基于電磁技術優(yōu)選最佳油田管道除垢參數(shù)

王金燕，趙曉東，呂林林（.東北石油大學，黑龍江大慶6338；.中國石油天然氣股份有限公司青海油田分公司管道輸油處，青海格爾木86000）

基于電磁技術優(yōu)選最佳油田管道除垢參數(shù)

王金燕1，趙曉東1，呂林林2
（1.東北石油大學，黑龍江大慶163318；2.中國石油天然氣股份有限公司青海油田分公司管道輸油處，青海格爾木816000）

截至2016年底，我國原油管道約2.62萬km，原油管道運輸較其他運輸方式有“安全、環(huán)保、低耗、節(jié)能、提高社會經(jīng)濟效益”的優(yōu)勢[1-3]，管道長期運輸有蠟晶析出，蠟晶析出后會變成污垢附著在管道內(nèi)壁，使管道變細、流動阻力增加、壓力降低。電磁防垢技術作為一種物理除垢處理技術，越來越受到人們的推廣和應用。因此,優(yōu)選電磁防垢的參數(shù)輸油管線經(jīng)濟有效地進行防垢具有深遠的意義。為了優(yōu)選電磁技術油田管道除垢效果的最佳參數(shù)，設計了一套模擬電磁波對輸油管道的除垢裝置，模擬不同線圈匝數(shù)以及不同頻段下電磁波除垢效果實驗。通過對實驗結果分析，得出線圈匝數(shù)在25圈、電磁波頻段在14～16kHz范圍內(nèi)，除垢效果達到最佳。

輸油管道；電磁技術；除垢；優(yōu)選對比；參數(shù)

目前，我國油田所產(chǎn)的原油基本都是含蠟原油。含蠟原油具有凝點和黏度高、流動性差的性質。油品在輸送過程中與環(huán)境換熱，軸向溫度降低會有蠟晶不斷析出。隨著析蠟量的累加，一旦蠟晶形成了穩(wěn)定結構，就容易形成垢，如“附骨之蛆”一樣牢牢地粘在管道內(nèi)壁上，因此管道需要定期除垢[3-6]。電磁防垢技術作為一種物理除垢處理技術，具有應用方便、投資少、運行費用低、無污染、節(jié)能等優(yōu)點，越來越受到廣泛的推廣和應用。本文通過對比分別對10、15、20、25、30圈線圈匝數(shù)下和8、10、12、15和17kHz頻率下的電磁波除垢效果的實驗結果分析，通過優(yōu)選出電磁技術的最佳除垢線圈數(shù)和頻率，為各大油田的除垢技術提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗器材

KMD-1512變頻電磁激勵源（功率1000W德國西門子公司）；S30/A25程控水?。刂凭?.01℃德國哈克公司）；GHG-9240N干燥箱（溫度范圍40-300℃杭州卓馳儀器公司）；Ⅱ型電子天平（控制精度0.001g德國西門子公司）。

本次實驗利用變頻電磁激勵源和變頻器來發(fā)射不同頻率的電磁波，恒溫水浴保證流體的某一恒定溫度值，用一小段不銹鋼來模擬油田輸油管道。

1.2 實驗方案

（1）從現(xiàn)場取來輸油管道蠟晶油垢，經(jīng)電子天平稱重后將其分為質量相等的6份，分別標記為1、2、3、4、5、6號樣本。

（2）將選好的油垢樣本粘附在洗凈的不銹鋼鋼管內(nèi)壁中，其中1～5號樣本鋼管外面纏繞變頻電磁激勵源的線圈分別為10、15、20、25、30圈，6號樣本靜置操作臺不經(jīng)過變頻磁場處理。將鋼管裝入燒杯后放入程控水浴中，設置恒溫水浴溫度為45℃，運行變頻電磁激勵源，利用電磁波產(chǎn)生的外加強磁場影響溶液離子間吸引力，改變無機鹽機構來進行除垢，用鋼絲將仍舊粘附在試管內(nèi)壁的油垢取下，放入干燥箱烘干后并進行電子天平中稱重，使用顯微鏡觀察結垢狀態(tài)，優(yōu)選出電磁波除垢的最佳線圈數(shù)。

（3）依據(jù)上步的實驗結果，在最佳的線圈匝數(shù)下再次進行試驗，利用變頻器控制作用于1#～6#樣本的電磁波頻率分別為8、10、12、15和17kHz,6#樣本只纏繞線圈不處在被變頻電磁場中，經(jīng)過4h的電磁波除垢之后，從恒溫水浴中取出鋼管。用鋼絲將仍舊粘附在試管內(nèi)壁的油垢取下，放入干燥箱烘干后并進行電子天平中稱重，使用顯微鏡觀察結垢狀態(tài)，優(yōu)選出電磁波除垢的最佳頻率。

（4）對實驗結果記錄、分析實驗數(shù)據(jù)，并繪制成圖來進一步觀察分析實驗結果，總結實驗結論。

2 結果與討論

2.1 電磁除垢的最佳線圈數(shù)

在同樣的電壓、電流波形和電磁頻率的條件下，電磁線圈匝數(shù)的多少直接影響電磁場強度的大小。將不同線圈數(shù)下電磁除垢效果實驗數(shù)據(jù)繪制成曲線圖，見圖1。

