2018-1-20 14:50:13
Enmax Technology (Shanghai) Company Ltd., Shanghai, China
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恩曼CPRS装置在大庆加热炉上的应用

ENMAX除防垢技术在油田加热炉上的应用

汪庆梅 张 斌 张 伟 何 斌 李明杰

(大庆油田第一采油厂规划设计研究所)

摘 要 :萨中油田掺水、热洗系统中加热炉年结垢厚度在5-6mm以上,增加安全隐患。为解决生产难题保证安全生产,我厂2006年1月在中新201转油站单台加热炉进口处分别安装了3台ENMAX除防垢设备,已连续正常运行11 个月。停止加阻垢剂后,加热炉火管6mm的垢3个月变薄为3mm,原加热炉除垢需要酸洗后,再清垢4-5小时,现除垢只需要轻铲即掉,时间不超过1小时且管壁不留有刮痕,节省人工、时间和劳动强度。该装置对加热炉除垢有较好的作用,能够适应油田生产需要。

主题词 加热炉 除防垢 ENMAX

油田加热炉除防垢现状及存在问题

大庆油田属高寒地区,地面集输工艺离不开加热炉,出于油田采出水矿化度较高,一般在4000mg/L 以上,如果不采取除防垢措施,就会导致热交换部件结垢,加热效率降低,增加气耗。而对于油田使 用较多的二合一加热缓冲装置,就会因结垢严重而导致烟火管局部鼓包甚至烧穿,不但影响正常生产, 增加了大修投入,也缩短了加热炉的使用寿命。

目前油田加热炉除防垢以加阻垢剂为主,但从运行来看,主要存在以下问题:

加药成本较高,平均一座转油站每年需要加药7吨,药剂费就达3. 7万元/年 阻垢剂对加药设施有一定的腐蚀性,加药装置使用寿命较短,一般在7年左右就需要更新。 配套的加药系统造价也较高。由于药品的腐蚀性,加药管道所用管材还需要应用聚四氟乙烯 等抗腐蚀材料(Φ60X4,1025元/米),管材价格较高;另外还需要 配套建设加药间、储药间等设施。 系统中加入阻垢齐后,还会对后续的油田污水处理产生影响,如在联合站加入絮凝剂,杀菌剂时,就需要考虑与阻垢剂的配伍性。

因此,油田加热炉除防垢技术除了继续应用质量高、成本低的高效阻垢剂外,另一条途径就是应用物理方法除防垢。2006年,我厂在中新201转油站试验应用了 ENMAX除防垢技术,并取得了一定的效果。

ENMAX除防垢技术应用情况及效果

现状

中新201转油站于1994年7月投产,设计规模14000m3/d,目前处理液量10935m3/d,负荷率78%,,所辖计量间数8座、所辖油井155 口,采用双管掺水、热洗分开集输工艺流程。

为了解该站加热炉及管道的结垢成分,我们首先对该站采出液成分进行了水质分析,数据见水质。

中201转油站掺水水质分析表

取样量ml

 

PH值
 
C032- HC03- C1- SO42- Ca2+ Mg2+ k++Na+ 总矿化度 总硬 地质区块
 mg/l  mg/l  mg/l mg/l  mg/l  mg/l  mg/l   mg/l mmol/l 
北一二排聚驱 
 10 8.10   109.24  2554.30 900.34   4.80  28.06  7.29  1586.59  5159.00  1.00

从水质分析报告看出:该站采出液矿化度较高,在5100mg/L以上,高于油田采出水矿化度 4000mg/L的平均水平,各种不相容离子成份并存的现状,使得加热炉和管道垢析出、沉积成为必然现象。采出液中Ca2-、HCO3-和CO32-含量较高,说明系统垢样中CaC03的含量较高。

中201转油站4#加热炉大修时,委托大庆油田化学剂及水处理质量检验中心对其烟、火管壁上取出的垢样进行化验分析,数据见下表。

项目 含油量 灼烧减量 酸不溶物 含铁量 三氧化二物 含铁量 镁含量
单位 % % % % % % %
检测结果 2.0 41.0 1.5 3.4 5.0 29.7 5.0
备注         包括三氧化二铁    

注:灼烧减量:主要是易挥发的原油组分、碳酸根和硫酸根;算不溶物:包含硅酸盐垢。

从表中数据看出,CaC03、MgCO3含量占垢物成分的34.7%,成份中混合Si02的含量较少,进一步证明该系统属碳酸盐型水垢。根据ENMAX除防垢技术的工作原理及其应用案例,该项技术有望解决中新201转油站的结垢问题。

 

