萨中油田管道及加热炉防垢技术进展.pdf

油气 田 地 面 工程 第 2 8卷 第 2期( 2 0 0 9 ． 2 ) 5 3 萨中油田管道及加热炉防垢技术进展 孟祥 萍 ( 大庆油田天然气分公司) 摘 要 ： 萨中油田在 分析 了当前 采 用的化 学 防垢 方式 的作 用机 理及 作 用效果后 ，对超 声波 防垢 技 术 、ME R US防垢 技 术 、变频共 振 防垢 技 术 、微 耗 智 能 广谱 电子 防垢技 术 以及 E NMAX 防垢 技 术等 5项物 理 防垢 技 术进行 了现 场试验 ，通 过 监 测防 垢 效果 对 5项技 术进 行 技 术 、经 济评 价 ， 得 出微耗 智 能广谱 电子 防垢技 术和 E NMAX防垢技 术更有优 势 ，且具 有 良好 的推 广应 用 前景 关键 词 ：掺水 ；热洗 ；加 热炉 ；管道 ；化 学 防垢 ；物理 防垢 1 背景和意义 近年来 ，萨中油 田掺水 、热洗系统中加热炉及 炉后 管道结垢 现 象 日趋 严重 炉 管表 面结垢 不仅 降 低 了加 热炉热 效率 ，还 造成严 重 的安全 隐患 ；炉 后 管线 结垢使 掺水 、热洗 流量 显著 减小 ，严 重时难 以 保证 正常生产 。

目前 主要采用 加化 学药 剂 的方法 降 低 结垢 速 度 ，但 效 果 并 不 好 ，且 运 行 成 本 高 因 而 ，有必 要进 一步探 索 萨 中油 田加 热炉及 管道 结垢 成 因 ，选 择新 型 防垢 技术 进行 现场试 验 ，并通 过试 验结 果 的技 术 和经济 评价优 选 出合适 的 防垢技术 2 结垢原理及危害 目前 ，萨中油田采 出液综合含水率 在 9 o 以 上 ，化验结 果 表 明 ，采 出液 水 质表 现 出矿 化 度 高 ， HC O2、 C a 含 量 高 等 特点 ， 这 些 组 分 为 成垢 提 供 了基础 由垢 样组 分 化 验 分 析 及 X 射 线 衍 射 分 析 结 果发 现 ，加热炉 炉 管外壁垢 成 分主要 为 C a C O 自 2 0世 纪 8 0年代 初开 始 ，萨 中油 田矿 场集 输 一直采用 三级 布 站 流 程 ，中 转 站 集 输 工 艺 采 用 掺 水 、热洗 集油 流程 油 田油井 采 出液 中所 含钙 、镁 盐 类 ， 通 常 情 况 下 可 溶 解 的 重 碳 酸 盐 以 C a ( HC O 。

) 、 Mg ( HC O ) 为最 多 ，其 性质 不稳 定 ， 很容 易发 生化 学反应 水 在被 加热 的过程 中 ，重碳 酸钙 和重 碳 酸 镁 发 生 热 分 解 反应 ；同 时 ，C a C O 、 Mg C O 的溶 解度 随 温 度 升 高而 显 著 降 低 ，由不 饱 和或饱 和状 态进入 过 饱和状 态 这些 盐类从 介 质 中 结 晶析 出并 附着在 加热 炉受 热 面上 由于受 热 面表 面粗糙 不平 ，有许 多微 小 的凸起 小丘 ，这些 小丘 就 成为从介质 中析出固体的结晶核心，从而加速垢物 的形成 中转 站 水 的温 升越 大 ，结 垢 现 象 越 明显 此外 ，泥 砂造 成 的结 晶核 及水 驱 、聚驱 采 出液 的混 性 分类 法 ，这 也是 常用 于预测 模型 的算 法 按 物 资 的不 同类 别逐 次分成 并列 的类 目结构 ，每个类 别排 成 有层 次 的分 类 体 系 ． 同位 类 目之 间存 在 并 列 结 构 ，下位 类 目与上位 类 目之间 存在从 属关 系 ，代码 结 构为 5 层 1 8位 十进 制数 字 码 每 种 物 资产 品都 由一 系列 属性来 描述 其全部 或 局部特 征 ，这些 属性 一经确定相对稳定，使得物资名称描述规范化 ，并 能 区分 任何 两种不 同 的物资 ，避 免高频 项 目组 出现 重 复 、数据 不一致 的现 象 。

