张志勇

中国石油天然气管道工程有限公司天津滨海分公司

摘要：本文主要针对大港油田港西区块的地下水源区域，根据来水中所含的离子和垢的成分，分析结垢的成因机理；在充分分析目前采用的化学防垢技术的机理与实施效果的基础上，通过室内筛选实验和矿场试验，提出超声波防垢技术和ENMAX防垢技术更具优势，适于在本区块推广使用。

关键词：加热炉 结垢 化学防垢 物理防垢

前言

在油田生产过程中，地面加热炉的结垢是很常见的问题。加热炉加热盘管等表面结垢不仅降低了加热炉加热效率，也造成严重的安全隐患；炉后管线结垢后使掺水、热洗流量显著减小，严重时难以保证正常生产；另外，每年进行加热炉维护和清垢投资都要几十万元甚至上百万元，尤其是大港油田港西区块的地下水源区域的加热炉，结垢最为严重，直接影响了油田的经济效益。因此，有必要进一步探索该区块加热炉结垢成因，选择新型防垢技术，通过现场试验和经济评价优选出合适的防垢技术。

加热炉垢的成因分析

为了分析加热炉结垢原因，首先对港西区块联合站的加热炉水样进行化验，表明：联合站水样的总矿化度和固体悬浮物指标很高，其中氯离子含量、钾+钠离子、镁离子、碳酸氢根离子含量较高。由于这些离子的存在，当环境条件发生变化时，就会发生化学反应形成碳酸钙、硫酸钙、各种镁盐及各种铁铝化合物沉淀形成水垢。

垢样表现出多样性：含有碳酸盐的水垢呈白色；铁铝化合物较多的垢样呈棕褐色；含有硫化物的垢样呈棕黑色；含有硫酸盐的水垢呈黄白色；含油垢较多的水垢呈黑色。除了以上水垢外，还有有机物质（油、细菌、有机残渣）、淤泥及粘土等形成的污泥。

本次垢样在加热炉出口管线内壁上取得，经过垢样组分化验分析及X射线衍射分析结果发现：结垢厚度1.9mm，灰褐色硬片状，垢质较硬；从垢质分析上来看，Al2O3、Fe2O3含量、油垢、氧化钙镁含量较高，属于以铁铝氧化物、油垢、氧化钙镁等为主的水垢。

防垢技术及原理

化学防垢方法，即通过加入阻垢剂达到防垢、除垢的目的。这也是目前该油田主要采取的防垢措施，即中转站建有加药间、储药间，通过加药装置将阻垢剂加入管汇，阻垢剂主要用螯合分散剂，最常用的是HEDP、HPMA，加药浓度通常为5～10 ppm，主要是通过静电斥力作用、晶格畸变作用、增溶作用、分散作用以及清垢作用达到防垢效果。现场调研表明，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5.0 mm/a以内，管道平均结垢速度可控制在2.5 mm/a以内。但该方法存在结垢速度较快、成本高等问题。

物理防垢技术原理简单且方式多样，主要有超声波防垢技术、MERUS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ENMAX防垢技术等防垢技术。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。ENMAX防垢技术利用电磁作用作为其防垢的主要机理：原水通过磁场时获得的能量使缔合体中的氢键断裂，并使Ca(HCO3)2分子内氢键断裂，这使磁化水在加热过程中析出的CaCO3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。

防垢技术现场效果分析

在大港油田港西区块的中转站对室内优化出的物理防垢技术进行现场试验。（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） 界定两种物理防垢技术的应用范围，将超声波防垢器安装于加热炉后的管线上，将ENMAX防垢装置安装于加热炉进口汇管（或管线）上，研究这两种技术对加热炉和管线的除防垢作用；（3） 研究物理防垢技术对聚驱的适应性，在试验站选择上，同一试验装置包含了聚驱站和水驱站，研究物理防垢技术对聚驱的适应性；（4） 试验装置的安装位置：在中109站加热炉出口汇管安装超声波防垢器；中新201转油站安装ENMAX除防垢装置，同时要确保介质流经装置的流速在1.0～1.5 m/s；（5） 试验监测对象：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、泵前过滤器、炉后管线和站外掺水管线等；（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：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1.0 mm/a，作用距离大于700 m； ENMAX防垢技术对水聚驱加热炉及管线有防垢作用，对加热炉防垢速度为10 .0mm/a，对管线防垢速度为3.0 mm/a，作用距离大于750 m。采用上述技术，每座中转站对应的除防垢成本分别为8.3万元/a和6.5万元/a。采用ENMAX防垢技术的中转站加热炉耗气平均减少15%，吨油耗气减少2.2 m3，具有显著的节能效果；超声波防垢技术不能节约燃气。上述两项物理防垢技术的除防垢成本大大小于化学防垢方式16.3万元/a的成本，并且在很大程度上保证了生产运行的安全平稳，减少了污染物的排放。

结论与建议

大港油田港西区块加热炉结垢的原因主要是由于加热炉进口水中钙离子、镁离子、硫酸根离子、铁离子、钾+钠离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、氯离子等离子及离子组成的盐类存在；加热炉出口管线内壁结垢以铁铝氧化物为主，其次是油垢、氧化钙镁等。
经过室内筛选实验和矿场试验优选出两种物理防垢技术：超声波防垢技术和ENMAX防垢技术。研究表明，这两项防垢技术对本区块联合站加热炉及管线的防垢效果好，且成本小于化学防垢方式，有效地保障了生产运行的安全平稳，减少了污染，建议在该油田推广应用。

参考文献

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