清洗除垢药剂及用于油田高压注汽锅炉的在线清洗工艺的制作方法

1.本发明涉及油田用高压注汽锅炉结垢清洗技术领域，尤其是一种清洗除垢药剂及用于油田高压注汽锅炉的不停运设备在线清洗工艺。


背景技术：

2.稠油也称重油即高粘度重质原油，在油层中的粘度高，流动阻力大甚至不能流动，常规的技术难以经济有效的开发稠油油田；注蒸汽开采稠油工艺可以大幅度增加稠油的产量，高压注汽锅炉产生高压高温蒸汽强制送入地层，降低原油粘度增加原油流动性，提高采收率。新疆油田作业区稠油主要开发方式为注蒸汽热采，建设有高压注汽锅炉多台。
3.高压注汽锅炉在运行过程中在锅炉炉管中结垢导致运行压差高，影响注汽锅炉正常运行，锅炉压差升高，易造成锅炉本体管束堵塞、爆管，同时影响锅炉吸热量，造成燃料消耗升高。目前采用的常规清洗方法必须要停炉，一种是割管后利用药剂作为循环清洗液，在锅炉各段打循环进行清洗；一种是割管后利用泵车推动清洗球清洗管线。随着垢样发生变化，常规清洗作业出现锅炉运行压差降低效果不明显及清洗后持续效果时间短等问题，此外频繁割焊炉管存在一定安全风险。
4.常规清洗时需要停炉打循环清洗，存在很多问题：
5.1)、化学清洗一次需要停炉5天，物理清洗需要3天，影响正常注汽生产；
6.2)、化学清洗时易造成锅炉炉管腐蚀；
7.3)、循环清洗需要多次割焊炉管，增加安全风险；
8.4)、施工周期长，增加管理难度；
9.5)、冬季停炉施工难度增加。
10.油田作业区内还有相变加热炉、站区内的供热锅炉、水套炉、集输管线、离子交换树脂软化器罐、多介质过滤器滤罐等油田工业设备也存在结垢严重的问题，在这些油田工业设备中生成的碳酸盐垢、硅酸盐垢和氧化铁垢等难溶性复合垢，对工业设备存在着电化学腐蚀、氧腐蚀、垢下腐蚀等伤害。
11.本技术针对油田作业区锅炉及工业设备结垢速率快、除垢难度大，传统清洗技术停运施工周期长，无法保证油田生产的持续运行，为解决生产稳定持续运行之间的突出矛盾，提出不停运设备在线清洗解决方案。
12.另外，本技术针对锅炉运行过程中在高温高压条件下，炉管中结垢成分复杂，垢型多变，而且垢不溶于酸和碱的比例较高，常规清洗无法溶解垢。针对锅炉运行过程中存在的垢型复杂及不好清洗的问题，通过对垢型进行分析，结垢成分化验分析，研制适合锅炉及油田工业设备的不停用设备在线清洗除垢药剂。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于提供一种针对运行工况复杂、结垢清洗难度大、生产影响最直接的油田高压注汽锅炉作为锅炉在线清洗，药剂随着注水蒸汽流向，使得高压注汽锅炉各
个分部件炉管内所结的垢得到溶解，从而使锅炉总压差及锅炉各段压差降低到合格标准，能够有效提高锅炉工作效率、保证锅炉正常运行，经济实用、清洗效果好的清洗除垢药剂，另外提供一种操作方法简便，利用现有高压注汽锅炉内部的连接结构特点，不需要停炉，利用前端加药罐进行注水给药，大大提高生产经济效益的用于油田高压注汽锅炉的不停运设备在线清洗工艺。
14.本发明公开了一种清洗除垢药剂，主要包括两种除垢组份，其中一种为解堵剂，其成份按质量百分比，主要包含：聚环氧琥珀酸钠33.25～36.75％、葡萄糖酸钠32.3～35.7％、纯碱18～20％、甘草素钠4.75～5.25％、十二烷基硫酸钠3.8～4.2％、二乙烯三胺五乙酸铵2.85～3.2％；
15.另一种为速溶剂，其成份按质量百分比，主要包含：二丁酸二辛酯磺酸钠72.2～79.8％、2
‑
