ozzy lusth amanda:高压水射流清洗油管喷头的改进 - 学术论文 - 设备管理网

1.     高压水射流清洗油管喷头的改进

高浩国

    摘要  针对高压水射流清洗油管现场工况，对原清洗套管用喷头进行改进。先后对不同型式的喷头进行现场清洗油管试验，最后，研制出一种清洗质量好、效率高，且较经济的组合型喷头。
    关键词  高压水射流  喷头  清洗  油管
    中图分类号  TH137   文献标识码  B

    为了降本增效，现在各采油厂已重视油管的清洗修复再利用，采油厂一般采用在浸泡池中加入一定量的化学清洗剂，将油管置入池中浸泡并向池中通入蒸汽进行加热的方法清洗油管。这种方法清洗成本高，消耗大量的清洗剂、燃料，耗时长，又易造成严重的环境污染。高压水射流清洗以它成本低、效率高、无污染等优点越来越受到人们的重视，已在石油、市政、航空、建筑等领域得到广泛应用，并取得了可喜效果。为此，总厂决定对原有的一套清洗套管闲置作业线进行改进，并把该项目列为一个科技增效点。因在清洗过程中发现原喷头不能对油管内孔进行全表面清洗，洗后的油管内孔呈多头螺纹状残留油污（喷洗到的地方呈凹陷的多头螺旋状沟槽，未喷洗到的地方呈多头螺旋状凸起残留油污），清洗质量不好，达不到Q/SL0088-1998《修复油管质量标准》相关要求。其清洗效率也受到油管移动清洗螺距的制约，清洗效率较低。所以针对这些问题改进原喷头。
    一、直孔前喷式喷头的改进
    原套管清洗作业线如图1所示。水射流压力由高压柱塞泵提供，可用角阀控制工作压力，高压水从泵出口经高压水管线、角阀至长13m的喷管（喷管前端连接喷头），经喷头形成高压水射流。滚轮倾斜一定角度，由传动变速系统控制正反转，油管螺旋运动（既旋转又水平轴向往复移动），从而使喷头进、出油管内进行清洗作业。

    原来的喷头如图2的上半部所示，有前喷孔和横喷孔，洗后的油管内孔如图3所示。对现场清洗后的油管内孔观察发现，原喷头横喷孔的清洗效果不如前喷孔，故研制前喷孔式喷头。去掉横喷孔，而增多前喷孔。当喷孔足够多时即可消除多头螺旋状现象发生。 

   经分析研究，分别研制了9个φ2.5mm孔、12个φ2mm孔、15个φl.5mm孔、20个φl.2mm孔、30个φ0.8mm孔的前喷式喷头（图2的下半部所示），用3DK-SZ65/59泵试验，结果泵头压力均低于15MPa，压力偏低，排量不足。在冬天结合力较大的“硬”油等冲洗不下来，结合力较小又易于成块脱落的“软”油等可被冲洗干净。但到了夏天油变稀变戮，清洗时被各股射流喷射外溅成很密的沟槽，或者被冲下来的重又粘到内壁上。喷孔由于不好加工只能钻成直孔，而未能加工成流线形、锥形、圆弧形等结构，故其流量系数较小，能量转换率较低，显然这种喷头清洗效果不够理想。
    二、组合型喷头的研制
    如图4所示改组合型喷头由喷头体和喷头杆组成。喷头体如图5所示，后部用密封管螺纹与喷管相连接，内部用线切割方法加工出3个月形槽，其3个支撑筋呈星形，能起到稳流作用。前端有一呈β角的锥形外导流面。喷头杆后端有螺纹，可与喷头体连接，有一呈α角的锥形内导流面，其前部铁有一槽。可用扁起子卡在槽中，来调节喷头体与喷头杆的锥形导流面形成的间隙，以控制工作压力和射流速度及冲击力。水经月形槽进入内外导流面之间的导流空间，向外形成空心锥形射流进行清洗。若α=β，则此喷头相当于入口小而出口大倒锥形流道的喷头。这种结构会比直孔流道的流量系数还小，能量转换率还低，显然水力特性不好。为此选择α>β，经反复现场试验后确定α=150°，β=120°。现场应用表明，这种喷头的清洗效果比前喷式喷头有明显提高，其前喷力较大。考虑到有时油污待别多前进不畅，故又在喷头后部钻n个φd后喷孔，可根据泵压、季节、油管油污情况选择适当的喷孔数目n和孔径d，从而解决了这个问题。但这种喷头还存在两个问题：(1)由于3个支撑筋的隔离作用形成的空心锥形射流在水压力低时有明显缺口，当适当提高泵压后，缺口会减小甚至由于射流扩散而消失，但此处射流仍是薄弱环节，它的冲击力比别处要小。(2)使用久了，喷头体内外导流面被冲蚀出沟槽，损坏后把喷头体整个换掉太可惜（其加工费较高，采用数控线切割机切割3个月形槽就需加〔费约260元)。针对这两个问题，设计了如图6所示改进后的组合型喷头。它与图5喷头不同处在于喷头体与喷头杆之间加了1个喷头座。喷头座与喷头体通过密封管螺纹连接，与喷头体、喷头杆之间形成一混合腔，水经3个月形槽到混合腔混合，再经导流面流出，这种结构使空心锥形射流趋向合理，并且使各处射流冲击力等水力性能比较均匀，在清洗时可对油管内孔进行全表面清洗，并且其空心射流形成一道封闭的水幕，可把油污清出，解决了前喷式喷头喷下的油污重又粘在内壁上的问题。对其传动变速系统也进行了改进，提高清洗效率近1倍，由原来的每天58根提高到100根。锥形外导流面冲蚀后只换喷头座，比较经济。现场应用该喷头后，从油多的油管端可见大团的油块流出，清洗效果有显著提高，对内孔油污积垢、铁锈等清洗效果比较理想，完全可以达到Q/SL088-1998《修复油管质量标准》相关要求。

    三、效益分析
    一天清洗100根，按10t/d计算（ 英寸油管11根/t， 英寸油管8根/t），一年按清洗200d计算，可洗2000t。清洗价格按500元/t，则年创产值100万元。洗1t油管耗电按128元计算，其他人工费、运输费等按100元/t算，则成本为228元/t，年创毛利润54.4万元，经济效益可观。
    此清洗项目可创造6～9人的清洗就业岗位，形成了厂既生产新管又清洗修复油管的生产方式，对进一步全方位巩固和开拓油管市场起到一定的促进作用。