных связей. Динамика такого процесса определяется концентрацией щелочи, температурой и временем контакта.

Окончательная промывка жидкой средой, потоком, отличным от ламинарного, необходима для полного удаления твердых составляющих загрязнений, удаления щелочи и для снятия показаний с датчиков давления.

Две параллельно установленные емкости с жидкой средой позволяют проводить окончательную промывку жидкостью, не содержащей щелочь. В случае, когда в результате первичной промывки в одну емкость смывается значительное количество загрязнений, а вторая содержит раствор щелочи, окончательную промывку осуществляют из дополнительной емкости.

Жидкую среду подбирают для конкретных климатических условий очистки.

Подогрев жидкости осуществляют барботажем сухого пара, поступающего из парогенератора.

Сушка аппарата является обязательной составляющей регламента проведения ремонтно-профилактических и аварийных работ.

На чертеже представлена принципиальная схема оборудования для реализации заявленного способа, на которой: 1 – очищаемый теплообменный аппарат; 2 – манометр ваккумной линии; 3 – ваккуумная линия; 4 – датчики давления; 5 – емкости с жидкой средой, установленные параллельно; 6 – блок фильтров; 7 – емкость для приготовления концентрированного раствора NaOH; 8 и 9 – насосы разной производительности соответственно для ламинарного и отличного от ламинарного режимов потока жидкой среды.

Ниже приведен пример осуществления заявленного способа очистки внутренних стенок теплообменного аппарата, который иллюстрирует способ, но не ограничивает его.

В приводимом примере в качестве очищаемого объекта использована наиболее распространенная в ЛПУ стандартная секция из шести теплообменных аппаратов марки “2АВГ-75”, состоящая из 540 двенадцатиметровых труб диаметром 20 мм. Объем трубного пространства составляет 2 м³. Эксплуатационные характеристики такой секции резко падают, когда количество отложений достигает 70-90 кг/м³.

Известно, что для потоков, проходящих по прямым трубам, характерны следующие значения критерия Рейнольдса [К.Ф.Павлов и др. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – М., “Химия”, 1976, стр.156-158]:

– ламинарное течение Re<2300;

– переходная область 2300>Re<10000;

– развитое турбулентное течение Re>10000.

Нами рассчитаны объемные скорости потоков, являющиеся функцией от критерия Рейнольдса, в соответствии с которыми выбраны насосы со следующей производительностью: для первичной и окончательной промывки в переходном режиме – 100 м³/час; для промывки в ламинарном режиме – 6 м³/час.

Пример

С помощью трубопровода и рукавов диаметром 100 мм, что обеспечивает производительность мощного насоса, смонтировали замкнутый контур, включающий теплообменный аппарат (1) и емкости с жидкой средой (5), при этом возвратную линию замкнутого контура провели над теплообменным аппаратом. Одну из емкостей для жидкой среды заполнили 6 м³ 10%-ного водного раствора этилового спирта, что позволило приступить к работе в условиях легких заморозков. Насосом на 6 м³/час (8) наполнили контур жидкостью. После того как жидкость начала поступать обратно в емкость, т.е. циркулировать по контуру, провели ваккуумирование теплообменного аппарата через ваккуумную линию на 10^-1 атм (3), подсоединенную к верхней части очищаемого аппарата. На время ваккуумирования насос (8) выключили, удаление газовой фазы только из теплообменного аппарата, а не из всего замкнутого контура, обеспечивалось монтажом возвратной линии над аппаратом. При достижении вакуума, по нулевому значению манометра (2), ваккуумную линию перекрыли и снова включили насос (8). Теплообменный аппарат посчитали полностью заполненным жидкой средой, когда показание манометра (2) достигло значения единицы. Отключили насос (8) и насосом на 100 м³/час (9), начали первичную промывку теплообменного аппарата в переходном режиме потока жидкой среды, при этом включили систему подогрева жидкости. По достижении стабилизации потока сняли показания с датчиков давления (4), установленных на трубопроводе до и после теплообменного аппарата. Одновременно в емкости для приготовления концентрированного раствора NaOH (7) провели растворение в аналогичной жидкой среде 50 кг едкого натра до концентрации не менее 20 мас.% NaOH. Полученный раствор перекачали во вторую емкость, довели объем жидкости до 3 м³ и включили систему подогрева жидкости. Указанный объем обусловлен тем, что при переходе к промывке из второй емкости в замкнутом контуре осталось 2 м³ жидкости в теплообменном аппарате и 0.5 м в трубопроводе.

