原油運(yùn)輸管道結(jié)垢原因及化學(xué)除垢技術(shù)

朱漢明 湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院

原油運(yùn)輸管道結(jié)垢原因及化學(xué)除垢技術(shù)

朱漢明 湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院

在原油運(yùn)輸管道的油氣中有非常多的雜質(zhì)，其中包含了有機(jī)物、二氧化碳、硫化氫、細(xì)菌等，這些雜質(zhì)的存在，非常容易引發(fā)管道結(jié)垢。化學(xué)除垢一般分為酸洗、沖洗、鈍化、沖洗四步。在進(jìn)行化學(xué)除垢的過程中加入一些表面活性劑，例如烷基苯磺酸鈉等，表面活性劑可降低油污的表面張力，與油污部分雜質(zhì)發(fā)生滲透和分散作用，使油污從管道壁上脫落，對脫落下來的油污進(jìn)行乳化，可充分發(fā)揮除垢劑作用。此時加入的表面活性劑不僅可以起到除油污的效果，還可以起到一定的緩解腐蝕作用。

原油運(yùn)輸管道；結(jié)垢；雜質(zhì)；化學(xué)除垢

1 結(jié)垢的原因和影響因素

1.1 管道結(jié)垢過程

在原油運(yùn)輸管道的油氣中有非常多的雜質(zhì)，其中包含了有機(jī)物、二氧化碳、硫化氫、細(xì)菌等，這些雜質(zhì)的存在，非常容易引發(fā)管道結(jié)垢。管道結(jié)垢會產(chǎn)生很大的危害，不僅會浪費(fèi)資源，影響原油的產(chǎn)量，同時也會對管道產(chǎn)生非常大的影響。管道結(jié)垢的主要成分是瀝青、無機(jī)物等，無機(jī)物是最基礎(chǔ)的污垢，在原油管道中無機(jī)物污垢被稱為油田垢。

原油運(yùn)輸過程中，油氣中含有的某些離子會自行結(jié)合，形成難溶于水或者在水中微溶、不溶的物質(zhì)，這些難溶性物質(zhì)長時間積累，就會形成水垢。這類的垢物多為鹽類污垢，離子之間的結(jié)合實(shí)際上就是陰、陽離子的結(jié)合。這種由離子結(jié)合在一起形成的污垢，主要以碳酸鹽和硫酸鹽為主，在化學(xué)反應(yīng)中常見的不溶物也多為碳酸鹽和硫酸鹽。在原油運(yùn)輸?shù)倪^程中這些污垢有的會隨著水流被沖掉，但也會有新的污垢形成，在此聚集，最終導(dǎo)致管道阻塞。這些無機(jī)物污垢中微溶物質(zhì)的溶解度會隨著溫度的升高而下降，導(dǎo)致更多的物質(zhì)從水中析出，隨著溫度的升高，管道結(jié)垢現(xiàn)象也就越發(fā)嚴(yán)重。

水流速度也會對結(jié)垢產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)水流速度相對緩慢時，污垢形成的環(huán)境會非常穩(wěn)定。管道輸送的介質(zhì)流動速度越慢，水垢出現(xiàn)的幾率就越高；輸送介質(zhì)的流動速度和流動方向的突然變化也會導(dǎo)致水垢形成速率的提升。原油運(yùn)輸管道中溶解氧的含量非常的高，這樣會加快管道壁的腐蝕；同時管道中含有的其他雜質(zhì)，例如二氧化碳、硫化氫、細(xì)菌等，都會通過管道壁上的水垢，對管道的基體進(jìn)行腐蝕，形成腐蝕產(chǎn)物。

1.2 管道結(jié)垢的影響因素

1.2.1 溫度、壓力對管道結(jié)垢的影響

物質(zhì)的溶解度和溫度有關(guān)，尤其是微溶物、不溶物和難溶物，它們的溶解度受到溫度的影響非常大。

CaSO4·2H2O的溶解度會隨著溫度的升高出現(xiàn)最大的溶解值，其他物質(zhì)的溶解度會隨著溫度的升高而降低。在管道結(jié)垢中鹽類污垢以碳酸鹽為主。

隨著溫度的升高碳酸鈣會逐漸析出，而其他的SO42-、Ba2+等離子之間的結(jié)合物也會隨著溫度的升高析出的越來越多。溫度還會影響細(xì)菌的繁殖以及其對管道腐蝕的速率。

除了溫度會對管道的結(jié)垢產(chǎn)生影響外，壓力也會對結(jié)垢產(chǎn)生影響。在有氣體參與的結(jié)垢反應(yīng)中，壓力會對其形成沉淀的速率產(chǎn)生影響。在原油運(yùn)輸?shù)倪^程中壓力會逐漸的小，而結(jié)垢量將逐漸增大。