羟丙基乙基醚6.65～7.35％、聚乙二醇16.15～17.85％；
16.针对不同垢型，所述解堵剂与速溶剂混合后其配比为：
17.(1)针对硅酸盐、硫酸盐类型垢：解堵剂与速溶剂按照质量比10：3～5：1的比例混合，加水配制成质量百分比为15％～20％的清洗剂溶液；
18.(2)针对碳酸盐类型垢：所述解堵剂与速溶剂按照质量比7：1～8：1的比例混合，加水配制成质量百分比为8％～10％的清洗剂溶液；
19.上述的硅酸盐、硫酸盐类型垢与碳酸盐类型垢的分类做法,具体是：
20.采集垢样，利用能谱分析仪eds与扫描电子显微镜及透射电子显微镜，对垢样成分微量元素种类与含量进行分析，样垢中所含硅酸盐、硫酸盐占主要成份的垢型即为硅酸盐、硫酸盐类型垢；样垢中所含碳酸盐占主要成份的垢型即为碳酸盐类型垢。
21.作为优选，所述的清洗除垢药剂，主要包括两种除垢组份，其中一种为解堵剂，其成份按质量百分比，主要包含：聚环氧琥珀酸钠35％、葡萄糖酸钠34％、纯碱19％、甘草素钠5％、十二烷基硫酸钠4％、二乙烯三胺五乙酸铵3％；
22.另一种为速溶剂，其成份按质量百分比，主要包含：二丁酸二辛酯磺酸钠76％、2
‑
羟丙基乙基醚7％、聚乙二醇17％。
23.一种将所述的清洗除垢药剂用于油田高压注汽锅炉的在线清洗工艺，主要包括如下步骤:
24.(1)、布置现场在线清洗系统,连接设备及线路：主要包括加药罐、离心泵、注汽锅炉系统装置，所述注汽锅炉系统装置主要包含柱塞泵、给水预热器、对流段、过热段、辐射段、取样分离器、汽水分离器、注汽井筒；
25.所述加药罐通过加药管路经离心泵，与柱塞泵相连通，又经管路与给水预热器、对流段、过热段、辐射段管路相连通；
26.所述辐射段出口通过管路，经取样分离器与汽水分离装置相连通，所述过热段出口通过管路，经喷水减温器与注汽井筒相连通；
27.所述汽水分离器的干蒸汽出口通过管路，与过热段相连通，所述汽水分离器的饱和水出口，通过管路经喷水减温器与注汽井筒相连通；
28.(2)、采集垢样，利用能谱分析仪eds与扫描电子显微镜及透射电子显微镜，对垢样成分微量元素种类与含量分析；
29.(3)、制备清洗除垢药剂:针对硅酸盐、硫酸盐类型垢：解堵剂与速溶剂按照质量比
10：3～5：1的比例混合，加水配制成质量百分比为15％～20％的清洗剂溶液；
30.针对碳酸盐类型垢：所述解堵剂与速溶剂按照质量比7：1～8：1的比例混合，加水配制成质量百分比为8％～10％的清洗剂溶液；
31.(4)、清洗：在加药罐中放入清洗除垢药剂，从柱塞泵进口处加入到所述注汽锅炉系统装置中，除垢药剂经过给水预热器、对流段、辐射段后对各段中的炉管进行清洗，水在辐射段经加热汽化后达到70
‑
80％的蒸汽干度，然后进入到汽水分离装置进行汽水分离，分离出的干蒸汽从干蒸汽出口排出，再进入到过热段加热，少量除垢药剂会随着干蒸汽进入到过热段，对过热段进行清洗除垢，温度达到465℃
‑
475℃进入喷水减温器，与在汽水分离器底部分离出的饱和水再混合，混合后的温度降到约370～390℃，除垢清洗剂在汽水分离器底部聚集混掺，会随着喷水减温器携带一部分，饱和水中高浓度的除垢药剂部分混掺到干蒸汽中，最后利用注汽井筒将过热蒸汽注入井下；随着过热蒸汽注入到注汽井筒，混掺的部分除垢药剂会对注汽井筒的进行除垢清洗。
32.所述的用于油田高压注汽锅炉的在线清洗工艺，所述的加药罐为两个，以并联方式与加药管路连接。
33.本发明工作原理：
