摘要：以南海某平台水下生产系统磁翻柱液位计系统串洗为例，通过串洗前磁翻柱液位计酸洗钝化和串油相结合的方式，大大提高了系统串油效率。

 

1 概述

海洋平台HPU是水下生产控制系统的地面控制设施，液压油由HPU输送，通过上部脐带缆终端总成（TUTA）和水下脐带缆，将液压油输送至水下生产设施的相关执行机构并对其进行控制。

液压油系统磁翻柱液位计在陆地加工制作安装过程中，焊接、打磨、油漆等施工作业时产生的大量的硬质颗粒物不可避免地进入管道内部，硬质颗粒物如果不能及时清除，这些物质将随液压油流至各个执行器内部，对其造成损坏。水下设施维修困难，费用高昂，因此液压系统在投入使用前必须对其进行有效的清洗，确保内部的清洁度满足使用要求，本文将着重论述HPU到TUTA之间的磁翻柱液位计清洗工作。

 

2 磁翻柱液位计串油工艺介绍

2.1 系统管道酸洗和钝化

磁翻柱液位计系统多采用不锈钢材质，在焊接和安装过程中，采用吹扫方式能一定程度上去除掉这些污染物，但部分污染物会粘着到管道内壁，必须通过其它方法将其清除掉。对不锈钢磁翻柱液位计系统常进行酸洗钝化处理，其目的一是利用酸的腐蚀性来去除不锈钢表面的氧化物避免污染油品；其次钝化使处理后的表面形成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、牢固地吸附在金属表面上的钝化膜，从而提高不锈钢制品的表面防腐质量，延长使用寿命。

经过酸洗钝化后的管道，其内壁也不可避免会出现一些污染物包括硬质杂物，其中一部分可以通过吹扫方式清除掉，但在焊接接头、管道变径处等很难清除。磁翻柱液位计系统单根长达100多米，虽然从设计上尽可能减小焊接接头数量，多采用弯管设计，但若全部采用弯管设计实现起来也极其困难，特别是在管道连接部分处于管道直径变化位置，这些变径处容易积存一些污染物，系统串油则是清除掉这些污染物的weiyi高效而且可行的方法。

 

2.2 管内流体运动状态分析

串油所用的液压油具有一定黏度，液压油在一定的流速下反复流动于管道内部，会带走粘附在管道内壁的杂质，借助系统过滤器的过滤作用，zui终达到清除管道内杂质的目的。液体在管道内流动状态通常有层流、湍流及过度流，判断管内流体状态常采用国际通用雷诺数（Re）大小来表征其流动情况 【1】 。

 

2.2.1 层流

当Re较小时（Re<2000），流体黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，流体沿着与管轴平行的方向作平滑分层流动，互不混合，称之为层流。

 

2.2.2 过度流

随着管道内液体流速逐渐增加（Re=2000~400），流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；

 

2.2.3 湍流

当流速增加到一定程度时（Re>4000），流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。也就是说雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的湍流流场。

由上述管道内液体流动状态可以看出，当管道内流量为层流，层流流动中元件的表面有一个液体的稳态层，施加于元件表面的作用力很小，黏附在管道内壁上的固体颗粒物很难被清除干净。因此要从根本上取得清洗效果，必须迫使管道内流体处于杂乱无章的流动状态，即湍流状态，利用液体在管内流动的动力和湍流的漩涡及液体对杂物的浮力，迫使管内杂质在液体中悬浮、移动，从而使杂质被由液体带出管外。湍流基本特征是流体微团运动的随机性，湍流微团不仅有横向脉动，而且有均匀流通过厚的平板后形成湍流相对于流体总运动的反向运动，因而流体微团的轨迹极其湍乱，随时间变化快。流体的这种杂乱无章的、极其不规则的湍流运动可有效的将管道内壁，特别是管道变径处，焊接缺陷处的杂物带入流体内部，随流体进入过滤系统而被清除掉。

 

2.3 串油清洗的相关计算

根据以上分析，要想获得理想的串油清洗效果，Re的大小至关重要，在计算过程中推荐理论Re数值不小于4000。

由式1可以看出，管径d、流体运动黏度υ都是已知条件，要想保持管道内流体处于湍流状态，必须确保流体有足够大的流量。在实际计算过程中，要达到理想的冲洗效果，通常保证流体zui小流速，即V min。 ：

