加熱爐阻垢增效試驗(yàn)

聶紅培

(大慶油田天然氣分公司油氣加工九大隊(duì)，黑龍江 大慶 163416)

加熱爐是保障油田正常生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，在使用過程中因蒸發(fā)濃縮、高溫沉淀、高溫分解、表面結(jié)晶［1］等原因，水中的雜質(zhì)會(huì)在加熱盤管內(nèi)壁上沉淀、結(jié)垢、結(jié)晶、結(jié)焦，甚至?xí)斐晌鄱卢F(xiàn)象，不僅影響了加熱爐的傳熱效率，增加了能耗，還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的壓力升高，給油田的正常生產(chǎn)帶來安全隱患。目前使用的水套式加熱爐主要采用停爐清洗的定期除垢方法進(jìn)行加熱爐除垢［2］，每年的5月和11月要停爐清洗兩次，清洗次數(shù)多，工作量大，不能滿足生產(chǎn)需求。加熱爐盤管結(jié)垢影響傳熱效率，造成加熱爐出口溫度降低，能耗增加，加熱爐熱效率只有76.62%，日均增加耗氣量355 m3。為此，開展了加熱爐阻垢試驗(yàn)，利用阻垢劑阻止垢質(zhì)生成的特點(diǎn)，在加熱爐運(yùn)行系統(tǒng)中加入阻垢劑，有效降低結(jié)垢速率、減小垢層厚度。

1 結(jié)垢成因分析及阻垢機(jī)理

1.1 結(jié)垢成因分析

2013年3月對(duì)水質(zhì)成分進(jìn)行了化驗(yàn)分析，化驗(yàn)情況見表1。

表1 水質(zhì)成分表

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，結(jié)垢成因是以碳酸氫鈣為主，碳酸氫鎂為輔。

鈣和鎂的碳酸鹽在加熱過程中發(fā)生熱分解反應(yīng)生成沉淀物析出:

碳酸鎂在水中有一定的溶解度，它能進(jìn)一步水解，生成溶解度更小的氫氧化鎂沉淀:

另外，水質(zhì)中含有少量的CaSO4，它的溶解度隨溫度的升高而減小，容易在受熱強(qiáng)度較大的部位析出。

1.2 結(jié)垢速度分析

為了研究加熱爐盤管的結(jié)垢速度，于2013年2月16日對(duì)加熱爐進(jìn)行了流程改造，在進(jìn)出口安裝了掛片裝置。于4月16日取出掛片進(jìn)行分析，結(jié)垢厚度為0.3 mm，計(jì)算出結(jié)垢速率為9.6 g/(m2·d)。

1.3 阻垢機(jī)理

依據(jù)水樣中以Ca2+、Mg2+為主的化驗(yàn)情況，選用2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷(PBTCA)和水解聚馬來酸酐(HPMA)兩種阻垢劑來復(fù)配，按1∶2復(fù)配。

PBTCA、HPMA阻垢劑的阻垢機(jī)理，主要體現(xiàn)在提高溶解度、改變晶體結(jié)構(gòu)作用兩個(gè)方面。阻垢劑與水中Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子形成穩(wěn)定的可溶性螯合物，從而提高了水中Ca2+、Mg2+離子的允許濃度，相對(duì)來說，就增大了鈣、鎂鹽的溶解度，而且在水中投加微量阻垢劑(30～50 mg/L)，就可將比按化學(xué)計(jì)量比高得多的Ca2+穩(wěn)定在水中;改變晶體結(jié)構(gòu)就是在CaCO3微晶成長(zhǎng)過程中，晶體吸附阻垢劑并摻雜在晶格的點(diǎn)陣中，就會(huì)使晶體發(fā)生畸變，或者使大晶體內(nèi)部的應(yīng)力增大，從而使晶體易于破裂，阻礙了沉積垢的生長(zhǎng)。

2 工藝流程改造

在泵出口至加熱爐管線處引出一個(gè)旁路，增加一套加藥裝置(由加藥罐、泵及配套設(shè)施組成)，見圖1。阻垢劑在加藥罐內(nèi)與適量的水混合均勻后通過加藥泵輸入到加熱爐。

在管線出泵房閥組處加裝旁通閥，閥內(nèi)掛片，在不影響其它管線運(yùn)行的基礎(chǔ)上，關(guān)閉兩端閥門就可以取下管段查看掛片及管線結(jié)垢速率變化情況(見圖2)。

3 阻垢劑試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)間為2013年4月16日～10月1日，采取連續(xù)加藥方式，每8 h加藥劑一次，每次加劑在10～15 min完成。試驗(yàn)剛開始，加藥量按20 mg/L加入，防止加藥量過大造成垢層脫落快、管線堵塞情況出現(xiàn);以一個(gè)月為間隔，逐步加大藥劑量至50 mg/L。試驗(yàn)情況見表2。

表2 試驗(yàn)情況表

4 效果分析

4.1 結(jié)垢速率情況

在2013年4月16日更換新掛片，9月15日試驗(yàn)結(jié)束后取出掛片，測(cè)得掛片垢層厚度0.12 mm，結(jié)垢速度為1.1 g/(m2·d)，結(jié)垢速率降低了89%。

4.2 加熱爐效率情況

從加熱爐監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，從2013年6月20日始，加熱爐出口溫度達(dá)到50℃，比試驗(yàn)前提高了5℃;效率為82.79%，效率提高了6%。

5 結(jié)論

1)加熱爐盤管結(jié)垢成因是以碳酸氫鈣為主，碳酸氫鎂為輔;采用化學(xué)復(fù)配阻垢劑有效地減緩了結(jié)垢速率，提高了加熱爐效率;

2)化學(xué)阻垢劑因?yàn)榫哂械土?、阻垢時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，能夠很好地起到抑制水垢生成、剝離老垢的作用;選用的液體阻垢劑，現(xiàn)場(chǎng)添加方便，避免了粉劑添加時(shí)造成揚(yáng)塵大、污染環(huán)境的現(xiàn)象。

［1］王皓.加熱爐結(jié)垢原因分析和解決方法［J］.科技信息，2007(1):231.

［2］賈興.油田加熱爐結(jié)垢清除技術(shù)研究［D］.大慶:東北石油大學(xué)，2011.