油田化学集输化学PPT课件

1、第四章 集输化学 原油集输遇到的化学问题： 管道与设备的防腐 乳化原油的破乳 起泡沫原油的消泡 原油的降凝输送和减阻输送 天然气的脱水和脱酸性气体 污水处理第1页/共98页第四章 集输化学第一节 埋地管道的腐蚀与防腐 埋地管道的材料多属金属材料。 金属腐蚀：金属与周围环境起化学或电化学反应而导致破坏。 为了减少埋地管道的腐蚀，需要使用有效的防护法。第2页/共98页第四章 集输化学 土壤电阻率能综合反映土壤的腐蚀性，因此可用土壤电阻率作为划分土壤腐蚀性的标准。土壤电阻率越低，土壤的腐蚀性越严重。 在常温下（20时），某种材料制成的长1米、横截面积是1平方米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。 一

2、、埋地管道的腐蚀第3页/共98页第四章 集输化学二、埋地管道的防腐1.覆盖层防腐 覆盖层： 为使金属表面与腐蚀介质隔开而覆盖在金属表面的保护层。 覆盖层防腐法： 用覆盖层抑制金属腐蚀的方法。第4页/共98页第四章 集输化学 在防腐层的结构中，涂料是重要的组成部分： 埋地管道主要用到的涂料有石油沥青涂料、煤焦油沥青涂料、聚乙烯涂料、环氧树脂涂料和聚氨酯涂料。 石油沥青涂料、煤焦油沥青涂料、聚乙烯涂料通过熔融后冷却产生坚韧的保护膜；环氧树脂涂料和聚氨酯涂料则是通过化学反应（如：固化剂）产生坚韧的保护膜。第5页/共98页第四章 集输化学 在防腐层的结构中，除涂料外，还有底漆、底胶、中层漆、面漆、内缠

3、带和外缠带等视情况需要而使用的组成部分u好的防腐层：热稳定好、化学稳定好、生物稳定好、机械强度高、电阻值高、渗透性低。第6页/共98页1. 石油沥青防腐层2. 煤焦油瓷漆防腐层3. 聚乙烯防腐层4. 聚乙烯聚氨酯泡沫保温防腐层5. 熔结环氧粉末防腐层6. 环氧煤沥青防腐层7. 三层型防腐层u埋地钢质管道常用的防腐层：第四章 集输化学第7页/共98页第四章 集输化学（1）石油沥青防腐层 以石油沥青涂料为主要材料组成的防腐层。 石油沥青防腐层具有原料来源广、成本低、施工工艺简单等优点 第8页/共98页v沥青防腐层的结构： 底漆：由石油沥青溶于工业汽油制成。石油沥青：I号石油沥青软化点为95-110

4、，输送液体温度低于50的埋地管道；II号石油沥青软化点为125-140，输送液体温度在50-80范围的埋地管道。内缠带：为玻璃布（由玻璃纤维编织而成）。外缠带：聚氯乙烯工业膜（膜上涂有由氯丁橡胶与松香混合制得的胶粘剂）第四章 集输化学第9页/共98页第四章 集输化学（2）煤焦油瓷漆防腐层 煤焦油瓷漆由煤焦油、煤焦油沥青和煤粉组成。 煤焦油瓷漆具有防水性好、机械强度高、化学稳定、抗细菌能力和抗植物根系穿入能力强、原料来源广、成本低等优点。第10页/共98页第四章 集输化学 底漆由煤焦油和煤焦油沥青溶于二甲苯制成。煤焦油瓷漆（分为三类：软化点分别为大于 100 、105 、120 ）煤焦油、煤焦油

5、沥青、煤粉。内缠带：玻璃纤维织成的毡带，浸渍了胶粘剂（如乙烯与乙酸乙烯酯共聚物）。外缠带：玻璃纤维织成的毡带，浸渍了煤焦油瓷漆。第11页/共98页第四章 集输化学（3）聚乙烯防腐层 聚乙烯防腐层的形成方法： 1）挤压包覆法。 将聚乙烯加热熔化， 挤压包覆在涂有底胶的管道外壁形成防腐层 2）胶粘带缠绕法。 在聚乙烯带表面涂上粘胶，制得聚乙烯胶粘带 将聚乙烯胶粘带缠绕在涂有底漆的管道外壁形成聚乙烯防腐层第12页/共98页第四章 集输化学（4）聚乙烯聚氨酯泡沫保温防腐层 以聚氨酯泡沫为内保温层，以聚乙烯为外保护层的复合保温防腐层 聚氨酯(聚氨基甲酸酯，Polyurethane，简称PU )是由多异氰