34.本发明所使用的清洗除垢药剂配方为：(1)解堵剂为固体药剂，白色粉末状固体颗粒；对油田高压注汽锅炉及油田采油地层和集输管线内的聚合物垢具有很好的除垢解堵效果。使用安全、环保、经济、实用。为白色粉末状固体颗粒，配成药剂溶液后ph值为11～12，无毒、无味、不燃、不爆。能有效清除聚合物垢，除垢率大于95﹪。对碳钢、不锈钢、黄铜和紫铜的腐蚀率小于0.1g/(m2·
h)。因清洗剂中不含有h

、cl
‑
、f
‑
、s2‑
、so42‑
、po43‑
，解堵后无二次污染，废液可直接进入油田生产污水处理系统，无需返排处理。适用于油田高压注汽锅炉及油田注采层、集输管线内的聚合物物料垢的除垢解堵；适用于油田水驱、气驱、化学驱、三元复合驱注采层聚合物垢的除垢解堵。
35.(2)速溶剂为液体药剂，为无色或淡黄色均匀液体，ph值为6～7，无毒、无味、不燃、不爆，无腐蚀性，对采油设备无腐蚀，具有很强的断链、分解、润湿、分散、增溶效果。因本剂中不含有h

、cl
‑
、f
‑
、s2‑
、so42‑
、po43‑
，废液可直接排入油田生产污水处理系统。
36.本发明所提供的清洗除垢药剂,是这二种药剂按照一定比例进行配比，溶解配制成药剂溶液后，按照高压注汽锅炉和工业设备结垢及运行工况计算出药剂投加量。
37.实际情况中，锅炉炉管内部附着的多是胶状软垢，为聚合物类胶状软垢。聚合物类胶状软垢在能谱分析仪(eds)与扫描电子显微镜与透射电子显微镜的配合分析，对垢样微区成分元素种类与含量分析。结果发现，聚合物类胶状软垢主要成分为碳、氧原子质量百分百占47％、41％，硅原子质量百分百占7％，其他原子合计约占5％。因此，根据结果分析认为，聚合物胶状软垢主要是羧酸基团形成的长链聚合物。
38.聚合物类胶状软垢是无法用酸洗将其溶解，新型聚合物解堵剂是以中性解堵剂为主剂，添加了生物酶和生物碱复配而成，与速溶剂按比例配合使用。利用渗透、增溶、断链的方法使聚合物垢型发生化学转化，转化为水溶性盐类，对于聚合物类胶状软垢中的碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐的复合垢有很好的络合、渗透和溶解作用。
39.聚合物类胶状软垢与﹣oh、﹣ona、﹣cooh等基团发生协同效应，对硅、钙离子聚合的碳酸盐反应断链生成易溶于水的小分子化合物，以达到清除聚合物类胶状软垢的目的。
40.还有一种是锅炉炉管内壁附着的硬垢，硬垢的产生是由于羧酸基团共聚产物，在锅炉工况发生变化的情况下，尤其是点停炉时，有机物转化成无机物，工况变化一次就会沉积一层，在锅炉炉管内壁上形成一层一层偏硅酸盐硬垢。
41.沉积在炉管管壁上的硅酸盐硬垢可通过该中性清洗除垢剂去除。该清洗剂产品无毒、无味、无腐蚀性、不燃不爆；不含无机酸和有机酸，能有效清除设备中沉积的水垢和锈垢；清洗过程汇总中不添加无机酸、有机酸和缓蚀剂，更加安全可靠，真正达到无腐蚀、高效安全的化学清洗，其腐蚀率低于0.5g/(m2·
h)。
42.表1溶垢实验
[0043][0044]
表2清洗除垢药剂腐蚀速率测定
[0045][0046]
根据实验室对于聚合物软垢溶垢筛选实验，以给出的药剂配方解堵剂、速溶剂，按照本发明给出的质量百分比浓度配制药剂溶液，然后将锅炉柱塞泵常用的密封填料放进药剂中观察药剂对密封填料的作用情况。实验结果显示，在70℃条件下连续作用336h，该配方药剂对锅炉柱塞泵密封填料无腐蚀、溶解现象，拉伸强度、回弹指数实验前后无变化。
[0047]
如下表，为高压注汽锅炉通过不停炉在线清洗与停炉常规清洗的情况对比。
[0048][0049]
