摘要：以南海某平臺水下生產(chǎn)系統(tǒng)磁翻柱液位計系統(tǒng)串洗為例，通過串洗前磁翻柱液位計酸洗鈍化和串油相結合的方式，大大提高了系統(tǒng)串油效率。

 

1 概述

海洋平臺HPU是水下生產(chǎn)控制系統(tǒng)的地面控制設施，液壓油由HPU輸送，通過上部臍帶纜終端總成（TUTA）和水下臍帶纜，將液壓油輸送至水下生產(chǎn)設施的相關執(zhí)行機構并對其進行控制。

液壓油系統(tǒng)磁翻柱液位計在陸地加工制作安裝過程中，焊接、打磨、油漆等施工作業(yè)時產(chǎn)生的大量的硬質(zhì)顆粒物不可避免地進入管道內(nèi)部，硬質(zhì)顆粒物如果不能及時清除，這些物質(zhì)將隨液壓油流至各個執(zhí)行器內(nèi)部，對其造成損壞。水下設施維修困難，費用高昂，因此液壓系統(tǒng)在投入使用前必須對其進行有效的清洗，確保內(nèi)部的清潔度滿足使用要求，本文將著重論述HPU到TUTA之間的磁翻柱液位計清洗工作。

 

2 磁翻柱液位計串油工藝介紹

2.1 系統(tǒng)管道酸洗和鈍化

磁翻柱液位計系統(tǒng)多采用不銹鋼材質(zhì)，在焊接和安裝過程中，采用吹掃方式能一定程度上去除掉這些污染物，但部分污染物會粘著到管道內(nèi)壁，必須通過其它方法將其清除掉。對不銹鋼磁翻柱液位計系統(tǒng)常進行酸洗鈍化處理，其目的一是利用酸的腐蝕性來去除不銹鋼表面的氧化物避免污染油品；其次鈍化使處理后的表面形成一種非常薄的、致密的、覆蓋性能良好的、牢固地吸附在金屬表面上的鈍化膜，從而提高不銹鋼制品的表面防腐質(zhì)量，延長使用壽命。

經(jīng)過酸洗鈍化后的管道，其內(nèi)壁也不可避免會出現(xiàn)一些污染物包括硬質(zhì)雜物，其中一部分可以通過吹掃方式清除掉，但在焊接接頭、管道變徑處等很難清除。磁翻柱液位計系統(tǒng)單根長達100多米，雖然從設計上盡可能減小焊接接頭數(shù)量，多采用彎管設計，但若全部采用彎管設計實現(xiàn)起來也極其困難，特別是在管道連接部分處于管道直徑變化位置，這些變徑處容易積存一些污染物，系統(tǒng)串油則是清除掉這些污染物的weiyi高效而且可行的方法。

 

2.2 管內(nèi)流體運動狀態(tài)分析

串油所用的液壓油具有一定黏度，液壓油在一定的流速下反復流動于管道內(nèi)部，會帶走粘附在管道內(nèi)壁的雜質(zhì)，借助系統(tǒng)過濾器的過濾作用，zui終達到清除管道內(nèi)雜質(zhì)的目的。液體在管道內(nèi)流動狀態(tài)通常有層流、湍流及過度流，判斷管內(nèi)流體狀態(tài)常采用國際通用雷諾數(shù)（Re）大小來表征其流動情況 【1】 。

 

2.2.1 層流

當Re較小時（Re<2000），流體黏滯力對流場的影響大于慣性力，流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減，流體流動穩(wěn)定，流體沿著與管軸平行的方向作平滑分層流動，互不混合，稱之為層流。

 

2.2.2 過度流

隨著管道內(nèi)液體流速逐漸增加（Re=2000~400），流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀的擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過渡流；

 

2.2.3 湍流

當流速增加到一定程度時（Re>4000），流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。也就是說雷諾數(shù)較大時，慣性力對流場的影響大于黏滯力，流體流動較不穩(wěn)定，流速的微小變化容易發(fā)展、增強，形成紊亂、不規(guī)則的湍流流場。

由上述管道內(nèi)液體流動狀態(tài)可以看出，當管道內(nèi)流量為層流，層流流動中元件的表面有一個液體的穩(wěn)態(tài)層，施加于元件表面的作用力很小，黏附在管道內(nèi)壁上的固體顆粒物很難被清除干凈。因此要從根本上取得清洗效果，必須迫使管道內(nèi)流體處于雜亂無章的流動狀態(tài)，即湍流狀態(tài)，利用液體在管內(nèi)流動的動力和湍流的漩渦及液體對雜物的浮力，迫使管內(nèi)雜質(zhì)在液體中懸浮、移動，從而使雜質(zhì)被由液體帶出管外。湍流基本特征是流體微團運動的隨機性，湍流微團不僅有橫向脈動，而且有均勻流通過厚的平板后形成湍流相對于流體總運動的反向運動，因而流體微團的軌跡極其湍亂，隨時間變化快。流體的這種雜亂無章的、極其不規(guī)則的湍流運動可有效的將管道內(nèi)壁，特別是管道變徑處，焊接缺陷處的雜物帶入流體內(nèi)部，隨流體進入過濾系統(tǒng)而被清除掉。

 

2.3 串油清洗的相關計算

根據(jù)以上分析，要想獲得理想的串油清洗效果，Re的大小至關重要，在計算過程中推薦理論Re數(shù)值不小于4000。

由式1可以看出，管徑d、流體運動黏度υ都是已知條件，要想保持管道內(nèi)流體處于湍流狀態(tài)，必須確保流體有足夠大的流量。在實際計算過程中，要達到理想的沖洗效果，通常保證流體zui小流速，即V min。 ：