ENMAX除防垢技术简介

工作原理:流体通过进口进入装置内筒中(见图1),通过由特殊合金制成的核心材料芯片的电化学催化作用,向溶液体系提供电子,使溶液发生电化学作用,从而使原油中的蜡和胶体物质呈悬浮状态,不易吸附于管壁上;使液体中的各种离子及杂质不易相互结合形成垢,并能破坏垢的晶格键,使结的垢慢慢脱落;同时减弱溶液组分对金属的氧化作用,增强其还原作用,抑制对管网的腐蚀。该装置是一种非牺牲体催化剂,整个反应既不添加任何物质到流体中,也不从流体中带走物质,只是对流体中的气体有脱气效果。

 

现场应用情况

中新201转油站属聚驱工艺,加热炉及站外管道结垢严重,2006年1月5日在该站3台加热炉进口分别安装了ENMAX防蜡防垢防腐蚀装置(见图2,1#加热炉进口阀门关不严,冬季无法停运因此未安装除垢设备),3月17日站内停止加阻垢剂(为保证安全生产,1、2月份没有停药)。截止今年 11月该装置已经连续运行10个多月,一直运行正常。

为方便观察除垢效果,选择中新201转油站同期投产的2#、4#加热炉火管和掺水泵过滤器共3个观测点,以2005年9月12日4#加热炉大修时结垢状况作为原始状态,于今年6月和8月两次检测2#、4#加热炉火管结垢情况,进行安装前后结垢效果对比。

2005年9月12日该站4#加热炉大修时,监测到烟火管表面结垢严重,硬垢厚度至少达6mm且非常坚硬致密(计算泥沙在内约20mm,见图3、图4)

图320050912中201站4#加热炉火管结垢情况   图4中201站4#掺水炉火管垢样厚6 mm

经过近5个月的使用,2006年6月13日(停药88天)检查其效果,利用同期建设投产的2#加热炉大修时机观察烟火管结垢情况:烟管基本无垢,加热炉火管靠近火焰处垢质致密,偏离火焰处随着距离的延长,垢质成片脱落,且附于管壁垢质外酥内硬轻剥即掉,处露出金属表面外,垢质厚度最厚处约3mm并且用力可以捻碎,最薄处仅有不到1mm的氧化层(见图5)。

图5停止加阻垢剂88天,2#加热炉火管结垢情况

4#加热炉2005年9月大修后更换新的烟火管,2006年安装除垢设备时己连续运行近4个月。在应用除垢设备近8个月后,2006年8月30日(停药165天)检查4#加热炉除防垢效果:耐火砖2米处结垢相对较多,分析原因此处温度较高,远离耐火砖处垢质越来越少且较薄混杂在油泥中,用手指轻捻即碎(见图6)。

图6加热炉新火管应用4个月后再安装除垢设备8个月的结垢情况

为了进一步验证装置除垢效果,结合机泵检修,2006年7月14日拆开了中新201转油站掺水泵过滤器:安装除垢设备前,过滤器垢质微薄,坚硬需要击打去除且留有痕迹;安装除垢设备后,垢质微薄,酥软轻刮即下,方便了员工操作。

装置除垢效果分析

  • 垢量分析 安装初期,加热炉火管垢质地坚硬,垢厚6mm,停药88天后垢样厚度3mm,3个月原垢质剥离变薄3mm;停药165天后,很薄一层垢质附着在油泥中。
  • 垢质分析 安装初期,加热炉火管垢质地坚硬,层理清晰致密。停药88天后的垢样外表酥软,内层较硬,层理清晰。停药165天取出的垢样酥软且包含在油泥中,轻碰即碎。
  • 化验分析 将安装除垢设备前后,掺水系统的采出液成分进行水质分析并对比,烟、火管壁上取出的垢样进行化验分析并对比,数据分别见下表。

     

    中201转油站掺水水质分析对比表

    取样量 PH值 C032- HC03- C1- SO42- Ca2+ Mg2+ k++Na+ 总矿化度 总硬 备注
     ml  mg/l  mg/l mg/l  mg/l  mg/l  mg/l  mg/l  mg/l  mg/l  mg/l   
     10  8.10  109.24  2554.30  900.36  4.80 28.06  7.29  1586.95  5191.00  1.0  安装前
     10  8.14  136.55  2498.77  882.71  19.21  28.06  9.72  1577.80  5152.81  1.10  安装后

    中201转油站加热炉内部垢样分析对比表

    项目 含油量 灼烧减量 酸不溶物 铁含量 三氧化二物 钙含量 镁含量 备注
    单位 % % % % % % %  
    检测结果 2.0 41.0 1.5 3.4 5.0 29.7 5.0 安装前
    检测结果 0.0 56.70 17.50 7.11 10.20 5.78 1.75 安装后
    备注         包括三氧化二铁      

