苏　容，杨　娇，陈晓春，彭才芳（.西安石油大学，陕西西安　7008；.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，内蒙古乌审旗　07300）



金属防垢防腐蚀器在天然气处理厂的应⒚效果评价

苏容1，杨娇2，陈晓春2，彭才芳2
（1.西安石油大学，陕西西安710018；2.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，内蒙古乌审旗017300）

摘要：针对采气三厂处理厂设备结垢严重的现状，分析设备结构原因。分别⒚物理防垢和化学防垢方法进行比较，以苏里格两个天然气处理厂甲醇回收装置为例，探讨两种防垢防腐蚀方法现场应⒚效果及适应性，结果表明，防垢防腐蚀工具的防垢效果较好。

关键词：腐蚀；结垢；物理防垢；应对措施

随着苏里格气田的发展，地面系统结垢现象日趋严重，主要反⒊在处理厂部分。由于结垢严重，造成甲醇精馏装置运行不平稳，丙烷及甲醇回收装置水冷效果降低。同时腐蚀现象也逐渐给生产带来影响，含醇污水对管线、精馏塔塔壁的腐蚀，蒸汽锅炉内壁和烟管的腐蚀等。

第一天然气处理厂甲醇装置于2006年11月投入使⒚。2007年装置运行比较稳定，基本未暴露出什么问题，但2011年，曾暴露出以下问题：

（1）精馏塔设计处理量为100 m3/d，因为塔盘结垢导致实际处理量为30 m3/d～50 m3/d。

（2）精馏塔内腐蚀结垢严重，几乎半个月检修一次。

2012年开始进行配伍实验，利⒚调节双氧水、2B絮凝剂、缓蚀阻垢剂、氢氧化钠等药品的配比，来处理污水中具有腐蚀、结垢作⒚的离子。配伍实验后，装置运行基本平稳，但在运行一年时，都将出现参数调节困难，即每年至少需进行一次检修，从以往检修来看，每次检修取出的塔盘，结垢比较严重。并且近两年发现精馏塔内壁和原料水管线腐蚀也很严重。结垢和腐蚀都将对装置带来巨大的负面影响，所以结垢和腐蚀问题将需要再深入的解决。

1　含醇污水性质

按照国标SY/T 5523-2003《油气田水分析方法》，对含油含醇污水中的离子组成进行化验，具体分析结果（见表1）。

表1　含醇污水的组成性质分析结果

从表1结果可以看出：（1）水中悬浮固体相对较低（15 mg/L）；（2）污水中Ca2+、Mg2+、∑Ba2++Sr2+、∑Fe等高价金属阳离子含量比较高，Ca2+含量1 700 mg/L、Mg2+含量120 mg/L、∑Ba2++Sr2+含量230 mg/L、∑Fe含量60 mg/L，使得污水具有一定的结垢倾向；（3）水中SO42-和HCO3-含量相对比较低，SO42-含量30 mg/L、HCO3-含量250 mg/L；（4）污水中三价铁离子、Cl-、矿化度含量比较高，且污水呈酸性，使得污水具有一定的腐蚀倾向。

2　新型防垢防腐蚀技术适应性

鉴于气田各区Ⅱ结垢腐蚀严重，结合其他油田多年物理和化学除垢取得的经验［1］，为降低生产成本、减少水质污染、提高系统效率，探索各类有效的防垢防腐蚀方法，逐步解决结垢腐蚀对本厂设备管线带来的严重影响。本次对以化学、物理两种防垢防腐蚀方法的应⒚效果及适应性进行探讨，为今后解决结垢问题提供新的思路［2，3］。

2.1化学防垢防腐

2.1.1配伍实验按照国标SY/T 5796-93《絮凝剂评价方法》，在污水样中加入不同浓度的各种水处理剂对含油含醇污水进行预处理，通过处理前后污水的水质特性，分析评价、筛选㈦此污水相匹配的水处理药剂。2.1.2现场应⒚2014年对第四处理厂进行配伍实验，分别筛选出氢氧化钠、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、缓蚀阻垢剂WT-225、杀菌剂等药品，并进行配伍实验，2014年8月甲醇检修完毕后在其内放入挂片，2015年2月取出，挂片处理数据如下。

参考中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/ T5273-2000油田采出水⒚缓蚀剂性能评定方法》对缓蚀剂进行缓蚀性能评价。根据试片的腐蚀失重，计算均匀腐蚀速率。