6、酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等含活泼H的扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。 第13页/共98页反应式如下： N=C=O + HO NH-COO N=C=O异氰酸基第四章 集输化学第14页/共98页 合成时保持异氰酸基比羟基过量，当聚氨酯与水接触时，就会产生CO2，使聚氨酯起泡固化，产生聚氨酯泡沫：第四章 集输化学第15页/共98页（5）熔结环氧粉末防腐层 将加有固化剂的环氧树脂粉末喷涂在金属表面，在150-180 下烘15min，即可得到坚韧的熔结环氧粉末防腐层。一般用n为5左右，软化点为95 的环氧树脂制备环氧粉末。第四章 集输化学第16页/共98页环氧树脂的固

7、化剂主要有两种： 1）双氰胺 双氰胺中的伯胺基和仲胺基可通过环氧树脂中的环氧基起交联作用：第四章 集输化学第17页/共98页2）酚醛树脂第四章 集输化学第18页/共98页（6）环氧煤沥青防腐层v由环氧煤沥青底漆、中层漆和面漆组成。第四章 集输化学第19页/共98页第四章 集输化学第20页/共98页u底层 环氧树脂， 有很好的防腐性、粘结性与热稳定性；u中层 为各种含乙烯基单体的共聚物 乙烯与乙酸乙烯酯共聚物 乙烯与丙烯酸乙酯共聚物 乙烯与顺丁烯二酸甲酯共聚物 有很强的粘结作用（7）三层型的复合防腐层第四章 集输化学第21页/共98页u外层： 为高密度的聚乙烯、聚丙烯 有很好的机械强度。u主要缺

8、点：成本高第四章 集输化学第22页/共98页第四章 集输化学2.阴极保护法: 覆盖层防腐法必须与阴极保护法联合使用，阴极保护法是覆盖层防腐法的补充防腐法。 在涂敷过程中防腐层不可避免地会出现漏涂点，在使用期间防腐层在各种因素作用下，会产生剥离、穿孔、开裂等现象阴极保护法是覆盖层防腐法的补充防腐法。第23页/共98页第四章 集输化学阴极保护的方法有两种：（1）外加电流的阴极保护法。 基本原理： 在腐蚀电池中，阳极是被腐蚀，阴极不被腐蚀。 将直流电源的负极接在需保护的金属上，将阳极接在辅助电极上，使被保护金属整体变成阴极，产生保护电流。 被保金属与直流电源的负极相连，它发生的是阴极反应，因此得到保

9、护 外加电流的阴极保护法： 将被保护金属与直流电源的负极相连，由外加电流提供保护电流，降低腐蚀速率的方法第24页/共98页 自然电位在中等腐蚀性的土壤中约为-0.55V（相对于硫酸铜参比电极，CSE），保护电位一般控制在-0.85-1.20V（相对于CSE）范围。第四章 集输化学第25页/共98页（2）牺牲阳极的阴极保护法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护金属腐蚀速率降低的方法。 可作为牺牲阳极的物质是电位比被保护金属还要负的金属或合金： 重要的牺牲阳极： 1）镁基合金。第四章 集输化学第26页/共98页 2）锌基合金。u一种好的牺牲阳极应满足：

10、电位足够负、电容量大、电流效率高、溶解均匀、腐蚀产物易脱落、制造简单、来源广、成本低等要求。第四章 集输化学第27页/共98页第四章 集输化学第二节乳化原油的破乳与起泡沫原油的消泡 原油中含有各种表面活性物质如环烷酸、脂肪酸、胶质、沥青质等，增产措施、提高原油采收率注入地层表面活性剂、聚合物等，它们可吸附在油水界面或气液表面，对液珠和气泡有稳定作用，由此产生原油乳化和起泡沫问题第28页/共98页第四章 集输化学一、乳化原油的破乳1.乳化原油的类型：（1）油包水乳化原油（W/O） 乳化剂主要是原油中的活性石油酸（如环烷酸、沥青质酸等）和油湿性固体颗粒（如蜡颗粒、沥青质颗粒等）。（2）水包油乳化原

