基于电磁技术优选最佳油田管道除垢参数

王金燕，赵晓东，吕林林（.东北石油大学，黑龙江大庆6338；.中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司管道输油处，青海格尔木86000）

基于电磁技术优选最佳油田管道除垢参数

王金燕1，赵晓东1，吕林林2
（1.东北石油大学，黑龙江大庆163318；2.中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司管道输油处，青海格尔木816000）

截至2016年底，我国原油管道约2.62万km，原油管道运输较其他运输方式有“安全、环保、低耗、节能、提高社会经济效益”的优势[1-3]，管道长期运输有蜡晶析出，蜡晶析出后会变成污垢附着在管道内壁，使管道变细、流动阻力增加、压力降低。电磁防垢技术作为一种物理除垢处理技术，越来越受到人们的推广和应用。因此,优选电磁防垢的参数输油管线经济有效地进行防垢具有深远的意义。为了优选电磁技术油田管道除垢效果的最佳参数，设计了一套模拟电磁波对输油管道的除垢装置，模拟不同线圈匝数以及不同频段下电磁波除垢效果实验。通过对实验结果分析，得出线圈匝数在25圈、电磁波频段在14～16kHz范围内，除垢效果达到最佳。

输油管道；电磁技术；除垢；优选对比；参数

目前，我国油田所产的原油基本都是含蜡原油。含蜡原油具有凝点和黏度高、流动性差的性质。油品在输送过程中与环境换热，轴向温度降低会有蜡晶不断析出。随着析蜡量的累加，一旦蜡晶形成了稳定结构，就容易形成垢，如“附骨之蛆”一样牢牢地粘在管道内壁上，因此管道需要定期除垢[3-6]。电磁防垢技术作为一种物理除垢处理技术，具有应用方便、投资少、运行费用低、无污染、节能等优点，越来越受到广泛的推广和应用。本文通过对比分别对10、15、20、25、30圈线圈匝数下和8、10、12、15和17kHz频率下的电磁波除垢效果的实验结果分析，通过优选出电磁技术的最佳除垢线圈数和频率，为各大油田的除垢技术提供参考。

1 实验部分

1.1 实验器材

KMD-1512变频电磁激励源（功率1000W德国西门子公司）；S30/A25程控水浴（控制精度0.01℃德国哈克公司）；GHG-9240N干燥箱（温度范围40-300℃杭州卓驰仪器公司）；Ⅱ型电子天平（控制精度0.001g德国西门子公司）。

本次实验利用变频电磁激励源和变频器来发射不同频率的电磁波，恒温水浴保证流体的某一恒定温度值，用一小段不锈钢来模拟油田输油管道。

1.2 实验方案

（1）从现场取来输油管道蜡晶油垢，经电子天平称重后将其分为质量相等的6份，分别标记为1、2、3、4、5、6号样本。

（2）将选好的油垢样本粘附在洗净的不锈钢钢管内壁中，其中1～5号样本钢管外面缠绕变频电磁激励源的线圈分别为10、15、20、25、30圈，6号样本静置操作台不经过变频磁场处理。将钢管装入烧杯后放入程控水浴中，设置恒温水浴温度为45℃，运行变频电磁激励源，利用电磁波产生的外加强磁场影响溶液离子间吸引力，改变无机盐机构来进行除垢，用钢丝将仍旧粘附在试管内壁的油垢取下，放入干燥箱烘干后并进行电子天平中称重，使用显微镜观察结垢状态，优选出电磁波除垢的最佳线圈数。

（3）依据上步的实验结果，在最佳的线圈匝数下再次进行试验，利用变频器控制作用于1#～6#样本的电磁波频率分别为8、10、12、15和17kHz,6#样本只缠绕线圈不处在被变频电磁场中，经过4h的电磁波除垢之后，从恒温水浴中取出钢管。用钢丝将仍旧粘附在试管内壁的油垢取下，放入干燥箱烘干后并进行电子天平中称重，使用显微镜观察结垢状态，优选出电磁波除垢的最佳频率。

（4）对实验结果记录、分析实验数据，并绘制成图来进一步观察分析实验结果，总结实验结论。

2 结果与讨论

2.1 电磁除垢的最佳线圈数

在同样的电压、电流波形和电磁频率的条件下，电磁线圈匝数的多少直接影响电磁场强度的大小。将不同线圈数下电磁除垢效果实验数据绘制成曲线图，见图1。

图1 不同线圈匝数下的油垢质量Fig.1 Quality of oil stains at different turn ratio

由图1可知，随着线圈匝数的增加，油垢质量呈下降又上升的趋势,并不是磁场的强度越大线圈匝数越多时，对结垢的影响越好。根据实验结果在该电压电流情况下，当线圈匝数在25圈时，油垢质量达到最小值，表明在该线圈匝数下电磁除垢效果为最佳。之后即使线圈匝数增多，电磁强度增加但是油垢的质量却增加。考虑到节能降耗、社会效益，优选25圈为电磁波除垢的最佳线圈数。

