管道化学清洗除垢技术

管道化学清洗除垢技术管道化学清洗除垢技术 化学清洗过程是以化学清洗剂为手段 对管道内表面的污 垢进行清除的过程 化学清洗剂的组成如下 化学清洗主剂 它与固态污垢起化学反应而达到溶解污垢 的目的 又称除垢剂 缓蚀剂 既能除去管道表面污垢 又不腐蚀管道 清洗液 中要加入缓蚀剂 化学清洗辅剂 添加剂和钝化剂 添加剂包括有助溶剂 还原剂 润滑剂 乳化剂 分散剂 消泡剂 起泡剂 泡沫稳 定剂 三价铁离子和二价铜离子的封闭剂等 钝化剂是使因化 学清洗被活化的管道表面 形成保护膜 常称为钝化 通常采 用的钝化剂有亚硝酸钠 磷酸钠和联氨 1 火力发电排灰管道不停输化学清洗 山西霍州发电厂的 排灰管道 159 6mm 2 条均为 11 km 长 途中要翻越一座山 经 2 年多的运行 管内平均垢厚达 10mm 灰管中垢基本上是 灰色 有灰白相间坚硬而牢固的附着于管壁 因此 使冲灰水 流量受到很大的影响 而当它脱落时可卡塞于管道中 阻碍冲 灰水的正常流通 排灰管道结垢的原理及成分 煤炭经充分燃烧后所产生 的煤灰含有一定量的氧化钙 冲灰水在输送粉煤灰时 使灰中 所含氧化钙部分析出 与水生成 ca oh 2 ca oh 2又作为沉淀 剂把灰水中的碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度中的镁硬度沉淀出来 新生成的 cac03和 mg oh 2的结晶附着力很强 所以灰管道结 垢速度相当快 其反应如下 cao h20 ca oh 2 ca hco3 2 ca oh 2 2caco3 2h2o mg hc03 2 2ca oh 2 2cac03 mg oh 2 2h2o mgcl2 ca oh 2 mg oh 2 cacl2 由以上分析可知 影响灰管结垢的因素是 煤灰中钙的含 量 冲灰水的 ph 值 硬度和冲灰水量等 一般而言 煤灰中钙 含量越高 结垢速度越快 冲灰水的硬度越高 水量越小 结 垢倾向越大 冲灰水在碱性条件下 易结垢 总之 灰管结垢 为碳酸盐垢型 用酸洗方法清除 不停输化学清洗方法 在灰管道正常输灰水不停输的状 态下 连续注入一定流量 30 hcl 同时注入一定量的缓蚀剂及 清洗助剂 开始清洗 这种清洗助剂主要作用是在一定浓度及 流速的酸液中 促进酸液与垢的反应 增加 c02在水中的溶解 度 减少气阻的产生 保证灰管的清洗质量 清洗前按管道中的总垢量 估算出用酸 缓蚀剂及助剂的 用量 再根据水灰流量及酸度 计算出加酸速度及缓蚀剂 助 剂加入速度 每 30min 取样测定一次酸度 并通过加酸速度来 严格控制酸度 清洗后期 在灰管道末端每隔 15min 取样测试 ph 值 当 ph 值达到一定数值并保持 30min 不变时 可判断清 洗结束 清洗工艺见图 6 15 经 48 h 不停输连续清洗后 两条灰管道输送水灰的水隔离 泵的工作压力由原来的 4 3 mpa 降至 3 4 mpa 开管道检查 发现管壁均露出金属基体 上部无残留余垢 平均腐蚀率小于 2 0 g m2 h 不影响灰管道的正常运行 无不良隐患等特点 适用于各种类型排灰管道的积垢清洗 宝钢火力发电厂输灰管道用高压水射流清洗 宝钢自备电厂是火力发电厂 主要燃料为煤粉 为将粉煤 灰渣集中输送至长江岸边的灰场 装置有泵站 并设有 3 条长 为 2500m 的湿灰输送管交替使用 靠水压输送湿灰 在生产过 程中因工艺物料和水系统在管道内壁形成垢 