11、油（O/W） 乳化剂是活性石油酸的碱金属盐，水溶性表面活性剂或水湿性固体颗粒（如粘土颗粒等）多重乳化原油（W/O/W、O/W/O）第29页/共98页第四章 集输化学2.油包水乳化原油的破乳：（1）油包水乳化原油的破乳方法 有热法、电法和化学法，通常联合使用，叫热-电-化学法。 l）热法用升高温度破坏油包水乳化原油的方法. 2）电法 在高压（1.5-3.2x104V）的直流电场或交流电场下破坏油包水乳化原油的方法。第30页/共98页 3）化学法用破乳剂破坏油包水乳化原油的方法。（2）油包水乳化原油的破乳剂 1）低分子破乳剂： 脂肪酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、OP型表面活性剂、平

12、平加型表面活性剂和吐温型表面活性剂。第四章 集输化学第31页/共98页低分子破乳剂的破乳机理低分子破乳剂都是水溶性破乳剂（HLB值大于8）对油包水乳化原油乳化剂（HLB值一般在3-6范围）是反型乳化剂通过抵消作用使油包水乳化原油破乳第四章 集输化学第32页/共98页第四章 集输化学2）高分子破乳剂： 特点：比低分子破乳剂高效。 分子由引发剂、环氧化合物、扩链剂、封尾剂。 引发剂（如丙二醇、丙三醇、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、酚醛树脂、酚胺树脂等）和环氧化合物（如环氧乙烷、环氧丙烷等）反应生成。 为了提高其相对分子质量，可用扩链剂（如二异氰酸酯、二元羧酸等） 为了改变破乳剂的亲水亲油平衡

13、，可用封尾剂（如松香酸、羧酸等）。第33页/共98页第四章 集输化学第34页/共98页第四章 集输化学第35页/共98页第四章 集输化学高分子破乳剂的破乳机理 高分子破乳剂中的水溶性破乳剂有抵消作用，高分子破乳剂主要通过下列机理破乳：不牢固吸附膜的形成 因高分子破乳剂在界面上取代原来的乳化剂后所形成的吸附层不紧密（特别是支链线型的高分子破乳剂），保护作用差。第36页/共98页第四章 集输化学 对水珠的桥接 高分子破乳剂可同时吸附在两个或两个以上水珠的界面上，使水珠有更多的机会碰撞、聚并。 对乳化剂的增溶 高分子破乳剂的一个分子或少数几个分子即可形成胶束，这种高分子胶束可增溶乳化剂分子，引起乳化

14、原油的破乳。第37页/共98页第四章 集输化学 高分子破乳剂的发展趋势l）相对分子质量继续升高2）由水溶性转向油溶性3）由直链线型转向支链线型4）新型的破乳剂的开发5）复配使用第38页/共98页第四章 集输化学3. 水包油乳化原油的破乳（1）水包油乳化原油的破乳方法 有热法、电法和化学法，通常联合使用。 热法-同油包水乳化原油破乳。 电法-在通电的电极中必须有一 个是绝缘的。 化学法-使用破乳剂。第39页/共98页第四章 集输化学（2）水包油乳化原油的破乳剂 可用四类破乳剂：电解质、低分子醇、表面活性剂和聚合物。 电解质 盐酸、氯化钠、氯化镁、氯化钙、硝酸铝、氧氯化锆 减小油珠表面的负电性和改

15、变乳化剂的亲水亲油平衡。第40页/共98页第四章 集输化学低分子醇 水溶性醇：甲醇、乙醇、丙醇 油溶性醇：己醇、庚醇等。 改变油水相的极性（使油相极性增加，水相极性减小），使乳化剂移向油相或水相 第41页/共98页表面活性剂 阳离子型表面活性剂；阴离子型表面活性剂 与乳化剂反应（阳离子型表面活性剂）， 形成不牢固吸附膜（有分支结构的阴离子表面活性剂） 抵消作用（油溶性表面活性剂）第四章 集输化学第42页/共98页第43页/共98页第四章 集输化学 聚合物阳离子型聚合物阴离子型聚合物非离子型聚合物非离子-阳离子型聚合物通过桥接机理起破乳作用第44页/共98页第45页/共98页第四章 集输化学 复

