输油管道清防蜡技术研究综述

第 4 3卷第 1 2期 2 0 1 4 年 1 2 月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 4 3。N o 1 2 D e c e mb e r ，2 0 1 4 输油管道清防蜡技术研究综述 官琳悦， ( 辽宁石油化工大学， 王 卫强 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1) 摘 要 ：产 自我国的原油大多属于石蜡基原油，在输送过程中，原油中的蜡不断结晶析出，沉积在管道内 壁上，结蜡层厚度逐渐增加，导致管道内的有效通流截面减小，使输油过程变得困难，这不仅会降低输量，而 且严重时还会堵塞管道，存在一定的安全隐患。在本文中， 根据影响蜡沉积的因素，并结合油田清防蜡措施， 总结了几种有关输油管道的清、防蜡技术。 关键词：蜡沉积；输油管道；清蜡 ；防蜡 中图分类号：T E 8 3 2 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 4)1 2 2 6 9 3 - 0 3 Re s e a r c h o n Pa r a ffi n Re mo va l a nd Co nt r o l Te c hni que s f o r Oi l Pi pe l i n e s GUAN Li n - yu e， WAG We i - qi a n g ( Li a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y , Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 01 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Mo s t o f t h e c r u d e o i l p r o d u c e d i n Ch i n a i s p a r a ffin - b a s e d o i l I n i t s t r a n s p o r t a t i o n p r o c e s s ， wa x i n t h e c r u d e O i 1 c r y s t a l l i z e s a n d s e p a r a t e s o u t f r o m t h e c r u d e o i l c o n t i n u o u s l y , a n d d e p o s i t s o n the p i p e wa l l ， t h e wa x l a y e r t h i c k n e s s i s i n c r e a s i n g g r a d u a l l y ,wh i c h r e d u c e t h e p i p e e ffe c t i v e fl o wi n g c r o s s s e c t i o n ， s o tha t t h e o i l t r a n s p o r t a t i o n p r o c e s s b e c o me s d i ffic u l t ， wh i c h wi l l n o t o n l y r e d u c e t h e t r an s p o rta t i o n q u an t i ty, b u t a l s o s t o p u p t h e p i p e wh e n i t s s e r i o u s ， s o t h e r e a r e s o me s e c u r i ty r i s k s I n t h i s p a p e r ， b a s e d o n t h e f a c t o r s a ffe c t i n