CN103805228B - 除垢设备和除垢系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除垢设备和除垢系统，该除垢设备包括罐体(1)和结垢单元(2)，所述罐体(1)具有入口(3)和出口(4)，所述结垢单元(2)可拆卸地安装在所述罐体(1)内且位于所述入口(3)和所述出口(4)之间，液体与所述结垢单元(2)的接触面积为10m²～30m²，液体在所述结垢单元(2)的流速为0.001m/s～0.004m/s。该除垢设备能够对液体(特别是高含水原油采出液)进行除垢，成本较低，操作方便，并且不会影响正常的采油作业。

Description

除垢设备和除垢系统

技术领域

本发明涉及油气集输领域，具体地，涉及一种对原油采出液进行除垢的除垢设备和除垢系统。

背景技术

在采油系统中，从油井中采出的高含水原油采出液需要经过较长的管道进行输送，由于含水原油采出液中含有各种不同的离子成分，原油采出液通过单井管道输送至计量站后再输送到地面的联合站的过程中，由于外界温度、压力等热力学参数的变化，导致原油采出液中的成垢离子(例如Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、CO₃ ^2—、SO₄ ^2—等)析出形成钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质而结垢，使得集输管道和设备(如水套加热炉)结垢、堵塞。

现在对于集输管道和设备中的结垢处理方法主要有三种：化学除垢法，即在集输管道和设备中加入化学药剂，使得原油采出液输送的过程中不会结垢，其成本较高，加药不方便，并且达不到彻底除垢的目的，只是阻止集输管线和设备中结垢，但是后续的工艺设备和管道中也会结垢，需要定期地停产对管道和设备进行清洗；磁防垢法和电子防垢法，其防垢时间较短，并且不是彻底除垢，而是将结垢地点移动到流程末端的联合站内，原油采出液输送一段距离后仍然会结垢，最终还是需要定期进行化学清洗，影响采油作业。

发明内容

本发明的目的是提供一种除垢方法、除垢设备和除垢系统，该除垢方法能够对液体(特别是高含水原油采出液)进行除垢，成本较低，操作方便，并且不会影响正常的采油作业。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种除垢方法，该除垢方法包括使得液体以0.001m/s～0.004m/s的流速通过接触面积为10m²～30m²的结垢单元。

优选地，在所述结垢单元前方设置来液区，并且在所述来液区中加入结垢促进剂，以加快所述液体结垢。

优选地，所述结垢促进剂为Na₂SO₄、Na₂S₂O₃、EDTA或者EDTA-Na₂。

优选地，在所述结垢单元后方设置缓冲区，使得所述液体的流速和压力平缓。

优选地，所述结垢单元包括多块波纹板，该多块波纹板层叠设置。

优选地，所述多块波纹板倾斜设置且与水平方向呈45°～60°的夹角。

优选地，所述波纹板上形成有多个通孔且相邻的所述波纹板上的通孔彼此错开。

优选地，所述通孔的孔径为45mm～80mm。

优选地，所述波纹板由玻璃钢或者不锈钢制成。

根据本发明的另一方面提供一种除垢设备，其中，该除垢设备包括罐体和结垢单元，所述罐体具有入口和出口，所述结垢单元可拆卸地安装在所述罐体内且位于所述入口和所述出口之间，液体与所述结垢单元的接触面积为10m²～30m²，液体在所述结垢单元的流速为0.001m/s～0.004m/s。

优选地，所述结垢单元包括多块波纹板，该多块波纹板层叠设置。

优选地，所述多块波纹板倾斜设置且与水平方向呈45°～60°的夹角。

优选地，所述波纹板上形成有多个通孔且相邻的所述波纹板上的通孔彼此错开。

优选地，所述通孔的孔径为45mm～80mm。

优选地，所述波纹板由玻璃钢或者不锈钢制成。

优选地，所述结垢单元还包括框架，所述多块波纹板容纳在所述框架内，所述框架的上端形成有卡合件，该卡合件与设置在所述罐体上的滑轨可滑动地连接。

优选地，所述框架形成为筒状，所述框架包括多根横梁和多个环，所述多根横梁沿轴向延伸且沿周向间隔设置，所述多个环沿周向延伸且沿轴向间隔设置。

优选地，所述框架还包括多个加强筋，该多个加强筋连接在相邻的所述环之间。

优选地，所述罐体内设置有多块隔板，以将所述罐体内的空间分隔为来液区、结垢区和缓冲区，所述入口与所述来液区连通，所述出口与所述缓冲区连通，所述结垢区位于所述来液区和所述缓冲区之间且设置有所述结垢单元。

