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管线内堵塞评估及清除方法研究

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：万全生王伟白艳军

[导读] 摘要：管输作为目前最廉价最方便的油气输送方式而被广泛应用，由于温度变化导致结垢、结蜡等原因，输油管道经常发生混凝、堵蜡，在混输管线清管作业过程中，管道内杂质的堆积容易造成清管器堵塞，不及时处理会造成巨大的经济损失。

        华北油田公司二连分公司内蒙古锡林浩特市 026000
        摘要：管输作为目前最廉价最方便的油气输送方式而被广泛应用，由于温度变化导致结垢、结蜡等原因，输油管道经常发生混凝、堵蜡，在混输管线清管作业过程中，管道内杂质的堆积容易造成清管器堵塞，不及时处理会造成巨大的经济损失。本文探讨了管线内堵塞评估方法，以期待解决生产中的这一难题。
        关键词：管线结垢结蜡堵塞
        1.管线内堵塞的机理
        由于地温梯度的影响，原油在地层内温度都很高，在高温的环境下石蜡等重质组分呈液态。原油在输送过程中，随着时间的推移和输送距离的增加，原油的温度不断下降，在不受外力升温的条件下石蜡等重质组分会随温度的降低凝结在管壁，这就是管线结蜡的原因。此外不同层位、不同区块的地层水水型不一样，常见的有氯化钙型、碳酸氢钠型等，不同水型混合后发生化学反应形成难溶于水的稳定化合物，如碳酸钙、硫酸钙等，此类化合物受PH值、温度的变化沉淀在管壁形成壁垢，特别在弯头处、焊接处、管径变化处等。
        金属管线锈蚀导致的锈垢是由金属管线自身的材质生成的。有些腐蚀物质会将金属管线中的金属氧化,使其形成化合物。输送的混合液含有大量的水，水中含有溶解氧、通过电化学腐蚀的方式来锈蚀金属管线本体。锈垢所覆盖的金属管线表面在电池反应中成为被腐蚀的阳极而氧化,并向金属管线壁的內部不断侵入,这种锈垢需要防范。金属管线内的溶解氧的含量高,产生非常严重的锈蚀垢。水中溶解的菌等都可以借助表面锈垢的掩护,生成新的深层锈垢。
        热流体金属管线在集输过程中,受到周围环境的影响不断向外散热,流体温度慢慢下降,当热流体温度低于石蜡的析出温度时,蜡微粒开始在流体中析出,这是垢的一部分。另外,输送流体中的有机物及夹带的颗粒和微生物排泄物形成物质。这些垢聚集在金属管线的底部,影响金属管线输送速度。
        2.管线堵塞位置检测方法
        现今，管道堵塞位置检测技术常规方法主要包括钻孔法、敲打法、应力应变测试法等，这些方法都需要对管道进行开挖、露出，并不断测试管道的变形程度或钻孔观察流体状态。工作量大，而且操作费用高。因为堵塞会影响流体的动量守恒，这种动量的不守恒一般可以用流过堵塞时的水头损失表示出来，检测和控制管道堵塞在管道内流体在稳定状态下不适用质量守恒．可以通过压力的测量估计得到。
        新的理论研究方法获得了自由震荡检测有压管道、压力波法检测管线堵塞及定位检测等方法，对于有堵塞的管道，系统自由振荡的衰减由系统阻尼衰减和堵塞衰减组成．由两个谐波的堵塞衰减参数之比可以确定堵塞位置，堵塞量级可以由公式计算确定．堵塞衰减与管道流量成正比，与管道压力没有直接关系．因此，在检测管道堵塞时，应使管道的流量在满足设计要求条件下适当增大以提高检测效果．管道堵塞的相对位置与堵塞衰减参数呈余弦关系，只要已知两个谐波的堵塞衰减参数即可确定堵塞位置和堵塞量级．基于自由振荡理论的有压管道堵塞检测技术不仅可以用于单管中的堵塞检测，也可以用于单管的漏失检测。

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        3.常用除垢方法分析
        3.1化学除垢。
        该方法是根据每种不同污垢的组成成分，选用能破坏或溶解污垢的化学剂对污垢进行溶解达到除垢的目的。当然由于每种污垢的成分不一样，选用的除垢剂也不一样，这也导致了每种化学除垢剂都有一定的适用范围。同时，化学除垢工艺复杂且一般的试剂均具有腐蚀性，在施工过程中也极易因为试剂的用量而损坏管线并造成污染环境，因此目前高效、环保和适用性强的化学除垢剂还有待继续研究。
        3.2.高压水喷射除垢。
        这种方法类似于消防员所用的高压水枪，主要是利用柱塞泵产生的高压水经过特殊喷嘴喷出，水流的冲力强，击打在垢层后，导致污垢脱落，这种方法除垢彻底，效率高，但是由于采用高压水喷射，要求其装机容量大、同时工作时水一直在喷射，因此也存在耗水多的问题。
        3.3机械除垢。
        这种方法采用一系列针对不同管道类型的清管器进行除垢。这种除垢方法与其他方法相比虽然具有易操作、低成本、工时短的优点，但是不能高效除垢，比如在清理干净管内垢层时，一般需要来回清理数次才能达到除垢的效果。当然除了针对性的去除污垢外，还有许多预防结垢的方法。例如可以分为化学和物理防垢两种方法，化学防垢法主要是在管道内添加一些阻垢剂来达到预防管道结垢的效果。常见的阻垢剂有天然分散剂、共聚物和均聚物等。这些阻垢剂的防垢效果好，但是却很难生物降解，因此使用这些防垢剂会或多或少对环境造成较大的危害。物理防垢主要是采用一些机械设备和物理效应对管道进行防垢处理，这些防垢措施能有效的防止污垢的形成，也在一定程度上去除部分轻微污垢，因此在工程上得到了很大的应用。
        结论
        随着管道运输行业的发展，管道内壁结垢问题一直困扰着采用管道输送的各个行业。管道积垢会造成的能量费用不断增加，积垢同时伴随着产量减少，由于管道结垢，输送行业在输送天然气时也会引起爆炸，工厂也时常由于管道结垢而被迫停车、停产。相对于其他方法，化学除垢不仅效率高而且成本低，有利于该技术的推广和应用。
        参考文献
        ［1］朱汉明.原油运输管道结垢原因及化学除垢技术［J］.油气田地面工程，2014（06）:18~19.
        ［2］王猛.油田管道结垢治理技术研究综述［J］.黑龙江科技信息，2011（33）:45.
        ［3］贾海波.陕北油田集输系统结垢机理研究［J］.油气田地面工程，2009（10）:9~10.
        ［4］付运金吴文秀黄远翔.基于压力波法的混输管道堵塞检测及定位研究［J］.内江科技，2019（6）:35~36.
        ［5］伍悦滨徐莹汪芬.基于自由振荡理论的有压管道堵塞检测方法［J］.哈尔滨工业大学学报，2014（8）:45~50.