岳大偉

中國(guó)石油遼河油田分公司 沈陽(yáng)采油廠 （遼寧 新民 110316）

沈陽(yáng)油田是全國(guó)最大的高凝油生產(chǎn)基地，在集輸過(guò)程中廣泛使用加熱爐作為加熱設(shè)備，而影響加熱爐熱效率的最大因素就是結(jié)垢，盡管采取了如化學(xué)加藥等防垢措施，但還不能完全阻止垢的生成。垢是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)比鋼鐵低幾十倍，因此，管線結(jié)垢厚度每增加1mm，綜合能耗提高4%，同時(shí)還增加了管道壓降和泵的耗功，導(dǎo)致大量能源浪費(fèi)，提高了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。結(jié)垢存在的另一個(gè)危害因素是加劇腐蝕，縮短加熱爐的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響正常生產(chǎn)，以致造成安全事故，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。為保證油田加熱爐安全、高效地長(zhǎng)期運(yùn)行，實(shí)施科學(xué)有效的除垢工作就顯得尤為重要[1]。

1 問(wèn)題的提出

首先,由于需要加熱的軟化水礦化度達(dá)到1600 mg/L以上，加熱過(guò)程中結(jié)垢速度較快，嚴(yán)重影響了加熱爐的熱效率。全廠有加熱爐163臺(tái)，加熱爐盤管每年平均結(jié)垢12mm，每臺(tái)爐效下降35%左右，每天多消耗天然氣400m3，因壓差增大多耗電10kW·h左右，因此，2年就要清洗一次，每臺(tái)次清洗費(fèi)用3萬(wàn)元，每年需要清洗費(fèi)用總計(jì)260萬(wàn)元。

其次，化學(xué)清洗因?yàn)闆]有具體的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)行，施工隊(duì)伍采用的酸洗方案也無(wú)具體規(guī)定，基本是技術(shù)人員憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出來(lái)的，有時(shí)酸液濃度大了易造成加熱爐盤管漏失，甚至造成摻水管線和回油管線漏失，帶來(lái)的間接損失非常嚴(yán)重。每年因化學(xué)清洗造成盤管漏導(dǎo)致加熱爐報(bào)廢的有3～4臺(tái)，油井管線漏失報(bào)廢的有15條左右，嚴(yán)重影響了油井生產(chǎn)時(shí)率，年總經(jīng)濟(jì)損失在400萬(wàn)元以上。

另外，施工隊(duì)伍在操作過(guò)程中執(zhí)行制度尺度不一，在清洗操作過(guò)程中操作規(guī)程和HSE方案執(zhí)行上也各不相同，因此，急需制定一項(xiàng)油田用加熱爐化學(xué)清洗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在清洗液配方、化學(xué)清洗除垢操作、鈍化過(guò)程操作、效果檢驗(yàn)、安全環(huán)保要求上統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)范。

2 《油田用加熱爐化學(xué)清洗技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

2009年，為了圓滿完成這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，使其能更好地為油田生產(chǎn)服務(wù)，沈陽(yáng)采油廠科技人員開展了廣泛細(xì)致的加熱爐結(jié)垢機(jī)理研究。首先對(duì)加熱爐盤管的水樣、垢樣進(jìn)行水質(zhì)理化性質(zhì)測(cè)試，結(jié)果顯示主要成分為51%的鈣鎂、6.4%的石油類、42.6%的機(jī)雜，垢樣表觀特征為呈層狀、垢層疏松、多數(shù)呈灰黑色、白色，無(wú)磁性；其次對(duì)加熱爐的盤管結(jié)垢成因進(jìn)行了分析,水質(zhì)分析結(jié)果表明，水樣為碳酸氫鈉型，pH值達(dá)到8.5左右，呈偏堿性，易產(chǎn)生結(jié)垢，造成結(jié)垢另一原因是在高溫下碳酸鈣濃度達(dá)到過(guò)飽和，水質(zhì)的總?cè)芙夤腆w和總殘?jiān)窟_(dá)到3700 mg/L，因此，形成以鈣垢和污垢為主的垢層。

為了提高加熱爐化學(xué)清洗除垢的效果，以及避免盤管和管線在化學(xué)清洗后腐蝕穿孔，科技人員與化工公司技術(shù)員進(jìn)行了室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，確定了以聚丙烯酸和水解聚馬來(lái)酸等多種分散劑作為化學(xué)清洗配方的主要成分，其單劑和復(fù)配藥劑的鈣容忍度最低，確定了以鋅鹽為主要成分的緩蝕劑，在陰極部位,由于OH-的聚積使局部pH值升高，Zn2+能迅速形成Zn(OH)2沉積于陰極表面，抑制陰極反應(yīng)起到緩蝕作用，另外還對(duì)鈍化液的主要成分進(jìn)行了優(yōu)化[2]。