优选地，所述罐体具有多个放空口，该多个放空口分别与所述结垢区和所述缓冲区对应设置。

优选地，所述罐体包括封头和主体，所述封头与所述主体的一端枢转连接，以打开或封闭所述罐体。

优选地，所述封头和所述主体的一端分别设置有相匹配的法兰，所述法兰通过螺栓紧固连接。

优选地，所述除垢设备还包括安全阀，该安全阀设置在所述罐体的上方。

根据本发明的再一方面提供一种除垢系统，该除垢系统包括除垢设备，其中，所述除垢设备为根据上面所述的除垢设备。

优选地，所述除垢系统还包括旁通阀，该旁通阀与所述除垢设备并联。

通过上述技术方案，本发明的除垢方法是使含有成垢离子的液体(例如原油)流过结垢单元，液体与结垢单元充分接触且接触面积达到10m²～30m²，液体在结垢单元中流动时流速为0.001m/s～0.004m/s，从而增加了钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质与结垢单元的接触机会以及在结垢单元内停留的时间，使得钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质容易从液体中析出并粘附在结垢单元表面上形成垢质，从而集输管道和设备中就不会结垢，以达到对液体除垢的目的，并且操作方便，成本较低。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的具体实施方式的除垢设备的结构示意图；

图2是本发明的具体实施方式的除垢设备的侧视图；

图3是本发明的具体实施方式的结垢单元的主视图；

图4是本发明的具体实施方式的结垢单元的侧视图；以及

图5是本发明的具体实施方式的除垢系统的原理图。

附图标记说明

1罐体2结垢单元

3入口4出口

5波纹板6通孔

7框架8卡合件

9滑轨10横梁

11环12加强筋

13隔板14来液区

15结垢区16缓冲区

17放空口18封头

19主体20法兰

21螺栓22安全阀

23旁通阀

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明的一方面提供一种除垢方法，该除垢方法包括使得液体以0.001m/s～0.004m/s的流速通过接触面积为10m²～30m²的结垢单元2。

本发明的除垢方法是使含有成垢离子的液体(例如原油)流过结垢单元2，液体与结垢单元2充分接触且接触面积达到10m²～30m²，液体在结垢单元2中流动时流速为0.001m/s～0.004m/s，从而增加了钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质与结垢单元2的接触机会以及在结垢单元2内停留的时间，使得钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质容易从液体中析出并粘附在结垢单元2的表面上形成垢质，从而输油管道和设备中就不会结垢，以达到对液体除垢的目的，并且操作方便，成本较低。

如图1所示，为了加快成垢离子的结合速度，优选地，在所述结垢单元2前方设置来液区14，并且在所述来液区14中加入结垢促进剂，以加快所述液体结垢。液体先流过来液区14后再流入结垢单元2，来液区14中的结垢促进剂能够加快Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、CO₃ ^2—、SO₄ ^2—等成垢离子尽量结合形成钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质，从而含有钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质的液体在通过结垢单元2时，钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质能够尽可能多地粘附在结垢单元2的表面上，进一步减少液体中含有的成垢离子，提高除垢效果。

作为结垢促进剂的具体实施例，所述结垢促进剂为Na₂SO₄、Na₂S₂O₃、EDTA或者EDTA-Na₂。根据液体中含有的成垢离子的不同，Na₂SO₄和Na₂S₂O₃适用于促进钡锶硫酸盐的形成，EDTA和EDTA-Na₂适用于促进钙镁碳酸盐的形成，上述结垢促进剂均可通过商购的方式获得。

