石油管道结垢原理

油田垢产生的原因是:一些离子结合后会形成在水中不溶、难溶和微溶的物质,这些物质都很容易成为积累的水垢,也即盐类垢。通常,这类垢是由碳酸盐和硫酸盐组成的,典型的有碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶等。这种垢的形成一般会经历成核长大的过程,先是少量垢核心在管道表面形成、附着,然后更多的其它成垢化合物在这些核心周围聚集,成为更大的垢团。随着水流的冲刷,一部分垢被冲掉,但其它的垢继续生成,最终可能阻塞管道,随着环境水温的升高,这些难溶或微溶盐的溶解度下降,就有更多的物质从水中析出,成为水垢。在一些管道中,当温度高于60 ℃时才会出现明显的结垢趋势,温度越高,结垢的趋势越严重。

水的流速也会明显地影响结垢的趋势。水的流动越缓和,成垢核心生长的环境越稳定,随着管道输送介质流速的降低,水垢出现的概率逐渐提高,流速和流向的突然改变也会使结垢加剧。

腐蚀导致的水垢是由管道本身的材料转化而成的。有些腐蚀介质会将管道中的钢铁氧化,使其形成铁的氧化物、氢氧化物等。水中的溶解氧通过电化学腐蚀的方式来侵蚀管道基体,但是没有其它种类水垢的协助,这种成垢方式难以真正形成。水垢所覆盖的管道表面在电池反应中成为被腐蚀的阳极而逐渐氧化,并向管壁的内部不断侵入,这种水垢需要格外防范。一般地,管道内溶解氧的含量高,就会产生严重的腐蚀结垢。同时,水中溶解的硫化氢气体、二氧化碳气体及铁细菌、硫酸还原菌等都可以借助表面水垢的掩护,在垢下腐蚀管道的基体,形成严重的垢下腐蚀产物(碳酸铁、硫化铁等) ,并生成新的深层水垢。

热油管道在输送过程中,不断向周围环境散热,油品温度逐渐下降,当原油温度低于蜡的初始结晶温度时,蜡晶微粒便开始在油流中或固相表面析出,这也是垢物的一部分。另外,输送介质中的高分子有机物以及其中夹带的固体颗粒和水中微生物排泄可以形成粘泥。这些垢聚集在管道的底部,或呈粘絮状的易清洗物,其存在会影响管道输送效率。