圖1 不同線圈匝數(shù)下的油垢質量Fig.1 Quality of oil stains at different turn ratio

由圖1可知，隨著線圈匝數(shù)的增加，油垢質量呈下降又上升的趨勢,并不是磁場的強度越大線圈匝數(shù)越多時，對結垢的影響越好。根據(jù)實驗結果在該電壓電流情況下，當線圈匝數(shù)在25圈時，油垢質量達到最小值，表明在該線圈匝數(shù)下電磁除垢效果為最佳。之后即使線圈匝數(shù)增多，電磁強度增加但是油垢的質量卻增加?？紤]到節(jié)能降耗、社會效益，優(yōu)選25圈為電磁波除垢的最佳線圈數(shù)。

2.2 電磁除垢的最佳頻率

影響電磁結垢效果好壞的重要影響參數(shù)-頻率[7]。在最佳除垢線圈匝數(shù)為25圈時，將不同頻率下電磁的除垢后結果的實驗數(shù)據(jù)繪制成曲線圖，見圖2。

圖2 不同頻率下的燒杯中油的濃度Fig.2 Concentration of oil in the beaker under different frequencies

由圖2可知，電磁波在在4～8kHz這一頻段內(nèi)，燒杯中油水混合物中油的緩慢增加；在8～16kHz這一頻段內(nèi)，燒杯中油水混合物中油的濃度快速增加，增幅跟第一階段相比較有快速增長，但在14～16kHz頻段內(nèi)油水混合物中油的濃度最高，處于穩(wěn)定狀態(tài)；而在16～18kHz這一頻段內(nèi)，燒杯中油水混合物中油的濃度在緩慢下降，量在逐漸降低，防垢效果變差。由此實驗結果可以得出，變頻電磁防垢的有效作用頻段優(yōu)化結果為14～16kHz。

依據(jù)實驗結果，燒杯中油水混合物中油濃度的變化情況，可用以下理論進行解釋，從電磁波的作用頻段來看，在4～8kHz這一頻段內(nèi)，電磁波對油垢中的蠟晶有逐漸加強的抑制作用，在此頻段電磁波的作用下，油以游離態(tài)存在于燒杯中的油水混合物中；在8～16kHz這一頻率段內(nèi)，超聲波依然存在較強的抑制作用，處于游離狀態(tài)的油的濃度不斷增加，油垢中的蠟晶數(shù)量繼續(xù)減少；但隨著電磁波頻率的增加，在16～18kHz這一頻段內(nèi)，燒杯中的油水混合物中油的濃度處于下降的趨勢，蠟晶結構的范德華力增強，結晶數(shù)量卻在增多，形成固體污垢的能力變強。管道內(nèi)成垢周期變長，管道內(nèi)除垢效果顯著[8-10]。

3 結論

通過將實驗數(shù)據(jù)和圖表歸納整理以及結合理論進行分析，對電磁除垢技術參數(shù)優(yōu)選得出以下幾點結論：

（1）在一定的電壓和電流的情況下，通過對比線圈數(shù)在10、15、20、25、30圈的4種情況下電磁波除垢后剩余油垢的質量，來確定線圈數(shù)為25圈時的電磁波除垢效果最佳。

（2）確定線圈匝數(shù)為25圈時，分別對比電磁波不同頻率段后燒杯中的油水混合物中油的濃度，得出變頻電磁防垢的有效作用頻段優(yōu)化結果為14～16kHz，此頻率范圍內(nèi)電磁波具有較好的除垢效果、經(jīng)濟效益和社會效益，不僅可以達到較好的除垢效果，而且對環(huán)境無污染，節(jié)省能源消耗。

（3）通過實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)與理論上的分析還存在差距，一方面電磁除垢機理到現(xiàn)在都沒有研究出一個合理的解釋，讓人信服的結論；另一方面實驗結果受多種外界因素的影響導致實驗誤差較大。在以后的探究中應加強理論水平研究、豐富理論知識，改進實驗、完善實驗環(huán)境，得到更加精確的實驗結論。

［1］李澍.田繼軍.青海躍進油田集輸管道結垢的綜合治理［J］.油氣田地面工程，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.輸油管道中防除垢技術的研究進展［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2008，34（21）:15－16．

［4］舒干.鄧皓.王蓉沙.油氣田防垢技術與應用［J］.油田地面工程, 1996,（4）:40-43.

［5］沈曉明等.油管結垢機理及水力清洗技術研究［J］.石油鉆探技術，1996，（9）:43-46.

［6］陳昭威.磁處理油的機理探討.磁能應用技術，1990,（2）：5-6.

［7］丁昭.磁化防垢機理及適用范圍研究［J］.科技通報，1998，13（6）：378-379.

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

［9］周龍祥.強磁防垢技術在油田的應用研究［J］.石油鉆采工藝，1999，21（2）：93-96.

［10］竇照英.正確認識磁場電場防垢技術［J］.電力環(huán)境保護，1993，9（3）：36-38.

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，黑龍江省濰坊市人，在讀研究生，主要從事儲運系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能降耗技術研究。