变频电磁除垢适应性分析.docx

电磁除垢适应性分析通过对现今油田污水性质及结垢原理进行研究，发现油田水结垢是个复杂的过程， 受许多因素的影响对比三大防垢措施，电磁防垢除垢以其投资少、见效快等优点迅速 发展并得到了广泛的应用对电磁防垢除垢应用情况、实验机理及其作用的影响因素进 行了深入研究，为下一步开展防垢除垢试验研究奠定了基础所谓结垢就是在一定条件下从流体中析出的固体物质，在管线、设备上或地层内的 沉积油气处理管线结垢是经常的事，特别是污水管线、脱水器放水管线和注水管线结 垢严重油田含油污水与其它水混注系统中结晶污垢的种类很多，其中危害最大的是：碳酸 钙垢，硫酸钙垢和硫酸钡（包括硫酸锶）垢一、油田水性质油田水中的 pH 值是判断腐蚀与结垢趋势的重要因素之一因为某些水垢的溶解度 与水的pH值有密切的关系，一般，水的pH值越高，结垢趋势就越大；若pH值较低， 则结垢趋势减小但结垢与腐蚀往往是一对矛盾，因此结垢趋势减小的同时，水的腐蚀 性往往会增加大多数油田水的pH值在4〜8之间，但由于H S和CO都是酸性气体， 22当它们溶于水中后，能使水的pH值降低油田水中通常只含有少数几种水垢，其中，油田污水中最常见、影响最大的水垢是 碳酸钙，它在水中的溶解度是很低的，因此在油田水中，十分重要的溶解和沉淀问题就 是碳酸钙的溶解平衡。

二、结垢的原因1．不相容论两种化学上不相容的液体相混，因为含有不同离子或不同浓度的离 子，就会产生不稳定的、易于沉淀的液体2．热力学条件变化论当井下热动力条件不变时，即使有不相容离子，且为过饱 和溶液，也会处于稳定状态在油井生产过程中，和油气水处理管线设备运转过程中， 压力下降，温度下降，或流速变化，高矿化度水就会结垢对油井来说，一般井下 300〜 400 米处结垢最严重，对集输处理管线来说，污水管线结垢最严重，在弯管处，阀门处 更易结垢3．吸附论结垢可分三个阶段：垢的析出、垢的长大和垢的沉积，垢是晶体结构， 管线设备表面是凹凸不平的，是微观的毛糙面，垢离子会吸附在壁面，以其为结晶中心， 不断长大，成为坚实致密的垢三、影响结垢的因素1．温度温度主要影响盐垢的溶解度温度升高，碳酸钙的溶解度降低，因此温 度高CaCO更易结垢，温度升高往往使Ca(HCO)分解而结垢对石膏垢，温度超过33°C3 3 2则会结CaS04垢，温度80C则会结CaS04*1/2H2O垢，在37.7C以上，CaS04的溶解度 比 CaSO4*2H2O 更小，因此，在较热或较深的井和部位，主要结 CaSO4 垢2．压力。

压力影响 CaCO 垢，主要是影响 CO 分压，压力降低 CO 分压降低，平衡 322向右移动，使CaCO更易于沉积压力增大，CO分压增大，CaCO的溶解度增加，结垢3 2 3可能性就减小3. pH值的影响水中CO含量影响pH值和CaCO的溶解度，pH值较低，CaCO沉2 3 3淀会少，反之，pH值较高，CaCO沉淀就会多对铁化物垢也一样，而对硫酸盐型的垢，3pH 值影响不大4. 水中溶盐的影响结垢趋势随水中含盐量的减少而增大四、 油田防垢方法 目前国内外油田采用最多的防垢方法是化学防垢法，近年来出现了物理和工艺的防垢方法前者主要是通过稀释方法或加入阻垢剂来防止结垢物质的形成，而后者则是通 过造成某种条件或改变外界条件来破坏成垢五、 变频共振法电磁防垢简介 众所周知，水是由一个氧原子和两个氢原子组成的，通常水中 80％的水分子是由氢键缔合成水分子团的形式， 这种水分子团对碳酸钙(水垢)的溶解程度较低，使水垢 很容易析出，变频共振就是向水中施加一个与其自然频率相同的频率，从而引起水分子 产生共振，共振的结果，使氢键断开，使水分子团变成单个的极性水分子，因而提高了 水的活化性和对水垢的溶解度，极微小的水分子可以渗透、包围、疏松、溶解、去除热 水器、锅炉等热交换系统内的老垢，同时，浮在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞， 形成特殊的文石碳酸钙体，其表面无电荷，因此，不能再吸附在管道上，从而达到除垢、 防垢的目的。

由于不同条件下水的温度、硬度、黏度、pH值不同，其内部的自然频率就不同， 所以其共振频率也不可能相同因此，只有采用变频共振技术，才能确保使任何水质条 件下的水分子产生共振，从而达到除垢、防垢的效果变频是手段，共振是目的，变化的频率覆盖了所有水质的自然频率，变频的过程， 就是寻找水中的自然频率的过程，没有变频，就不能保证对任何水质都能够产生共振， 也是说不能保证对任何水质都能达到除垢、防垢的效果由此可见，只有“变频共振”式电磁阻垢技术才能避免过去传统的电磁阻垢仪会出 现此处有效、彼处无效的情况六、电磁处理的阻垢影响因素及其最佳使用条件1. PH值、硬度对电磁处理阻垢的影响溶液的酸度、碱度、硬度对电磁作用的效果有明显的影响，通常认为pH值在7〜9, 碱度大于硬度时电磁处理防垢的效果才明显水中碱度远小于水中硬度时，电磁处理水 防垢效果不明显；当水中碱度大于8mg当量时，可考虑采用电磁处理水防垢403020100▲无水处理器▲ ▲ •有水处理器500I 000 I 500 2 000砍度/mg * L图6结垢量与硬度关系电磁处理后溶液的pH值会发生变化，通常发现pH值是降低的，也有研究发现pH 会升高。

