加热炉阻垢增效试验

聂红培

(大庆油田天然气分公司油气加工九大队，黑龙江 大庆 163416)

加热炉是保障油田正常生产的重要设备之一，在使用过程中因蒸发浓缩、高温沉淀、高温分解、表面结晶［1］等原因，水中的杂质会在加热盘管内壁上沉淀、结垢、结晶、结焦，甚至会造成污堵现象，不仅影响了加热炉的传热效率，增加了能耗，还会导致系统的压力升高，给油田的正常生产带来安全隐患。目前使用的水套式加热炉主要采用停炉清洗的定期除垢方法进行加热炉除垢［2］，每年的5月和11月要停炉清洗两次，清洗次数多，工作量大，不能满足生产需求。加热炉盘管结垢影响传热效率，造成加热炉出口温度降低，能耗增加，加热炉热效率只有76.62%，日均增加耗气量355 m3。为此，开展了加热炉阻垢试验，利用阻垢剂阻止垢质生成的特点，在加热炉运行系统中加入阻垢剂，有效降低结垢速率、减小垢层厚度。

1 结垢成因分析及阻垢机理

1.1 结垢成因分析

2013年3月对水质成分进行了化验分析，化验情况见表1。

表1 水质成分表

从表1中数据可以看出，结垢成因是以碳酸氢钙为主，碳酸氢镁为辅。

钙和镁的碳酸盐在加热过程中发生热分解反应生成沉淀物析出:

碳酸镁在水中有一定的溶解度，它能进一步水解，生成溶解度更小的氢氧化镁沉淀:

另外，水质中含有少量的CaSO4，它的溶解度随温度的升高而减小，容易在受热强度较大的部位析出。

1.2 结垢速度分析

为了研究加热炉盘管的结垢速度，于2013年2月16日对加热炉进行了流程改造，在进出口安装了挂片装置。于4月16日取出挂片进行分析，结垢厚度为0.3 mm，计算出结垢速率为9.6 g/(m2·d)。

1.3 阻垢机理

依据水样中以Ca2+、Mg2+为主的化验情况，选用2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷(PBTCA)和水解聚马来酸酐(HPMA)两种阻垢剂来复配，按1∶2复配。

PBTCA、HPMA阻垢剂的阻垢机理，主要体现在提高溶解度、改变晶体结构作用两个方面。阻垢剂与水中Ca2+、Mg2+等阳离子形成稳定的可溶性螯合物，从而提高了水中Ca2+、Mg2+离子的允许浓度，相对来说，就增大了钙、镁盐的溶解度，而且在水中投加微量阻垢剂(30～50 mg/L)，就可将比按化学计量比高得多的Ca2+稳定在水中;改变晶体结构就是在CaCO3微晶成长过程中，晶体吸附阻垢剂并掺杂在晶格的点阵中，就会使晶体发生畸变，或者使大晶体内部的应力增大，从而使晶体易于破裂，阻碍了沉积垢的生长。

2 工艺流程改造

在泵出口至加热炉管线处引出一个旁路，增加一套加药装置(由加药罐、泵及配套设施组成)，见图1。阻垢剂在加药罐内与适量的水混合均匀后通过加药泵输入到加热炉。

在管线出泵房阀组处加装旁通阀，阀内挂片，在不影响其它管线运行的基础上，关闭两端阀门就可以取下管段查看挂片及管线结垢速率变化情况(见图2)。

3 阻垢剂试验

试验时间为2013年4月16日～10月1日，采取连续加药方式，每8 h加药剂一次，每次加剂在10～15 min完成。试验刚开始，加药量按20 mg/L加入，防止加药量过大造成垢层脱落快、管线堵塞情况出现;以一个月为间隔，逐步加大药剂量至50 mg/L。试验情况见表2。

表2 试验情况表

4 效果分析

4.1 结垢速率情况

在2013年4月16日更换新挂片，9月15日试验结束后取出挂片，测得挂片垢层厚度0.12 mm，结垢速度为1.1 g/(m2·d)，结垢速率降低了89%。

4.2 加热炉效率情况

从加热炉监测数据看，从2013年6月20日始，加热炉出口温度达到50℃，比试验前提高了5℃;效率为82.79%，效率提高了6%。

5 结论

1)加热炉盘管结垢成因是以碳酸氢钙为主，碳酸氢镁为辅;采用化学复配阻垢剂有效地减缓了结垢速率，提高了加热炉效率;

2)化学阻垢剂因为具有低磷、阻垢时间长的特点，能够很好地起到抑制水垢生成、剥离老垢的作用;选用的液体阻垢剂，现场添加方便，避免了粉剂添加时造成扬尘大、污染环境的现象。

［1］王皓.加热炉结垢原因分析和解决方法［J］.科技信息，2007(1):231.

［2］贾兴.油田加热炉结垢清除技术研究［D］.大庆:东北石油大学，2011.