《油田用加热炉化学清洗技术要求》标准的制定与应用

2013-09-07岳大伟

石油工业技术监督 2013年2期

岳大伟

中国石油辽河油田分公司沈阳采油厂（辽宁新民 110316）

沈阳油田是全国最大的高凝油生产基地，在集输过程中广泛使用加热炉作为加热设备，而影响加热炉热效率的最大因素就是结垢，尽管采取了如化学加药等防垢措施，但还不能完全阻止垢的生成。垢是热的不良导体，导热系数比钢铁低几十倍，因此，管线结垢厚度每增加1mm，综合能耗提高4%，同时还增加了管道压降和泵的耗功，导致大量能源浪费，提高了生产运营成本。结垢存在的另一个危害因素是加剧腐蚀，缩短加热炉的使用寿命，严重时会影响正常生产，以致造成安全事故，造成更大的经济损失。为保证油田加热炉安全、高效地长期运行，实施科学有效的除垢工作就显得尤为重要[1]。

1 问题的提出

首先,由于需要加热的软化水矿化度达到1600 mg/L以上，加热过程中结垢速度较快，严重影响了加热炉的热效率。全厂有加热炉163台，加热炉盘管每年平均结垢12mm，每台炉效下降35%左右，每天多消耗天然气400m3，因压差增大多耗电10kW·h左右，因此，2年就要清洗一次，每台次清洗费用3万元，每年需要清洗费用总计260万元。

其次，化学清洗因为没有具体的企业标准可执行，施工队伍采用的酸洗方案也无具体规定，基本是技术人员凭经验设计出来的，有时酸液浓度大了易造成加热炉盘管漏失，甚至造成掺水管线和回油管线漏失，带来的间接损失非常严重。每年因化学清洗造成盘管漏导致加热炉报废的有3～4台，油井管线漏失报废的有15条左右，严重影响了油井生产时率，年总经济损失在400万元以上。

另外，施工队伍在操作过程中执行制度尺度不一，在清洗操作过程中操作规程和HSE方案执行上也各不相同，因此，急需制定一项油田用加热炉化学清洗技术标准，在清洗液配方、化学清洗除垢操作、钝化过程操作、效果检验、安全环保要求上统一进行规范。

2 《油田用加热炉化学清洗技术要求》标准的主要内容

2009年，为了圆满完成这项标准的制定，使其能更好地为油田生产服务，沈阳采油厂科技人员开展了广泛细致的加热炉结垢机理研究。首先对加热炉盘管的水样、垢样进行水质理化性质测试，结果显示主要成分为51%的钙镁、6.4%的石油类、42.6%的机杂，垢样表观特征为呈层状、垢层疏松、多数呈灰黑色、白色，无磁性；其次对加热炉的盘管结垢成因进行了分析,水质分析结果表明，水样为碳酸氢钠型，pH值达到8.5左右，呈偏碱性，易产生结垢，造成结垢另一原因是在高温下碳酸钙浓度达到过饱和，水质的总溶解固体和总残渣含量达到3700 mg/L，因此，形成以钙垢和污垢为主的垢层。

为了提高加热炉化学清洗除垢的效果，以及避免盘管和管线在化学清洗后腐蚀穿孔，科技人员与化工公司技术员进行了室内模拟实验，确定了以聚丙烯酸和水解聚马来酸等多种分散剂作为化学清洗配方的主要成分，其单剂和复配药剂的钙容忍度最低，确定了以锌盐为主要成分的缓蚀剂，在阴极部位,由于OH-的聚积使局部pH值升高，Zn2+能迅速形成Zn(OH)2沉积于阴极表面，抑制阴极反应起到缓蚀作用，另外还对钝化液的主要成分进行了优化[2]。

在上述工作的基础上，结合现场工艺条件，制定出企业标准《油田用加热炉化学清洗技术要求》，于2010年3月30日发布，5月1日正式实施，在作业程序上对加热炉化学清洗进行了严格、全面的规定，操作人员从前期施工准备开始，到清洗系统安装、操作程序、资料录取以及验收标准内容部分都一一进行了规范；在质量控制上对清洗液配方设计、清洗系统安装、化学清洗前冲洗流速、清洗液温度、化学清洗时清洗泵流速、化学清洗时间、钝化液循环时间、资料录取间隔时间及验收标准等参数都进行了量化；在安全环保要求上对施工队伍资质、人员培训、劳保用品使用、专用设备配备、现场硫化氢最大含量、废液处理等方面都做了全面、系统的规定。

3 应用《油田用加热炉化学清洗技术要求》的主要做法[3]

3.1 有的放矢制订清洗配方，保证清洗质量

不同区块的水质不同，结出的水垢成分也有较大区别，不同批次的加热炉盘管的材质也不尽相同。在标准实施前，所有加热炉都是在使用一个清洗配方，很难保证清洗效果。因此，该厂根据标准要求对每台炉的水垢和管材成分进行化验，根据化验结果设计本炉的详细清洗配方和制定钝化方案，真正做到了“一炉一方”，这种对症下药的措施，使化学清洗质量从源头上就得到了保证。

