新型天然气加热炉防腐阻垢仪在榆林气田的应用

黄雪萍，武 力，井向辉，刘淑哲，高延平，王 霞，韩东兴

（1.中国石油长庆油田分公司长庆油田第二采气厂，陕西榆林 719000；2.中国石油长庆油田分公司党委办公室，陕西西安 710200；3.中国石油长庆油田勘探开发研究院，陕西西安 710200）

新型天然气加热炉防腐阻垢仪在榆林气田的应用

黄雪萍1，武 力2，井向辉3，刘淑哲1，高延平1，王 霞1，韩东兴1

（1.中国石油长庆油田分公司长庆油田第二采气厂，陕西榆林 719000；2.中国石油长庆油田分公司党委办公室，陕西西安 710200；3.中国石油长庆油田勘探开发研究院，陕西西安 710200）

主要介绍了加热炉结垢危害，并对结垢问题进行分析研究，确定安装防腐阻垢仪，同时对安装后的效果进行对比分析评价，以确定防腐阻垢仪安装后防腐阻垢效果。

加热炉；防腐；阻垢

榆林气田现有集气站12座，共有41台加热炉，均为北京超拓远大石油科技有限公司、西安长庆石油天然气设备制造有限责任公司、陕西宏达实业有限公司、北京市热水锅炉厂这四家公司所生产。投运最早的为榆19站2#（北京超拓）、3#（北京超拓）、4#（长庆）加热炉，投运时间为2001年9月。

表1 榆林气田南区加热炉统计表

加热采用以水为介质进行盘管加热、换热方式的水套炉进行，水套炉补水约半年进行一次补充，水在炉内不循环。水套炉运行4年后，出现盘管结垢3～5 mm，严重影响换热效率，造成热效率降低和能源的浪费，平时采用的是添加阻垢剂的形式进行防垢，设备运行后未进行清洗，结垢较为严重，换热效率降低。

对加热炉水质进行分析，并结合加热炉炉内情况定性分析、炉内挂片定性分析、腐蚀产物X衍射分析等，得出加热炉结垢和腐蚀主要由炉内溶解氧和溶解CO2所造成。

1 加热炉防护措施

针对加热炉运行后结垢较为严重的事实，2010年在榆林气田南区榆16站1#加热炉安装防腐阻垢仪。

榆16站1#加热炉所设电子除垢仪设计阻垢率＞96%；设计除垢率＞92%；设计抑菌率＞92%；适用于环境温度小于60℃管内水温99℃以下，其原理为通过仪器信号发射端，输出电磁信号，利用缠绕在输水管道上的线圈，产生磁场，从而使得水中的矿物质离子不能络合，进而不能板结，之后利用加热炉排污时期，将炉内污垢排出。

2 防腐阻垢仪工作原理

电子除垢仪主机发出一个频率、强度都按一定规律变化的低压交变电流，作用于绑缚在外加循环水管管壁的线圈，产生感应电磁场。该电磁场使水中的成垢离子结合成大量的文石晶核，当水中矿物质含量超过水的饱和溶解度时，成垢离子就会析出并优先生长在这些晶核上形成文石晶体，这样向器壁上析出水垢的趋势被转化成向悬浮在水中的大量文石晶核上析出形成文石晶体，这些文石晶体粘附性很弱，呈松软絮状，悬浮在水中，很容易被水流冲走，这样就达到了防垢的目的。特定的水质只有特定的频率对其最有效，该设备经过多年的实践，不断改进和优化其频率，使其适应绝大部分水质。该装置还具备活化作用，该仪器产生的感应电磁场将水的大分子团打碎，形成了大量的小水分子团，水的表面张力降低，水的活性增强，水的溶解度提高，渗透力增强。

2.1 结垢原理

当水中的矿物质含量超过其饱和溶解度时，钙（镁）离子和酸根离子（统称成垢离子）就会析出形成方解石并粘附在器壁上生成水垢，同时水垢也在不断的溶解成离子重新回到溶液中；当离子析出形成水垢的速度快于水垢溶解成离子的速度时，垢层厚度逐渐增长；当二者速度相等时，垢层厚度不再增长，反之垢层厚度逐渐减少。