2.2 电磁除垢的最佳频率

影响电磁结垢效果好坏的重要影响参数-频率[7]。在最佳除垢线圈匝数为25圈时，将不同频率下电磁的除垢后结果的实验数据绘制成曲线图，见图2。

图2 不同频率下的烧杯中油的浓度Fig.2 Concentration of oil in the beaker under different frequencies

由图2可知，电磁波在在4～8kHz这一频段内，烧杯中油水混合物中油的缓慢增加；在8～16kHz这一频段内，烧杯中油水混合物中油的浓度快速增加，增幅跟第一阶段相比较有快速增长，但在14～16kHz频段内油水混合物中油的浓度最高，处于稳定状态；而在16～18kHz这一频段内，烧杯中油水混合物中油的浓度在缓慢下降，量在逐渐降低，防垢效果变差。由此实验结果可以得出，变频电磁防垢的有效作用频段优化结果为14～16kHz。

依据实验结果，烧杯中油水混合物中油浓度的变化情况，可用以下理论进行解释，从电磁波的作用频段来看，在4～8kHz这一频段内，电磁波对油垢中的蜡晶有逐渐加强的抑制作用，在此频段电磁波的作用下，油以游离态存在于烧杯中的油水混合物中；在8～16kHz这一频率段内，超声波依然存在较强的抑制作用，处于游离状态的油的浓度不断增加，油垢中的蜡晶数量继续减少；但随着电磁波频率的增加，在16～18kHz这一频段内，烧杯中的油水混合物中油的浓度处于下降的趋势，蜡晶结构的范德华力增强，结晶数量却在增多，形成固体污垢的能力变强。管道内成垢周期变长，管道内除垢效果显著[8-10]。

3 结论

通过将实验数据和图表归纳整理以及结合理论进行分析，对电磁除垢技术参数优选得出以下几点结论：

（1）在一定的电压和电流的情况下，通过对比线圈数在10、15、20、25、30圈的4种情况下电磁波除垢后剩余油垢的质量，来确定线圈数为25圈时的电磁波除垢效果最佳。

（2）确定线圈匝数为25圈时，分别对比电磁波不同频率段后烧杯中的油水混合物中油的浓度，得出变频电磁防垢的有效作用频段优化结果为14～16kHz，此频率范围内电磁波具有较好的除垢效果、经济效益和社会效益，不仅可以达到较好的除垢效果，而且对环境无污染，节省能源消耗。

（3）通过实验数据发现与理论上的分析还存在差距，一方面电磁除垢机理到现在都没有研究出一个合理的解释，让人信服的结论；另一方面实验结果受多种外界因素的影响导致实验误差较大。在以后的探究中应加强理论水平研究、丰富理论知识，改进实验、完善实验环境，得到更加精确的实验结论。

［1］李澍.田继军.青海跃进油田集输管道结垢的综合治理［J］.油气田地面工程，2014，33（11）:97－98．

［2］Martínez-Palou R,de LourdesMosqueira M,Zapata-Rendón B, etal.Transportation ofheavy and extra-heavy crude oilby pipeline: A review［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering,2011, 75（3）:274-282.

［3］侯光祥.输油管道中防除垢技术的研究进展［J］.内蒙古石油化工，2008，34（21）:15－16．

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［5］沈晓明等.油管结垢机理及水力清洗技术研究［J］.石油钻探技术，1996，（9）:43-46.

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［7］丁昭.磁化防垢机理及适用范围研究［J］.科技通报，1998，13（6）：378-379.

［8］Becker JR.Corrosion and Scale Handbook［M］.Tulsa:PennWell PublishingCompany，1998．

［9］周龙祥.强磁防垢技术在油田的应用研究［J］.石油钻采工艺，1999，21（2）：93-96.

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Optim ization of oil field pipe descaling parameters based on electromagnetic technology

WANG Jin-yan1,ZHAO Xiao-dong1,LV Lin-lin2
（1.Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China；2.Pipeline Oil Transportation Department,QinghaiOilfield Company, PetroChina，Golmud 816000，China）

As of the end of 2016,China's crude oil pipeline about 26,200km,crude oil pipeline transport than othermodes of transport“safety,environmental protection,low consumption,energy saving,improve social and economic benefits”advantage[1-3],long-term pipeline has wax Precipitation,wax precipitation will become a dirt at tached to the pipe wall,so that the pipeline thinner,increased flow resistance,pressure reduction.Electromagnetic anti-scaling technology as a physical cleaning technology,more and more people to promote and use.It is preferable that the parameters of the electromagnetic scale prevention oil pipelines are economically efficient and have a far-reaching significance.In order to optimize the best parameters of the pipeline cleaning effect of the electromagnetic field,a set of anti-scaling device for the electromagnetic wave to the oil pipeline was designed to simulate the number of turns of different coils and the effect of electromagnetic wave descaling in different frequency bands. Through the analysis of the experimental results,the coil turns in the 25 laps,electromagnetic band in the range of 14～16kHz,the cleaning effect to achieve the best.

oilpipeline;electromagnetic technology;descaling;optimal contrast;frequency

TE832

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170736

2017-05-22

王金燕（1989-），女，黑龙江省潍坊市人，在读研究生，主要从事储运系统优化和节能降耗技术研究。