g t h e wa x d e p o s i t i o n ， c o mb i n e d wi t h me a s u r e s o f p a r a ffin r e mo v a l a n d c o n tro l i n t h e o i l fi e l d s e v e r a l t e c h n i q u e s o f p a r a ffin r e mo v a l an d c o n t r o l f o r t h e c rud e O i l p i p e l i n e we r e s u mm e d u p K e y wo r d s ： Wa x d e p o s i t i o n ； Oi l p i p e l i n e ； P ara ffi n r e mo v a l ； P ar a ffi n c o n tro l 随着现代工业的发展，石油管道工业也不断进 步， 为我国经济建设作出了卓越的贡献。 近些年来， 由于原油需求量 的大量增加 ，管道工业迅速崛起 ， 管道输送在我国有着举足轻重的地位。目 前，在我 国的原油管道运输中最常见 的问题就是 “ 结蜡” ， 也 就是原油管道中的蜡沉积现象。 而我 国产出的原油 ， 至少八成以上是含蜡易凝原油 ，原油在管道 内流动 的过程 中，会析出一些石蜡 、胶质 、砂等混合物 ， 并在管壁处沉积 。若不及时清除这些混合物 ，则会 影响管道的运输能力 ，甚至堵塞管道 ，加大原油管 道的输送难度。在蜡的析出过程 中，如果通过恰 当 的技术手段介人，就会抑制结蜡，保证管道正常运 行。含蜡原油的运输需要更多的技术保障，为了降 低运输过程中的能源消耗 ，保证运输的顺畅安全， 给我国的管道运输行业提出了更高的技术要求。如 何安全 、经济地进行管输 ，是今后我 国管输行业 的 研究 目标 。 1 管道蜡沉积的危害 原油长输管道 的蜡沉积是一个复杂 的过程 ，在 原油组分 、管材 I生质 、杂质 、流速 、温度、压力等 多种影响因素的共同作用下， 使输送变得更加困难。 原油中的蜡在低温状态下会以片状晶体析出， 易形成 网状结构 ，硬度较大 ，使原油流速缓慢，降 低原油 的低温流动性 。随着管道 的运行 ，结蜡层 继续变厚 ，当达到一定 的结蜡厚度时 ，管道的有效 通流截面变窄，原油流动变慢，进而造成管线结蜡 堵塞，抽油机负荷大，电流偏高， 泵效降低，并容 易发生卡脱事故。同时地面管线缩径 ，回压上升， 管线经常出现穿孔。 为了避免此类安全事故的发生， 并提高管输效率 ，有必要对原油集输管道采取清防 蜡措施，采取清、防蜡措施可以口 ： ( 1 ) 减少或避免蜡卡、凝管 、 停流等事故 ， 提 高管道工作效率； ( 2 ) 减轻对设备的腐蚀和损害； 收稿 日期： 2 0 1 4 -1 l - 0 9 作者简介 ：官琳悦 ( 1 9 9 0 一) ，女，辽 宁盘锦人，硕士 ，就读于辽宁石油化工大学油气储运工程专业 ，研究方 向：长距离管道输送。E - m a i l g u a n 1 n yu e 9 0 1 6 3 c o rn。 化 工 2 0 1 4年 1 2月 ( 3 ) 节约能源、提高经济效益。 2 影响管道蜡沉积的主要因素 2 1 原油的组成和性质 原油 中所含 的重质组 分对 结蜡 效果有直接 的 影响 ，重质组分越多，原油中的蜡越不易溶解 ，蜡 沉积倾 向越严重 。但原油 中都含有一定 的胶质和沥 青质 ，这些成分对管道的蜡沉积有着特殊的影响。 胶质是指原油中分子量较大的化合物 ，属于一种表 面活性物质 ，在原油 中呈半固态状分散 ，能在蜡刚 开始结 晶时吸附在其表面，起到隔离作用 ，阻止蜡 晶继续长大。沥青质属于一种聚合物 ，以小颗粒 的 状态分散在原油 中，能起到分散蜡 晶的作用 。随着 胶质含量的增加 ， 蜡析出温度 降低 ， 蜡晶分散均匀 ， 且与胶质紧密结合 。然而 ， 在胶质和沥青质存在 的情况下 ，蜡沉积在管壁上更不容易随油流冲走。 