海上油田換熱器結(jié)垢原因探析

楊浩波，余紅坤，郝蘭鎖

(1 中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東　深圳　518067；2 中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院，天津　300131)

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海上油田換熱器結(jié)垢原因探析

楊浩波1，余紅坤1，郝蘭鎖2

(1 中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東深圳518067；2 中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院，天津300131)

南海某海上油田換熱器經(jīng)常因?yàn)榻Y(jié)垢發(fā)生堵塞，本文通過對(duì)換熱器垢樣及水質(zhì)的分析，對(duì)海上油田換熱器的結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行了判定，確定引起加熱器結(jié)垢堵塞的主要原因是硫酸鈣垢的生成。隨之我們又研究了水樣溫度及流速對(duì)換熱器結(jié)垢的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明隨著溫度的升高會(huì)加速硫酸鈣垢的生成，而流速的增加卻會(huì)減緩硫酸鈣垢的生成。所以對(duì)于此海上油田換熱器，可以通過適當(dāng)降低換熱溫度及增加流速來緩解硫酸鈣垢的生成。

換熱器；堵塞；硫酸鈣垢

在海上油田的生產(chǎn)工藝中，一般進(jìn)行油水分離前都要對(duì)含水原油進(jìn)行加熱處理，所以加熱器或者換熱器在油水處理工藝中存在著廣泛的應(yīng)用。南海某油田的生產(chǎn)工藝中，油水混合物經(jīng)過分離器初步分離后的原油(含水在10%～20%)進(jìn)入管束換熱器，含水原油經(jīng)加熱到105 ℃后再進(jìn)入電脫鹽脫水裝置(EDD)中進(jìn)行處理。此管束式換熱器自從油田投產(chǎn)以來，經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)垢堵塞現(xiàn)象。因?yàn)閾Q熱器的經(jīng)常堵塞，致使換熱效率低下，能耗大大增加，內(nèi)漏風(fēng)險(xiǎn)增加，也給油田生產(chǎn)帶來了巨大的安全隱患，嚴(yán)重影響到油田的正常生產(chǎn)。所以對(duì)此海上油田換熱器的結(jié)垢原因進(jìn)行研究并找出解決辦法，就顯得尤其重要和迫切。

1　換熱器水質(zhì)及垢樣分析

我們首先取換熱器進(jìn)口水樣，對(duì)其進(jìn)行了水質(zhì)全分析，分析結(jié)果見表1。

表1　換熱器水質(zhì)全分析

續(xù)表1

Mg2+764.20Ca2+1150.81Fe0.09Ba2+0.05Sr2+26.70Cl-19503.05SO2-42352.5HCO-3430.83CO2-30OH-0S2-16.89pH7.0

我們又對(duì)換熱器垢樣進(jìn)行了垢樣全分析，分析結(jié)果見表2。

表2　蒸汽加熱器垢樣分析

續(xù)表2

CaCO33.8Fe2O31.5SrSO40.7CaSiO34.212CaO·7Al2O31.4其他2.3總計(jì)100

從換熱器垢樣分析結(jié)果可以看出，垢樣中的硫酸鈣含量在80%左右，同時(shí)含有少量碳酸鈣、硫酸鍶以及氧化鐵等。

2　換熱器結(jié)垢原因探析

2.1水質(zhì)結(jié)垢趨勢(shì)判斷

我們利用結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型對(duì)此換熱器在分析水質(zhì)和壓力條件下進(jìn)行了不同溫度下不同垢型結(jié)垢趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，換熱器不同垢型結(jié)垢量與溫度的變化曲線見圖1。

圖1　換熱器不同垢型結(jié)垢量與溫度的變化曲線

從預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出：在溫度小于80 ℃時(shí)，隨著壓力的變化，基本只有碳酸鈣和氫氧化鐵垢形成，但在大于100 ℃時(shí)，硫酸鈣的結(jié)垢趨勢(shì)急劇增加，而碳酸鈣垢結(jié)垢趨勢(shì)急劇下降，因此在此換熱器的特殊工況條件下，換熱界面的高溫環(huán)境(大于105 ℃)更有利于硫酸鈣的生成[1]。