本发明通过不停运设备进行在线清洗除垢，使得锅炉及油田工业设备压差降低，达到正常运行的参数指标要求。以单台高压注汽锅炉为例，用在线清洗除垢技术替代常规酸洗，减少高压注汽锅炉停炉时间，清洗一次增加注汽量1656
‑
2760方；减少常规清洗割管、焊接对炉管的伤害；减少炉管焊接后的无损检测。本发明在线清洗除垢技术能到达到不停运锅炉及油田工业设备，进行在线清洗除垢，确保设备正常运行，可大力推广使用。
[0050]
高压注汽锅炉在线清洗后，锅炉总压差明显降低且锅炉各段压差值恢复至正常压差，在线清洗除垢后锅炉总压差值≤4mpa，锅炉各段压差值≤2.5mpa，(锅炉在线清洗除垢前后锅炉压差值对比，对比数据中水量和干度保持一致)，通过在线清洗除垢技术对锅炉清洗后有效减少炉管内结垢，除垢效果明显、彻底，提高锅炉热效率、从而降低锅炉能耗，节约天然气使用量，也可以减少因常规清洗施工周期长造成的锅炉停运时间。
[0051]
通过锅炉及油田工业设备在线清洗除垢项目的开展，减少因结垢造成的锅炉压差过高、炉管爆管等安全风险，将锅炉及工业设备中的垢及时清洗干净，可以降低设备运行能耗，以单台高压注汽锅炉计算，为油田作业区节约加热所需的天然气3％。以单台高压注汽锅炉为例：高压注汽锅炉每常规清洗一次需要停炉3
‑
5d,按常规清洗一次至少停炉3d，油汽比0.08计算：高压注汽锅炉常规清洗一次减产油量23m3/h*0.9*72h*0.08＝119.2t,减少23.8万元收益，单台锅炉清洗成本费用10万元。单台锅炉效益：23.8万元
‑
10万元＝13.8万元。从而可以看出，使用本发明所提供的在线清洗工艺，带来的经济效益十分可观。
[0052]
与现有技术相比，本发明的优点：
[0053]
所提供的清洗除垢药剂，用于运行工况复杂、结垢清洗难度大、生产影响最直接的油田高压注汽锅炉，在线清洗药剂随着注水蒸汽流向，使得高压注汽锅炉各个分部件炉管内结垢得到溶解，从而使锅炉总压差及锅炉各段压差降低到合格标准，能够有效保证锅炉提高工作效率、正常运行，经济实用、清洗效果好；另外所提供的不停运设备在线清洗工艺，
利用现有高压注汽锅炉内部的连接结构特点，不需要停炉，利用前端加药罐进行注水给药，操作方法简便、经济实用，能够有效保证锅炉提高工作效率、大大提高生产经济效益。
附图说明
[0054]
图1为本发明实施例中，现场布置在线清洗系统连接设备及线路的流程结构示意图。
[0055]
图2为本发明实施例中，现场在线清洗前后锅炉运行参数变化示意图。
[0056]
图中所示：1为加药罐ⅰ，2为加药罐ⅱ，3为加药管路，4为离心泵，5为锅炉供水入口，6为柱塞泵，7为给水预热器，8为对流段，9为过热段，10为辐射段，11为汽水分离器，12为干蒸汽出口，13为饱和水出口，14为排污扩容罐，15为注汽井筒，16为喷水减温器，17为取样分离器，18为冷却水入口，19为油加热器，20为电加热器，21为回油管路，22为空压机，23为天然气入口，24为燃烧器。
具体实施方式
[0057]
实施例1：
[0058]
参照附图，本实施例选择新疆油田作业区高压注汽锅炉，清洗作业前锅炉总压差6.27mpa，其中辐射段压差3.43mpa。锅炉运行正常，但由于路管内结垢造成压差过高，能耗增加，安全风险增大，因此锅炉急需进行不停炉清洗除垢。现场不停运锅炉在线清洗，投加按药剂配方由解堵剂、速溶剂构成的清洗除垢药剂，将炉管中的胶体软垢断链溶解，将锅炉运行压差降低到合理压差以下，确保锅炉正常运行。
[0059]
