加熱爐阻垢增效試驗

聶紅培

(大慶油田天然氣分公司油氣加工九大隊，黑龍江 大慶 163416)

加熱爐是保障油田正常生產的重要設備之一，在使用過程中因蒸發濃縮、高溫沉淀、高溫分解、表面結晶［1］等原因，水中的雜質會在加熱盤管內壁上沉淀、結垢、結晶、結焦，甚至會造成污堵現象，不僅影響了加熱爐的傳熱效率，增加了能耗，還會導致系統的壓力升高，給油田的正常生產帶來安全隱患。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，清洗次數多，工作量大，不能滿足生產需求。加熱爐盤管結垢影響傳熱效率，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，利用阻垢劑阻止垢質生成的特點，在加熱爐運行系統中加入阻垢劑，有效降低結垢速率、減小垢層厚度。

1 結垢成因分析及阻垢機理

1.1 結垢成因分析

2013年3月對水質成分進行了化驗分析，化驗情況見表1。

表1 水質成分表

從表1中數據可以看出，結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生熱分解反應生成沉淀物析出:

碳酸鎂在水中有一定的溶解度，它能進一步水解，生成溶解度更小的氫氧化鎂沉淀:

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

1.2 結垢速度分析

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

1.3 阻垢機理

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

PBTCA、HPMA阻垢劑的阻垢機理，主要體現在提高溶解度、改變晶體結構作用兩個方面。阻垢劑與水中Ca2+、Mg2+等陽離子形成穩定的可溶性螯合物，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)，就可將比按化學計量比高得多的Ca2+穩定在水中;改變晶體結構就是在CaCO3微晶成長過程中，晶體吸附阻垢劑并摻雜在晶格的點陣中，就會使晶體發生畸變，或者使大晶體內部的應力增大，從而使晶體易于破裂，阻礙了沉積垢的生長。

2 工藝流程改造

在泵出口至加熱爐管線處引出一個旁路，增加一套加藥裝置(由加藥罐、泵及配套設施組成)，見圖1。阻垢劑在加藥罐內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，閥內掛片，在不影響其它管線運行的基礎上，關閉兩端閥門就可以取下管段查看掛片及管線結垢速率變化情況(見圖2)。

3 阻垢劑試驗

試驗時間為2013年4月16日～10月1日，采取連續加藥方式，每8 h加藥劑一次，每次加劑在10～15 min完成。試驗剛開始，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;以一個月為間隔，逐步加大藥劑量至50 mg/L。試驗情況見表2。

表2 試驗情況表

4 效果分析

4.1 結垢速率情況

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

4.2 加熱爐效率情況

從加熱爐監測數據看，從2013年6月20日始，加熱爐出口溫度達到50℃，比試驗前提高了5℃;效率為82.79%，效率提高了6%。

5 結論

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

2)化學阻垢劑因為具有低磷、阻垢時間長的特點，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，現場添加方便，避免了粉劑添加時造成揚塵大、污染環境的現象。

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

［2］賈興.油田加熱爐結垢清除技術研究［D］.大慶:東北石油大學，2011.