( 2 )产 生关联 规则 利 用高频 项 目组来产 生 规 则 ，在最 小信 赖度 的条件 门槛 下 ，若 一规 则所 求得 的信赖度满足最小信赖度 ，称此规则为关联规则 就物资分类与代码系统而言，使用关联规则挖掘技 术对数据库中的纪录进行资料挖掘 ，首先必须要设 定 最小支 持度 与最小 信赖度 两个 门槛 值 ，在此 假设 最小支持度为 5 且最小信赖度为 7 0 因此符 合该物资销售需求的关联规则将必须同时满足以上 两个 条件 例如 ：若 经过挖 掘过 程所 找到 的关联 规 则 “ 防爆 灯 、防 爆 开关 ” ，满 足 下 列 条件 ，将 可接 受 “ 防爆灯 、防爆 开 关” 的关联 规则 最 小支 持度 防爆 灯 、防 爆 开关 ≥ 5 的意 义为 ：在 所 有 的物 资 代码 系统纪 录资 料 中 ，至 少有 5 的销 售 呈 现 防爆 灯 与 防爆开 关这 两 项 物资 产 品被 同时销 售 的 行 为 最 小信 赖度 防爆灯 、防爆开 关≥ 7 O 的意 义为 ：在 所 有包 含 防爆 灯 的纪 录 资 料 中 ，至 少 有 7 O 的 销 售行 为会 同时购买 防爆 开关 。

因此 ，今 后若 有 出现 销售 防爆 灯 的行为 ，将 可推荐 该用 户 同时购买 防爆 开关 这 个物 资 产 品 推 荐 的行 为 则 是 根 据“ 防爆 灯 、防爆 开 关 ”关 联 规 则 ，因为 就该 销 售 纪 录 而 言 ，支持 了大部 分用 户购 买 防爆 灯 的交 易 ，会 同时 产生购买防爆开关的销售行为 因此 ，在石 油物 资代 码与 分类 系统 中实现 数据 的预测 性信 息 ，确保 数据 的完整 性 与一致性 ，是 实 现 中国石油物流信息系统和电子商务系统的数据交 换 与数 据共享 的前提 ( 栏 目 主持焦 晓 梅 ) 5 4 油 气 田地 面 工 程 第 2 8卷 第 2期 ( 2 0 0 9 ． 2 ) 合 可 以加速 加热 炉及 炉后管线 的结垢 结垢造成的危害 ：①水垢 的导热系数很小 ，使 加热 炉热效 率降低 ，燃 气消耗 量增加 ；②结垢 造 成 管材 的局部 过热 ，引起炉 管鼓包 变形 ；③ 结垢 不均 匀产生的供氧浓差电池造成垢下腐蚀；④结垢引起管 路特性 曲线改变 ，影响掺水 、热洗流程的正常运行 3 化学防垢原理及效果分析 目前 ，萨 中油 田主要 采用 化学 防垢方法 ，即通 过加 入阻垢 剂达 到防垢 、除垢 的 目的 。

中转 站建 有 加药 间 、储 药 间 ，通过 加药装 置 ( 主要部件 为 隔膜 计量 泵)将 阻垢 剂加入 放水汇 管 ，阻垢剂 主要用 螯 合分 散 剂 ，最 常 用 的是 HE D P、HP MA，加 药 浓 度通 常为 5 ～ 1 0 p p m ( 1 p p m一 1 0 一 阻垢 剂 通过 晶格 畸变作 用 、增 溶作用 、静 电斥力 作用 、分散作 用 以及清垢 作用达 到 防垢 效果 现场调 查表 明 ，化学 防垢方 法具 有一定 的 防垢 效 果 ， 中 转 站 加 热 炉 平 均 结 垢 速 度 可 控 制 在 5 mm／ a ，管 道平均 结垢速 度可控 制在 2 mm／ a 但 该方 法存在 结垢速 度较快 、成 本高等 问题 4 物理 防垢技 术及原理 超声 波 的防垢效 果是 由超声 波在 介质 中的振动 传 播 和空化 作用来 实现 的 ME RUS防垢 技术 通过 安 装在 管路 的 ME RUS环 将 振 波 持 续 恒 量 的 释放 出来 ，振波 作用于水 中的钙 、镁 ，提 高其在水 中的 溶解度 ，原 有的垢 也可被 溶解 ，起到 防垢 、除垢 的 作用 。