本实施例中所使用的清洗除垢药剂，主要包括两种除垢组份，其中一种为解堵剂，其成份按质量百分比，主要包含：聚环氧琥珀酸钠35％、葡萄糖酸钠34％、纯碱19％、甘草素钠5％、十二烷基硫酸钠4％、二乙烯三胺五乙酸铵3％；
[0060]
另一种为速溶剂，其成份按质量百分比，主要包含：二丁酸二辛酯磺酸钠76％、2
‑
羟丙基乙基醚7％、聚乙二醇17％。
[0061]
针对不同垢型，所述解堵剂与速溶剂混合后其配比为：
[0062]
(1)针对硅酸盐、硫酸盐类型垢：解堵剂与速溶剂按照质量比10：3的比例混合，加水配制成质量百分比为20％的清洗剂溶液；油田常用的单台蒸发量23t高压注汽锅炉需要清洗剂溶液9
‑
10吨；
[0063]
(2)针对碳酸盐类型垢：所述解堵剂与速溶剂按照质量比7：1的比例混合，加水配制成质量百分比为10％的清洗剂溶液；油田常用的单台蒸发量23t高压注汽锅炉需要清洗剂溶液6
‑
8吨。
[0064]
上述的硅酸盐、硫酸盐类型垢与碳酸盐类型垢的分类做法,具体是：
[0065]
采集垢样，利用能谱分析仪eds与扫描电子显微镜及透射电子显微镜，对垢样成分微量元素种类与含量进行分析，样垢中所含硅酸盐、硫酸盐占主要成份的垢型即为硅酸盐、硫酸盐类型垢；样垢中所含碳酸盐占主要成份的垢型即为碳酸盐类型垢。
[0066]
一种将所述的清洗除垢药剂用于油田高压注汽锅炉的在线清洗工艺，主要包括如下步骤:
[0067]
(1)、布置现场在线清洗系统,连接设备及线路：主要包括加药罐、离心泵、注汽锅
炉系统装置，所述注汽锅炉系统装置主要包含柱塞泵、给水预热器、对流段、过热段、辐射段、取样分离器、汽水分离器、注汽井筒；所述的加药罐为两个，以并联方式与加药管路连接。
[0068]
所述加药罐通过加药管路经离心泵，与柱塞泵相连通，又经管路与给水预热器、对流段、过热段、辐射段管路相连通。
[0069]
所述辐射段出口通过管路，经取样分离器与汽水分离装置相连通，所述过热段出口通过管路，经喷水减温器与注汽井筒相连通。
[0070]
所述汽水分离器的干蒸汽出口通过管路，与过热段相连通，所述汽水分离器的饱和水出口，通过管路经喷水减温器与注汽井筒相连通。
[0071]
(2)、采集垢样，利用能谱分析仪eds与扫描电子显微镜及透射电子显微镜，对垢样成分微量元素种类与含量分析。
[0072]
(3)、制备清洗除垢药剂:
[0073]
针对硅酸盐、硫酸盐类型垢：解堵剂与速溶剂按照质量比10：3的比例混合，加水配制成质量百分比为20％的清洗剂溶液；
[0074]
针对碳酸盐类型垢：所述解堵剂与速溶剂按照质量比7：1的比例混合，加水配制成质量百分比为10％的清洗剂溶液；
[0075]
(4)、清洗：在加药罐中放入清洗除垢药剂，从柱塞泵6进口处加入到所述注汽锅炉系统装置中，清洗除垢药剂经过给水预热器7、对流段8、辐射段10时，对各段中的炉管进行清洗，水在辐射段10经加热汽化后达到70
‑
80％的蒸汽干度，然后进入到汽水分离装置11进行汽水分离，分离出的干蒸汽从干蒸汽出口12排出，再进入到过热段9加热，少量除垢药剂会随着干蒸汽进入到过热段9，对过热段9进行清洗除垢，温度达到465℃
‑
475℃进入喷水减温器16，与在汽水分离器11底部分离出的饱和水再混合，混合后的温度降到约370～390℃，除垢清洗剂在汽水分离器11底部聚集混掺，会随着喷水减温器16携带一部分，饱和水中高浓度的除垢药剂部分混掺到干蒸汽中，最后利用注汽井筒15将过热蒸汽注入井下；随着过热蒸汽注入到注汽井筒15，混掺的部分除垢药剂会对注汽井筒15的进行除垢清洗。