厚度在 20 60 mm 湿灰呈灰色 层状结垢 坚硬 致密 形似瓦筒 影响正 常运行 过去曾在日本专家指导下 采用整个管道系统加压加 酸清洗 浸泡 排气 循环化学清洗 因空气 管路走向复杂 过桥 过路又拐弯 管路忽高忽低 致使酸洗液很难充满整个 管腔 酸洗不彻底 现采用高压水射流清洗 压力 100mpa 流 量 64 l min 功率 139kw 每 30m 一段 分段清洗效果良好 2 油气田管道化学清洗除垢 油气田防垢与除垢 油气田在进入中高含水期生产后 因为地层孔隙结垢和地面集输系统结垢而直接影响油气生产的 现象极为普遍为此 国内外油气生产行业都将油气田结垢规律 和相应的除垢 防垢技术作为生产中的一项重要内容来研究 油气田结垢的类型以硫酸盐和碳酸盐为主 且多为混合型 垢 并夹杂有大量的烃类物质 如南斯拉夫 kal 4 井凝析气田 一口生产井 射孔段深 3400 3455 m 位于古生代中生代碳酸 盐硬氯泥石和石英岩层位 油嘴几乎被垢堵死 分析垢的主要 成分为 caso4 91 6 和少量的 cac03 8 3 其来源是由于压 并重盐水 高浓度 ca2 同地层产出水 高黏度 so2 4 的严重不匹配 所致 油气田结垢不但发生在地面集输系统 给生产带来困难 更重要的是发生在地层深部孔隙喉道中 直接影响油气的导流 能力 对发生在地层深部孔喉道中的硫酸盐结垢采用简单酸化工 艺消除时 有可能诱发成垢物质的二次沉淀 对地层造成更严 重的伤害 对于发生在管道或地面系统中的硫酸盐结垢 由于其垢体 坚硬 附着牢固 又难以用常规酸碱类物质清除 往往导致采 油设备或管道报废 因此 要根据垢型等情况 选用合适的除垢办法 a 碳酸盐钙垢 主要成分是 caco3 可以用 5 10 hcl 溶解 同时要加缓蚀剂 铁离子稳定剂 柠檬酸或冰醋酸 表面 活性剂等 近年来 有机酸除垢也广泛应用于油田设备及管道 中的除垢处理 如氨基磺酸 冰醋酸 聚马来酸 氟硼酸等 再加入其他助剂 配成固体解堵酸或液体有机除垢剂 固体解 堵酸集段塞 浸泡 酸化三种方法于一体 使用方便 成本低 无需酸设备 酸化后不排液 如果调节酸的成分 可使其成为 缓速酸 延缓酸反应速度 扩大处理半径 用氨羧络合剂 edta 亦能清除 cac03垢 生成可溶性络合物 但 edta 对 ca2 离子络合时的质量比 7 4 l 使用成本高 b 硫酸钙垢 盐酸对 cas04溶解能力较差 在常温常压下 最大溶解量为 1 8 质量 若用 27 hcl 15 nacl 络合液 体 积比 1 5 1 在油层温度 50 下 则可用于 caso4的清除 naoh 溶液对 caso4垢具有良好的溶解效果 cas04 2h20 2naoh ca oh 2 na2s04 2h2o na2so4易溶于水 ca oh 2为疏松状物质 可随液流分散带 走 据资料介绍 1gcaso4需 20 naoh 溶液 2 3ml 实际要高 出 5 10 倍 对 cas04也可采用无机转化剂 用过饱和碳酸盐 nh4 2co3 na2co3等 使之转化为可溶于盐酸的 caco3 再用 除 cac03 垢的方法进行处理 其反应如下 应用 18 30 质量 的 ebta 二钠盐可有效地清除 caso4 垢 作用机理与清除 caco3相同 为了提高应用效果 edta 络 合剂加其他助剂如铁质稳定剂 烃溶解剂 ph 值调节剂 对 cas04垢 清除效率在于破坏垢的骨架 