总之 ，一定程度上来说 ，胶质和沥青质的存在既可 以减轻蜡沉积，又增加了蜡的结合强度而促进了蜡 沉 积 。 2 2 原油中的机械杂质和水 原油中的机械杂质以及粗糙的表面有利 于蜡分 子的附着 ，促进结晶生成 。原油中所含的机械杂质 越多 ，管输过程 中越容易发生蜡沉积 。 2 3 管壁粗糙度及表面材质 管道结蜡会受到管道材质的影响：管道内壁越 粗糙 ，输送过程中原油越容易挂在管道内壁 ，就越 容易结蜡 ，相反 ，管壁越光滑 ，原油流动越顺畅 ， 越不易结蜡。另外 ，对于管道内壁的材质 ，亲油的 比亲水 的材质更易造成结蜡 。 2 4温 度 结蜡受温度影响较大 ，温度较低时，高含蜡原 油流动性降低，蜡分子运动减慢，易结晶析出。因 此在原油温度较低 ，易结蜡。另外 ，受原油温度和 管壁温度之间的温差影响，蜡会在管壁表面结晶 ， 这也是导致管道蜡沉积的主要 因素 。 2 - 5流速 管道内油流速度越快 ，管壁的剪切应力增大 ， 油流对管壁的冲刷作用增强，结蜡速率越低 ，原油 中的蜡越不易沉积 ，管壁 的结蜡厚度变薄 。 2 6 运行时间 随着管道运行时间的增加 ，输送距离增加 ，结 蜡层厚度越来越厚 ，当达到某一时间，增厚的程度 逐渐减弱 。这是由于结蜡层厚度增加 ，导致热阻变 大，油温与管壁的传热系数减小，温差减小，蜡沉 积增量会逐渐减少 。 2 7 压 力 当管道压力低于原油饱 和压力时 ， 原油 中的气 相物质会从 中游离出来 ，这不仅会降低原油中轻组 分的含量， 还会带走原油 中的部分热量， 双重 因素最 终导致结蜡量增加 。 3 管道清、防蜡技术 为了有效避免石蜡沉积引起的生产安全事故 ， 必须对蜡的沉积引起足够的重视。解决石蜡析 出造 成 的油井和管线堵塞问题常用技术包括物理清防蜡 和化学清防蜡两类。其中，物理方法包括清蜡器刮 蜡、磁防蜡、超声波防蜡等 ；化学方法主要是利 用一些化学药剂减缓石蜡在油井和管线壁上的沉 积，然后根据实际情况进行周期性地清蜡 。而近几 年又有一种新型清防蜡技术逐渐在我 国得到应用 ， 即微生物清防蜡技术。总的来说 ，为了达到清蜡防 蜡 的目的， 必须先做好 防蜡措施 ， 再配合清蜡技术 ， 双管齐下，保证管道的安全 、 正常运行。 3 1 物理清防蜡 3 1 1 机械清蜡 机械清蜡就是利用刮蜡刀 、钻头等清蜡工具将 油管壁上沉积的蜡刮除，使石蜡从管壁上脱离下来 并随着油流流走。清蜡时，采用手摇或者电动绞车 的方式 ，将刮蜡刀下到管道结蜡处 ，将粘附在管壁 的蜡刮掉 。管道进行清管时 ，一般选择软管清蜡和 机械清管 ( 携带跟踪器 ) ， 需先摸清管道内情况， 确 保管线 内无异常 ，再进行正常的清管作业。与其他 的清蜡方式相 比，机械清蜡方法操作简单 、方便 ， 减轻工人的劳动强度， 成本低， 是传统的、 最直接、 最常用的物理清蜡方式。但是该法也有一定 的局 限 性 ，对有些特殊部位的结蜡清除不到 ，有时还会 出 现清蜡量不够的情况 ， 并且对设备也有一定的损害。 3 1 2 热力清防蜡 热力清防蜡就是通过加热、向管道内注入热油 等方法 ，利用热化学能提高油流和管壁蜡沉积物的 温度，使石蜡软化熔化，随着油流流走，也改善了 原油流动性，确保原油在管输过程中不凝、低粘， 达到清蜡、防蜡的目的。随着管道的正常运行，油 流不断地向外散热， 油温下降。因此，为保证长距 离管道的正常输送 ， 还需要沿管道设置一些加热站 ， 用以补充油品输送过程中损失的热量 ，维持适当的 输送温度。加热输送工艺是管输的常用方法 ，该方 法除蜡率较高 ，工艺简单 ，成本低 。但是作用周期 较短 ，热洗时需要停输 ，会影响输量 ；油品不好会 损害地层 ； 而且加热油品的过程中有轻质馏分损失 ， 存在一定的安全隐患。 3 1 _ 3 改变油管表面性质防蜡法 第 4 3 卷 第 1 2期 官琳 悦， 等 ：输油管道清 防蜡技术研 究综述 2 6 9 5 改变管材性质防蜡法就是把管内壁加工处理成 突出，这种清蜡剂是油基 、水基溶剂与具有综合效 不利于石蜡沉积的表面，增加管壁 的光滑度 ，防止 能的多种表面活性剂复配，它功能作用多 ，既有一 石蜡粘附在管壁上。