大港油田的加熱爐防垢技術(shù)分析

 
摘要：本文主要針對大港油田港西區(qū)塊的地下水源區(qū)域，根據(jù)來水中所含的離子和垢的成分，分析結(jié)垢的成因機(jī)理；在充分分析目前采用的化學(xué)防垢技術(shù)的機(jī)理與實施效果的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)篩選實驗和礦場試驗，提出超聲波防垢技術(shù)和ENMAX防垢技術(shù)更具優(yōu)勢，適于在本區(qū)塊推廣采用。 
　　關(guān)鍵詞：加熱爐 結(jié)垢 化學(xué)防垢 物理防垢 
　　1 前 言 
　　在油田生產(chǎn)過程中，地面加熱爐的結(jié)垢是很常見的問題。加熱爐加熱盤管等表面結(jié)垢不僅降低了加熱爐加熱效率，也造成嚴(yán)重的安全隱患；爐后管線結(jié)垢后使摻水、熱洗流量顯著減小，嚴(yán)重時難以保證正常生產(chǎn)；另外，每年進(jìn)行加熱爐維護(hù)和清垢投資都要幾十萬元甚至上百萬元，尤其是大港油田港西區(qū)塊的地下水源區(qū)域的加熱爐，結(jié)垢最為嚴(yán)重，直接影響了油田的經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要進(jìn)一步探索該區(qū)塊加熱爐結(jié)垢成因，選擇新型防垢技術(shù)，通過現(xiàn)場試驗和經(jīng)濟(jì)評價優(yōu)選出合適的防垢技術(shù)。 
　　2加熱爐垢的成因分析 
　　為了分析加熱爐結(jié)垢原因，首先對港西區(qū)塊聯(lián)合站的加熱爐水樣進(jìn)行化驗，表明：聯(lián)合站水樣的總礦化度和固體懸浮物指標(biāo)很高，其中氯離子含量、鉀 鈉離子、鎂離子、碳酸氫根離子含量較高。由于這些離子的存在，當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化時，就會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成碳酸鈣、硫酸鈣、各種鎂鹽及各種鐵鋁化合物沉淀形成水垢。 
　　垢樣表現(xiàn)出多樣性：含有碳酸鹽的水垢呈白色；鐵鋁化合物較多的垢樣呈棕褐色；含有硫化物的垢樣呈棕黑色；含有硫酸鹽的水垢呈黃白色；含油垢較多的水垢呈黑色。除了以上水垢外，還有有機(jī)物質(zhì)（油、細(xì)菌、有機(jī)殘渣）、淤泥及粘土等形成的污泥。 
　　本次垢樣在加熱爐出口管線內(nèi)壁上取得，經(jīng)過垢樣組分化驗分析及X射線衍射分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：結(jié)垢厚度1.9mm，灰褐色硬片狀，垢質(zhì)較硬；從垢質(zhì)分析上來看，Al2O3、Fe2O3含量、油垢、氧化鈣鎂含量較高，屬于以鐵鋁氧化物、油垢、氧化鈣鎂等為主的水垢。 
　　3防垢技術(shù)及原理 
　　化學(xué)防垢方法，即通過加入阻垢劑達(dá)到防垢、除垢的目的。這也是目前該油田主要采取的防垢措施，即中轉(zhuǎn)站建有加藥間、儲藥間，通過加藥裝置將阻垢劑加入管匯，阻垢劑主要用螯合分散劑，最常用的是HEDP、HPMA，加藥濃度通常為5～10 ppm，主要是通過靜電斥力作用、晶格畸變作用、增溶作用、分散作用以及清垢作用達(dá)到防垢效果?，F(xiàn)場調(diào)研表明，化學(xué)防垢方法具有一定的防垢效果，中轉(zhuǎn)站加熱爐平均結(jié)垢速度可控制在5.0 mm/a以內(nèi)，管道平均結(jié)垢速度可控制在2.5 mm/a以內(nèi)。但該方法存在結(jié)垢速度較快、成本高等問題。 
　　物理防垢技術(shù)原理簡單且方式多樣，主要有超聲波防垢技術(shù)、MERUS防垢技術(shù)、變頻共振防垢技術(shù)、微耗智能廣譜電子防垢技術(shù)以及ENMAX防垢技術(shù)等防垢技術(shù)。超聲波的防垢效果是由超聲波在介質(zhì)中的振動傳播和空化作用來實現(xiàn)的。ENMAX防垢技術(shù)利用電磁作用作為其防垢的主要機(jī)理：原水通過磁場時獲得的能量使締合體中的氫鍵斷裂，并使Ca （HCO3）2分子內(nèi)氫鍵斷裂，這使磁化水在加熱過程中析出的CaCO3結(jié)晶主要以懸浮于水中的亞微觀粒子為結(jié)晶中心；經(jīng)磁場處理后的水進(jìn)入加熱爐加熱后，所含鹽的結(jié)晶就向著配位數(shù)低的方解石運行；磁場引起的離子強(qiáng)烈極化導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，造成鈣鹽占優(yōu)勢的磁化水在加熱爐中結(jié)晶成方解石。 
