海管預(yù)調(diào)試過濾器研究與應(yīng)用

宣英杰，鄭松賢，李友行，史殿龍，鄭秋明

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

清管工作是新鋪海底管道投產(chǎn)前預(yù)調(diào)試階段的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以清除海底管道內(nèi)的小型雜物，保證投產(chǎn)后海底管道輸送介質(zhì)純凈度。

由于海管管容較大，通常清管用水采用的是含防腐劑、除氧劑等的海水。海底管道清管對(duì)水質(zhì)有一定的要求，水質(zhì)含有雜質(zhì)較多，通常會(huì)污染管道，造成清管通球雜質(zhì)堆積，存在卡球的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，含有雜質(zhì)的水會(huì)對(duì)清管時(shí)所用泵類設(shè)備造成嚴(yán)重的損害，對(duì)設(shè)備和人員安全也存在危害。

針對(duì)登陸海管在陸地登陸點(diǎn)取水作業(yè)的情況，解決水質(zhì)問題，需要增加前置水過濾器，對(duì)進(jìn)入海底管道的水進(jìn)行預(yù)處理。

1 項(xiàng)目背景

馬目油庫至魚山輸油管道工程的海底管道始于浙江省舟山市本島瓜臉山采石場西側(cè)，終于大魚山島東南側(cè)，共鋪設(shè)兩條32 英寸、一條20 英寸的海管，單條管線長度均為16.65 km。海管兩端的登陸點(diǎn)受海流、潮汐等影響，造成水質(zhì)渾濁、泥沙含量較高，無法直接作為海管清管用水，需要增加海水過濾器對(duì)登陸點(diǎn)的海水進(jìn)行處理。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

參考DNV-GL F115 和詳細(xì)的清管試壓技術(shù)規(guī)格書，所有注入管線的用水必須能通過孔徑為50 μm 的機(jī)械過濾器，且懸浮物不超過20 g/m3；同時(shí)清管器的速度在0.5～1 m/s，才能較好地?cái)y帶出管內(nèi)雜質(zhì)，起到清洗效果。按照最大尺寸海管作為設(shè)計(jì)基本參數(shù)，滿足海管預(yù)調(diào)試清管速度的要求（表1）。

表1 32 英寸海管設(shè)計(jì)參數(shù)

3 海管預(yù)調(diào)試過濾流程

海管預(yù)調(diào)試過濾流程如圖1 所示：首先利用帶500 μm 粗過濾的潛水泵在登陸點(diǎn)的海底取水，海水通過過濾器進(jìn)行過濾處理，處理后的海水雜質(zhì)粒徑不超過50 μm；同時(shí)為保障海管的防腐要求，在水箱中添加除氧劑、緩蝕劑、殺菌劑等化學(xué)藥劑，確保注入海管的海水不能腐蝕管道內(nèi)壁；最后將經(jīng)過過濾和添加化學(xué)藥劑的海水通過清管泵增壓注入海管中，進(jìn)行管道的通球、測徑工作。根據(jù)管道清管速度的要求，選擇配置合適的潛水泵、過濾器、水箱、清管泵等設(shè)備，設(shè)備參數(shù)見表2。

表2 海底管道清管設(shè)備參數(shù)

圖1 海底管道清管示意

4 過濾器選型設(shè)計(jì)

為了保障海水的過濾效果和工程的經(jīng)濟(jì)性，采用反沖洗過濾器和袋式過濾器的組合過濾器進(jìn)行過濾，反沖洗過濾器的過濾精度為200 μm，袋式過濾器的過濾精度為50 μm。組合式海水過濾器的工藝如圖2 所示。

圖2 組合式海水過濾器工藝

組合式海水過濾器的設(shè)計(jì)流量為500 m3/h，過濾介質(zhì)為海水，設(shè)計(jì)溫度50 ℃，設(shè)計(jì)壓力0.4 MPa，過濾精度50 μm，允許壓降90 kPa，進(jìn)出水口為法蘭連接。

潛水泵提取的待過濾的含有懸浮顆粒的海水由進(jìn)水口進(jìn)入反沖洗過濾器，進(jìn)一步至濾芯內(nèi)，大于過濾精度要求的懸浮顆粒被截留在濾芯的內(nèi)表面；懸浮物顆粒粒徑低于200 μm 的合格水經(jīng)過濾層，匯集到隔板間的出水腔，由筒體的出水口流出，進(jìn)入下一級(jí)的袋式過濾器進(jìn)行再次過濾。

隨著過濾時(shí)間的延長，被截留在濾芯的內(nèi)表面的目標(biāo)懸浮顆粒也逐漸增加，濾芯將會(huì)慢慢被堵塞，導(dǎo)致濾芯內(nèi)外兩側(cè)的壓差逐漸上升。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的壓差值90 kPa 時(shí)，控制器發(fā)出反沖洗指令，控制反洗液出口閥開啟，利用系統(tǒng)的自身壓力反向沖洗濾芯。由于濾芯縫隙是V 形，反洗水進(jìn)入濾芯時(shí)流速將大大提高，是正常流速的8～10 倍，進(jìn)而對(duì)縫隙形成很大的沖刷清洗作用。同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸上的吸管將雜質(zhì)吸入，并經(jīng)反洗液口排出。當(dāng)濾芯內(nèi)外兩側(cè)差壓降至30 kPa 時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，反沖洗液口關(guān)閉，一個(gè)反沖洗過程完成，從而恢復(fù)濾芯的過濾功能到初始完好狀態(tài)。

第二級(jí)的袋式精密過濾器綜合利用了深層過濾、表面過濾、吸附過濾三種過濾原理。當(dāng)過濾液體介質(zhì)被壓入濾袋后，需過濾的液體介質(zhì)經(jīng)過濾袋時(shí)，雜質(zhì)被攔截在濾袋中，完成固液分離。袋式過濾器具有結(jié)構(gòu)合理、密封性好、流通能力強(qiáng)、體積小、高效、穩(wěn)定、操作簡單費(fèi)用低等諸多特點(diǎn)。袋式過濾器過濾精度高，適用攔截細(xì)微顆?；驊腋∥?。

5 過濾器設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)組合式海水過濾器如圖3 所示，其中N1 為DN250 進(jìn)水口，N2 為DN250 出水口。

圖3 組合式海水過濾器俯視圖

反沖洗過濾器的處理量：500 m3/h；進(jìn)出口公稱直徑：DN250；過濾精度S：200 μm；濾芯規(guī)格：Φ100×900；濾芯數(shù)量：11 支；濾芯型式：梯形絲；表層絲寬濾芯：1 mm。

根據(jù)已知條件，計(jì)算反沖洗過濾器選擇的濾芯尺寸規(guī)格、數(shù)量是否滿足要求。

（1）濾芯有效開孔率F0：

式中 S——過濾精度，mm

b——表層絲寬濾芯，mm

（2）有效過濾面積F：

式中 D——濾芯直徑，100 mm

L——濾芯長度，900 mm

N——濾芯數(shù)量，11 支

F0——濾芯有效開孔率，16.6%

（3）通流倍數(shù)：

式中 F1——進(jìn)口截面積，mm2

（4）結(jié)論：流通比大于6∶1，滿足使用要求。

6 結(jié)束語

為保障海管預(yù)調(diào)試作業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，清管用水的水質(zhì)必須滿足要求。組合式海水過濾器成功應(yīng)用于登陸海管的清管工作中，運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到了預(yù)期效果，為今后同類項(xiàng)目積累了設(shè)計(jì)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。