四合一加熱爐正U型爐管綠色清理技術(shù)

毛慶興，王俊

1.中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島 266061

2.神華工程技術(shù)有限公司，北京 100011

1 概況

四合一加熱爐為某煉油廠新建100 萬(wàn)t/a 連續(xù)重整裝置的核心部位，輻射爐管按正U 型布置，其中規(guī)格為φ101.6 mm×5.74 mm 的共80 組，規(guī)格為φ88.9 mm×5.49 mm 的共98 組，每組有效長(zhǎng)度均為29.177 m，材質(zhì)均為A335 P9 合金鋼。正U型爐管的兩端與四合一爐頂?shù)募瞎芟噙B。在投產(chǎn)前，將爐頂集合管端部DN600 法蘭蓋打開(kāi)，并用內(nèi)窺鏡對(duì)每組輻射爐管逐一檢查，發(fā)現(xiàn)28 組爐管內(nèi)殘留有水、螺栓、螺母、螺釘?shù)入s物。集合管與連續(xù)重整反應(yīng)器相連，重整反應(yīng)器內(nèi)嚴(yán)禁水及蒸汽進(jìn)入，在距離裝置投產(chǎn)僅僅剩余10 d 的情況下，清理任務(wù)顯得異常艱巨。

2 清理方法可行性分析

2.1 磁性吸引清理法可行性分析[1]

以往當(dāng)爐管內(nèi)有螺栓、螺母、螺釘?shù)入s物時(shí)，一般采用桿件物端部綁一個(gè)磁鐵石，利用磁鐵石的磁性將墜入管內(nèi)的鐵磁性構(gòu)件吸出。正U 型爐管底部至爐頂部集合管的高度差是14.4 m，集合管內(nèi)空間狹小，施工現(xiàn)場(chǎng)桿件物無(wú)法從集合管喇叭口伸到底部彎管處。若采用柔性鐵絲綁吸鐵石去吸落正U 型爐管底部的磁性雜物，由于爐管也是鐵磁性材料，磁鐵未下落到底部時(shí)，磁鐵已經(jīng)與爐管的內(nèi)壁吸在一起了，要將螺栓、螺母、螺釘?shù)入s物從正U 型爐管底部吸上來(lái)會(huì)更加困難。況且爐管底部有水，是影響清理的一個(gè)重要因素，吸引過(guò)程中無(wú)法判斷內(nèi)部情況，排凈爐管中的積水也是一個(gè)難題。

2.2 通球清理法可行性分析[2-3]

通球清理法是將球放入爐管內(nèi)，用氣壓將球從爐管一端頂?shù)搅硪欢?，以達(dá)到清理管內(nèi)雜物的效果。由于球的外徑僅比爐管內(nèi)徑小一些，而螺釘?shù)闹睆揭埠芗?xì)，因而極易出現(xiàn)卡堵現(xiàn)象，最后球也會(huì)留在爐管內(nèi)而無(wú)法處理。此外總會(huì)有一小部分水會(huì)順著球的外徑與爐管內(nèi)壁之間的間隙回流到正U型爐管的底部，從而不能達(dá)到徹底清理的效果。積水清理同樣也是一大難題，想排到指定的地點(diǎn)而不污染其他爐管就更難了。

以上兩種辦法可行性都較差，雜物和積水均很難清理干凈。由此看來(lái)，將水從正U 型爐管底部清理出來(lái)，并且排放到安全可靠的地方，這是爐管內(nèi)部清理最關(guān)鍵的一步，也是最難的一步。

3 綠色清理工藝原理

3.1 計(jì)算吹水需要的最小壓力

水流動(dòng)性極強(qiáng)，只要在爐管的一端通入氣體，保證氣體的壓力足夠，可將正U 型爐管底部的水頂?shù)綘t管的另一端并排出。經(jīng)內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)爐管內(nèi)存水最多的一組爐管，水位到了爐管U 形彎（曲率半徑R=2.1 m）的上端，計(jì)算水柱高度h=13 m。當(dāng)立管積水處于相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)，外界氣體施加的壓力剛好等于水柱自重與大氣壓作用在水柱上表面的力之和。受力分析公式如下：

