原油运输管道结垢原因及化学除垢技术

朱汉明 湖北轻工职业技术学院

原油运输管道结垢原因及化学除垢技术

朱汉明 湖北轻工职业技术学院

在原油运输管道的油气中有非常多的杂质，其中包含了有机物、二氧化碳、硫化氢、细菌等，这些杂质的存在，非常容易引发管道结垢。化学除垢一般分为酸洗、冲洗、钝化、冲洗四步。在进行化学除垢的过程中加入一些表面活性剂，例如烷基苯磺酸钠等，表面活性剂可降低油污的表面张力，与油污部分杂质发生渗透和分散作用，使油污从管道壁上脱落，对脱落下来的油污进行乳化，可充分发挥除垢剂作用。此时加入的表面活性剂不仅可以起到除油污的效果，还可以起到一定的缓解腐蚀作用。

原油运输管道；结垢；杂质；化学除垢

1 结垢的原因和影响因素

1.1 管道结垢过程

在原油运输管道的油气中有非常多的杂质，其中包含了有机物、二氧化碳、硫化氢、细菌等，这些杂质的存在，非常容易引发管道结垢。管道结垢会产生很大的危害，不仅会浪费资源，影响原油的产量，同时也会对管道产生非常大的影响。管道结垢的主要成分是沥青、无机物等，无机物是最基础的污垢，在原油管道中无机物污垢被称为油田垢。

原油运输过程中，油气中含有的某些离子会自行结合，形成难溶于水或者在水中微溶、不溶的物质，这些难溶性物质长时间积累，就会形成水垢。这类的垢物多为盐类污垢，离子之间的结合实际上就是阴、阳离子的结合。这种由离子结合在一起形成的污垢，主要以碳酸盐和硫酸盐为主，在化学反应中常见的不溶物也多为碳酸盐和硫酸盐。在原油运输的过程中这些污垢有的会随着水流被冲掉，但也会有新的污垢形成，在此聚集，最终导致管道阻塞。这些无机物污垢中微溶物质的溶解度会随着温度的升高而下降，导致更多的物质从水中析出，随着温度的升高，管道结垢现象也就越发严重。

水流速度也会对结垢产生一定的影响，当水流速度相对缓慢时，污垢形成的环境会非常稳定。管道输送的介质流动速度越慢，水垢出现的几率就越高；输送介质的流动速度和流动方向的突然变化也会导致水垢形成速率的提升。原油运输管道中溶解氧的含量非常的高，这样会加快管道壁的腐蚀；同时管道中含有的其他杂质，例如二氧化碳、硫化氢、细菌等，都会通过管道壁上的水垢，对管道的基体进行腐蚀，形成腐蚀产物。

1.2 管道结垢的影响因素

1.2.1 温度、压力对管道结垢的影响

物质的溶解度和温度有关，尤其是微溶物、不溶物和难溶物，它们的溶解度受到温度的影响非常大。

CaSO4·2H2O的溶解度会随着温度的升高出现最大的溶解值，其他物质的溶解度会随着温度的升高而降低。在管道结垢中盐类污垢以碳酸盐为主。

随着温度的升高碳酸钙会逐渐析出，而其他的SO42-、Ba2+等离子之间的结合物也会随着温度的升高析出的越来越多。温度还会影响细菌的繁殖以及其对管道腐蚀的速率。

除了温度会对管道的结垢产生影响外，压力也会对结垢产生影响。在有气体参与的结垢反应中，压力会对其形成沉淀的速率产生影响。在原油运输的过程中压力会逐渐的小，而结垢量将逐渐增大。

1.2.2 pH值对管道结垢产生的影响

pH值是氢离子的浓度指数，将物质的pH值提高，碳酸盐类的溶解度将会下降，快速地结晶，进而增加管道的热阻。如果物质的pH值过小，物质将呈现酸性，进而加速腐蚀，产生更多的腐蚀污垢。所以pH值对管道的结垢也会产生影响。

2 结垢的化学处理方法

2.1 化学除垢机理

在原油中有一种固态物质，俗称为石蜡，其熔点在40～60℃。在原油运输的过程中，为了防止原油固化，需要对原油运输系统采取保温措施。但是随着时间的推移，原油运输温度不断下降，进而析出石蜡，附着于管道的壁上，增加管道内部阻力，使运输更加困难。除了石蜡以外，管道结垢中还有盐类污垢，主要为硫酸钙、硫酸钡、硫酸镁、硫酸锶、碳酸钙和碳酸镁等。

化学除垢剂的原理是将不溶性污垢转化成可溶性物质。可根据原油运输过程中产生的盐类结垢，针对反应机理，进行化学除垢。

2.2 化学除垢技术的应用

化学除垢技术是根据污垢的组成进行除垢的。原油中含有大量的油污、杂质，这些是导致管道结垢的原因。所以在进行化学除垢的过程中加入一些表面活性剂，例如烷基苯磺酸钠等，表面活性剂可以降低油污的表面张力，与油污部分杂质发生渗透和分散的作用，使油污从运输管道壁上脱落，对脱落下来的油污进行乳化，可充分发挥除垢剂作用。此时加入的表面活性剂不仅可以起到除油污的效果，还可以起到一定的缓解腐蚀作用。

在化学除垢的过程中，应用到的除垢剂（以盐酸为例）虽然可以和污垢进行反应将其溶解，但也会对运输管道产生一定的腐蚀作用。所以需要配置比例合适的化学除垢剂（其成分有盐酸、缓蚀剂、表面活性剂、纯化剂等），以缓解其在除垢过程中对管壁的腐蚀。

化学除垢一般分为酸洗、冲洗、钝化、冲洗四步。配置好化学除垢剂后，将其注入到原油运输管道中，除垢剂的流动速度不宜过快，此时进行的是酸洗，主要的目的是对管道中的全部污垢层进行清除，使得管道的表面清洁。酸洗的反应时间应不宜超过20 h，否则其中的酸组分会对管道产生腐蚀作用。此阶段完成的标志是没有气体产生，Fe3+的浓度呈现下降的趋势，酸浓度趋于稳定，Fe2+浓度达到一个稳定的数值。在酸洗结束后进行冲洗，如果污水中的酸含量过高，向污水中加入适量的碱，进行pH值的调和，使污水达到排放的标准。当酸洗结束后，进行冲洗时水流速度要快，冲洗的时间要尽量的缩短。然后进行的是钝化，该步进行的目的是将管道中残留的酸清除，使金属表面形成一层保护膜。完成钝化之后，再次进行排污冲洗，直到管道中排出清水为止。

3 结语

原油运输管道结垢产生的危害非常大，不仅影响原油的质量，还会对运输管道产生一定的危害，造成管道的腐蚀，降低管道的运行寿命。目前进行管道除垢的方法有很多种，本文主要是针对化学除垢技术的应用进行分析研究，通过将不溶物溶解，然后将其排放掉，并对管道壁进行保护，延缓其腐蚀，再进行化学除垢。

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.010