在上述工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝條件，制定出企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《油田用加熱爐化學(xué)清洗技術(shù)要求》，于2010年3月30日發(fā)布，5月1日正式實(shí)施，在作業(yè)程序上對(duì)加熱爐化學(xué)清洗進(jìn)行了嚴(yán)格、全面的規(guī)定，操作人員從前期施工準(zhǔn)備開始，到清洗系統(tǒng)安裝、操作程序、資料錄取以及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容部分都一一進(jìn)行了規(guī)范；在質(zhì)量控制上對(duì)清洗液配方設(shè)計(jì)、清洗系統(tǒng)安裝、化學(xué)清洗前沖洗流速、清洗液溫度、化學(xué)清洗時(shí)清洗泵流速、化學(xué)清洗時(shí)間、鈍化液循環(huán)時(shí)間、資料錄取間隔時(shí)間及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)都進(jìn)行了量化；在安全環(huán)保要求上對(duì)施工隊(duì)伍資質(zhì)、人員培訓(xùn)、勞保用品使用、專用設(shè)備配備、現(xiàn)場(chǎng)硫化氫最大含量、廢液處理等方面都做了全面、系統(tǒng)的規(guī)定。

3 應(yīng)用《油田用加熱爐化學(xué)清洗技術(shù)要求》的主要做法[3]

3.1 有的放矢制訂清洗配方，保證清洗質(zhì)量

不同區(qū)塊的水質(zhì)不同，結(jié)出的水垢成分也有較大區(qū)別，不同批次的加熱爐盤管的材質(zhì)也不盡相同。在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前，所有加熱爐都是在使用一個(gè)清洗配方，很難保證清洗效果。因此，該廠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)每臺(tái)爐的水垢和管材成分進(jìn)行化驗(yàn)，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)本爐的詳細(xì)清洗配方和制定鈍化方案，真正做到了“一爐一方”，這種對(duì)癥下藥的措施，使化學(xué)清洗質(zhì)量從源頭上就得到了保證。

3.2 按照標(biāo)準(zhǔn)安裝清洗系統(tǒng)，保證施工安全

現(xiàn)在臨時(shí)管道的傾斜度都＞1/200，降低了對(duì)化學(xué)清洗泵的阻力；鑒于化學(xué)清洗液對(duì)清洗系統(tǒng)管道本身造成的腐蝕，焊接部位應(yīng)位于易觀察之處，以便第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)泄露現(xiàn)象，并且焊口盡量遠(yuǎn)離重要設(shè)備；為保證閥門的承壓能力，在系統(tǒng)安裝前進(jìn)行水壓試驗(yàn)，閥門壓力等級(jí)高于清洗時(shí)相應(yīng)的壓力等級(jí)，認(rèn)真檢查清洗系統(tǒng)內(nèi)閥門的靈活、嚴(yán)密、耐腐蝕情況，有銅部件的閥門、計(jì)量?jī)x表等部件，在清洗前都拆除、封堵或更換成防腐的管道附件，不參加化學(xué)清洗的設(shè)備、系統(tǒng)與清洗系統(tǒng)進(jìn)行切斷隔離；安裝進(jìn)出管道時(shí)充分考慮熱膨脹補(bǔ)償措施，有效防止管道可能因受熱膨脹造成崩斷。

3.3 嚴(yán)格執(zhí)行清洗操作步驟，達(dá)到預(yù)期清洗效果

清洗液溫度升高可提高除垢效率,但也會(huì)加劇對(duì)金屬的腐蝕,因此,清洗溫度控制在60～70℃之間；用輸酸泵把清洗液緩慢加入爐內(nèi)，清洗初期清洗泵流速應(yīng)控制在(0.05～0.2)m/s，加藥速度太快會(huì)因爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)劇烈，造成清洗液氣沫飛濺，清洗后期清洗泵流速提高到(0.3～0.5)m/s；清洗液進(jìn)口選在加熱爐盤管的出口，分次加酸，既可以除凈加熱爐出口部位的厚垢，又減小了對(duì)加熱爐進(jìn)口結(jié)垢薄部位的腐蝕；在清洗過(guò)程中每隔30min在取樣點(diǎn)取酸化驗(yàn)一次酸液濃度,直至兩次化驗(yàn)的酸液濃度差＜0.2% 為止，如果酸液濃度下降低于配方要求時(shí),適量地補(bǔ)充緩蝕酸液。通過(guò)2年的化學(xué)清洗除垢實(shí)踐，最后總結(jié)出:“長(zhǎng)時(shí)間、低濃度、分次加酸、分部位清洗”的化學(xué)清洗除垢方法，先后清洗加熱爐47臺(tái)，既沒有出現(xiàn)加熱爐盤管堵塞，也沒有發(fā)生加熱爐盤管穿孔。

3.4 強(qiáng)化清洗效果檢驗(yàn)工作，把好清洗質(zhì)量關(guān)

