海上油田换热器结垢原因探析

杨浩波，余红坤，郝兰锁

(1 中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东　深圳　518067；2 中海油天津化工研究设计院，天津　300131)



海上油田换热器结垢原因探析

杨浩波1，余红坤1，郝兰锁2

(1 中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东深圳518067；2 中海油天津化工研究设计院，天津300131)

南海某海上油田换热器经常因为结垢发生堵塞，本文通过对换热器垢样及水质的分析，对海上油田换热器的结垢趋势进行了判定，确定引起加热器结垢堵塞的主要原因是硫酸钙垢的生成。随之我们又研究了水样温度及流速对换热器结垢的影响，试验结果表明随着温度的升高会加速硫酸钙垢的生成，而流速的增加却会减缓硫酸钙垢的生成。所以对于此海上油田换热器，可以通过适当降低换热温度及增加流速来缓解硫酸钙垢的生成。

换热器；堵塞；硫酸钙垢

在海上油田的生产工艺中，一般进行油水分离前都要对含水原油进行加热处理，所以加热器或者换热器在油水处理工艺中存在着广泛的应用。南海某油田的生产工艺中，油水混合物经过分离器初步分离后的原油(含水在10%～20%)进入管束换热器，含水原油经加热到105 ℃后再进入电脱盐脱水装置(EDD)中进行处理。此管束式换热器自从油田投产以来，经常发生严重的结垢堵塞现象。因为换热器的经常堵塞，致使换热效率低下，能耗大大增加，内漏风险增加，也给油田生产带来了巨大的安全隐患，严重影响到油田的正常生产。所以对此海上油田换热器的结垢原因进行研究并找出解决办法，就显得尤其重要和迫切。

1　换热器水质及垢样分析

我们首先取换热器进口水样，对其进行了水质全分析，分析结果见表1。

表1　换热器水质全分析

续表1

Mg2+764.20Ca2+1150.81Fe0.09Ba2+0.05Sr2+26.70Cl-19503.05SO2-42352.5HCO-3430.83CO2-30OH-0S2-16.89pH7.0

我们又对换热器垢样进行了垢样全分析，分析结果见表2。

表2　蒸汽加热器垢样分析

续表2

CaCO33.8Fe2O31.5SrSO40.7CaSiO34.212CaO·7Al2O31.4其他2.3总计100

从换热器垢样分析结果可以看出，垢样中的硫酸钙含量在80%左右，同时含有少量碳酸钙、硫酸锶以及氧化铁等。

2　换热器结垢原因探析

2.1水质结垢趋势判断

我们利用结垢趋势预测模型对此换热器在分析水质和压力条件下进行了不同温度下不同垢型结垢趋势的预测，换热器不同垢型结垢量与温度的变化曲线见图1。

图1　换热器不同垢型结垢量与温度的变化曲线

从预测模型预测结果可以看出：在温度小于80 ℃时，随着压力的变化，基本只有碳酸钙和氢氧化铁垢形成，但在大于100 ℃时，硫酸钙的结垢趋势急剧增加，而碳酸钙垢结垢趋势急剧下降，因此在此换热器的特殊工况条件下，换热界面的高温环境(大于105 ℃)更有利于硫酸钙的生成[1]。

换热器垢样分析结果也显示，垢样中的硫酸钙含量在80%左右，同时含有少量碳酸钙、硫酸锶以及氧化铁等垢质，与结垢预测模型[2]结垢趋势判定的结果一致，此换热器的结垢主要以硫酸钙结垢为主。

2.2温度对换热器水质结垢量的影响

取换热器进口水样，在不同温度的实验条件下加热1 h，通过测试钙离子保有率考察不同温度对换热器水质结垢量的影响，钙离子的保留率如图2所示。

从测试结果可以看出，温度对换热器水质结垢量有着较大的影响。温度越高，钙离子的沉积越严重。在150 ℃时，只有15%的钙离子沉积，而到了180 ℃时，钙离子的保有率只有46%，硫酸钙大量沉积。因此，在保证油水处理效果的前提下，适当降低换热器的界面温度将有利于控制换热器的结垢。

图2　温度对换热器水质结垢量的影响

2.3流速对换热器水质结垢的影响

在温度160 ℃、压力0.75 MPa的实验条件下对所取水样加热1 h，通过测试水样中的钙离子保有率考察不同流速对换热器水质结垢量的影响[3]，钙离子的保留率如图3所示。

图3　流速对换热器水质结垢量的影响

从试验结果可以看出，随着流体流速的增大，钙保有率也在增大，结果表明适当提高流体在换热器中的流速将有利于缓解硫酸钙垢的沉积。

3　结论及建议

(1) 通过对现场水样的水质、垢样分析，结合水质结垢趋势判定，表明该油田换热器有明显硫酸钙垢结垢风险。

(2) 研究了换热器界面温度、流速对换热器器水质结垢量的影响。试验结果表明温度越高，流速越低，越能促进换热器水质硫酸钙垢的生成。

(3) 在不影响油田现场正常操作的情况下，尽量降低换热器的操作温度，适当增加油水混合物通过换热器总量，从而提高介质通过换热器的速度，可以在一定程度上缓解此油田换热器的结垢问题。

[1]Dyer S J,Graham G M.The effect of temperature and pressure 0n oilfield scale formation[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2002,35(1-2):95-108.

[2]张绍广.海上油田原油处理系统腐蚀结垢的预测与评价[J].腐蚀与防护,2009,30(11): 818-821.

[3]肖曾利,蒲春生,时宇,等.油田水无机结垢及预测技术研究进展[J].断块油气田,2004, 11(6):76-78.

Analysis of the Heat Exchanger Scale on Offshore Oilfield

YANGHao-bo1,YUHong-kun1,HAOLan-suo2

(1 CNOOC Ltd. Shenzhen Branch Company, Guangdong Shenzhen 518067；2 CNOOC Tianjin Research and Design Institute of Chemical Industry, Tianjin 300131, China)

The heat exchanger on the offshore oilfield has often been locked because of the scale. By the analysis of the water quality and the scale, we can confirm that the main cause on heat exchanger blocking is the scale of CaSO4. The relationship between the temperature and the scale quantity of CaSO4, the fluid speed of the water and the scale quantity of CaSO4were researched, the result showed that the raising of the temperature can raise the formation of CaSO4scale, the raising of the fluid speed can inhibit the formation of CaSO4scale, cutting down the temperature and raising the fluid speed can inhibit the formation of CaSO4scale for the heat exchanger.

heat Exchanger; blocking; CaSO4scale

TQ917.1

B

1001-9677(2016)012-0161-02