16、配使用： 低分子醇与盐复配使用 石油磺酸盐与盐复配使用 季铵盐型表面活性剂、醇与盐的复配使用第46页/共98页第四章 集输化学二、起泡沫原油的消泡1.原油泡沫的形成机理（1）原油在油气分离和原油稳定过程中压力降低和（或）温度升高，使天然气（包含C1-C7的烃，主要是烷烃）从原油释出，产生油气表面。第47页/共98页（2）原油中含有的表面活性剂可作为起泡剂。 低分子表面活性剂（如脂肪酸、环烷酸），使泡沫易于生成； 高分子表面活性剂（如胶质、沥青质） ，起稳定泡沫的作用。第四章 集输化学第48页/共98页第四章 集输化学2.原油消泡剂：（1）溶剂型原油消泡剂 低分子醇、醚、醇醚和酯。 如戊醇、丁醚

17、、二乙二醇庚醚、邻苯二甲酸二丁酯等，喷洒在原油泡沫上时，与气的表面张力和与油的界面张力都低，迅速扩展，使液膜局部变薄而导致泡沫的破坏。第49页/共98页第四章 集输化学（2）表面活性剂型原油消泡剂 有分支结构的表面活性剂。 取代泡沫的表面活性物质后形成不稳定的保护膜，导致泡沫的破坏。第50页/共98页第四章 集输化学第51页/共98页第四章 集输化学（3）聚合物型原油消泡剂 主要用聚硅氧烷，也可用含氟的聚硅氧烷。 与气的表面张力和与油的界面张力都低的聚合物。与溶剂型原油消泡剂的消泡机理相同。第52页/共98页聚甲基氟代癸氧基硅氧烷第53页/共98页第四章 集输化学 第三节 原油的降凝输送与减阻

18、输送一、 原油的降凝输送 1.原油的凝点 原油凝点是指规定的试验条件下原油失去流动性的最高温度 第54页/共98页第四章 集输化学u 原油失去流动性有两个原因： 1）原油的粘度随温度的降低而升高，当粘度升高到一定程度时，原油即失去流动性； 2）原油中溶有蜡，当温度降低至原油的析蜡温度时，蜡晶析出，随着温度进一步降低，蜡晶数量增多，并长大，聚结，直到形成遍及整个原油的结构网，原油即失去流动性。第55页/共98页第四章 集输化学2.原油按凝点的分类： 低凝原油原油凝点低于0的原油。蜡的质量分数小于 2 10-2 。 易凝原油原油的凝点在0-30 范围的原油。蜡的质量分数在 2 10-2 -20 1

19、0-2范围。 高凝原油原油凝点高于30 的原油。蜡的质量分数大于 20 10-2 。第56页/共98页第四章 集输化学3.原油的降凝输送 （1）物理降凝法 将原油加热至最佳的热处理温度后，以一定的冷却速率降温，达到降低原油凝点的目的。第57页/共98页第四章 集输化学第58页/共98页第四章 集输化学热处理降低原油凝点的原因：l原油升温对原油各成分存在状态产生下列影响：原油中的蜡晶全部溶解，蜡以分子状态分散在油中；沥青质堆叠体的分散程度由于氢键减弱和热运动加剧的影响而有一定提高，即沥青质堆叠体的尺寸减小，但数量增加；在沥青质堆叠体表面的胶质吸附量由于热运动的加剧而减少，相应地原油油分中胶质的含

20、量增加。第59页/共98页第四章 集输化学l原油升温后引起各成分存在状态的变化在冷却时不能立即得到复原。这意味着原油降温至析蜡点时，蜡是在比升温前有更多沥青质堆叠体和油分中有更高的胶质含量的条件下析出。由于沥青质堆叠体可通过充当晶核的机理起作用，胶质则通过与蜡共晶和吸附的机理起作用，因此处理后原油析出的蜡晶将更分散、更疏松，形成结构的能力减弱，因此热处理后原油的凝点降低。第60页/共98页第四章 集输化学（2）化学降凝法 化学降凝法：在原油中加降凝剂的降凝法。 原油降凝剂：能降低原油凝点的化学剂。第61页/共98页第四章 集输化学主要用两种类型的原油降凝剂： 1） 表面活性剂型原油降凝剂： 如