P1S=ρ S h g+P0S式中：P1為向爐管內(nèi)充氣的壓力，Pa；S 為爐管內(nèi)水柱截面積，m2；ρ 為水的密度，kg/m3；h 為水柱的高度，m；g 為重力常數(shù)，取10 N/kg；P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取1.01×105Pa。

利用公式計(jì)算得出：P1=2.01×105（Pa）?？芍褐挥惺┘哟笥?.201 MPa 的壓力，才能將爐管中的水從爐管另一端排出。

3.2 爐管內(nèi)積水的初步清理

用帶壓氣體將管內(nèi)積水頂?shù)綘t管的另一出口，由于同一個(gè)集合管內(nèi)有很多U 型爐管的端部與其相連，這樣水極易從一組爐管吹出后立刻進(jìn)入到其他爐管中，從而造成重復(fù)吹掃、清理。設(shè)計(jì)一種綠色清理工具，保證能清理出水，還能將水排到指定的位置，不會(huì)讓水進(jìn)入其他爐管內(nèi)，這是清理工作的一個(gè)重點(diǎn)。只要持續(xù)給爐管內(nèi)充入帶壓氣體，爐管內(nèi)大部分水能夠順利排到預(yù)先指定的位置，完成積水的初步清理工作。

3.3 剩余部分水及雜物的清理

剩余部分的積水量少，如果僅僅依靠帶壓氣體吹掃，需要反復(fù)吹掃，那樣需要很長(zhǎng)的工期。為提高清理效率，利用海綿吸水特性，制作一個(gè)

專用的清掃頭。清掃頭由海綿卷成柱狀，外用透明膠帶綁扎牢固，其外徑是爐管內(nèi)徑的1.3 倍，長(zhǎng)14 cm，清掃頭實(shí)物見(jiàn)圖1。將清掃頭塞入爐管中，然后再充入帶壓氣體，氣壓頂住清掃頭從爐管的一端能迅速移動(dòng)到另一端，即可順利完成清理工作。在保證清理出雜物的同時(shí)，海綿還能吸收剩余部分的積水，經(jīng)多次清理，爐管內(nèi)剩余水份可以很快清理掉。

圖1 清掃頭實(shí)物

4 綠色清理工藝

4.1 連接穩(wěn)定可靠的氣源

租賃壓風(fēng)車進(jìn)行通風(fēng)清理，壓力高而且穩(wěn)定，但價(jià)格非常昂貴?，F(xiàn)場(chǎng)施工用的氧氣、氬氣瓶的壓力都能夠達(dá)到較高的壓力，但是由于氣瓶的容積小，持續(xù)供氣時(shí)間太短，而且綜合成本較高，也不適合用來(lái)進(jìn)行爐管的內(nèi)部清理工作?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，連續(xù)重整裝置四合一加熱爐每層平臺(tái)上有1個(gè)非凈化風(fēng)服務(wù)點(diǎn)，服務(wù)點(diǎn)的風(fēng)壓可達(dá)到0.7 MPa，此風(fēng)是由空分裝置提供，壓力持續(xù)且穩(wěn)定，滿足爐管內(nèi)部清理的要求。利用橡膠軟管從服務(wù)點(diǎn)的快速接頭處連接，另一端引至需要清理的爐管附近，在進(jìn)氣口一側(cè)安裝一個(gè)DN20 球閥，隨時(shí)控制氣源的開(kāi)與關(guān)。

4.2 綠色清理工具的制作

綠色清理工具由密封管、千斤頂支撐架、手柄、通氣管等四部分組成（綠色清理工具制作圖見(jiàn)圖2），密封管選用與爐管外徑相近的鋼管制作，鋼管內(nèi)徑比爐管內(nèi)徑稍大，上端與16 mm 厚的鋼板相焊，下端加工成30°的坡口。千斤頂支撐架由3 塊16 mm 厚的鋼板焊接而成，能夠支撐千斤頂?shù)耐饧虞d荷。手柄則是采用DN20 的鋼管制作，方便安裝及使用過(guò)程中的移動(dòng)和調(diào)整。通氣管采用DN20 的鋼管彎曲成一定角度后與密封管頂板開(kāi)孔處焊接，保證能夠連接氣源的同時(shí)還不影響千斤頂?shù)陌惭b。綠色清理工具實(shí)物見(jiàn)圖3。