　　4 防垢技術(shù)現(xiàn)場效果分析 
　　在大港油田港西區(qū)塊的中轉(zhuǎn)站對室內(nèi)優(yōu)化出的物理防垢技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場試驗。（1）以物理防垢技術(shù)完全替代化學(xué)防垢，在進(jìn)行試驗的中轉(zhuǎn)站停止加阻垢劑，應(yīng)用安裝在特定位置的物理防垢裝置進(jìn)行現(xiàn)場試驗并觀察作用效果；（2） 界定兩種物理防垢技術(shù)的應(yīng)用范圍，將超聲波防垢器安裝于加熱爐后的管線上，將ENMAX防垢裝置安裝于加熱爐進(jìn)口匯管（或管線）上，研究這兩種技術(shù)對加熱爐和管線的除防垢作用；（3） 研究物理防垢技術(shù)對聚驅(qū)的適應(yīng)性，在試驗站選擇上，同一試驗裝置包含了聚驅(qū)站和水驅(qū)站，研究物理防垢技術(shù)對聚驅(qū)的適應(yīng)性；（4） 試驗裝置的安裝位置：在中109站加熱爐出口匯管安裝超聲波防垢器；中新201轉(zhuǎn)油站安裝ENMAX除防垢裝置，同時要確保介質(zhì)流經(jīng)裝置的流速在1.0～1.5 m/s；（5） 試驗監(jiān)測對象：觀察加熱爐煙火管、管線結(jié)垢情況，測量結(jié)垢厚度，檢測出采用物理防垢技術(shù)后加熱爐和管線的結(jié)垢速度及對管線的作用距離；通過分析安裝設(shè)備前后水質(zhì)變化情況及垢質(zhì)成分變化情況驗證物理防垢技術(shù)的作用機(jī)理；主要監(jiān)測點包括加熱爐煙火管、泵前過濾器、爐后管線和站外摻水管線等；（6） 確定試驗效果評價標(biāo)準(zhǔn)。不采用防垢率來評價防垢效果，而采用防垢速度來評價。對于管線，除了采用防垢速度外，將防垢的有效作用距離作為另外一項技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)評價主要分析各類防垢技術(shù)的年成本，包括固定投資和運行維護(hù)費用。 
　　現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：超聲波防垢技術(shù)僅適用于管線的防垢，對加熱爐防垢沒有效果，在水驅(qū)站可以將管線的結(jié)垢速度降低至1.0 mm/a，作用距離大于700 m； ENMAX防垢技術(shù)對水聚驅(qū)加熱爐及管線有防垢作用，對加熱爐防垢速度為10 .0mm/a，對管線防垢速度為3.0 mm/a，作用距離大于750 m。采用上述技術(shù)，每座中轉(zhuǎn)站對應(yīng)的除防垢成本分別為8.3萬元/a和6.5萬元/a。采用ENMAX防垢技術(shù)的中轉(zhuǎn)站加熱爐耗氣平均減少15%，噸油耗氣減少2.2 m3，具有顯著的節(jié)能效果；超聲波防垢技術(shù)不能節(jié)約燃?xì)?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; line-height: 25px;">。上述兩項物理防垢技術(shù)的除防垢成本大大小于化學(xué)防垢方式16.3萬元/a的成本，并且在很大程度上保證了生產(chǎn)運行的安全平穩(wěn)，減少了污染物的排放。 
　　5結(jié)論與建議 
　?。?） 大港油田港西區(qū)塊加熱爐結(jié)垢的原因主要是由于加熱爐進(jìn)口水中鈣離子、鎂離子、硫酸根離子、鐵離子、鉀 鈉離子、碳酸根離子、碳酸氫根離子、氯離子等離子及離子組成的鹽類存在；加熱爐出口管線內(nèi)壁結(jié)垢以鐵鋁氧化物為主，其次是油垢、氧化鈣鎂等。 
　?。?） 經(jīng)過室內(nèi)篩選實驗和礦場試驗優(yōu)選出兩種物理防垢技術(shù)：超聲波防垢技術(shù)和ENMAX防垢技術(shù)。研究表明，這兩項防垢技術(shù)對本區(qū)塊聯(lián)合站加熱爐及管線的防垢效果好，且成本小于化學(xué)防垢方式，有效地保障了生產(chǎn)運行的安全平穩(wěn)，減少了污染，建議在該油田推廣應(yīng)用。