3.2 按照标准安装清洗系统，保证施工安全

现在临时管道的倾斜度都＞1/200，降低了对化学清洗泵的阻力；鉴于化学清洗液对清洗系统管道本身造成的腐蚀，焊接部位应位于易观察之处，以便第一时间发现泄露现象，并且焊口尽量远离重要设备；为保证阀门的承压能力，在系统安装前进行水压试验，阀门压力等级高于清洗时相应的压力等级，认真检查清洗系统内阀门的灵活、严密、耐腐蚀情况，有铜部件的阀门、计量仪表等部件，在清洗前都拆除、封堵或更换成防腐的管道附件，不参加化学清洗的设备、系统与清洗系统进行切断隔离；安装进出管道时充分考虑热膨胀补偿措施，有效防止管道可能因受热膨胀造成崩断。

3.3 严格执行清洗操作步骤，达到预期清洗效果

清洗液温度升高可提高除垢效率,但也会加剧对金属的腐蚀,因此,清洗温度控制在60～70℃之间；用输酸泵把清洗液缓慢加入炉内，清洗初期清洗泵流速应控制在(0.05～0.2)m/s，加药速度太快会因炉内化学反应剧烈，造成清洗液气沫飞溅，清洗后期清洗泵流速提高到(0.3～0.5)m/s；清洗液进口选在加热炉盘管的出口，分次加酸，既可以除净加热炉出口部位的厚垢，又减小了对加热炉进口结垢薄部位的腐蚀；在清洗过程中每隔30min在取样点取酸化验一次酸液浓度,直至两次化验的酸液浓度差＜0.2% 为止，如果酸液浓度下降低于配方要求时,适量地补充缓蚀酸液。通过2年的化学清洗除垢实践，最后总结出:“长时间、低浓度、分次加酸、分部位清洗”的化学清洗除垢方法，先后清洗加热炉47台，既没有出现加热炉盘管堵塞，也没有发生加热炉盘管穿孔。

3.4 强化清洗效果检验工作，把好清洗质量关

为了检查加热炉的化学清洗效果，每次清洗结束后在加热炉进出口管线较高部位割管取样，每个取样长度不小于20cm；在计算除垢率时，对于清洗非常干净的金属表面，可用视觉清洁法进行检验，如果要用数点法确定洗净率时，除垢率不小于90%，洗净率不小于 95%才算合格；清洗结束后，清洗表面形成良好的钝化膜，钝化表面应是均匀的银白色，不得有明显的腐蚀痕迹，焊缝表面不得有氧化色，不得有颜色不均匀的斑痕，对于清洗后碳钢材质的钝化膜质量，用酸性硫酸铜点滴液检验，点滴液由蓝色变为红色的时间不小于5s为合格；为防止未溶解的沉渣堆积在清洗系统或设备死角，清洗泵最大排量水冲洗，管道压力小于0.1MPa结束冲洗；在加热炉投运前，采取逐步加压的方法对加热炉盘管进行试压，观察30min无异常后方可正式恢复使用。

3.5 完善施工质量监督网络，促进质量监督工作走向规范化

在质量监督部门的统一管理下，各部门积极进行配合，建立了完善的厂级、作业区级、采油队级质量监督网络，配备了兼职质量监督员。在充分调研和征求各方意见的基础上，根据标准要求重新制定或修订了《加热炉清洗施工质量监督管理规定》、《质量监督员职责》等管理规定。这些监督管理制度对施工质量监督的管理范围、各级监督员职责、质量事故处理、队伍管理均有较强的指导作用，有力促进了加热炉清洗施工质量监督的规范化、标准化以及科学化进程。

4 生产现场推广应用情况[4]

2010年实施标准以来，共按照标准化学清洗加热炉47台，根据清洗前后统计数据来看:除垢率由标准实施前的82.1%提高到实施后的91.6%，洗净率由标准实施前的86.9%提高到实施后的95.4%；洗后炉效由标准实施前的67.4%提高到实施后的84.7%,排烟温度由标准实施前的56℃下降到实施后的47℃,清洗周期原来每年一次到现在的两年一次，平均每天多节气150m3，平均每天多节电4kW·h；平均腐蚀率最大值为2.91g/（m2·h），远远低于国家规定的6g/（m2·h）标准，盘管化学清洗漏失报废台次由标准实施前的每年3～4台下降到实施后的1台，掺水管线因残酸腐蚀漏报废数量由标准实施前的每年15条下降到实施后的6条。

5 经济效益分析

标准实施以来，共按照标准化学清洗加热炉47台，平均每天多节气150m3，累计节气352.5万m3，平均每天多节电4kW·h，累计节电9.4万kW·h，加热炉盘管清洗漏报废减少6台，掺水管线因残酸腐蚀报废减少18条，合计创造经济效益801.08万元。

6 结论

通过对《油田用加热炉化学清洗技术要求》标准的应用，实现了加热炉化学清洗施工标准化，对各种违章行为形成有效遏制，为安全施工奠定了基础；化学清洗加热炉较好地解决了盘管结垢问题，不仅除垢率提高了11.5%，炉子热效率提高了17.3%，节电、节气效果非常明显，而且腐蚀率降低了60%多，附加损失明显减少。它的应用既为企业解决了生产问题，又降低了能耗、创造了可观的经济效益，具有较为广阔的应用前景。