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不同管材在油田水处理装置中的应用对比分析


2009 年 第 38 卷 第 9 期 第 80 页

OIL

石油矿场机械 FIELD EQUIPMENT

2009 , 38( 9) : 80~ 83

文章编号 : 1001 3482( 2009) 09 0080 04

不同管材在油田水处理装置中的应用对比分析

/>吴丽萍a , 吴胜凯b , 王玉新a
( 新疆油田公司 a. 采油一厂 ; b. 总 经理办公室 , 新疆 克拉玛依 834000)

摘要 : 介绍了在油田水处理装置中不同管材使用的发展过程及各自的特性 , 通过对比镀锌钢管、 ABS 工程塑料管材、 钢塑复合管材在水处理装置中的应用, 得出钢塑复合管材可以在许多水处理 装置及大量供水系统中推广使用。 关键词: 水处理; 管材; 应用 ; 对比分析 中图分类号 : T E973. 8 文献标识码 : B

Comparative Analysis of Different Tubes in Water Treatment in Oilfield
WU L i ping , WU Sheng kai , WANG Yu x in
K ar amay 834000, China)
a b a

( a. N o. 1 Oil P r oducing Wor ks ; b. Gener al M anager Of f ice, X inj iang O ilf ield Comp any ,

Abstract: T he development and charact erist ics of dif ferent t ypes of tube is int roduced in t he w at er tr eat ment , by comparat ive analysis of t he applicat ion of t he galvanized steel t ube, ABS eng ineer ing plastic t ube and st eel plast ic composit e t ube, so as to g et t he co nclusion t hat st eel composit e tube co uld used in kinds o f w at er t reat ment plants and w at er supply systems. Key words: w ater t reat ment; tube; application; comparat ive 新疆油田公司采油一厂供汽联合站于 1990 年 为准 , 但要考虑集输量逐年减少的情况 , 既要求压缩 机要满足头几年大流量要求, 也要满足后期小流量 要求。 3) 靖边 气田天然气增压 集输工艺技术 采用 集气站分散增压可降低生产压力 , 延长气井生产周 期, 提高单井采收率, 同时可降低管网投资, 满足气 田增压开采和天然气增压输送 的方案 , 根据系统压 力, 前期集气站采用一级增压 , 使天然气压力从 1. 4 MP a 增压到 5. 0 MP a 左右后输送到天然气净化厂 , 而由于考虑了后期的二级增压 , 压缩机选取的排量 相对较大 , 造成了功率相对过剩。 4) 后期井口压力持续降低至 1. 4 M Pa 以下 , 应对压缩机组进行提高压比的换缸改造 , 采用 2 级
收稿日期 : 2009 02 02 作者简介 : 吴丽萍 ( 1975 ) , 女 , 四川成都人 , 工程师 , 1997 年 毕业于承 德石油 高等专 科学校 热能工 程专业 , 主要 从事稠 油 热采注汽锅炉及水处理设备工作 , E mail: w ulp@ petr ochina. com. cn 。 [ 3]

开始开发建站, 截至 2008 年底共有锅炉 112 台及配 压缩。这也存 在和 前期 共有 的一个 问题 , 就 是唯 一的设备在保养、 故障、 维修停机期间, 无法保证生 产的连续性。建议集气站应 采用 2 台 相对功率小 ( 但功率 大小 不 一 样 ) 的 双配 置 压缩 机 进 行增 压 稳产。
参考文献 : [ 1] [ 2] 王佑坤 , 朱荣东 . 空 气压缩机变工况运行试 验研究 [ J] . 石油矿场 机械 , 2007, 36( 11) : 33 35. 于晓红 , 张来斌 , 王朝 晖 . 基于振 动频谱 分析的 注气 压 缩机故障 诊断[ J] . 石油矿场机械 , 2005, 34( 5) : 19 23. 李群山 , 李传华 , 单正明 , 等 . 利用空气干燥装置提高 增 压机二级 气 阀寿 命 [ J] . 石 油 矿场 机 械 , 2008, 37( 7) : 72 75.