具体方法l： ln 在管道内壁涂上 定的润滑作用又能渗透于油品中，既能分散蜡晶又 一 层不易与蜡晶结合的涂料，就相当于涂上了一层 能溶解石蜡，故既有良好的清蜡能力，也有一定的 极性膜 ，不利于石蜡等机械杂质的附着和沉积。或 防蜡效果。化学清防蜡方法经济有效，且易操作， 者直接采用塑料、玻璃等管道，塑料管道表面光滑 还可以降粘、解堵，所以得到广泛应用。但由于技 不粗糙 ， 原油较易通过 ， 使蜡晶不易在管内壁聚集 ， 术的局限性 ，在某些方面也不能完全适应当前清蜡 但是易腐蚀；玻璃钢管表面光滑，亲水性好，原油 的需求。使用化学清防蜡剂时， 要根据不同情况选 流过时不易粘附在其表 面，而且绝热性能好 ，使用 择不 同的药剂 ，通用性不高 、复杂 ，而且使用过程 期限大概在十年左右 ，但是在搬运过程中易损害。 中，会对地层造成损害 ，污染环境 ，因此若能克服 光靠改变管壁材质的方式只能在一定程度上缓解蜡 这些阻力 ，生产出安全、绿色、环保、通用性高的 沉积，并不能完全解决清蜡问题。因此，在改变管 水基乳液型清蜡剂将会给原油清防蜡领域带来巨大 材性质的前提下 ，再使用其他清蜡方法 ，会达到更 贡献 。 好的清蜡效果 。 3 3 生物清 防蜡 3 1 4 电磁清防蜡 电磁清防蜡技术就是对原油进行磁处理 ，使石 蜡在油品中呈悬浮状态 ，阻碍原油中的蜡晶分子聚 结，失去易附着在管道内壁的能力，进而达到防蜡 的效果 。磁 防蜡器构造简单 ，通电后 自动进入工作 状态 ，防蜡效果明显 ，基本不需要现场监控和维护 保养 ；使用寿命长 ，可达十年 ；节能 、耗电低 ；可 广泛应用于各种类型的含蜡原油，既可用于井下举 升管柱 ，也可用于地面输油管线 。由于磁防蜡器的 结构参数受到诸多因素 的影响，例如原油组分 、流 动方向、管道压力、输送方式等因素，所以在选择 上有一定 的困难 ，直接影响防蜡效果 。 3 1 5 超声波清防蜡 超声波防蜡技术是利用原油的空化现象 ，使蜡 在未凝结之前就被分散成细小的颗粒而悬浮在原油 中，阻碍了蜡对管壁的沉积，无法形成固相的石蜡 晶体，也在一定程度上降低了原油的表面张力，从 而降低了原油流动阻力。 该技术见效快、 效果明显； 工艺简单 ，无污染 ；节能 、成本低 ；适用范围较广 ， 也可以和其他清防蜡技术一并使用，达到更好的清 防蜡效果 。 3 2化学清防蜡 化学清防蜡技术就是在管输过程 中通过在油品 中加入化学 药剂， 起到降低结蜡速率 、 改变原油流动 性 的作用 ，进而达到清蜡防蜡 的目的。化学药剂加 入到油 品中，会改变蜡 晶结构 ，使原本致密的蜡晶 结构变 的疏松 ，丧失了附着在管道内壁的能力 ，易 被油流携带 ，不会在管壁大量沉积 。 化学清、防蜡剂种类繁多，主要分为油基、水 基 、乳液型 以及 固体清、防蜡剂 ，既可单独使用 ， 也可将几种复配使用 。乳液型清防蜡剂的优势较 微生物清防蜡技术是一种新兴技术 ，起初在美 国、加拿大等国家率先得到应用 ，直到 2 0世纪 9 O 年代初 ， 国内一些油田开始引进并应用。 该技术是 针对原油中含蜡的特点，培育并筛选出能降解石蜡 或改变蜡晶结构的菌种注入到井筒或管道内，以达 到防蜡 、清蜡的 目的 。该方法应用于油 田，会产 生增油效果；应用于输油管道，会对管道有一定的 维护作用 。 这是 由于微生物本身可 以改变蜡 晶结构 ， 阻碍 了蜡 的进一步沉积 ，并且能粘附在金属管道表 面繁殖生长，形成一层亲水疏油的微生物保护膜 ， 在阻碍结蜡的同时也对管道起到了保护作用； 另外， 微生物在新陈代谢的过程中会产生表面活性剂等物 质，能乳化原油，对原油有降粘的作用，改善了原 油流动性。该方法操作简单 ，只需向油品或管道中 加入微生物菌种或试剂 ，不需要额外投入设备 ，费 用较低。相比于常用的化学清蜡技术来说 ，不会影 响油品品质，安全环保，对地层无损伤和污染。