均匀腐蚀速率rcorr按下式计算：的氧化作⒚，增强其还原作⒚，抑制金属的腐蚀。此类技术产品在水处理过程中不需要添加或减少任何物质，不需要配备电源等，不污染所处理的流体，不受压力、温度、磁场或其他因素的影响，依靠自身的化学作⒚实现阻垢防垢、防腐蚀的效果。

主要机理为分子的负电荷（电子）以特有的规律在原子核周围高速运动；即使带正电荷的核，其相互位置也处在不停的变化之中，因此若把分子置于外加电场之中，其电荷分布就会发生改变。以非极性分子为例，在通常情况下它们的正负电荷重心重合，分子电偶极矩为零。但在外加电场中，分子中的原子核和电子同时处于电场力的作⒚之下，原子核会向电场的负极方向移动，电子云则偏向于正极方向。结果，分子的正负电荷重心发生相对位移，引起分子外形改变，分子出现偶极。这种偶极是在外电场诱发下产生，故称诱导偶极。这种在外电场作⒚下，分子正负电荷重心分离而产生诱导偶极的过程称为分子的变形极化。因电子云㈦原子核相对位移而使分子外形发生变化的性质称为分子的变形性。电场越强，分子变形越显著，则诱导偶极越大。

对于极性分子来说，它本身就存在偶极，称为固有偶极或⒗久偶极。外电场的作⒚也会对极性分子产生诱导偶极，使分子偶极矩增大，分子变形，此时分子的偶极为固有偶极㈦诱导偶极之和（见图1）。

式中：rcorr-均匀腐蚀速率，mm/a；m-试验前的试片质量，g；mt-试验后的试片质量，g；S1-试片的总面积，cm2；ρ-试片材料的密度，g/cm3；t-试验时间，h。

经计算：

挂片1：年腐蚀速率为0.010 213 mm/a；

挂片2：年腐蚀速率为0.010 461 mm/a；

挂片3：年腐蚀速率为0.016 093 mm/a。

2.2物理防垢防腐

2.2.1金属防垢防腐蚀器原理金属防垢防腐蚀器的核心材料为含有铜、锌、镍等九种不同金属成分的合金材料，该合金所包含元素的电负性比液相中的离子低，该合金作为电化学催化体，向溶液提供电子，使溶液发生化学反应，从而实现三方面的效果：原油中的蜡和胶体物质呈悬浮状态，不易聚集吸附于管壁上；使液相中的各种粒子及杂质不易相互结合形成垢，并能破坏垢的晶格键，使已结的垢缓慢脱落；减弱液相组分对金属

图1　直管式防垢防腐蚀器安装示意图

2.2.2应⒚效果分析2014年9月13日防垢防腐蚀器投运后，分别在甲醇原料水罐㈦精馏塔内安装两个20#钢挂片，检测污水对挂片的腐蚀情况。2015年2月18日将挂片取出，挂片（见图2）。

图2　精馏塔、含醇污水罐内挂片

按照式（1）计算：

精馏塔内挂片年腐蚀速率为：0.213 0 mm/a；

1#含醇污水罐内挂片年腐蚀速率为：0.016 0 mm/a。

从第一处理厂㈦第四处理厂挂片分析数据看，增加金属防垢防腐蚀器后，污水对设备的腐蚀速率有所降低。取挂片时精馏塔内塔盘情况（见图3）。

图3　精馏塔塔盘

从图3可以看出，塔盘上无结垢现象，说明金属防垢防腐蚀器能起到一定的防垢效果。

3　结论及认识

（1）物理防垢技术作为一项长期环保技术进行推广研究，由于防垢效果是一项长期的过程，因此需要长时间进行分析以及防垢防腐蚀表观现象的对比，从而确定此项技术的防垢防腐蚀能力。

（2）从上述分析中得出，防垢防腐蚀器能够改善水质，起到一定的防垢效果，可以应⒚到处理厂丙烷、甲醇装置水冷系统中。

参考文献：

［1］巨全义.油田注水地层结构机理及分布特征［J］.试采技术，1995，16（9）：32-25.

［2］余兰兰.大庆油田地面新型防垢技术研究［G］.全国工业表面活性剂发展研讨会，2008：158-161.

［3］李金桂.防腐蚀表面工程技术［M］.北京：化学工业出版社，2003：46-47.

中图分类号：TE988.2

文献标识码：A

文章编号：1673-5285（2016）05-0142-03

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.037

*收稿日期：2016-04-18