電磁除防垢機理理論概述

孟慶鵬等

摘 要：油田的實際開發中，結垢問題已經成為一個必須解決的嚴峻問題。電磁除防垢技術通過電磁除防垢裝置對流體進行磁處理，從而影響或改變流體中物質的物理化學性質而最終達到除垢防垢的目的。本文結合油田結垢物的結垢機理理論，分析總結了電磁處理除防垢的機理理論。電磁除防垢技術具有低成本、無污染等優勢，在解決油田結垢問題領域擁有廣闊前景。

關鍵詞：電磁；除垢；防垢

引言

電磁除防垢技術屬于物理方面的一種應用技術，不但具有操作簡單、使用省時省力、成本相對較低、不會對環境產生污染等特點，同時還具有防垢除垢和滅藻殺菌的作用而日益引起人們的關注。但電磁除防垢的機理問題始終未有權威的研究結論以及許多因素都可以對電磁除防垢的效果產生影響，使得電磁除防垢技術的應用范圍相對狹隘。下面對電磁除防垢機理理論進行簡要的概述。

1 變頻共振斷裂理論

水經過磁作用，水的滲透性增強，增加了水的溶解度，減少系統壁上垢物的沉積，進而防垢。液體分子由于交變磁場引起了分子內的共振；同時這種交變磁場還能夠增強分子內部的振動，使分子內部的鍵合變動，從而影響分子的構形。實驗表明，水經過磁化后，增強了分子的內振動，使得分子達到一種振動激發的狀態，大的水分子團斷裂成單個的極性水分子，水的活化性大大提高，對垢物的溶解度也大幅度增強，微小的極性水分子可以對垢物進行滲透、疏松甚至溶解，使得水中結垢的幾率大大降低，從而達到除垢的目的。

因為水在不同條件下的自然固有頻率存在很大差異，因而采用變頻共振技術，其不斷變化的頻率幾乎可以覆蓋所有水質的自然固有頻率，能夠使得即使是不同水質條件下的水分子或垢粒子，也可以產生共振，最終達到除垢、防垢的目的。

2磁場晶體畸變理論

結垢晶粒的大量形成，使得很大部分鈣鎂離子等與負離子結合的機會大幅度增加，大量的鈣鎂等離子由于電磁場電磁力的作用轉移了電子云的方位導致這些離子被誘導極化。并且存在誘導電磁矩，誘導電磁矩使得晶體微粒間發生排斥現象，晶粒由于誘導極化電磁矩而產生的排斥作用會消解和分散垢物晶粒或者使其懸浮于液體中，即使晶體能夠長大，也會改變 結晶的狀態，晶粒變得細小，有紋理，堅實致密，結構緊密的長方石結晶晶體變為疏松，基本沒有附著力的文石晶體，這樣就起到了防垢的目的。

3管壁電荷聚集理論

水溶液經過電磁場處理之后，強大的電磁場的磁場作用使得溶液中的水分子和其中存在的大量離子產生了微弱的感生電流，于是系統管壁上積聚了大量的電荷，使得管壁呈現陰極化。同時大量的離子和水分子呈現出了相反性質的電荷，則系統管壁處在陰極保護中，溶液中因電荷相同而發生排斥作用，垢物不易形成，另外，大量氫離子聚集到管壁上，防止垢物的沉積，也會起到使得管壁清潔的作用。

4晶粒變小理論

采用了顯微鏡觀察和拍照的手段以此觀察研究水中污垢晶體的大小在磁場處理前后的變化程度，結果發現，污垢晶體在磁場處理前顯示是有一定晶面的晶體狀，而水中的污垢晶體在磁處理后竟然變成了圓球狀，從這一方面考慮，表明了磁處理使水中的污垢晶體在磁處理后可能破碎成了更加細小的微粒，因此阻礙了污垢晶體的成長，使其不能繼續粘結，從而達到防垢的效果。杜娜德等研究過海水經過磁場處理后的結垢狀況，研究結果表明，溶液的結晶成核過程在經過磁場處理后發生了顯著的大幅度的改變，晶粒尺寸變小。

5氫鍵變形理論

因為水是極性分子，電磁場中電磁作用對水進行處理后，水就會產生定向極化作用，這種作用可以造成氫鍵的變形甚至氫鍵的局部斷裂。氫鍵局部斷裂，電磁場就把大分子團的水切割成了雙分子或者單分子的小分子團，導致單個的小分子大量占據水體的空間間隙，使得水中結垢物質的晶體難以形成，有效的抑制了污垢的形成。

同時，由于在磁場中，所以各種離子和帶點質點之間存在洛侖茲力，因為洛侖茲力的直接作用，使得水合離子或帶電質點進行了反向運動，反向運動使其相互碰撞，最終正負離子或結垢質點之間產生了數量一定的“離子締合體”。這種締合體，不易沉積且易懸浮于液體中，同時很難在管壁上附著，而且還具有一定程度的穩定性。

6磁感應理論

如果將做螺旋運動的帶電粒子的軌跡當做通電線圈，其中的帶電粒子看做是線圈中的磁鐵，則電荷電性相同的相鄰帶電粒子，在相同的磁場作用下，因運動方向相同而產生相同方向的約束力，產生了互相吸引的電磁相互作用，帶電粒子間的互相作用力也是減小了的。所以無論相鄰帶電粒子所帶的是同性還是異性電荷，經過磁處理后粒子間的相互作用力會變得較弱，難以生成穩固的粒子團，這樣就起到了防垢的目的。

7 其他機理理論

（1）腐蝕產物影響說

磁處理加速了腐蝕溶解，在溶液中生成了大量的而家鐵離子和三價鐵離子等，而這些離子能夠影響垢的生成過程，從而產生軟垢，達到防垢的目的。

（2）晶體概率說

水溶液由于電磁場處理而導致溶液中存在的大量水分子以及離子的運動狀態發生了程度相對明顯的改變，使得溶液的粘聚力明顯降低，溶液的溶解度也相對增大，最終成垢晶體形成長大的概率大大降低，不能沉積成垢。

（3）雙電層作用說

溶液經過磁場作用處理后，使得溶液中的粒子產生了電位變化，加速了溶液中粒子的聚集，從而產生了大量的微粒，使得晶核更容易形成，大量晶核的形成使得溶液的過飽和度大幅度的降低了，使得大量晶體懸浮于溶液中，且由于電位存在，管壁上難以形成質地堅硬的硬垢，從而達到了除防垢的目的。

8 總結

目前對于磁處理的防除垢機理的研究理論還沒有統一的權威的都被認可的理論，一方面是因為大部分的結論是建立在實踐的基礎上，而實驗條件的不同就導致了結果的不同；另一方面是研究的對象，無論是電磁場還是流體內部分子和離子的狀態的變化，都是微觀層面上的變化，很難準確的研究。從宏觀上和微觀層面研究磁處理的除防垢機理，對于提高磁處理技術在防除垢領域的認識具有重要意義。

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第一作者簡介：孟慶鵬，生于1987年，2012年畢業于中國石油大學（華東）油氣田開發工程專業，獲碩士學位，現從事機械采油相關專業的工作。地址：山東東營西三路306號（257000）。