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吴丽萍 , 等 : 不同管材在油田水处理 装置中的应用对比分析

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套水处理设备 71 台。初期引进的水处理设备的工 艺管线一般为普通钢管 ( 水煤气管线或镀锌钢管 ) , 随着运行时间的推移, 水处理设备外部工艺管线遭 到不同程度的腐蚀 , 许多管线继续腐蚀导致管壁严 重变薄, 甚至破损, 只好更换部分管段, 但仍不能彻 底解决问题, 管线泄漏仍然频繁发生。 本文针对新型工业管材 ! ! ! ABS( Acr ylonitr ile But adiene St yrene) 工程塑料管材和钢塑复合 管材 的应用情况进行了对比分析。

还会造成窜流现象 , 导致离子交换剂的漏失。 c) 增大流体的阻力, 降低水处理设备的工作 能力。 d) 影响给水水质, 危及锅炉安全和经济运行 , 降低使用寿命。 1. 2 ABS 工程塑料管材 ABS 是近年来发展起来的新型材料, 主要是由 丙烯腈、 丁二烯、 苯乙烯 3 种单体共聚而成 , 也称工 程塑料 , 兼备了金属的韧、 硬、 坚的特性, 而且易于加 工和染色。 ABS 工程塑料管材包括管子、 各种接头和专用 阀 , 具有耐腐蚀性强、 强度高、 无慢性毒副作用等特 点 , 但是耐高压能力还是较差。它可以用冷溶剂粘 接 , 也可使用专用设备焊接。压力等级分为 B、 C、 D 3 个等级( 如表 2) 。

1
1. 1

不同管材特性
普通钢管

钢管具有较 好的耐高压、 强度高、 抗冲击等 优 点, 但是不耐腐蚀。
1. 1. 1 缺陷

a) 式为

溶解氧腐蚀

在水中或多或少会溶解一定
表2 压力等级 B 0. 6 - 20~ 70 ABS 工作范围 C 0. 9 - 20~ 70 D 1. 6 - 20~ 70

量的氧气, 这些氧气会与钢发生溶解氧腐蚀。反应
氧化
2+ 2+

Fe + 2e Fe F e + 2OH Fe( OH ) 2 4F e( OH ) 2 + 2H 2 O+ O 2 Fe( OH ) 2 + 2F e( OH ) 3 4F e( OH ) 3 ? 4F e3 O 4 + 4H 2 O

公称压力 / M Pa 工作温度 / #

这一反应过程比较复杂 , 这些反应使钢材料中 的铁被腐蚀, 形成 1~ 30 mm 直径不等的小型鼓包 , 被称为溃疡腐蚀。腐蚀面颜色由黄褐色到砖红色不 等, 次层为黑色粉末状物。通常, 氧腐蚀速度取决于 水中氧的含量和氧输送到阴极区的速度。 b) 供热站生水含氧 目前供热站所有锅炉用 水都是先软化, 再除氧, 因此进入水处理装置的水都 是未经除氧的, 氧的含量可由表 1 查出。
表1 温度 / # 含氧量 / ( mg ? L - 1 ) 0 14. 0 常压状态下水的含氧量 10 10. 8 20 8. 8 30 7. 5 40 6. 2

1. 3 钢塑复合管材 钢塑复合管是以普通镀锌管为外层, 内衬聚乙 烯管, 经复合而成 ( 如图 1) 。钢塑管结合了钢管的 耐高压、 机械强度高、 抗冲击及塑料管的耐腐蚀、 无 污染、 内壁光滑、 水阻小、 不积垢、 清洁、 卫生、 无毒等 优点。

由于供热站来水温度一般为 10~ 20 # , 因此含 氧量不低于 8. 8 m g/ L , 再加上进入水处理装置后压 力会升高 , 含氧量还会在一定程度上增长。 8. 8 m g/ L 的含氧量是比较高的, 因此会对水处 理装置中的钢管等造成严重腐蚀。
1. 1. 2 腐蚀的危害 图 1 钢塑复合管材的组成

2

使用效果

a) b)