使之悬浮或溶解在水中 钙化合物在水中的溶解度见表 6 17 表 6 17 钙化合物在水中的溶解度 钙化合物溶解度 g ca2 溶解度 g 乙酸钙 29 47 5 caco30 00140 00056 cao88 331 9 柠檬酸钙 0 0840 020 甲酸钙 16 75 1 葡萄糖酸钙3 8 0 34 乙二醇酸钙1 2 0 20 ca oh 20 170 092 caso40 210 061 cas 分解 0 0270 015 edta 二钠钙38 9 4 2 cas04的溶解度非常低 如果加入阳离子或阴离子络合剂 则可使 cas04转变为其他溶解度大得多的 ca2 盐 当 cas04转化 为 edta 二钠钙盐时 可使其溶解度提高到 180 倍以上 c 硫酸钡 硫酸锶垢 bas04垢用一般的化学方法难以清除 用无机转化剂如 na2c03可使 bas04转化为 bac03 再用盐酸溶解 要求 60 以上饱和的 na2c03溶液才有效 对于锅炉等加热可以 使用 对油田地面系统及油井从工艺上则难以实施 国外曾推 荐一种强络合能力清除 bas04垢的 s466 10 质量 的 s466 溶 垢率在 57 69 大环聚醚化合物除垢剂也可用于硫酸盐垢 的清除 如对 bas04反应 3 h 溶解量可达 15 2g l d 铁的化合物 盐垢中铁的化合物主要有 feo fe203 fes 和 fec03 一般情况下在垢中含量较低 5 质量 有时管道内 结有较多腐蚀产物 fes 由 srb 细菌或 h2s 腐蚀所致 因铁盐 沉积较薄 油田目前不清除 对油管 套管的铁锈 有时用 5 15 hcl 处理 在油 水 井处理时 应加足量的铁质稳定 剂 防止铁的二次沉积 胜利油田曾对临盘地区 38 口油水井做了水质分析 表明油 井产出水中普遍含有高浓度的 ca2 ba2 sr2 而注入水中则 含有高浓度的 so2 4 从而造成大面积井下结垢 用 slp 1 油田 除垢剂清除垢 它的基本成分是有机羧酸类络合剂 处理液 ph 值在 12 以上 最佳溶垢条件为 slp 1 浓度为 250 300g l ph 值 11 温度不低于 70 反应时间 24 36h 对地层基本无伤害 对金属腐蚀率为 3 3 g m2 h 现场除垢分三步 第一步挤前置液 前置液由 50 g l slp 1 和 80 120 g lslp 2 主要成分为表面活性剂 以及 20g l 氯化钾组成 每 米厚地层用液量 0 4 0 6 m3 第二步挤主处理剂 主处理剂由 250 300 s 几的 slp 1 和 20g l 氯化钾组成 每米厚地层用液量 0 5 0 7m3 第三步挤顶替液 顶替液为 20g l 氯化钾溶液 1988 年以来 在油田共施工 39 口井 均见到了增产效果 其中仅在临盘采油厂施工的 14 口油井就增产原油 26 300 t 有 效率 85 7 有效期最长超过 530d 其中临 73 19 井因钻井 过程中被重晶石污染 投产初期日产油仅有 2 1 t 用 slp 解 堵后 日产油增加到 35 5 t 仅此一口井就增产原油 16 250 t slp 1 对注水井增注也有良好作用 长庆油田在总结国内外油田除垢经验和研究本油田地质特 点的基础上 开发成功 cq 1 油田除垢剂 cq 1 的除垢机理 也是典型的络合反应 除主络合剂外 cq 1 还含铁掩蔽剂 表面活性剂 分散剂和足以使络合反应保持在 ph 值 10 12 