但 是 ，由于前期在筛选和培育微生物菌种上的困难 ， 加上微生物菌种会受到一定 的温度限制 ， 不易存活， 使得该技术 的发展受到 了制约 ，但可以通过一些现 代科学技术手段来克服这些 问题 。 4 结 论 ( I )为了有效避免石蜡沉积引起 的生产事故 ， 必须对蜡沉积引起足够的重视 ，以防为主，清防结 合 ，防患于未然才是最佳措施 。 ( 2) 根据近几年的趋势来看 ， 微生物清防蜡技 术在油田的现场实践已经发挥了优势，并取得了一 定成效，值得广泛推广应用，逐渐替代传统的热力 清防蜡和化学清防蜡技术 ，应加大研究力度 ，应用 于管道输送中。 ( 下转第2 6 9 8页) 化 工 2 3 应急措施 操作。严禁超出作业带行驶，防止碰坏作业带外的 设施 、构筑物。移动设备时操作人员应确认对周围 人员设施不会造成危害后方可进行操作 ， 移动前鸣 笛警示，并且应随时注意与周围建筑物、电线的安 全距离 。移动设备与架空输电导线 的安全距离如表 1 所示。在架空电线下方穿行时，挖掘机 、吊管机 、 移动电站的大臂必须尽可能降低 ，防止因作业带不 平造成设备颠簸导致接触 、碰挂电线。移动设备在 架空电线下方穿行时 ，严禁指挥人员站在 电线正下 方指挥 ，防止电线刮落后发生触电。施工应选择在 空气湿度小、晴朗干燥的的天气情况下施工。施工 前的测量和竣工测量均选择在晴天或空气湿度小于 9 0 时进行 ，扶杆人员戴绝缘手套 、穿绝缘鞋 。对 管道工程 中造成的土地、植被等原始地貌、地表的 破坏，应按设计要求予以恢复 。 表 1 移动设备和架空输电导线的安全距离 T a b l e 1 M o b i l e d e v i c e s a n d t h e s a f e d i s t a n c e o f o v e r h e a d t ra ns m i s s i o n c o nduc t or 2 2 质量控制措施 严格按照施工 图纸施工。严格按照编制的施工 方案进行施工。防腐管装卸时使用专用 吊具 ，吊具 与管子的接触面应设有保护橡胶板等软质保护层 。 管子吊装过程中要平稳 ，轻起轻放 ，以防止损伤管 子或防腐层 。组对时应控制错边量 、螺旋焊缝或直 焊缝错开量以及对口间隙，使其符合规定要求。针 对管道焊接的特点，确定管口预热、 焊接操作、焊 接环境为三个需要重点控制和采取特殊措施的质量 控制点 。对补 口补伤 的工序进行分析 ，确定喷砂除 锈 、管 口加热 、热收缩带安装 、电火花检漏为四个 需要重点控制和采取特殊措施的质量控制点。 一 旦发生电线挂落事故后，立即启动 应急预 案 。现场负责人迅速联系有关管理部门进行维修； 在有关部 门确认驾驶员可以安全离开驾驶室以前 ， 驾驶员应 留在驾驶室内；在 电线和设备接触时 ，离 设备 7 m 范围内的人员应双脚并拢朝安全方 向蹦 跳 ，到达安全地点 ；在确认是安全的条件下 ，驾驶 员应尝试把设备向和电线接触的相反方向移开 ；由 于事故周围的地面也可能带电，现场所有人员应该 远离起重机或吊管机以及绳索和吊装物 ；要在现场 周围设立警示带、警示牌，专人值守，防止外人误 入受伤，直到完全恢复为止。 3 实施应用 利用 C P P 4 1 6机组按照制定的施工方案在该高 压线下施工 中，严格按照编制的施工方案执行 ，优 质 、高效 、顺利地完成了该地段高压线穿越施工 ， 取得了良好 的效果 ，同时积累了高压线穿越施工的 施工经验 ，为以后的高压线穿越施工提供 了参考。 参考文献： 1 高建国西气东输山区管道施工的管理与实践叨 油气储运， 2 0 0 4 ， 2 ： 0 0 9 2 居风松 石油化1 管道施工要求分析l J 1 中国新技术新产品， 2 0 0 8 f l 4 ： 1 1 1 -1 1 1 3 吴亭村，肖亦海，吴玉国油气管道施工工程的控制与管理 J 】 l 辽 宁化工， 2 0 0 7 ， 3 6 ( 4 ) ： 2 7 2 2 7 5 4王立军， 余志峰，王