钢管管壁变薄、 穿孔。 引起树脂堵塞, 降低树脂的交换能力; 同时

2. 1 镀锌钢管 新疆油田公司采油一厂 1990 开始在红浅进行 稠油热力采油, 至今已经形成红浅区、 四二区、 百重

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石油矿场机械

2009 年 9 月

七、 风城和黑油山共 5 个稠油注汽井区。共有处理 量为 23 、 72 t / h 的水处理设 备 71 台。在水 处理设 备上的工艺管线一般为普通钢管 ( 水煤气管线或镀 锌钢管 ) 。随着运行时间的推移, 其中 39 台水处理 设备外部工艺管线先后遭到不同程度的腐蚀 , 设备 及工艺管线跑、 冒、 滴、 漏现象频繁, 一般采取电焊补 漏。到后来 , 腐蚀的现象更为严重, 许多管线继续腐 蚀导致管壁严重变薄, 甚至破损, 只好更换部分管段, 但仍不能彻底解决问题, 管线泄漏仍然频繁发生。 2. 2 ABS 工程塑料管材 2004 ! 2006 年, 选 用 了 一 种 新 型 的 工 业 管 材 ! ! ! ABS( Acrylo nit rile But adiene St yr ene) 工 程 塑料管材 , 分别在供汽联合站的 6 个供热站进行了 30 台次的水处理装置改造; 四 2 区一号供热站共有
表3 时间 2005 10 21 2005 11 04 2005 11 15 2005 12 18 2005 12 18 2006 01 20 2006 04 12 2006 05 28 2006 08 27 2006 09 25 2006 10 06 设备号 3# 装置 B 组 4# 装置 B 组 5# 装置 A 组 4# 装置 A 组 5# 装置 A 组 5# 装置 A 、 B组 4# 装置 B 组 3# 装置 A 、 B组 5# 装置 B 组 3# 装置 B 组 3# 装置 A 组

水处理装置 6 台, 2005 09 23 ! 10 15, 又将 3 台水处 理 ( 设备自编号 03# 、 04# 、 05# ) 外部钢管更换为 ABS 工程塑料管材。
2 . 2. 1 故障情 况

2005 10 ! 2006 10, 四 2 区一号供 热站 3 台水 处理装置 ABS 管材改造后使用中的故障和维修统 计如表 3。 由表 3 可见, ABS 管材在使用时故障主要发生 在螺纹连接泄漏或 ABS 阀体损坏, 而材料本身质量 问题和焊接操作质量也有待进一步提高。
2 . 2. 2 优点

通过 3 a 的使用 , ABS 工程塑料管材有以下优 点: a) 确保了出水水质。

ABS 管材使用中的故障统计 故障部位 DN 50 mm 阀 DN 15 mm 阀 与管线连接方式 螺纹连接 焊缝连接 螺纹连接 螺纹连接 螺纹连接 焊接连接 焊接连接 焊接连接 焊接连接 螺纹连接 螺纹连接 故障 阀体断裂 焊缝断裂 法兰漏水 法兰漏水 法兰漏水 焊缝刺水 焊缝刺水 焊缝刺水 焊缝刺水 阀体断裂 阀体断裂 损坏原因 操作不当 焊接质量差 操作不当 超压 超压 操作不当 超压 操作不当 超压 阀质量差 超压

DN80 mm 法兰 DN65 mm 法兰 DN65 mm 法兰 DN15 mm 接头 DN65 mm 接头 DN50 mm 接头 DN50 mm 接头 DN 80 mm 阀 DN 65 mm 阀

b) 不存在管线腐蚀问题 , 减少了故障次数 , 降 低了管理难度。 c) d) e)
2. 2. 3

请专业安装人员维修, 不仅增加了专项维修费用 , 而 且可能因维修不及时造成生产被动。 2. 3 钢塑复合管材 2007 年以后, 随着新疆油田新区产能的建设, 四 2 区、 百重七区、 风城区先后开发, 水处理设备也 不断更新, 又尝试了钢塑复合管材在水处理装置中 的应用。
2 . 3. 1 改造实 施

不会增加软水含铁量 , 延长树脂使用寿命。 减少了装置的泄漏点。 安装和改造工艺简单 , 造价低。
缺点

a) b)

强度较镀锌钢管管材低, 因此操作时不能 耐高温能力差, 应绝对避免高温接触。

用力过猛 , 同时要注意管线不能砸、 踩。 c) 耐压能力差 , 水压稍一超高, 管件、 阀兰、 阀 体会刺漏甚至断裂。 d) 维修需要使用专用焊接工具等, 因此必须

2007 08 07 ! 09 10, 在百重七 1# 站 04# 水处 理装置及 2# 站 03# 、 04# 水处理装置上进行改造。 2008 03 22 ! 03 30 开始在风城区 1# 站 1 台水处理 ( 设备自编号为 02# ) 进行改造; 2008 04 06 在 02#

