新型天然氣加熱爐防腐阻垢儀在榆林氣田的應用

2012-11-14 08:58:40黃雪萍井向輝劉淑哲高延平韓東興

石油化工應用 2012年7期

黃雪萍，武力，井向輝，劉淑哲，高延平，王霞，韓東興

（1.中國石油長慶油田分公司長慶油田第二采氣廠，陜西榆林 719000；2.中國石油長慶油田分公司黨委辦公室，陜西西安 710200；3.中國石油長慶油田勘探開發研究院，陜西西安 710200）

黃雪萍1，武力2，井向輝3，劉淑哲1，高延平1，王霞1，韓東興1

主要介紹了加熱爐結垢危害，并對結垢問題進行分析研究，確定安裝防腐阻垢儀，同時對安裝后的效果進行對比分析評價，以確定防腐阻垢儀安裝后防腐阻垢效果。

加熱爐；防腐；阻垢

榆林氣田現有集氣站12座，共有41臺加熱爐，均為北京超拓遠大石油科技有限公司、西安長慶石油天然氣設備制造有限責任公司、陜西宏達實業有限公司、北京市熱水鍋爐廠這四家公司所生產。投運最早的為榆19站2#（北京超拓）、3#（北京超拓）、4#（長慶）加熱爐，投運時間為2001年9月。

表1 榆林氣田南區加熱爐統計表

加熱采用以水為介質進行盤管加熱、換熱方式的水套爐進行，水套爐補水約半年進行一次補充，水在爐內不循環。水套爐運行4年后，出現盤管結垢3～5 mm，嚴重影響換熱效率，造成熱效率降低和能源的浪費，平時采用的是添加阻垢劑的形式進行防垢，設備運行后未進行清洗，結垢較為嚴重，換熱效率降低。

對加熱爐水質進行分析，并結合加熱爐爐內情況定性分析、爐內掛片定性分析、腐蝕產物X衍射分析等，得出加熱爐結垢和腐蝕主要由爐內溶解氧和溶解CO2所造成。

1 加熱爐防護措施

針對加熱爐運行后結垢較為嚴重的事實，2010年在榆林氣田南區榆16站1#加熱爐安裝防腐阻垢儀。

榆16站1#加熱爐所設電子除垢儀設計阻垢率＞96%；設計除垢率＞92%；設計抑菌率＞92%；適用于環境溫度小于60℃管內水溫99℃以下，其原理為通過儀器信號發射端，輸出電磁信號，利用纏繞在輸水管道上的線圈，產生磁場，從而使得水中的礦物質離子不能絡合，進而不能板結，之后利用加熱爐排污時期，將爐內污垢排出。

2 防腐阻垢儀工作原理

電子除垢儀主機發出一個頻率、強度都按一定規律變化的低壓交變電流，作用于綁縛在外加循環水管管壁的線圈，產生感應電磁場。該電磁場使水中的成垢離子結合成大量的文石晶核，當水中礦物質含量超過水的飽和溶解度時，成垢離子就會析出并優先生長在這些晶核上形成文石晶體，這樣向器壁上析出水垢的趨勢被轉化成向懸浮在水中的大量文石晶核上析出形成文石晶體，這些文石晶體粘附性很弱，呈松軟絮狀，懸浮在水中，很容易被水流沖走，這樣就達到了防垢的目的。特定的水質只有特定的頻率對其最有效，該設備經過多年的實踐，不斷改進和優化其頻率，使其適應絕大部分水質。該裝置還具備活化作用，該儀器產生的感應電磁場將水的大分子團打碎，形成了大量的小水分子團，水的表面張力降低，水的活性增強，水的溶解度提高，滲透力增強。

2.1 結垢原理

當水中的礦物質含量超過其飽和溶解度時，鈣（鎂）離子和酸根離子（統稱成垢離子）就會析出形成方解石并粘附在器壁上生成水垢，同時水垢也在不斷的溶解成離子重新回到溶液中；當離子析出形成水垢的速度快于水垢溶解成離子的速度時，垢層厚度逐漸增長；當二者速度相等時，垢層厚度不再增長，反之垢層厚度逐漸減少。

2.2 防垢原理

電子除垢儀通過主機在水中產生一個頻率、強度都按一定規律變化的感應電磁場。該電磁場使水中的成垢離子結合成大量的文石晶核，當水中礦物質含量超過水的飽和溶解度時，成垢離子就會析出并優先生長在這些晶核上形成文石晶體，這樣向器壁上析出水垢的趨勢被轉化成向懸浮在水中的大量文石晶核上析出形成文石晶體，這些文是晶體是粘附性很弱，呈松軟絮狀，懸浮在水中，很容易被水流沖走，這樣就達到了防垢的目的。特定的水質只有特定的的頻率對其最有效，該設備經過多年的實踐，不斷改進和優化其頻率，使其適應絕大部分水質。

3 防腐阻垢儀效果評價

2010年在榆16站1#和2#加熱爐分別進行為期120天掛片試驗，以對比分析安裝防腐阻垢儀的1#加熱爐和未安裝防腐阻垢儀的2#加熱爐腐蝕情況。

用失重法進行腐蝕評價：按照國標SYT0087-95其腐蝕速率V(g/d)的計算方法為：

式中：ΔW-掛片平均失重/g，S-試片表面積/mm，t-試驗時間/d。

按照式（1）所計算的為單位時間內掛片重量的減少量，但是實際情況中所應用的數據為單位時間內掛片厚度的減少量，因此根據相關文獻，其腐蝕速率V的計算方法如式（2）所示：

式中：ΔW-掛片平均失重/g，S-試片表面積/mm，t-試驗時間/d，ρ-掛片密度，對于一般鋼材而言，其密度近似為7.86 g/cm3。

在測量之前，應對所有的掛片的表面進行處理。腐蝕沉積物不明顯的掛片用丙酮擦拭，使其露出金屬本色，然后再浸入清潔的無水乙醇中浸泡片刻，取出后在濾紙上冷風吹干，置于干燥箱，24 h后承重；對于腐蝕沉積物較多的掛片，先將腐蝕產物用丙酮擦拭，如果無法清除則再用化學清洗除去腐蝕產物，經過化學清洗的掛片應立即浸入氫氧化鈉溶液中鈍化片刻取出后在清潔的無水乙醇中洗滌，最后取出在濾紙上冷風吹干，置于干燥箱，24 h后承重。

根據《鋼制管道及儲罐腐蝕控制工程設計規范》(SY／0007-1999)和《鋼制管道內腐蝕控制標準》(SY／T0078-93)的有關規定及判定標準（見表2）。

表2 管道及儲罐內介質腐蝕性分級標準

3.1 掛片宏觀圖

在同樣介質中懸掛120天后起出加熱爐內掛片進行清洗，肉眼觀察1#加熱爐比2#加熱爐掛片腐蝕輕微（見圖 2、圖 3）。

3.2 掛片數據

將掛片進行處理后按照國標SYT0087-95其腐蝕速率V(g/d)的計算方法分別計算在不同位置，1#加熱爐和2#加熱爐掛片腐蝕速率，發現在相同位置1#加熱爐腐蝕速率遠遠小于2#加熱爐腐蝕速率，按照《鋼制管道及儲罐腐蝕控制工程設計規范》(SY／0007-1999)和《鋼制管道內腐蝕控制標準》(SY／T0078-93)，1#加熱爐除底部液、固混相層在中度腐蝕范圍內，其余均屬于低度腐蝕，具體數據（見表4）。