如图1所示，为了保证液体通过结垢单元2后保持稳定的流速和压力，优选地，在所述结垢单元2后方设置缓冲区16，使得所述液体的流速和压力平缓。由于液体在结垢单元2中形成特定的流速和流动方向，以促进在结垢单元2的表面上结垢。液体在除垢之后需要进行长距离的输送和加工，因此在结垢单元2后方设置缓冲区16，使得液体的流速和流动方向能够恢复平稳，以保证合适的压力进行输送。

如图1所示，本发明的另一方面提供一种除垢设备，其中，该除垢设备包括罐体1和结垢单元2，所述罐体1具有入口3和出口4，所述结垢单元2可拆卸地安装在所述罐体1内且位于所述入口3和所述出口4之间，液体与所述结垢单元2的接触面积为10m²～30m²，液体在所述结垢单元2的流速为0.001m/s～0.004m/s。

含有成垢离子的液体(例如原油)通过入口3进入罐体1内并且流过结垢单元2，液体与结垢单元2充分接触且接触面积达到10m²～30m²，液体在结垢单元2中流动时流速为0.001m/s～0.004m/s，从而增加了钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质与结垢单元2的接触机会以及在结垢单元2内停留的时间，使得钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质容易从液体中析出并粘附在结垢单元2的表面上形成垢质，极大减少了液体中含有的钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质，液体通过出口4流出后进入输油管道中进行输送，从而输油管道和设备中就不会结垢，以达到对液体除垢的目的，并且操作方便，成本较低。结垢单元2上形成一定量的垢质之后，可以将结垢单元2从罐体1内拆卸下来进行化学除垢后循环使用，或者直接更换新的除垢单元2。

结垢单元2可以形成为包括填充在罐体1内的钢丝、金属网、筛孔板等的结构，以获得足够大的与液体的接触面积和保证液体在结垢单元中的流速，从而提高结垢物质析出的量，达到除垢的目的。

作为本发明的一种优选实施方式，如图3和图4所示，所述结垢单元2包括多块波纹板5，该多块波纹板5层叠设置。波纹板5的表面积较大，将多块波纹板5层叠设置可以获得足够大的接触面积，为结垢物质提供足够的粘附场所，使得它们能够充分析出而进行除垢。

如图4所示，为了减缓液体的流速和增加液体与波纹板5的接触面积，优选地，所述多块波纹板5倾斜设置且与水平方向呈45°～60°的夹角。液体在波纹板5之间的通道流动，由于波纹板5以与水平方向形成45°～60°的夹角的方式倾斜设置，从而增加了液体与波纹板5的表面接触的机会，并且减缓了液体在波纹板5之间流动的速度，从而增加了液体通过波纹板5的时间，提高了结垢物质在波纹板5上析出的概率，提高除垢效果。波纹板5的结构简单，易于化学除垢后循环使用，降低了成本。

为了进一步增加液体与波纹板5的接触面积，如图4所示，优选地，所述波纹板5上形成有多个通孔6且相邻的所述波纹板5上的通孔6彼此错开。在波纹板5之间形成的通道流动的液体可以通过波纹板5上的通孔6进入相邻的通道，由于相邻的波纹板5上的通孔6彼此错开，从而液体流过通孔6后会与相邻的波纹板5直接接触，从而进一步提高液体与波纹板5的接触面积，增加除垢效果。

作为本发明的一种优选实施方式，所述通孔6的孔径为45mm～80mm。通孔6可以采用各种形状和尺寸，孔径为45mm～80mm的通孔6使得在除垢单元2中液体的流速能够保持在预定范围内，提高除垢效果。

波纹板5可以采用各种不会与液体产生化学反应的材料制造，优选地，所述波纹板5由玻璃钢或者不锈钢制成。玻璃钢或者不锈钢的耐腐蚀性能较好，不容易被腐蚀，并且其成分稳定，不会与液体发生化学反应，适于制作用于除垢的波纹板5。

