金屬防垢防腐蝕器在天然氣處理廠的應⒚效果評價

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

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金屬防垢防腐蝕器在天然氣處理廠的應⒚效果評價

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

摘要：針對采氣三廠處理廠設備結垢嚴重的現(xiàn)狀，分析設備結構原因。分別⒚物理防垢和化學防垢方法進行比較，以蘇里格兩個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)場應⒚效果及適應性，結果表明，防垢防腐蝕工具的防垢效果較好。

關鍵詞：腐蝕；結垢；物理防垢；應對措施

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

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

（1）精餾塔設計處理量為100 m3/d，因為塔盤結垢導致實際處理量為30 m3/d～50 m3/d。

（2）精餾塔內腐蝕結垢嚴重，幾乎半個月檢修一次。

2012年開始進行配伍實驗，利⒚調節(jié)雙氧水、2B絮凝劑、緩蝕阻垢劑、氫氧化鈉等藥品的配比，來處理污水中具有腐蝕、結垢作⒚的離子。配伍實驗后，裝置運行基本平穩(wěn)，但在運行一年時，都將出現(xiàn)參數(shù)調節(jié)困難，即每年至少需進行一次檢修，從以往檢修來看，每次檢修取出的塔盤，結垢比較嚴重。并且近兩年發(fā)現(xiàn)精餾塔內壁和原料水管線腐蝕也很嚴重。結垢和腐蝕都將對裝置帶來巨大的負面影響，所以結垢和腐蝕問題將需要再深入的解決。

1　含醇污水性質

按照國標SY/T 5523-2003《油氣田水分析方法》，對含油含醇污水中的離子組成進行化驗，具體分析結果（見表1）。

表1　含醇污水的組成性質分析結果

從表1結果可以看出：（1）水中懸浮固體相對較低（15 mg/L）；（2）污水中Ca2+、Mg2+、∑Ba2++Sr2+、∑Fe等高價金屬陽離子含量比較高，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垢傾向；（3）水中SO42-和HCO3-含量相對比較低，SO42-含量30 mg/L、HCO3-含量250 mg/L；（4）污水中三價鐵離子、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適應性

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

2.1化學防垢防腐

2.1.1配伍實驗按照國標SY/T 5796-93《絮凝劑評價方法》，在污水樣中加入不同濃度的各種水處理劑對含油含醇污水進行預處理，通過處理前后污水的水質特性，分析評價、篩選㈦此污水相匹配的水處理藥劑。2.1.2現(xiàn)場應⒚2014年對第四處理廠進行配伍實驗，分別篩選出氫氧化鈉、陽離子聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁、緩蝕阻垢劑WT-225、殺菌劑等藥品，并進行配伍實驗，2014年8月甲醇檢修完畢后在其內放入掛片，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石油天然氣行業(yè)標準《SY/ T5273-2000油田采出水⒚緩蝕劑性能評定方法》對緩蝕劑進行緩蝕性能評價。根據(jù)試片的腐蝕失重，計算均勻腐蝕速率。

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

主要機理為分子的負電荷（電子）以特有的規(guī)律在原子核周圍高速運動；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之中，其電荷分布就會發(fā)生改變。以非極性分子為例，在通常情況下它們的正負電荷重心重合，分子電偶極矩為零。但在外加電場中，分子中的原子核和電子同時處于電場力的作⒚之下，原子核會向電場的負極方向移動，電子云則偏向于正極方向。結果，分子的正負電荷重心發(fā)生相對位移，引起分子外形改變，分子出現(xiàn)偶極。這種偶極是在外電場誘發(fā)下產(chǎn)生，故稱誘導偶極。這種在外電場作⒚下，分子正負電荷重心分離而產(chǎn)生誘導偶極的過程稱為分子的變形極化。因電子云㈦原子核相對位移而使分子外形發(fā)生變化的性質稱為分子的變形性。電場越強，分子變形越顯著，則誘導偶極越大。

對于極性分子來說，它本身就存在偶極，稱為固有偶極或⒗久偶極。外電場的作⒚也會對極性分子產(chǎn)生誘導偶極，使分子偶極矩增大，分子變形，此時分子的偶極為固有偶極㈦誘導偶極之和（見圖1）。

式中：rcorr-均勻腐蝕速率，mm/a；m-試驗前的試片質量，g；mt-試驗后的試片質量，g；S1-試片的總面積，cm2；ρ-試片材料的密度，g/cm3；t-試驗時間，h。

經(jīng)計算：

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性比液相中的離子低，該合金作為電化學催化體，向溶液提供電子，使溶液發(fā)生化學反應，從而實現(xiàn)三方面的效果：原油中的蠟和膠體物質呈懸浮狀態(tài)，不易聚集吸附于管壁上；使液相中的各種粒子及雜質不易相互結合形成垢，并能破壞垢的晶格鍵，使已結的垢緩慢脫落；減弱液相組分對金屬

圖1　直管式防垢防腐蝕器安裝示意圖

2.2.2應⒚效果分析2014年9月13日防垢防腐蝕器投運后，分別在甲醇原料水罐㈦精餾塔內安裝兩個20#鋼掛片，檢測污水對掛片的腐蝕情況。2015年2月18日將掛片取出，掛片（見圖2）。

圖2　精餾塔、含醇污水罐內掛片

按照式（1）計算：

精餾塔內掛片年腐蝕速率為：0.213 0 mm/a；

1#含醇污水罐內掛片年腐蝕速率為：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，污水對設備的腐蝕速率有所降低。取掛片時精餾塔內塔盤情況（見圖3）。

圖3　精餾塔塔盤

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

3　結論及認識

（1）物理防垢技術作為一項長期環(huán)保技術進行推廣研究，由于防垢效果是一項長期的過程，因此需要長時間進行分析以及防垢防腐蝕表觀現(xiàn)象的對比，從而確定此項技術的防垢防腐蝕能力。

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

參考文獻：

［1］巨全義.油田注水地層結構機理及分布特征［J］.試采技術，1995，16（9）：32-25.

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

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

中圖分類號：TE988.2

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）05-0142-03

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.037

*收稿日期：2016-04-18