结垢及除垢技术在管道中的应用研究-王兵

专论石.油化工腐蚀与防护Co、ion&ProteetioninPetrDChemiealIndustry一-一2008,25(1)·28结垢及除垢技术在管道中的应用研究*王兵‘李长彼‘朱伟2徐庆磊,刘颖‘(1.西南石油大学石油工程学院,四川成都6105的;2.中国石油集团工程设计有限责任公司,北京1以幻85)摘要:管道结垢危害巨大。针对管道结垢造成严重危害的现状,对管道结垢的机理进行了探讨,指出介质含水率高、含较多细菌、高矿化度且溶有一定童的腐性性气体(HZS,C仇和02)以及结蜡现象的出现是导致管道结垢的主要原因。同时对影响结垢的各因素(如温度、压力、流速和pH值等)进行了分析。据此提出了预防管道结垢的方案,如选用耐独材料和添加化学药剂等,并提出了化学除垢和机械除垢等除垢的方法,可为管道的结垢及除垢提供指导和借鉴作用。关趁词:结垢除垢管道结垢机理防垢中图分类号二竹Q印.+2文献标识码:A文章编号:1助一0l5x(2(X犯)01一以犯8一仍由管道输送的油气等介质里面含有有机物、HZs和coZ、多种离子、细菌以及泥砂等杂质,故管道很容易结垢。管道结垢使管道缩径,流通截面积变小,造成压力损失、排量减小及管道堵塞,明显降低输送的流量和效率,造成能源浪费;同时结垢还会诱发管道局部腐蚀,且因腐蚀导致管道漏失频繁,甚至可使管道穿孔,造成破坏性事故。而当前除垢的方法存在着很多缺点,急需进一步改进及研究新型除垢工艺。研究管道结垢的机理,根据具体的介质和管道条件,分析影响结垢的因素并提出相应的防护清除措施,具有十分重要的意义。1管道结垢机理从油田管道中采集到的垢样包括各种各样的无机物及以石油和沥青为主的有机物。其中的无机垢最为典型,统称为油田垢。在管道中大量出现的油田垢,其成分大体上可以分为盐类垢、腐蚀垢及泥沙等沉积垢,其成因各不相同。油田垢产生的具体原因是:一些离子结合后会形成在水中不溶、难溶和微溶的物质,这些物质都很容易成为积累的水垢,也就是盐类垢。由于水质的限制,通常这类垢是由碳酸盐和硫酸盐组成,典型的是碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡和硫酸铭等。这种垢的形成一般会经历成核长大的过程。先是少数垢核心在管道表面形成、附着,然后更多的其它成垢化合物在这些核心周围聚集,成为更大的垢团。随着水流的冲刷,一部分垢被冲掉,但其它的垢又在生成,最终可能阻塞管道。随着环境水温的升高,这些难溶或微溶盐的溶解度下降,就有更多的物质从水中析出,成为水垢。所以在一些管道中,当温度高于60℃时才会出现明显的结垢趋势,温度越高,结垢的趋势越严重。水的流速也会明显影响结垢的趋势。水的流动越缓和,成垢核心生长的环境越稳定。随着管道输送介质流速的降低,水垢出现的几率逐渐提高,流速和流向的突然改变也会使结垢加剧。除了上述结垢方式,还有一类垢型非常重要,这就是腐蚀导致的水垢。这种垢与前面所提的垢不同。这种水垢不是管道之外的介质部分化合沉析出来的,而是由管道本身的材料转化而成的。有些腐蚀介质会将管道中的钢铁氧化,使其形成铁的氧化物和氢氧化物等。水中的溶解氧通过电化学腐蚀的方式来侵蚀管道基体,但是没有其它种类水垢的协助,这种成垢方式难以真正形成。水垢所覆盖的管道表面在电池反应中成为被腐蚀的阳极而逐渐氧化,并向管壁的内部不断侵人,这种水垢需要格外防范。一般来说,管道内溶解氧的含量高,就会产生严重的腐蚀结垢。同时水中溶解的硫化氢气体、二氧化碳气体及铁细菌、硫酸盐还原菌等都可以借助表面水垢的掩护,在垢下腐蚀管道的基体,形成严重的垢下腐蚀产物(碳酸铁、硫化铁等),并生成新的深层水垢。同时,热油管道在输送过程中,不断向周围环境散热,油品温度逐渐下降,当原油温度低于蜡的收稿日期:20(刀一04一11;修稿日期卿刃7一12一26。作者简介:王兵(1982一),男,2加5年毕业于西南石油大学油气储运工程专业,现为西南石油大学油气储运工程在读硕士生,研究方向为油气管道输送工艺及管道运行优化仿真。*西南石油大学第五批(207年)研究生“创新基金”(CXJ127024);四川省重点学科建设项目(编号:521】)416)第1期王兵等.结垢及除垢技术在管道中的应用研究’初始结晶温度时,蜡晶微粒便开始在油流中或固相表面析出,这也是垢物的一部分。另外,输送介质中的高分子有机物以及其中夹带的固体颗粒和水中微生物排泄可以形成砧泥。这些垢要么聚集在管道的底部,要么是勃絮状的易清洗物,其存在也会对输送的效率产生影响。2影响结垢的因素由于垢的成分很复杂,因此影响结垢的因素也很多,除了介质含有的有机物、HZS和C02、离子、细菌以及泥砂的含量外,还有一些外在因素。2.1温度对结垢的影响温度的影响主要是改变易结垢盐类的溶解度。垢在水中的溶解度随温度变化的曲线见图1中所示。的变化,钢铁电化学反应的速率也将发生变化,腐蚀速率的变化,生成