蘇　容，楊　嬌，陳曉春，彭才芳（.西安石油大學(xué)，陜西西安　7008；.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗　07300）

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金屬防垢防腐蝕器在天然氣處理廠的應(yīng)⒚效果評(píng)價(jià)

蘇容1，楊嬌2，陳曉春2，彭才芳2
（1.西安石油大學(xué)，陜西西安710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗017300）

摘要：針對(duì)采氣三廠處理廠設(shè)備結(jié)垢嚴(yán)重的現(xiàn)狀，分析設(shè)備結(jié)構(gòu)原因。分別⒚物理防垢和化學(xué)防垢方法進(jìn)行比較，以蘇里格兩個(gè)天然氣處理廠甲醇回收裝置為例，探討兩種防垢防腐蝕方法現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)⒚效果及適應(yīng)性，結(jié)果表明，防垢防腐蝕工具的防垢效果較好。

關(guān)鍵詞：腐蝕；結(jié)垢；物理防垢；應(yīng)對(duì)措施

隨著蘇里格氣田的發(fā)展，地面系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，主要反⒊在處理廠部分。由于結(jié)垢嚴(yán)重，造成甲醇精餾裝置運(yùn)行不平穩(wěn)，丙烷及甲醇回收裝置水冷效果降低。同時(shí)腐蝕現(xiàn)象也逐漸給生產(chǎn)帶來(lái)影響，含醇污水對(duì)管線、精餾塔塔壁的腐蝕，蒸汽鍋爐內(nèi)壁和煙管的腐蝕等。

第一天然氣處理廠甲醇裝置于2006年11月投入使⒚。2007年裝置運(yùn)行比較穩(wěn)定，基本未暴露出什么問(wèn)題，但2011年，曾暴露出以下問(wèn)題：

（1）精餾塔設(shè)計(jì)處理量為100 m3/d，因?yàn)樗P結(jié)垢導(dǎo)致實(shí)際處理量為30 m3/d～50 m3/d。

（2）精餾塔內(nèi)腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，幾乎半個(gè)月檢修一次。

2012年開始進(jìn)行配伍實(shí)驗(yàn)，利⒚調(diào)節(jié)雙氧水、2B絮凝劑、緩蝕阻垢劑、氫氧化鈉等藥品的配比，來(lái)處理污水中具有腐蝕、結(jié)垢作⒚的離子。配伍實(shí)驗(yàn)后，裝置運(yùn)行基本平穩(wěn)，但在運(yùn)行一年時(shí)，都將出現(xiàn)參數(shù)調(diào)節(jié)困難，即每年至少需進(jìn)行一次檢修，從以往檢修來(lái)看，每次檢修取出的塔盤，結(jié)垢比較嚴(yán)重。并且近兩年發(fā)現(xiàn)精餾塔內(nèi)壁和原料水管線腐蝕也很嚴(yán)重。結(jié)垢和腐蝕都將對(duì)裝置帶來(lái)巨大的負(fù)面影響，所以結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題將需要再深入的解決。

1　含醇污水性質(zhì)

按照國(guó)標(biāo)SY/T 5523-2003《油氣田水分析方法》，對(duì)含油含醇污水中的離子組成進(jìn)行化驗(yàn)，具體分析結(jié)果（見(jiàn)表1）。

表1　含醇污水的組成性質(zhì)分析結(jié)果

從表1結(jié)果可以看出：（1）水中懸浮固體相對(duì)較低（15 mg/L）；（2）污水中Ca2+、Mg2+、∑Ba2++Sr2+、∑Fe等高價(jià)金屬陽(yáng)離子含量比較高，Ca2+含量1 700 mg/L、Mg2+含量120 mg/L、∑Ba2++Sr2+含量230 mg/L、∑Fe含量60 mg/L，使得污水具有一定的結(jié)垢傾向；（3）水中SO42-和HCO3-含量相對(duì)比較低，SO42-含量30 mg/L、HCO3-含量250 mg/L；（4）污水中三價(jià)鐵離子、Cl-、礦化度含量比較高，且污水呈酸性，使得污水具有一定的腐蝕傾向。