1.2.2 pH值對管道結(jié)垢產(chǎn)生的影響

pH值是氫離子的濃度指數(shù)，將物質(zhì)的pH值提高，碳酸鹽類的溶解度將會下降，快速地結(jié)晶，進(jìn)而增加管道的熱阻。如果物質(zhì)的pH值過小，物質(zhì)將呈現(xiàn)酸性，進(jìn)而加速腐蝕，產(chǎn)生更多的腐蝕污垢。所以pH值對管道的結(jié)垢也會產(chǎn)生影響。

2 結(jié)垢的化學(xué)處理方法

2.1 化學(xué)除垢機(jī)理

在原油中有一種固態(tài)物質(zhì)，俗稱為石蠟，其熔點(diǎn)在40～60℃。在原油運(yùn)輸?shù)倪^程中，為了防止原油固化，需要對原油運(yùn)輸系統(tǒng)采取保溫措施。但是隨著時間的推移，原油運(yùn)輸溫度不斷下降，進(jìn)而析出石蠟，附著于管道的壁上，增加管道內(nèi)部阻力，使運(yùn)輸更加困難。除了石蠟以外，管道結(jié)垢中還有鹽類污垢，主要為硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鎂、硫酸鍶、碳酸鈣和碳酸鎂等。

化學(xué)除垢劑的原理是將不溶性污垢轉(zhuǎn)化成可溶性物質(zhì)。可根據(jù)原油運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的鹽類結(jié)垢，針對反應(yīng)機(jī)理，進(jìn)行化學(xué)除垢。

2.2 化學(xué)除垢技術(shù)的應(yīng)用

化學(xué)除垢技術(shù)是根據(jù)污垢的組成進(jìn)行除垢的。原油中含有大量的油污、雜質(zhì)，這些是導(dǎo)致管道結(jié)垢的原因。所以在進(jìn)行化學(xué)除垢的過程中加入一些表面活性劑，例如烷基苯磺酸鈉等，表面活性劑可以降低油污的表面張力，與油污部分雜質(zhì)發(fā)生滲透和分散的作用，使油污從運(yùn)輸管道壁上脫落，對脫落下來的油污進(jìn)行乳化，可充分發(fā)揮除垢劑作用。此時加入的表面活性劑不僅可以起到除油污的效果，還可以起到一定的緩解腐蝕作用。

在化學(xué)除垢的過程中，應(yīng)用到的除垢劑（以鹽酸為例）雖然可以和污垢進(jìn)行反應(yīng)將其溶解，但也會對運(yùn)輸管道產(chǎn)生一定的腐蝕作用。所以需要配置比例合適的化學(xué)除垢劑（其成分有鹽酸、緩蝕劑、表面活性劑、純化劑等），以緩解其在除垢過程中對管壁的腐蝕。

化學(xué)除垢一般分為酸洗、沖洗、鈍化、沖洗四步。配置好化學(xué)除垢劑后，將其注入到原油運(yùn)輸管道中，除垢劑的流動速度不宜過快，此時進(jìn)行的是酸洗，主要的目的是對管道中的全部污垢層進(jìn)行清除，使得管道的表面清潔。酸洗的反應(yīng)時間應(yīng)不宜超過20 h，否則其中的酸組分會對管道產(chǎn)生腐蝕作用。此階段完成的標(biāo)志是沒有氣體產(chǎn)生，F(xiàn)e3+的濃度呈現(xiàn)下降的趨勢，酸濃度趨于穩(wěn)定，F(xiàn)e2+濃度達(dá)到一個穩(wěn)定的數(shù)值。在酸洗結(jié)束后進(jìn)行沖洗，如果污水中的酸含量過高，向污水中加入適量的堿，進(jìn)行pH值的調(diào)和，使污水達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)酸洗結(jié)束后，進(jìn)行沖洗時水流速度要快，沖洗的時間要盡量的縮短。然后進(jìn)行的是鈍化，該步進(jìn)行的目的是將管道中殘留的酸清除，使金屬表面形成一層保護(hù)膜。完成鈍化之后，再次進(jìn)行排污沖洗，直到管道中排出清水為止。

3 結(jié)語

原油運(yùn)輸管道結(jié)垢產(chǎn)生的危害非常大，不僅影響原油的質(zhì)量，還會對運(yùn)輸管道產(chǎn)生一定的危害，造成管道的腐蝕，降低管道的運(yùn)行壽命。目前進(jìn)行管道除垢的方法有很多種，本文主要是針對化學(xué)除垢技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析研究，通過將不溶物溶解，然后將其排放掉，并對管道壁進(jìn)行保護(hù)，延緩其腐蝕，再進(jìn)行化學(xué)除垢。

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.010