圖2 綠色清理工具制作圖

圖3 綠色清理工具實(shí)物圖

4.3 綠色清理工具安裝

綠色清理工具安裝前，需要將待清理爐管的兩個(gè)端口預(yù)留，集合管的其他位置全部用帆布鋪蓋嚴(yán)實(shí)，防止人在集合管部位走動(dòng)過(guò)程中將雜物掉入爐管中。待清理爐管與集合管連接的喇叭口處安好橡膠板，然后再安裝清理工具。在清理工具的頂部安裝1臺(tái)2 t 千斤頂，調(diào)節(jié)千斤頂?shù)母叨仁咕G色清理工具的密封管下端與橡膠板緊密結(jié)合。安裝完以后在兩集合管周圍拉上警戒線，貼上警示標(biāo)語(yǔ)，防止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入該區(qū)域。綠色清理工具安裝示意見(jiàn)圖4。

圖4 綠色清理工具安裝示意

4.4 兩步吹掃，清除爐管內(nèi)雜物

（1）入口處清理裝置上的通氣管用橡膠管與服務(wù)點(diǎn)的快速接頭相連，出口處清理裝置的通氣管用橡膠管接至排水溝。用0.7 MPa 的非凈化風(fēng)持續(xù)向爐管內(nèi)通氣，讓爐管內(nèi)的水在壓力作用下通過(guò)出口處的清理裝置持續(xù)向外排水，不會(huì)污染到其他爐管。當(dāng)排水管的管口間歇式噴出少量水霧時(shí)，說(shuō)明此時(shí)爐管內(nèi)的積水量很少，此時(shí)應(yīng)立即關(guān)閉進(jìn)氣閥，停止通非凈化風(fēng)。正U 型爐管初步清理示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 正U 型爐管初步清理示意

（2）先將出口的清理工具拆卸下來(lái)，然后在出口處安裝一個(gè)收集罩，收集罩采用帆布袋子制作，袋口上套上鋼筋圈方便收集吹出的雜物；而后將入口的清理工具也拆卸下來(lái)，并向爐管內(nèi)塞入清掃頭，然后再重新回裝清掃工具。打開(kāi)進(jìn)氣閥門，向爐管內(nèi)充壓，清掃頭會(huì)在壓力的作用下，從爐管的一端沖到另一端，順勢(shì)將爐管底部的螺栓、螺母、螺釘?shù)入s物清理出來(lái)，同時(shí)清掃頭能將殘留在爐管內(nèi)的水吸到海綿中，達(dá)到清理積水的效果。按照上述原理依次清理其他爐管中的積水。正U 型爐管二次清理示意見(jiàn)圖6。

圖6 正U 型爐管二次清理示意

5 實(shí)施效果

清理28 組正U 型爐管，2人清理共用7 d 時(shí)間。清掃后，用內(nèi)窺鏡對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行檢查，正U型爐管底部無(wú)任何積水、螺栓、螺母、螺釘?shù)入s物。如果請(qǐng)清管公司進(jìn)行清理，需要10 萬(wàn)元的清理費(fèi)，此次清理直接節(jié)約成本9.5 萬(wàn)元，且清理周期短、成本低、操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染，對(duì)以后連續(xù)重整裝置四合一爐管內(nèi)部綠色清理有很好的借鑒意義。此法也可適用于其他類型爐管清理，且比通球清理效果好。

6 結(jié)束語(yǔ)

采用此綠色清理技術(shù)需要注意以下幾個(gè)方面：

（1）綠色清理工具安裝過(guò)程中，調(diào)節(jié)千斤頂時(shí)需要注意力度，防止因力度過(guò)大，導(dǎo)致密封管錐口將橡膠板壓破，反而起不到密封效果。

（2）清理頭的長(zhǎng)度是根據(jù)具體U 型彎管處的曲率半徑來(lái)制作，以清掃頭能順利通過(guò)U 型彎管為準(zhǔn)。

（3）出口處的清理裝置通氣管與橡膠管之間需連接牢固，最好選用快速接頭連接，拆卸方便，連接密封性好。

我國(guó)現(xiàn)在有很多專業(yè)的清管公司從事此類管道的內(nèi)部清理工作，但是費(fèi)用昂貴。充分利用施工現(xiàn)場(chǎng)的資源，用最方便、快捷的方法解決施工過(guò)程中難題，在節(jié)省工期的同時(shí)，還創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益，這是施工人員的永恒追求。