2.2 防垢原理

电子除垢仪通过主机在水中产生一个频率、强度都按一定规律变化的感应电磁场。该电磁场使水中的成垢离子结合成大量的文石晶核，当水中矿物质含量超过水的饱和溶解度时，成垢离子就会析出并优先生长在这些晶核上形成文石晶体，这样向器壁上析出水垢的趋势被转化成向悬浮在水中的大量文石晶核上析出形成文石晶体，这些文是晶体是粘附性很弱，呈松软絮状，悬浮在水中，很容易被水流冲走，这样就达到了防垢的目的。特定的水质只有特定的的频率对其最有效，该设备经过多年的实践，不断改进和优化其频率，使其适应绝大部分水质。

3 防腐阻垢仪效果评价

2010年在榆16站1#和2#加热炉分别进行为期120天挂片试验，以对比分析安装防腐阻垢仪的1#加热炉和未安装防腐阻垢仪的2#加热炉腐蚀情况。

用失重法进行腐蚀评价：按照国标SYT0087-95其腐蚀速率V(g/d)的计算方法为：

式中：ΔW-挂片平均失重/g，S-试片表面积/mm，t-试验时间/d。

按照式（1）所计算的为单位时间内挂片重量的减少量，但是实际情况中所应用的数据为单位时间内挂片厚度的减少量，因此根据相关文献，其腐蚀速率V的计算方法如式（2）所示：

式中：ΔW-挂片平均失重/g，S-试片表面积/mm，t-试验时间/d，ρ-挂片密度，对于一般钢材而言，其密度近似为7.86 g/cm3。

在测量之前，应对所有的挂片的表面进行处理。腐蚀沉积物不明显的挂片用丙酮擦拭，使其露出金属本色，然后再浸入清洁的无水乙醇中浸泡片刻，取出后在滤纸上冷风吹干，置于干燥箱，24 h后承重；对于腐蚀沉积物较多的挂片，先将腐蚀产物用丙酮擦拭，如果无法清除则再用化学清洗除去腐蚀产物，经过化学清洗的挂片应立即浸入氢氧化钠溶液中钝化片刻取出后在清洁的无水乙醇中洗涤，最后取出在滤纸上冷风吹干，置于干燥箱，24 h后承重。

根据《钢制管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》(SY／0007-1999)和《钢制管道内腐蚀控制标准》(SY／T0078-93)的有关规定及判定标准（见表2）。

表2 管道及储罐内介质腐蚀性分级标准

3.1 挂片宏观图

在同样介质中悬挂120天后起出加热炉内挂片进行清洗，肉眼观察1#加热炉比2#加热炉挂片腐蚀轻微（见图 2、图 3）。

3.2 挂片数据

将挂片进行处理后按照国标SYT0087-95其腐蚀速率V(g/d)的计算方法分别计算在不同位置，1#加热炉和2#加热炉挂片腐蚀速率，发现在相同位置1#加热炉腐蚀速率远远小于2#加热炉腐蚀速率，按照《钢制管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》(SY／0007-1999)和《钢制管道内腐蚀控制标准》(SY／T0078-93)，1#加热炉除底部液、固混相层在中度腐蚀范围内，其余均属于低度腐蚀，具体数据（见表4）。

3.3 SEM形貌图

通过挂片SEM形貌图对比分析得知，2#加热炉腐蚀情况较1#加热炉腐蚀情况严重，具体（见图4、图5）。

表4 榆16站1#、2#加热炉挂片腐蚀速率（mm/a）对比表

4 结论与建议

（1）结垢对加热炉具有很大的危害，导致加热炉换热困难浪费能源，且易造成垢下腐蚀。

（2）防腐阻垢仪具有性能稳定、智能感应、安装方便、适用范围广、节能环保等特点。

（3）通过挂片试验结果显示安装防腐阻垢仪的1#加热炉腐蚀速率明显小于2#加热炉，说明防腐阻垢仪效果明显，具有可推广价值。

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2012－05-11