原油運輸管道結(jié)垢原因及化學(xué)除垢技術(shù)

蘆濤

【摘要】原油管道輸送是隨著石油工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。世界各國尤其是盛產(chǎn)含蠟粘性大的原油大國，都使用管道進(jìn)行石油運輸，隨著輸送管道應(yīng)用的時間增長，管道結(jié)垢問題也日益明顯。由于管道內(nèi)流體的流速不同，如果刻意去離線停工除垢，會影響到工業(yè)生產(chǎn)并增加額外費用，同時由于設(shè)備處于非正常停工狀態(tài)，整個設(shè)備的磨損也會增加。因此，現(xiàn)階段迫切需要一種效果明顯而且經(jīng)濟(jì)實用的除垢防垢技術(shù)。本文從原油運輸管道結(jié)垢的原因說起，淺論化學(xué)除垢技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】原油運輸；管道結(jié)垢；化學(xué)除垢

我國各個主要油田主要采用注水采油的方法來提高油田的采油率，平均每生產(chǎn)一噸的原油就需要消耗2噸～3噸的水，使得采出的原油具有較高的含水率，既增加了原油處理的困難程度也加劇了原油集輸過程中的結(jié)垢問題，使得原油開采的成本逐漸加大。同時我國的各個主要油田已經(jīng)進(jìn)入了采油的中后期，使得注水條件更加的惡劣，注入的水質(zhì)中含有較高的硫酸鹽、氧化還原菌等物質(zhì)，導(dǎo)致結(jié)垢問題更加的嚴(yán)重，這成為影響我國油田開發(fā)以及油氣傳輸技術(shù)發(fā)展中的瓶頸問題。

一、我國原油運輸管道結(jié)垢原因分析

原油管道中的污垢主要與原油本身的成分和運輸方式相關(guān)，因此要研究原油管道中的污垢的形成首先需要了解原油本身的成分。一方面造成管道內(nèi)徑變小，增加管道內(nèi)流體的阻力，減慢原油流速，進(jìn)而影響循環(huán)系統(tǒng)的工作效率，增加系統(tǒng)的運行成本。

具體來說原油是種混合物，這其中主要以C、H為主的烴類化合物為主，還含有少量含硫、含氮等的非烴類化合物以及少量金屬粒子。通過上述對原油分子的描述可以很直管的了解到原油是一種十分復(fù)雜的物質(zhì)，它粘度非常高，因此通常會采用加熱運輸?shù)姆绞竭M(jìn)行運輸。而原油中除了還有以C、H為主的烴類化合物，還含有大量的石蠟、焦油以及含各種金屬離子的無機(jī)鹽。眾所周知，石蠟是一種固態(tài)物質(zhì)，熔點約為40-60℃，且十分粘稠，原油在運輸時，運輸速度與粘度成反比，粘度越大，運輸速度越低，因此在高粘度稠油運輸過程中，與管壁接觸的時間大大增加，隨著接觸時間的增加，原油的溫度不斷下降，石蠟溫度下降進(jìn)而不斷析出，越來越多的石蠟分子凝結(jié)并吸附在管壁表面，形成污垢。除此之外，原油中還含有大量的包括鋇、鍶、鎂、鈣等硫酸鹽或碳酸鹽。這些垢物通常以溶解度很小的鹽類分子存在，正如上一小節(jié)內(nèi)容所示的污垢物形成機(jī)理，這類溶解度很小的鹽類分子將會隨著上述的幾個結(jié)垢階段慢慢形成新的污垢。這兩種物質(zhì)一種是石蠟，一種是包含在石油分子中的金屬粒子鹽。而根據(jù)這兩種污垢形成的描述可以看出這兩種主要污垢形成都與時間相關(guān)，說明接觸的時間越長則形成污垢的幾率也越大，因此在考慮防垢時需要考慮這部分內(nèi)容。這兩種物質(zhì)在隨著原油在管道內(nèi)傳播時都會與管壁接觸，由于原油的粘度大，運輸速度低，在不斷向前運輸時會在管壁殘留，形成管壁束縛油。

二、常用除垢方法分析

針對原油運輸管道結(jié)垢問題，國內(nèi)外專家學(xué)者也進(jìn)行了諸多的研究，目前除垢方法主要有以下幾種。

（一）化學(xué)除垢

該方法是根據(jù)每種不同污垢的組成成分，選用能溶解污垢的化學(xué)劑對污垢進(jìn)行溶解達(dá)到除垢的目的。當(dāng)然由于每種污垢的成分不一樣，選用的除垢劑也不一樣，這也導(dǎo)致了一般的化學(xué)除垢劑適用范圍相當(dāng)有限。同時，化學(xué)除垢工藝復(fù)雜且一般的試劑均具有腐蝕性，在施工過程中也極易因為試劑的用量而損壞管線并造成污染環(huán)境，因此目前高效、環(huán)保和適用性強的化學(xué)除垢劑還有待繼續(xù)研究。

（二）高壓水噴射除垢

這種方法類似于消防員所用的高壓水槍，主要是利用柱塞泵產(chǎn)生的高壓水經(jīng)過特殊噴嘴噴出，水流的沖力強，擊打在垢層后，導(dǎo)致污垢脫落，這種方法除垢徹底，效率高，但是由于采用高壓水噴射，要求其裝機(jī)容量大、同時工作時水一直在噴射，因此也存在耗水多的問題。

（三）機(jī)械除垢

這種方法采用一系列針對不同管道類型的清管器進(jìn)行除垢。這種除垢方法與其他方法相比雖然具有易操作、低成本、工時短的優(yōu)點，但是不能高效除垢，比如在清理干凈管內(nèi)垢層時，一般需要來回清理將近10遍才能達(dá)到除垢的效果。

當(dāng)然除了針對性的去除污垢外，還有許多預(yù)防結(jié)垢的方法。例如可以分為化學(xué)和物理防垢兩種方法，化學(xué)防垢法主要是在管道內(nèi)添加一些阻垢劑來達(dá)到預(yù)防管道結(jié)垢的效果。常見的阻垢劑有天然分散劑、共聚物和均聚物等。這些阻垢劑的防垢效果好，但是卻很難生物降解，因此使用這些防垢劑會或多或少對環(huán)境造成較大的危害。物理防垢主要是采用一些機(jī)械設(shè)備和物理效應(yīng)對管道進(jìn)行防垢處理，這些防垢措施能有效的防止污垢的形成，也在一定程度上去除部分輕微污垢，因此在工程上得到了很大的應(yīng)用。

三、化學(xué)法在原油管道除垢中的應(yīng)用

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。例如原油管道中的結(jié)垢物質(zhì)，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。因此可以采用酸洗的方式進(jìn)行除垢。

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)用到的除垢劑雖然可以和污垢進(jìn)行反應(yīng)將其溶解，但也會對運輸管道產(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，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小時，否則其中的酸組分會對管道產(chǎn)生腐蝕作用。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。

四、小結(jié)

隨著管道運輸行業(yè)的發(fā)展，管道內(nèi)壁結(jié)垢問題一直困擾著采用管道輸送的各個行業(yè)。管道積垢會造成的能量費用不斷增加，積垢同時伴隨著產(chǎn)量減少，由于管道結(jié)垢，輸送行業(yè)在輸送天然氣時也會引起爆炸，工廠也時常由于管道結(jié)垢而被迫停車、停產(chǎn)。相對于其他方法，化學(xué)除垢不僅效率高而且成本低，有利于該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

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