如图1和图3所示，为了方便波纹板5的安装，优选地，所述结垢单元2还包括框架7，所述多块波纹板5容纳在所述框架7内，多块波纹板5能够按照预定的方式安装，并且安装方便，结构稳定。如图2和图3所示，为了方便结垢单元2的拆卸，所述框架7的上端形成有卡合件8，该卡合件8与设置在所述罐体1上的滑轨9可滑动地连接，卡合件8可以形成为T形的形状，滑轨9可以为对称设置的两根槽钢，卡合件8的两个端部容纳在槽钢中，从而将框架7安装在罐体1内。卡合件8可以在滑轨9内滑动，从而实现结垢单元2的拆装，以方便更换结垢单元2。

框架7可以形成为各种合适的形状，只要能够方便地将波纹板5稳定地放置在框架7内即可，如图1和图3所示，优选地，所述框架7形成为筒状，所述框架7包括多根横梁10和多个环11，所述多根横梁10沿轴向延伸且沿周向间隔设置，所述多个环11沿周向延伸且沿轴向间隔设置。框架7形成大致为圆形的截面的筒状，但是框架7的上部和下部均形成为平面，以便于安装和制造，同时也更加适应于波纹板5的放置。框架7的多根横梁10沿罐体1的轴向延伸并且沿罐体1的周向间隔分布，形成框架7的骨架。环11围绕多根横梁10设置并且与横梁连接，形成密封的环状将横梁之间连接起来，并且多个环11沿轴向间隔设置，以保证横梁10的连接牢固，最后形成笼状的结构。

如图1所示，为了提高框架7的结构稳定性，优选地，所述框架7还包括多个加强筋12，该多个加强筋12连接在相邻的所述环11之间。加强筋12相交设置，以加强相邻的环11的连接稳定性，使得整个框架7的稳定性提高。

如图1所示，为了加快成垢离子的结合速度以及保证液体通过结垢单元2后保持稳定的流速和压力，优选地，所述罐体1内设置有多块隔板13，以将所述罐体1内的空间分隔为来液区14、结垢区15和缓冲区16，所述入口3与所述来液区14连通，所述出口4与所述缓冲区16连通，所述结垢区15位于所述来液区14和所述缓冲区16之间且设置有所述结垢单元2。液体先从入口3流入管体1内，流经来液区14后再流入结垢区15，来液区14中加入结垢促进剂，结垢促进剂能够加快Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、CO₃ ^2—、SO₄ ^{2 —}等成垢离子尽量结合形成钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质，从而含有钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质的液体在通过结垢区15时，钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质能够尽可能多地粘附在结垢单元2的表面上，进一步减少液体中含有的成垢离子，提高除垢效果。由于液体在结垢区15中形成特定的流速和流动方向，以促进在结垢单元2的表面上结垢。液体在除垢之后需要进行长距离的输送和加工，因此在结垢区15后方设置缓冲区16，使得液体的流速和流动方向能够恢复平稳，以保证合适的压力进行输送。

如图1所示，优选地，所述罐体1具有多个放空口17，该多个放空口17分别与所述结垢区15和所述缓冲区16对应设置。在更换结垢单元2时，可以通过放空口17将罐体1内的液体放空后再进行更换。

如图1和图2所示，为了方便更换结垢单元2，优选地，所述罐体1包括封头18和主体19，所述封头18与所述主体19的一端枢转连接，以打开或封闭所述罐体1。封头18通过转轴枢转连接在主体19上，并且封头18上设置有相应的手柄，通过推动手柄使得封头18围绕转轴转动，从而打开罐体1，可以将结垢单元2从罐体1内拆卸出来进行更换，然后装上新的结垢单元2后将罐体1封闭，从而完成对除垢设备的维护。更换下来的结垢单元2可以通过化学除垢后循环使用，以节约成本。整个维护过程操作简单，省时省力，成本较低。

如图1和图2所示，为了保证封头18和主体19之间的连接密封性，优选地，所述封头18和所述主体19的一端分别设置有相匹配的法兰20，所述法兰20通过螺栓21紧固连接。封头18和主体19之间通过法兰20连接，并且法兰20之间可以设置密封垫，以提高密封性，防止罐体1内的液体泄漏。另外，法兰20之间通过螺栓21紧固，以方便拆卸。