3 液壓油系統(tǒng)串油方案的應用

3.1 串油系統(tǒng)介紹及要求

本文以南海某平臺為例，液壓油系統(tǒng)的串油清洗包括HPU到2臺TUTA的5路液壓油管道，管道共計長度約1050m，管道尺寸如下：2″不銹鋼管2條線約250m；3/4″不銹鋼磁翻柱液位計4條約400m；9/16″不銹鋼儀表磁翻柱液位計4條約400m。

串油清洗zui后精度要求：用Castrol TransaquaHT2液壓油沖洗，精度達到NAS1638-4級。管徑不同的磁翻柱液位計，不能采用同一條串油磁翻柱液位計進行串油清洗，否則將會影響整條磁翻柱液位計清的zui終效果；串油回接磁翻柱液位計材質(zhì)與所串洗磁翻柱液位計一致，即為不銹鋼磁翻柱液位計；

 

3.2 液壓油系統(tǒng)串油方案

3.2.1 投油前準備

確認串油管道系統(tǒng)的完整性，主管至支管為連接串通狀態(tài)。磁翻柱液位計試壓合格后，用N2對整個系統(tǒng)管道進行吹掃?；謴驼麄€管道系統(tǒng)，確認沖洗設備無污染，壓力表，溫度表，液位計，冷卻器，沖洗泵，加熱器，堵塞報警器等處于正常工作狀態(tài)。

3.2.2 串油管路布置

根據(jù)現(xiàn)場實際要沖洗的管徑和磁翻柱液位計長度，將整個液壓油系統(tǒng)分別按管徑尺寸分成3路，對其分別串油清洗。沖洗設備具備有沖洗時加熱、超溫自動散熱功能。沖洗時能進行壓力循環(huán)脈沖功能，沖洗設備壓力要求4~5MPa范圍進行沖洗。沖洗系統(tǒng)回路采用4級過濾裝置以增加回油的清潔度，分別為10um、5um、3um及1um四級過濾，在濾器入口設置取樣閥，隨時對回流液壓油的清潔度進行檢測。串油橇油泵zui大可為系統(tǒng)提供zui大液壓油流量為320L/min。

 

3.2.3 串油zui小流速計算

為使管道內(nèi)液壓油處理湍流狀態(tài)（Re>4000），因此要保持管道內(nèi)液壓油zui小流速Vmin，從而有利于管道內(nèi)雜物的排出。由于液壓油運動黏度υ隨溫度變化而變化，本次串油采用Castrol Transaqua HT2液壓油，運動黏度變化隨溫度變化如下圖：

由上圖可以看出，隨溫度升高液壓油運動黏度急劇降低，而串油時系統(tǒng)壓力對粘度影響微乎其微。對經(jīng)驗公式（1）中油溫為20℃時，要保持流體處于湍流狀態(tài)時zui小推薦流量，但實際串油過程中，液壓油的溫度始終處于32~35℃，故需要按實際串油溫度對參數(shù)進行校正，以3/4″磁翻柱液位計為例，按圖6取運動粘度υ=3.2cTs，依據(jù)式（2）

在串油過程中，為使系統(tǒng)始終處理湍流狀態(tài)下，提高串油效率并盡快達到預期清洗效果，在Re取值上可適度增加。串洗過程參數(shù)如下：

由上表可以看出，根據(jù)串油實測數(shù)據(jù)，所計算出的Re>>4000，也就是說，在溫度保持在32~35℃時，串油磁翻柱液位計內(nèi)部流體始終處于湍流狀態(tài)。

 

3.2.4 系統(tǒng)溫度控制

溫度是此次串油過程中必須要考慮的一個重要因素，溫度超過70℃時將會對油性質(zhì)產(chǎn)生影響，因此在本次串油過程中，通過系統(tǒng)加熱和冷卻裝置的控制，盡量使溫度控制在30～35℃之間，故在Re計算時要考慮溫度所引起的粘度變化的影響

為加快沖洗速度，循環(huán)沖洗連續(xù)24小時不停機沖洗。循環(huán)沖洗過程中每隔半小時順著介質(zhì)流向敲擊管壁，特別焊口、變徑、三通、彎頭等部位。在沖洗過程中可根據(jù)回油的清潔程度及時更換濾芯。

 

3.2.5 在線檢測

串油橇泵站在回油管上安裝有在線顆粒檢測儀，可以在線實時顯示來自液壓系統(tǒng)的油液顆粒值。在串洗循環(huán)過程中，每4小時記錄所檢測的清潔度，達到一定循環(huán)周期檢查回油管道濾芯，必要時就給予及時更換。管道系統(tǒng)沖洗完畢，經(jīng)驗收合格后放凈管路沖洗油并用氮氣吹掃干凈，拆除各臨時沖洗連接軟管，各接頭不能及時連接時要用密封材料包裹好，防止污染，各沖洗臨時手動閥拆除恢復之前狀態(tài)。

 

4 結束語

隨著海洋油氣田開發(fā)力度的加大，越來越多的水下生產(chǎn)設備將得到大量應用，要確保這些生產(chǎn)設施安全、高效運轉，地面控制設備及控制管道系統(tǒng)是關鍵，系統(tǒng)的清潔度是正常運行的前提。與傳統(tǒng)串洗相比，通過酸洗和串洗相結合方式，不僅提升了系統(tǒng)清洗的效率，同時也縮短施工周期，減小了施工作業(yè)量、節(jié)約成本，提高了串洗的精度，為后續(xù)類似工程提供了一定的借鑒意義。