范 围的缓冲系统 实验表明 100g l 的 cq 1 在 50 下对碳酸钙 和石膏的溶解能力分别为 23 3 g l 和 32 8g l 对碳酸钙 含量 82 1 硫酸钙含量 31 7 和 baso4含量 81 的油田 垢溶解能力分别为 26 2 g l 50 1 g l 和 8 3 g l 在 50 下对套管钢片的腐蚀率与地层水相近 用于地层内除垢主络合剂浓度 60 80 g l 地层挤注半径 大于 1 m 用于井筒浸泡工作液主络合剂浓度 100 200g l 设置位置为射孔段上部 100m 现场施工工艺为 通过油管挤入含有常规表面活性剂的前 置液 挤入常规浓度的防垢剂溶液 挤入地层内除垢工作液 用井筒浸泡工作液顶替 关井至少 24 h 后开井生产 通过油田几十次除垢实验 结果表明 cq l 除垢施工后 采油井的产液能力 产油能力 抽油泵效率及动液面均全面回 升 平均有效期长达 16 个月 投入产出比达 1 22 cq 1 除 垢剂在对油田集输系统和井下采油设备难溶垢的处理中也取得 了理想的效果 使结垢厚度达到 34 mm 转油站通过热循环除垢 工艺垢全部清除 油田原油输送管道的化学清洗 原油中含有蜡质 胶质 沥青质以及各种无移 1 盐如氯盐 碳酸盐和硫酸盐等 同时也 不可避免地携带有水 岩屑 泥砂等杂质 原油在管道输送过 程中由于受石蜡的结晶析出 胶质 矿物质水垢的沉积 含硫 化物和细菌对管壁的腐蚀因素的共同影响 输油管道中的结垢 一般都较严重 结垢使输油管道流通面积缩小 增大了摩擦阻 力 造成了节流 加大了输送能耗 降低了管道的输油能力 甚至有时还会导致初凝 停流等事故发生 腐蚀严重会引起管 道穿孔 跑油引起火灾 污染环境 直接威胁人身安全 输油管道中主要有蜡质 胶质及沥青质沉积物 无机盐 腐蚀产物 蜡的沉积物一般是由原油中直链和支链的烃类 c18h38 c40h82 与其他有机物和无机物组成的混合物 输油时 导致结蜡的主要因素是温度 胶质 沥青质通常是由分子量为数百到数于的芳香族和环 烷族分子缩合而成 其中包括含有大量的 n s o 等原子 输 油过程中 当流速或温度较低时 原油黏度增大 这类垢就易 沉积下来 无机盐垢主要是碳酸盐 另外也含有少量的硅酸盐和硫酸 盐 这类沉积物的成垢机理与水垢相同 原油在输送前已经过脱水处理 但仍然含有一定量的水 水中含有 h2s co2以及无机盐 使管道内壁发生电化学腐蚀 此外还存在着硫酸盐还原菌的腐蚀 这些腐蚀产物主要成分是 fes fe2o3 feo 原油输送管道的化学清洗要用到水基碱液清洗剂 酸洗清 洗剂和助剂 水基碱性清洗液主要用于凝油 胶质 石蜡等清洗 水基 碱性清洗液具有润湿接触表面的特性 与表面活性剂联合使用 效果更好 可选择的碱性清洗剂有 naoh na2c03 na3p04 na3si04 焦磷酸钠 六偏硫酸钠等 通常用一种强碱和两种弱碱配合使用 用于以磷酸盐为主的 cac03 mgc03等无机盐垢 用盐酸清 洗 另外盐酸与铁的氧化物 硫化物反应速度也较快 能生成 可溶性的氯化物 fecl3 氯化亚铁等 含有硅垢时 加入 hf 或 氟化物 促进溶解 常用盐酸 硝酸作清洗剂 为提高清洗效果 保护管道 清洗中加一些助剂 助剂又 可分表面活性剂 缓蚀剂 还原刺 缓速剂及稳定剂等 表面 活性剂具有润湿 乳化及增溶作用 碱性清洗液中用的表面活 性剂有磺酸盐型 平平加型和吐温型等 酸性清洗液中用的表 面活性剂有