如图1所示，为了保证罐体1内的压力在安全范围内，优选地，所述除垢设备还包括安全阀22，该安全阀22设置在所述罐体1的上方。当罐体1内压力超标时，可以通过安全阀22释放压力，以降低罐体1内的压力。

如图5所示，本发明的再一方面提供一种除垢系统，该除垢系统包括除垢设备，其特征在于，所述除垢设备为根据上面所述的除垢设备。

含有成垢离子的液体(如高含水原油采出液)流入除垢设备内，使得钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质从液体中析出并粘附在除垢设备内形成垢质，极大减少了液体中含有的钡锶硫酸盐、钙镁碳酸盐等物质，从而输油管道和设备中就不会结垢，以达到对液体除垢的目的，并且操作方便，成本较低。

为了在对除垢设备进行维护时不影响正常的原油输送，如图5所示，优选地，所述除垢系统还包括旁通阀23，该旁通阀23与所述除垢设备并联。在对除垢设备进行维护时，即更换除垢单元或者清洗除垢设备时，关闭除垢设备入口3和出口4处的阀门，打开旁通阀23，使得液体不流入除垢设备内，而通过旁通阀23的旁通管道输送，从而不需要停产进行检修，不影响正常的生产。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种除垢设备，其特征在于，该除垢设备包括罐体(1)和结垢单元(2)，所述罐体(1)具有入口(3)和出口(4)，所述结垢单元(2)可拆卸地安装在所述罐体(1)内且位于所述入口(3)和所述出口(4)之间，液体与所述结垢单元(2)的接触面积为10m²～30m²，液体在所述结垢单元(2)的流速为0.001m/s～0.004m/s，其中，所述结垢单元(2)包括多块波纹板(5)和框架(7)，该多块波纹板(5)层叠设置，且该多块波纹板(5)容纳在所述框架(7)内，所述框架(7)的上端形成有卡合件(8)，该卡合件(8)与设置在所述罐体(1)上的滑轨(9)可滑动地连接，其中，所述多块波纹板(5)倾斜设置且与水平方向呈45°～60°的夹角，且所述波纹板(5)上形成有多个通孔(6)且相邻的所述波纹板(5)上的通孔(6)彼此错开。

2.根据权利要求1所述的除垢设备，其特征在于，所述通孔(6)的孔径为45mm～80mm。

3.根据权利要求1所述的除垢设备，其特征在于，所述波纹板(5)由玻璃钢或者不锈钢制成。

4.根据权利要求1所述的除垢设备，其特征在于，所述框架(7)形成为筒状，所述框架(7)包括多根横梁(10)和多个环(11)，所述多根横梁(10)沿轴向延伸且沿周向间隔设置，所述多个环(11)沿周向延伸且沿轴向间隔设置。

5.根据权利要求1所述的除垢设备，其特征在于，所述罐体(1)内设置有多块隔板(13)，以将所述罐体(1)内的空间分隔为来液区(14)、结垢区(15)和缓冲区(16)，所述入口(3)与所述来液区(14)连通，所述出口(4)与所述缓冲区(16)连通，所述结垢区(15)位于所述来液区(14)和所述缓冲区(16)之间且设置有所述结垢单元(2)。

6.根据权利要求1所述的除垢设备，其特征在于，所述罐体(1)包括封头(18)和主体(19)，所述封头(18)与所述主体(19)的一端枢转连接，以打开或封闭所述罐体(1)。

7.根据权利要求6所述的除垢设备，其特征在于，所述封头(18)和所述主体(19)的一端分别设置有相匹配的法兰(20)，所述法兰(20)通过螺栓(21)紧固连接。

8.一种除垢系统，该除垢系统包括除垢设备，其特征在于，所述除垢设备为根据权利要求1-7中任意一项所述的除垢设备。

9.根据权利要求8所述的除垢系统，其特征在于，所述除垢系统还包括旁通阀(23)，该旁通阀(23)与所述除垢设备并联。