換熱器垢樣分析結(jié)果也顯示，垢樣中的硫酸鈣含量在80%左右，同時(shí)含有少量碳酸鈣、硫酸鍶以及氧化鐵等垢質(zhì)，與結(jié)垢預(yù)測(cè)模型[2]結(jié)垢趨勢(shì)判定的結(jié)果一致，此換熱器的結(jié)垢主要以硫酸鈣結(jié)垢為主。

2.2溫度對(duì)換熱器水質(zhì)結(jié)垢量的影響

取換熱器進(jìn)口水樣，在不同溫度的實(shí)驗(yàn)條件下加熱1 h，通過測(cè)試鈣離子保有率考察不同溫度對(duì)換熱器水質(zhì)結(jié)垢量的影響，鈣離子的保留率如圖2所示。

從測(cè)試結(jié)果可以看出，溫度對(duì)換熱器水質(zhì)結(jié)垢量有著較大的影響。溫度越高，鈣離子的沉積越嚴(yán)重。在150 ℃時(shí)，只有15%的鈣離子沉積，而到了180 ℃時(shí)，鈣離子的保有率只有46%，硫酸鈣大量沉積。因此，在保證油水處理效果的前提下，適當(dāng)降低換熱器的界面溫度將有利于控制換熱器的結(jié)垢。

圖2　溫度對(duì)換熱器水質(zhì)結(jié)垢量的影響

2.3流速對(duì)換熱器水質(zhì)結(jié)垢的影響

在溫度160 ℃、壓力0.75 MPa的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)所取水樣加熱1 h，通過測(cè)試水樣中的鈣離子保有率考察不同流速對(duì)換熱器水質(zhì)結(jié)垢量的影響[3]，鈣離子的保留率如圖3所示。

圖3　流速對(duì)換熱器水質(zhì)結(jié)垢量的影響

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著流體流速的增大，鈣保有率也在增大，結(jié)果表明適當(dāng)提高流體在換熱器中的流速將有利于緩解硫酸鈣垢的沉積。

3　結(jié)論及建議

(1) 通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水樣的水質(zhì)、垢樣分析，結(jié)合水質(zhì)結(jié)垢趨勢(shì)判定，表明該油田換熱器有明顯硫酸鈣垢結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 研究了換熱器界面溫度、流速對(duì)換熱器器水質(zhì)結(jié)垢量的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明溫度越高，流速越低，越能促進(jìn)換熱器水質(zhì)硫酸鈣垢的生成。

(3) 在不影響油田現(xiàn)場(chǎng)正常操作的情況下，盡量降低換熱器的操作溫度，適當(dāng)增加油水混合物通過換熱器總量，從而提高介質(zhì)通過換熱器的速度，可以在一定程度上緩解此油田換熱器的結(jié)垢問題。

[1]Dyer S J,Graham G M.The effect of temperature and pressure 0n oilfield scale formation[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2002,35(1-2):95-108.

[2]張紹廣.海上油田原油處理系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)[J].腐蝕與防護(hù),2009,30(11): 818-821.

[3]肖曾利,蒲春生,時(shí)宇,等.油田水無機(jī)結(jié)垢及預(yù)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J].斷塊油氣田,2004, 11(6):76-78.

Analysis of the Heat Exchanger Scale on Offshore Oilfield

YANGHao-bo1,YUHong-kun1,HAOLan-suo2

(1 CNOOC Ltd. Shenzhen Branch Company, Guangdong Shenzhen 518067；2 CNOOC Tianjin Research and Design Institute of Chemical Industry, Tianjin 300131, China)

The heat exchanger on the offshore oilfield has often been locked because of the scale. By the analysis of the water quality and the scale, we can confirm that the main cause on heat exchanger blocking is the scale of CaSO4. The relationship between the temperature and the scale quantity of CaSO4, the fluid speed of the water and the scale quantity of CaSO4were researched, the result showed that the raising of the temperature can raise the formation of CaSO4scale, the raising of the fluid speed can inhibit the formation of CaSO4scale, cutting down the temperature and raising the fluid speed can inhibit the formation of CaSO4scale for the heat exchanger.

heat Exchanger; blocking; CaSO4scale

TQ917.1

B

1001-9677(2016)012-0161-02