[0076]
清洗现场装置设备配备如下：
[0077]
a、加药罐2个，有效容积：1m3×
2。
[0078]
b、立式离心加药泵1台：扬程160m，流量4m3/h，电机功率4kw。
[0079]
c、药剂配制水源1处，380v电源接线1处，连接管线阀门若干。
[0080]
锅炉在线清洗安全操作规程：
[0081]
(1)、清洗前，现场负责人对所需清洗的设备进行全面详细检查，并了解设备、材质以便确定清洗方式和制定安全措施，检查水、电是否具备清洗条件。
[0082]
(2)、清洗前必须设计清洗系统，计算化学清洗剂的用量，并做好清洗设备、材料，安全用品和其他物品的准备。
[0083]
(3)、清洗过程中，技术负责人、质检员应做到资料齐全，清洗记录完整、数据准确，在清洗过程中严禁烟火。
[0084]
(4)、严格按锅炉化学清洗规则，认真执行清洗方案，不得随意改动方案。
[0085]
(5)、清洗流程：药剂罐
→
清洗管线
→
加药泵
→
锅炉柱塞泵前端进水管线。
[0086]
(6)、清洗系统的要求。
[0087]
药剂罐应有足够的体积，加药泵应耐腐蚀。
[0088]
清洗液出口处装滤网，滤网的孔径应小5mm，有效流通截面应大于入口截面的三倍。
[0089]
清洗系统内阀门应灵活、严密、耐腐蚀。
[0090]
清洗装置系统连接完，应用0.8
‑
1.6mpa的清水试漏，合格后方可进液，进行化学清洗作业。
[0091]
现场在线清洗锅炉，之前锅炉总压差6.27mpa，辐射段压差3.43mpa。通过加药进行不停炉清洗除垢，锅炉总压差降为2.89mpa，辐射段压差降为1.19mpa，清洗效果明显。
[0092]
实施例2:
[0093]
与实施例1相比，本实施例不同地方在于：
[0094]
所述清洗除垢药剂配方中，其中一种为解堵剂，其成份按质量百分比，主要包含：聚环氧琥珀酸钠33.25％、葡萄糖酸钠32.3％、纯碱18％、甘草素钠4.75％、十二烷基硫酸钠3.8％、二乙烯三胺五乙酸铵2.85％；
[0095]
另一种为速溶剂，其成份按质量百分比，主要包含：二丁酸二辛酯磺酸钠79.8％、2
‑
羟丙基乙基醚7.35％、聚乙二醇17.85％。
[0096]
针对不同垢型，所述解堵剂与速溶剂混合后其配比为：
[0097]
(1)针对硅酸盐、硫酸盐类型垢：解堵剂与速溶剂按照质量比4：1的比例混合，加水配制成质量百分比为17％的清洗剂溶液；
[0098]
(2)针对碳酸盐类型垢：所述解堵剂与速溶剂按照质量比7.6：1的比例混合，加水配制成质量百分比为9％的清洗剂溶液。
[0099]
实施例3:
[0100]
与实施例1相比，本实施例不同地方在于：
[0101]
所述清洗除垢药剂配方中，其中一种为解堵剂，其成份按质量百分比，主要包含：聚环氧琥珀酸钠36.75％、葡萄糖酸钠35.7％、纯碱20％、甘草素钠5.25％、十二烷基硫酸钠4.2％、二乙烯三胺五乙酸铵3.2％；
[0102]
另一种为速溶剂，其成份按质量百分比，主要包含：二丁酸二辛酯磺酸钠72.2％、2
‑
羟丙基乙基醚6.65％、聚乙二醇16.15％。
[0103]
针对不同垢型，所述解堵剂与速溶剂混合后其配比为：
[0104]
(1)针对硅酸盐、硫酸盐类型垢：解堵剂与速溶剂按照质量比5：1的比例混合，加水配制成质量百分比为15％的清洗剂溶液；
[0105]
(2)针对碳酸盐类型垢：所述解堵剂与速溶剂按照质量比8：1的比例混合，加水配制成质量百分比为8％的清洗剂溶液。