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第9期

吴丽萍 , 等 : 不同管材在油田水处理 装置中的应用对比分析 2 . 3. 5 缺点

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进行水处理调试 , 正式运行。 选用钢塑复合管材及管阀件 ( 使用温度 - 20~ 70 # , 耐压 1. 6 MP a) 更换了水处理装置系统的外 部工艺管线及管路附件( 弯头、 外接头、 异径外接头、 三通、 活接头、 内接头等) ; 盐路系统采用 0Cr13 不锈 钢管材重新制做 ; 优化了工艺流程。 a) 材料选择要 求 钢塑 复合管材壁厚 要求 为: DN25 管材壁 厚 % 3. 5 mm; DN40 管材 壁厚 % 5 6 mm; DN50 管材壁厚 %7. 0 mm; DN65 管材壁 厚 %8. 0 mm; DN80 管材壁厚 %8. 5 m m; 三通、 四通 等管件必须为 加强型 ; 螺 纹连 接的管 线必 须为 加 强型。 b) 施工技术要求 由于钢塑复合管材具备钢 管与塑料管的双重性质, 因此 , 施工过程中提出在管 径有缩径之处必须要保证钢管与塑管的壁厚, 防止 斜切过 程中 造 成的 管 材变 形或 者 钢 管与 塑 管 的 分离。
2. 3. 2 施工工序

a) 快捷。 b)

因管子与管件连接采用的是螺纹连接, 如

果要更换气动阀时不如法兰连接的方式维修方便、 因没有专用工具 , 如果维修钢塑复合管子

与管件时, 要请专业安装人员维修, 不仅增加了专项 维修费用, 而且可能因维修不及时造成生产被动。 c) 对于非标准件的阀件 , 安装连接时需管材 生产厂家重新铸模 , 成本较高。 2. 4 对比分析 将 3 种不同管材进行对比分析, 结果如表 4。
表4 管材 钢管 工程塑料 耐高 压性 & & & & 不同管材对比分析结果 耐腐 蚀性 & & & & & & & 维护性 & & & & & 成本 & & & & & & & 环保性 & & & & & &

钢塑复合管 & & &

钢塑复合管材具备钢管与塑料管的双重性质 , 因此施工过程中钢塑复合管材与阀件间 ( 气动阀、 手 阀) 的连接只能是螺纹连接, 施工工序有以下特点 : a) b) c)
2. 3. 3

注 : & ! 性能较差、 成本低 ; & & ! 性能一般、 成本中等 ; & & & ! 性能较好、 成本贵。

管材下料方便, 效率高。 连接方式主要为螺纹式 , 并采用内螺纹法 螺纹连接需抹专用密封胶。
使用效果

3

结语
在水处理装置上采用钢塑复合管材弥补了普通

兰, 安装和拆卸都十分方便, 便于维修和更换。

钢管不耐腐蚀、 A BS 塑料管材不耐 高压的缺点, 充 分利用了普通钢管与塑料管材两者的优点 , 是油田 水处理装置外部工艺管线较好的一种选材。钢塑复 合管不仅是用于污水、 废水、 酸碱液、 海水、 纯水、 高 纯水及水处理设备等流体用理想管道, 也适用于民 用供水、 工业供水、 污水处理、 矿物工 程、 空调系统 等 , 具有很大的推广价值。
参考文献 : [ 1] [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] 布雷德利 B W . 两种油田水处理 系统 [ M ] . 北 京 : 石 油 工业出版 社 , 1992. 李培元 . 低压锅炉水质处理 [ M ] . 武汉 : 湖北科学技 术 出版社 , 1987. 王东 莉 , 梁 马希金 , 邵 武 政 , 姚 洪成 , 等 . 电磁水 处理技 术研究 进 莲 , 多 相流量计量技术综述 [ J] . 石油矿 场 展 [ J] . 石油矿场机械 , 2007, 36( 1) : 9 11. 机械 , 2008, 37( 5) : 59 62. 占 . 油田注汽锅炉 [ M ] . 上海 : 上海交通大学出 版 社 , 2008.

a) 截至 2008 11, 经改造的 4 台水处理设备满 时率运行 0. 5~ 1 a , 未出现任何因人为因素 ( 误操 作、 超压) 造成的管材与管件的刺漏问题。 b)
2. 3. 4

没有出现一例管材与管件断裂现象。
优点

钢塑复合管材确实具备了钢件与塑料管材的优 点, 其具体表现如下 : a) 确保了出水水质。 b) 不存在管线腐蚀问题 , 基本杜绝了腐蚀造 成的故障发生, 降低了管理难度。 c) 不会增加软水含铁量 , 延长树脂使用寿命。 d) e) 减少装置的泄漏点。 管材强度增加, 消除了 ABS 塑料管材、 阀

件操作时不能用力过猛的缺点。 f) 减少维修工作量。 g) 安装和改造工艺简单, 造价低。


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