為了檢查加熱爐的化學(xué)清洗效果，每次清洗結(jié)束后在加熱爐進(jìn)出口管線較高部位割管取樣，每個(gè)取樣長(zhǎng)度不小于20cm；在計(jì)算除垢率時(shí)，對(duì)于清洗非常干凈的金屬表面，可用視覺清潔法進(jìn)行檢驗(yàn)，如果要用數(shù)點(diǎn)法確定洗凈率時(shí)，除垢率不小于90%，洗凈率不小于 95%才算合格；清洗結(jié)束后，清洗表面形成良好的鈍化膜，鈍化表面應(yīng)是均勻的銀白色，不得有明顯的腐蝕痕跡，焊縫表面不得有氧化色，不得有顏色不均勻的斑痕，對(duì)于清洗后碳鋼材質(zhì)的鈍化膜質(zhì)量，用酸性硫酸銅點(diǎn)滴液檢驗(yàn)，點(diǎn)滴液由藍(lán)色變?yōu)榧t色的時(shí)間不小于5s為合格；為防止未溶解的沉渣堆積在清洗系統(tǒng)或設(shè)備死角，清洗泵最大排量水沖洗，管道壓力小于0.1MPa結(jié)束沖洗；在加熱爐投運(yùn)前，采取逐步加壓的方法對(duì)加熱爐盤管進(jìn)行試壓，觀察30min無(wú)異常后方可正式恢復(fù)使用。

3.5 完善施工質(zhì)量監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)質(zhì)量監(jiān)督工作走向規(guī)范化

在質(zhì)量監(jiān)督部門的統(tǒng)一管理下，各部門積極進(jìn)行配合，建立了完善的廠級(jí)、作業(yè)區(qū)級(jí)、采油隊(duì)級(jí)質(zhì)量監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)，配備了兼職質(zhì)量監(jiān)督員。在充分調(diào)研和征求各方意見的基礎(chǔ)上，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求重新制定或修訂了《加熱爐清洗施工質(zhì)量監(jiān)督管理規(guī)定》、《質(zhì)量監(jiān)督員職責(zé)》等管理規(guī)定。這些監(jiān)督管理制度對(duì)施工質(zhì)量監(jiān)督的管理范圍、各級(jí)監(jiān)督員職責(zé)、質(zhì)量事故處理、隊(duì)伍管理均有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用，有力促進(jìn)了加熱爐清洗施工質(zhì)量監(jiān)督的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化以及科學(xué)化進(jìn)程。

4 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用情況[4]

2010年實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，共按照標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)清洗加熱爐47臺(tái)，根據(jù)清洗前后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看:除垢率由標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前的82.1%提高到實(shí)施后的91.6%，洗凈率由標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前的86.9%提高到實(shí)施后的95.4%；洗后爐效由標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前的67.4%提高到實(shí)施后的84.7%,排煙溫度由標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前的56℃下降到實(shí)施后的47℃,清洗周期原來(lái)每年一次到現(xiàn)在的兩年一次，平均每天多節(jié)氣150m3，平均每天多節(jié)電4kW·h；平均腐蝕率最大值為2.91g/（m2·h），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的6g/（m2·h）標(biāo)準(zhǔn)，盤管化學(xué)清洗漏失報(bào)廢臺(tái)次由標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前的每年3～4臺(tái)下降到實(shí)施后的1臺(tái)，摻水管線因殘酸腐蝕漏報(bào)廢數(shù)量由標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前的每年15條下降到實(shí)施后的6條。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來(lái)，共按照標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)清洗加熱爐47臺(tái)，平均每天多節(jié)氣150m3，累計(jì)節(jié)氣352.5萬(wàn)m3，平均每天多節(jié)電4kW·h，累計(jì)節(jié)電9.4萬(wàn)kW·h，加熱爐盤管清洗漏報(bào)廢減少6臺(tái)，摻水管線因殘酸腐蝕報(bào)廢減少18條，合計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益801.08萬(wàn)元。

6 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)《油田用加熱爐化學(xué)清洗技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了加熱爐化學(xué)清洗施工標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)各種違章行為形成有效遏制，為安全施工奠定了基礎(chǔ)；化學(xué)清洗加熱爐較好地解決了盤管結(jié)垢問(wèn)題，不僅除垢率提高了11.5%，爐子熱效率提高了17.3%，節(jié)電、節(jié)氣效果非常明顯，而且腐蝕率降低了60%多，附加損失明顯減少。它的應(yīng)用既為企業(yè)解決了生產(chǎn)問(wèn)題，又降低了能耗、創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

[1]任建新.化學(xué)清洗[M].蘭州:甘肅科學(xué)技術(shù)出版社,1993.

[2]焦慶祝,何榮桓,王建華.工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995.

[3]張延軍、胡三木.大型鍋爐清洗質(zhì)量控制[J].中國(guó)鍋爐壓力容器安全,2002，19(1):57-59.

[4]HG/T 2387-2007工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].