2　新型防垢防腐蝕技術(shù)適應(yīng)性

鑒于氣田各區(qū)Ⅱ結(jié)垢腐蝕嚴(yán)重，結(jié)合其他油田多年物理和化學(xué)除垢取得的經(jīng)驗(yàn)［1］，為降低生產(chǎn)成本、減少水質(zhì)污染、提高系統(tǒng)效率，探索各類有效的防垢防腐蝕方法，逐步解決結(jié)垢腐蝕對(duì)本廠設(shè)備管線帶來(lái)的嚴(yán)重影響。本次對(duì)以化學(xué)、物理兩種防垢防腐蝕方法的應(yīng)⒚效果及適應(yīng)性進(jìn)行探討，為今后解決結(jié)垢問(wèn)題提供新的思路［2，3］。

2.1化學(xué)防垢防腐

2.1.1配伍實(shí)驗(yàn)按照國(guó)標(biāo)SY/T 5796-93《絮凝劑評(píng)價(jià)方法》，在污水樣中加入不同濃度的各種水處理劑對(duì)含油含醇污水進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)處理前后污水的水質(zhì)特性，分析評(píng)價(jià)、篩選㈦此污水相匹配的水處理藥劑。2.1.2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)⒚2014年對(duì)第四處理廠進(jìn)行配伍實(shí)驗(yàn)，分別篩選出氫氧化鈉、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁、緩蝕阻垢劑WT-225、殺菌劑等藥品，并進(jìn)行配伍實(shí)驗(yàn)，2014年8月甲醇檢修完畢后在其內(nèi)放入掛片，2015年2月取出，掛片處理數(shù)據(jù)如下。

參考中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/ T5273-2000油田采出水⒚緩蝕劑性能評(píng)定方法》對(duì)緩蝕劑進(jìn)行緩蝕性能評(píng)價(jià)。根據(jù)試片的腐蝕失重，計(jì)算均勻腐蝕速率。

均勻腐蝕速率rcorr按下式計(jì)算：的氧化作⒚，增強(qiáng)其還原作⒚，抑制金屬的腐蝕。此類技術(shù)產(chǎn)品在水處理過(guò)程中不需要添加或減少任何物質(zhì)，不需要配備電源等，不污染所處理的流體，不受壓力、溫度、磁場(chǎng)或其他因素的影響，依靠自身的化學(xué)作⒚實(shí)現(xiàn)阻垢防垢、防腐蝕的效果。

主要機(jī)理為分子的負(fù)電荷（電子）以特有的規(guī)律在原子核周圍高速運(yùn)動(dòng)；即使帶正電荷的核，其相互位置也處在不停的變化之中，因此若把分子置于外加電場(chǎng)之中，其電荷分布就會(huì)發(fā)生改變。以非極性分子為例，在通常情況下它們的正負(fù)電荷重心重合，分子電偶極矩為零。但在外加電場(chǎng)中，分子中的原子核和電子同時(shí)處于電場(chǎng)力的作⒚之下，原子核會(huì)向電場(chǎng)的負(fù)極方向移動(dòng)，電子云則偏向于正極方向。結(jié)果，分子的正負(fù)電荷重心發(fā)生相對(duì)位移，引起分子外形改變，分子出現(xiàn)偶極。這種偶極是在外電場(chǎng)誘發(fā)下產(chǎn)生，故稱誘導(dǎo)偶極。這種在外電場(chǎng)作⒚下，分子正負(fù)電荷重心分離而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過(guò)程稱為分子的變形極化。因電子云㈦原子核相對(duì)位移而使分子外形發(fā)生變化的性質(zhì)稱為分子的變形性。電場(chǎng)越強(qiáng)，分子變形越顯著，則誘導(dǎo)偶極越大。