将水进行电磁处理后，结垢量随总硬度增加而有峰值出现；当总硬度在250mg/L 附近，抑垢率出现极小值，使用电磁处理的水，以pH在8附近为宜，其值过高或过低， 均严重影响电磁处理抑垢的效果当水中含SO42-时，需要较高的磁场强度才有效果2. 磁场强度的影响电磁场强度是决定电磁处理效果的关键参数之一，电磁场在流体中是呈梯度分布 的，通常认为在电磁感应强度为0・6〜0・8特拉斯时，最佳的流速为2m/s左右，对特 定的流体，电磁场强度与流速的乘积有一最佳值，也有认为是电磁场强度、流速和电磁 作用时间的乘积存在一最佳值，电磁场作用的这种不均匀性也决定了电磁处理需要进行 循环作用才能保证其作用的效果当电磁场与流体的流动方向垂直时，电磁作用最强， 效果也最好，故通常采用正交式电磁场♦唤度 lOOmgT 1■砒度 180mg*L 1▲驶度500mg・L 1I 2001 000CD<1囂80060()4002000 0 0.5 kO L5 2,0磁感应强度/ttiT图5结垢量与磁感应强度的关系3. 离子的影响溶液中的离子种类不同电磁处理的效果是不一样的研究较多的是CaC03与CaS04 的影响M.米海松34认为电磁场能影响碳酸钙的结晶过程，但对硫酸钙的结晶过程影 响较小。

4■作用时间与流速的影响电磁处理作用的时间与次数是影响防垢和除垢的重要因素之一通常一次通过电磁 处理器的防垢效果较差，而循环作用的效果较好电磁处理的作用时间与水的流速是紧 密相关的，电磁处理存在着最佳流速M■米海松认为电磁场强度与水的流速的乘积有一 恒定的最佳值当电磁处理器电磁场强时，其最佳流速就小；反之亦然Ploar公司认 为通过电磁处理器的最佳流速为1.5〜3.0m/s相应的电磁场强度应达到6000〜 8000GS目前电磁处理器选择的流速为2m/s左右，但也有选择较高的，如Grutsch等 发现碱性冷却循环水，利用电磁处理能成功地控制CaCO3和CaSO4垢的沉积,如采用 6m/s的流速就可能抑制垢，并认为通常电磁处理失败的原因是电磁场强度、流速、材料 等参数选择不当造成的管径与流速、流量对照表公称通流速（m/s）0.10.30.512345径（mm）流量（mjh）150.060.190.320.641.271.912.543.18200.110.340.571.132.263.394.525.65250.180.530.881.773.535.37.078.84320.290.871.452.95.798.6911.5814.48400.451.362.264.529.0513.5718.122.62500.712.123.537.0714.1421.2128.2735.34651.193.585.9711.9523.8935.8447.7859.73801.815.439.0518.136.1954.2972.3890.481002.838.4814.1428.2756.5584.82113.1141.371254.4213.2522.0944.1888.36132.54176.72220.891506.3619.0931.8163.62127.23190.85254.47318.0920011.3133.9356.55113.1226.2339.29452.39565.4925017.6753.0188.36176.72353.43530.15706.86883.5830025.4576.34127.23254.47508.94763.411017.881272.355.线圈匝数对电磁防垢的影响表申以 线圏血数忧化实验数据rl^ble3-3 Expenmeiital data of updiiiizatioii of Hit iiuiijbtn- uf turns线圈匝数穿过电磁场鉛垢蚩g静置于电磁场中结垢竜g未处理谿质鼠g穿过电磁场阻垢率％静置于电确场中川垢率论15 I1J0.06250.08950.091531.721.S62() |U.0.02Q75O.D365().052543.333O.4S25 11 J.0.02^7505)50750.0516754.041.7S30 lU().0390.0722546.029.6935 II J().03725().0575().0572534.93-().44从以上图表统计的数据来看，在电压、电流一定的情况下，流体通过不同线圈匝数的磁场，线圈的匝数会影响磁场强度的大小，当线圈匝数为25匝的时候产生的磁场强 度，阻垢率最大。

小于或大于25匝效果都有所下降因此线圈的缠绕匝数最好为25 匝6. 频率对电磁阻垢效果的影响频率是电磁场的一个重要参数，也是影响电磁防垢效果的一个重要因素不同类型 的垢可能会有不同的敏感作用频段首先制作一台0-40KHZ的阻垢装置分成6个档位对相同参数的CaCO垢液进行实3验，实验结果见下表：档位有效迫流A峰峰电压¥打描频段KHz11016029194732.257 — 1042.14.610-155195.215-2562」5 A25 〜40档位处理后結圻量若未处理劭垢量思阻率％1档0.07220.089319.148942档0.0719。