    从以上水质分析、垢样分析对比表中看出:采出液中Ca2+含量保持不变,Mg2+、C032-和总硬度含量增加;垢样成分屮Ca2+和Mg2+含量均下降,说明安装除垢设备后,采出液离子没有形成新垢,原已结的垢中有部分离子已经溶解。

    ENMAX除防垢器的特点及经济效益分析

    除防垢器的特点

    • 除垢器的大小依据管线规格而定,安装方向根据现场情况横向、竖向安装或根据现场应用条件提供特殊设计方案,方便生产过程中的维修操作;
    • 单台加热炉一次性停运,根据除垢器尺寸用法兰片焊接在管线上,如夏季投产可直接安装在加热炉进口管线上,施工方便,周期短;
    • 该设备运行不耗电能,没有运行费用,使用过程中基本上处于免维护状态,适用于高温高压工作环境,不受其他因素的影响;
    • 除垢器除垢效果稳定。与加阻垢剂相比,该装置不存在药量控制不平稳的因素,设备正常运行,就会有稳定的效果。
    • 建设投资省。由于除垢器安装在设备区,因此节省了加药间、储药间和加药管道的建设费用。

      经济效益分析

    • 与加阻垢剂相比,降低了直接运行费用。加药时直接运行费用包括:转油站加药量600千克/月, 阻垢剂5112元/吨,则药剂费3.7万元/年,耗电费0.8万元/年,合计4.5万元;而ENMAX除防垢器 没有年运行电费;相比之下,直接运行费用节省4. 5万元/年。
    • 与加阻垢剂相比,间接运行费用降低。加药装置由于药剂的腐蚀,配件更换快,使用寿命也大为缩短,仅为7年,再加上配套的加药设施折旧,折旧和维护费用约为1.4万元/年;ENMAX除防垢器设计寿命为10-15年,大约是加药装置的2倍,维护费用几乎为零,折旧费用约0.7万元/年;相比之下,间接运行费用节省0.7万元/年。
    • ENMAX除防垢器运行稳定可靠,除防垢效果好,可提高加热炉热效率,延长加热炉的使用寿命。 据相关材料介绍,受热面积每增加1mm的垢,将多消耗燃料1%-2%左右。按照1座转油站日耗气4000m3/d 计算,应用ENMAX除防垢器后,少增加1mm的垢将少消耗燃料29200 m3/a,减少3mm的垢将节省耗气费4. 4万元/年。
    • 若转油站加热炉平均寿命由15年延长至20年,加热炉数按照4台计算,则折旧费用约节约6万元/年。
    • 转油站安装阻垢剂加药装置8万元/套(正常隋况下,在加热炉进口安装1台除垢设备)
    • 单座转油站加热炉应用ENMAX除防垢器后,综合经济效益为12.99万元/年。

      对ENMAX除防垢技术的几点初步认识

    • 停止加阻垢剂后,加热炉火管6mm的垢3个月变薄为3mm,说明lcm的垢,十个月即可清除,1cm以上的垢一年时间基本可以除掉。
    • 流动介质中含砂量较大时,会磨损装置中的芯片,降低芯片的使用寿命(一般为10~15 年),因此对于含砂量较大的区域,应考虑站内增设除砂装置再进行应用。
    • 安装除垢设备前后,采取化验分析的方法,监测采出液和垢样中离子含量的变化,验证该项技术有使液体中的各种离子及杂质不易相互结合形成垢,并能破坏垢的晶格键的作用,具备除防垢功能。
    • 原加热炉除垢需要酸洗后,再清垢4-5小时,现除垢只需要轻铲即掉,时间不超过1小时且管壁不留有刮痕,节省人工、时间和劳动强度。说明该装置对加热炉除垢有较好的作用,能够适应油田生产需要。

      结论

      由于ENMAX除防垢技术在我厂应用时间还较短,部分试验还需要继续进行:一是继续监测该除垢装置对于管线的有效作用距离;二是今年6月份2#加热炉新换烟火管,可以利用明年加热炉清淤的有利时机,观察该加热炉的结垢情况,进一步摸索除垢装置的防垢效果。因此,对该技术的作用效果和 影响做出更加完整和全面的评价需要延长一段时间。但在环保、运行费用和除防垢效果等方面,应用ENMAX防垢技术与化学除防垢方式相比已呈现出明显的优势,因而在油田具有较好的应用前景。

       

      作者简介 汪庆梅,女,1971年生,高级工程师。1993年毕业于石油大学(华东)油气储运专业,现在大庆油田第一釆油厂规划设计研究所从事油气集输规划和地面工程管理工作。通讯池址:大庆第一釆油厂规划设计研究所,电话:5825683