3 液压油系统串油方案的应用

3.1 串油系统介绍及要求

本文以南海某平台为例，液压油系统的串油清洗包括HPU到2台TUTA的5路液压油管道，管道共计长度约1050m，管道尺寸如下：2″不锈钢管2条线约250m；3/4″不锈钢磁翻柱液位计4条约400m；9/16″不锈钢仪表磁翻柱液位计4条约400m。

串油清洗zui后精度要求：用Castrol TransaquaHT2液压油冲洗，精度达到NAS1638-4级。管径不同的磁翻柱液位计，不能采用同一条串油磁翻柱液位计进行串油清洗，否则将会影响整条磁翻柱液位计清的zui终效果；串油回接磁翻柱液位计材质与所串洗磁翻柱液位计一致，即为不锈钢磁翻柱液位计；

 

3.2 液压油系统串油方案

3.2.1 投油前准备

确认串油管道系统的完整性，主管至支管为连接串通状态。磁翻柱液位计试压合格后，用N2对整个系统管道进行吹扫。恢复整个管道系统，确认冲洗设备无污染，压力表，温度表，液位计，冷却器，冲洗泵，加热器，堵塞报警器等处于正常工作状态。

3.2.2 串油管路布置

根据现场实际要冲洗的管径和磁翻柱液位计长度，将整个液压油系统分别按管径尺寸分成3路，对其分别串油清洗。冲洗设备具备有冲洗时加热、超温自动散热功能。冲洗时能进行压力循环脉冲功能，冲洗设备压力要求4~5MPa范围进行冲洗。冲洗系统回路采用4级过滤装置以增加回油的清洁度，分别为10um、5um、3um及1um四级过滤，在滤器入口设置取样阀，随时对回流液压油的清洁度进行检测。串油橇油泵zui大可为系统提供zui大液压油流量为320L/min。

 

3.2.3 串油zui小流速计算

为使管道内液压油处理湍流状态（Re>4000），因此要保持管道内液压油zui小流速Vmin，从而有利于管道内杂物的排出。由于液压油运动黏度υ随温度变化而变化，本次串油采用Castrol Transaqua HT2液压油，运动黏度变化随温度变化如下图：

由上图可以看出，随温度升高液压油运动黏度急剧降低，而串油时系统压力对粘度影响微乎其微。对经验公式（1）中油温为20℃时，要保持流体处于湍流状态时zui小推荐流量，但实际串油过程中，液压油的温度始终处于32~35℃，故需要按实际串油温度对参数进行校正，以3/4″磁翻柱液位计为例，按图6取运动粘度υ=3.2cTs，依据式（2）

在串油过程中，为使系统始终处理湍流状态下，提高串油效率并尽快达到预期清洗效果，在Re取值上可适度增加。串洗过程参数如下：

由上表可以看出，根据串油实测数据，所计算出的Re>>4000，也就是说，在温度保持在32~35℃时，串油磁翻柱液位计内部流体始终处于湍流状态。

 

3.2.4 系统温度控制

温度是此次串油过程中必须要考虑的一个重要因素，温度超过70℃时将会对油性质产生影响，因此在本次串油过程中，通过系统加热和冷却装置的控制，尽量使温度控制在30～35℃之间，故在Re计算时要考虑温度所引起的粘度变化的影响

为加快冲洗速度，循环冲洗连续24小时不停机冲洗。循环冲洗过程中每隔半小时顺着介质流向敲击管壁，特别焊口、变径、三通、弯头等部位。在冲洗过程中可根据回油的清洁程度及时更换滤芯。

 

3.2.5 在线检测

串油橇泵站在回油管上安装有在线颗粒检测仪，可以在线实时显示来自液压系统的油液颗粒值。在串洗循环过程中，每4小时记录所检测的清洁度，达到一定循环周期检查回油管道滤芯，必要时就给予及时更换。管道系统冲洗完毕，经验收合格后放净管路冲洗油并用氮气吹扫干净，拆除各临时冲洗连接软管，各接头不能及时连接时要用密封材料包裹好，防止污染，各冲洗临时手动阀拆除恢复之前状态。

 

4 结束语

随着海洋油气田开发力度的加大，越来越多的水下生产设备将得到大量应用，要确保这些生产设施安全、高效运转，地面控制设备及控制管道系统是关键，系统的清洁度是正常运行的前提。与传统串洗相比，通过酸洗和串洗相结合方式，不仅提升了系统清洗的效率，同时也缩短施工周期，减小了施工作业量、节约成本，提高了串洗的精度，为后续类似工程提供了一定的借鉴意义。