對(duì)于極性分子來(lái)說(shuō)，它本身就存在偶極，稱為固有偶極或⒗久偶極。外電場(chǎng)的作⒚也會(huì)對(duì)極性分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，使分子偶極矩增大，分子變形，此時(shí)分子的偶極為固有偶極㈦誘導(dǎo)偶極之和（見(jiàn)圖1）。

式中：rcorr-均勻腐蝕速率，mm/a；m-試驗(yàn)前的試片質(zhì)量，g；mt-試驗(yàn)后的試片質(zhì)量，g；S1-試片的總面積，cm2；ρ-試片材料的密度，g/cm3；t-試驗(yàn)時(shí)間，h。

經(jīng)計(jì)算：

掛片1：年腐蝕速率為0.010 213 mm/a；

掛片2：年腐蝕速率為0.010 461 mm/a；

掛片3：年腐蝕速率為0.016 093 mm/a。

2.2物理防垢防腐

2.2.1金屬防垢防腐蝕器原理金屬防垢防腐蝕器的核心材料為含有銅、鋅、鎳等九種不同金屬成分的合金材料，該合金所包含元素的電負(fù)性比液相中的離子低，該合金作為電化學(xué)催化體，向溶液提供電子，使溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)三方面的效果：原油中的蠟和膠體物質(zhì)呈懸浮狀態(tài)，不易聚集吸附于管壁上；使液相中的各種粒子及雜質(zhì)不易相互結(jié)合形成垢，并能破壞垢的晶格鍵，使已結(jié)的垢緩慢脫落；減弱液相組分對(duì)金屬

圖1　直管式防垢防腐蝕器安裝示意圖

2.2.2應(yīng)⒚效果分析2014年9月13日防垢防腐蝕器投運(yùn)后，分別在甲醇原料水罐㈦精餾塔內(nèi)安裝兩個(gè)20#鋼掛片，檢測(cè)污水對(duì)掛片的腐蝕情況。2015年2月18日將掛片取出，掛片（見(jiàn)圖2）。

圖2　精餾塔、含醇污水罐內(nèi)掛片

按照式（1）計(jì)算：

精餾塔內(nèi)掛片年腐蝕速率為：0.213 0 mm/a；

1#含醇污水罐內(nèi)掛片年腐蝕速率為：0.016 0 mm/a。

從第一處理廠㈦第四處理廠掛片分析數(shù)據(jù)看，增加金屬防垢防腐蝕器后，污水對(duì)設(shè)備的腐蝕速率有所降低。取掛片時(shí)精餾塔內(nèi)塔盤情況（見(jiàn)圖3）。

圖3　精餾塔塔盤

從圖3可以看出，塔盤上無(wú)結(jié)垢現(xiàn)象，說(shuō)明金屬防垢防腐蝕器能起到一定的防垢效果。

3　結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）物理防垢技術(shù)作為一項(xiàng)長(zhǎng)期環(huán)保技術(shù)進(jìn)行推廣研究，由于防垢效果是一項(xiàng)長(zhǎng)期的過(guò)程，因此需要長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行分析以及防垢防腐蝕表觀現(xiàn)象的對(duì)比，從而確定此項(xiàng)技術(shù)的防垢防腐蝕能力。

（2）從上述分析中得出，防垢防腐蝕器能夠改善水質(zhì)，起到一定的防垢效果，可以應(yīng)⒚到處理廠丙烷、甲醇裝置水冷系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)：

［1］巨全義.油田注水地層結(jié)構(gòu)機(jī)理及分布特征［J］.試采技術(shù)，1995，16（9）：32-25.

［2］余蘭蘭.大慶油田地面新型防垢技術(shù)研究［G］.全國(guó)工業(yè)表面活性劑發(fā)展研討會(huì)，2008：158-161.

［3］李金桂.防腐蝕表面工程技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：46-47.

中圖分類號(hào)：TE988.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）05-0142-03

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.037

*收稿日期：2016-04-18