К стадии промывки щелочным раствором перешли, когда температура жидкой среды в обоих баках достигло значений, не ниже 50°С.

Первичную промывку прекратили, замкнутый контор переключили на вторую емкость и насосом на 6 м³/час (8) начали подпитку жидкой среды едким натром и промывку теплообменного аппарата щелочным, в итоге почти 10% раствором. Режим многократной циркуляции поддерживали в течение 4-х часов. Постоянный подогрев жидкости во второй емкости обеспечил температуру раствора в промываемом аппарате в интервале 40-70°С. В циркуляционную систему замкнутого контура входил блок фильтров (6) из последовательно расположенных фильтра механической очистки и сорбционной колонки, на которых осаждались твердые вещества и органические составляющие вымываемых загрязнений.

Окончательную промывку проводили насосом на 100 м³/час (9) из первой емкости, оставшимися после первичной промывки 3.5 м³ жидкой среды. Сняли показания с датчиков давления (4).

Жидкую среду удалили из теплообменного аппарата воздухом, подаваемым компрессором. Аппарат сушили подогретым воздухом, наличие спирта в жидкой среде способствовало эффективности осушки.

Заявленный способ позволяет эффективно, экономично и экологически приемлемо проводить ремонтно-профилактические и аварийные работы на ЛПУ магистрального газопровода.

Экологический аспект заключается в следующем: после отсоединения очищенного теплообменного аппарата содержимое емкости для первичной и окончательной промывки, эксплуатация которой проводится без сопротивления блока фильтров, также пропускают через блок фильтров для удаления осадков, взвесей и эмульсии; щелочной раствор содержащийся в обеих емкостях, нейтрализуют соляной кислотой и разбавляют водой до ПДК образовавшейся растворимой соли NaCl, затем раствор сливают; ПДК по спирту и глицерину достигают также разбавлением водой; твердые загрязнения, сконцентрированные на фильтре, являются оксидами металлов – составной частью минералов земной коры – и экологически безопасны; органические вещества утилизируют прокаливанием сорбента.

Формула изобретения

1. Способ очистки от отложений на внутренних стенках теплообменного аппарата системы охлаждения природного газа, заключающийся в том, что с помощью трубопровода создают замкнутый контур, включающий теплообменный аппарат и, по крайней мере, две емкости с жидкой средой, снабженные системой подогрева жидкости; насосом заполняют замкнутый контур жидкой средой и обеспечивают ее циркуляцию в контуре; ваккуумируют теплообменный аппарат для его полного заполнения жидкой средой; в указанном замкнутом контуре проводят первичную промывку аппарата жидкой средой потоком, отличным от ламинарного; переходят на промывку аппарата ламинарным потоком жидкой среды, дополнительно подпитанной раствором едкого натра до его содержания в жидкости 5÷10 мас.% NaOH, при температуре 40÷70°С в режиме многократной циркуляции; замкнутый контур с теплообменным аппаратом окончательно промывают жидкой средой потоком, отличным от ламинарного, при этом емкости с жидкой средой устанавливают параллельно и переход к каждой последующей стадии промывки осуществляют переключением с одной емкости на другую; жидкую среду удаляют и аппарат сушат.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкой среды применяют воду, или водно-спиртовые, или водно-спирто-глицериновые растворы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль за качеством очистки осуществляют по показаниям датчиков давления, установленных на трубопроводе до и после теплообменного аппарата, при этом измерения проводят на стадиях неламинарных режимов первичной и окончательной промывки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую среду удаляют и аппарат сушат воздухом, подаваемым компрессором, при этом для сушки воздух нагревают до 40÷60°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при ваккуумировании теплообменного аппарата, его заполнение жидкой средой приостанавливают и возобновляют после достижения вакуума, при этом часть возвратной линии трубопровода замкнутого контура устанавливают на уровне, превышающим высоту теплообменного аппарата.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что вместе с подпиткой едким натром в жидкую среду дополнительно вводят 0,5÷1,0 мас.% поверхностно-активного вещества, выбранного из ряда: сульфанол, оксифос Б, бытовое средство “Fairy”.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что отложения в виде осадков, взвесей и эмульсии осаждают на фильтрах, которые входят в состав оборудования циркуляционной системы замкнутого контура.

8. Способ по п.1 или 7, отличающийся тем, что к окончательной промывке приступают тогда, когда на фильтры перестают поступать отложения.

РИСУНКИ