利用磁 化效应 可 以进 行物 理水处 理 ：原 水通过 磁场 时获 得 的 能 量 使 缔 合 体 中 的氢 键 断 裂 ，并 使 C a ( HC O ) 分子 内氢键 断裂 ，这使 磁化 水在 加热 过程 中析 出的 C a C O 结 晶主 要 以悬 浮 于 水 中的 亚 微观粒 子为 结晶 中心 经 磁场处 理后 的水进入 加热 炉 加热后 ，所 含盐 的结 晶就 向着 配位数 低 的方 解石 运 行 磁 场 引起 的离子强 烈极化 导致 晶体结构 发生 改变 ，造成 钙盐 占优势 的磁化水 在加 热炉 中结 晶成 方 解石 变 频共振 防垢技 术 、微 耗智 能广谱 电子 防 垢 技术 以及 E NMAX 防垢 技 术 均 利 用 电磁 作 用 作 为其 防垢 的主要机 理 5 物理 防垢现场试验 在 萨 中油 田的 7座 中转站进 行 5种物理 防垢技 术 的现 场试 验 试 验方案设 计 主要包 括 ： ( 1 )以物 理防垢 技术完 全替代 化学 防垢 在进 行 试验 的 中转 站停止 加阻垢 剂 ，应用安 装在特 定位 置 的物理 防垢 装置进 行现场 试验并 观察 作用效 果 。

( 2 )界 定两类 物理 防垢技术 的应 用范 围 将超 声波 防垢 器 和 ME R US防垢 装 置 安 装 于加 热 炉 后 的管线 上 ，研 究 这两 种 技术 对 管 线 的除 防垢 作 用 将 变频 共振 防垢 器 、微耗 智能广 谱 电子 防垢 器 以及 E N MAX防垢装置安 装于加热炉进 口汇管 ( 或管线 ) 上 ，研究这 3 种技术对加 热炉和管线的防垢作用 ( 3 )研 究物理 防垢技 术对 聚驱 的适 应性 在试 验站选 择上 ，同一 试验装 置应尽 量包含 聚驱站 和水 驱站 ，在条件 受 限的情况 下 以聚驱站 为主 ，研 究物 理防垢 技术对 聚驱 的适应 性 ( 4 )确 定试验 装置 的安装位 置 在 中 1 0 9站加 热炉 出 口汇 管安装 超声波 防垢器 ；在 中 3 0 5 站 加热 炉 后 掺水 管 线 安装 ME RUS防垢 器 ；中新 2 0 1转 油站安装 E NMAX除防垢装 置；中 6 0 2转油站 、 聚 中 5 0 5转油 站安装 微耗 智能广 谱 电子 除垢器 ；中 4 1 0站 、聚中 6 0 3转油 站安 装 变频 除垢 器 。

安装 各 装 置时 确保介 质流 经装置 的流速 在 1 ～1 ． 5 m／ s ( 5 )确定 试 验 监测 内容 观察 加 热 炉烟 火 管 、 管线结 垢情 况 ，测 量结垢 厚度 ，检测 出采用物 理防 垢 技术 后加热 炉 和管线 的结垢速 度及对 管线 的作用 距 离 通过分 析安 装设备 前后水 质变化情 况及垢 质 成分变 化情况 验证 物理 防垢 技术 的作用 机理 主要 监 测点 包括加 热炉 烟火管 、炉后 管线 、泵 前过滤 器 和站外 掺水管 线等 ( 6 )确定试 验效 果评 价标准 不采用 防垢率 来 评 价 防垢 效 果 ，而 采 用 防 垢 速 度 来 评 价 对 于 管 线 ，除 了采用 防垢速 度外 ，将 防垢 的有效 作用距 离 作 为另 外一项 技术 指标 经济评 价主要 分析各类 防 垢 技术 的年成 本 ，包 括 固定投 资和运行 维护 费用 现 场试验 结果 表明 ：ME R US防垢 技术 不适 用 于油 田采 出水 的 防垢 ；超 声波 防垢技术仅 适用 于管 线 的防垢 ，对加热 炉防垢 没有效 果 ，在水驱站 可 以 将管线的结垢速度降低至 1 mm／ a ，作用距离大于 7 0 0 m，在 聚驱站 未进 行 试验 ，效 果 不 确定 ；变 频 防垢技 术适用 于水驱 和聚驱 ，对 加热炉 的防垢速 度 为 5 mm／ a ，对 管 线 防 垢 的 作 用 距 离 小 于 5 0 0 m， 因而可 以用 于加热 炉防垢 ，不适 用于掺 水 、热洗 管 线。