21、石油磺酸盐和聚氧乙烯烷基胺。 通过在蜡晶表面吸附的机理，使蜡不易形成遍及整个体系的网络结构而起降凝作用。 2）聚合物型原油降凝剂 主链和（或）支链上都有可与蜡分子共晶的非极性部分，也有使蜡晶晶型产生扭曲的极性部分。第62页/共98页第63页/共98页第64页/共98页第四章 集输化学第65页/共98页第四章 集输化学 聚合物型降凝剂非极性部分与蜡的平均碳数相近时，降凝效果最好。第66页/共98页第四章 集输化学（3）化学物理降凝法 在原油中加入降凝剂，并对加剂原油进行热处理。 综合处理后的原油比热处理后的原油有更好的低温流动性。第67页/共98页第四章 集输化学二、原油的减阻输送1. 流动的类

22、型及其阻力： 流体在管中的流动可分为两种类型： 层流和紊流。 在层流中，流体的流动阻力是流体相邻各流层之间的动量交换产生。 在紊流中，流体的流动阻力是由尺度大小随机、运动随机的旋涡形成所引起。第68页/共98页第四章 集输化学 尽管紊流产生的旋涡是随机的，但旋涡总是逐渐分解而产生尺度越来越小的旋涡。 由于旋涡尺度越小，能量的粘滞损耗越大，所以由分解形成的小旋涡的能量最终为流体的粘滞力损耗掉，变成热能。第69页/共98页第四章 集输化学2. 原油的减阻输送(1)原油的减阻输送：加有减阻剂的处在紊流状态的原油在长距离管道中的输送。(2)原油减阻剂：在紊流状态下能降低原油管输阻力的化学剂。 原油减阻

23、剂是油溶性聚合物： 在油中主要以蜷曲的状态存在 具有弹性。 紊流状态时才起减阻作用第70页/共98页第四章 集输化学(3)减阻机理： 若紊流原油中有减阻剂存在，各级旋涡就把能量传递给减阻剂分子，使其发生弹性变形，将能量储存起来这些能量可在减阻剂应力松驰时释放出来，还给相应的旋涡，维持流体的紊流状态，从而减少外界为保持这一状态所必需提供的能量，达到减阻的目的。第71页/共98页第四章 集输化学第72页/共98页第四章 集输化学（4）原油减阻剂的评价： 减阻率、增输率。第73页/共98页第四章 集输化学（5）减阻剂减阻作用的影响因素： 1）原油性质 原油粘度、密度、含水量低有利。 原油粘度和密度越

24、低，紊流条件越易达到，越有利于发挥原油减阻剂的作用。 原油含水率高，影响减阻剂的溶解，从而影响其减阻效率。第74页/共98页第四章 集输化学 2）减阻剂结构 减阻剂的相对分子质量不宜过低或过高（一般以105-106 为宜），主链上应有一定数量、一定长度的支链。 减阻剂的相对分子质量过低则影响减阻效率，过高则影响油溶性能并易被剪切降解。 减阻剂主链应有一定数量、一定长度的支链（如乙烯、丙烯与a烯烃共聚物），使减阻剂分子有适当的柔顺性，同时具有支链对主链的保护作用，以提高减阻剂的剪切稳定性和减阻效率。第75页/共98页第四章 集输化学 3）管输条件 管输温度越高，管输的流速越快越有利，但当流速过快

25、，会引起减阻剂降解。 管输温度越高，油的粘度越低，越有利于减阻剂起作用。 管输的流速越快，管径越小，雷诺数越大，紊流程度越高，减阻剂作用发挥越好。但当流速过快，引起减阻剂降解时，减阻剂的减阻效率就降低。第76页/共98页第77页/共98页第四章 集输化学4）减阻剂的使用浓度 原油减阻剂有最佳的使用浓度。 减阻剂的浓度越高，可使减阻效率增加，但超过一定数值后，减阻效率提高幅度减小。因此，原油减阻剂应有最佳的使用浓度。第78页/共98页第四章 集输化学第79页/共98页第四章 集输化学第四节 天然气处理天然气：从地层采出的可燃气体。 它主要含饱和烃气体（如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等）并含少量非烃气体

26、（如二氧化碳、硫化氢、硫醇等） 从气田产出的天然气叫气田气 从油田产出的天然气叫油田气（也称伴生气）。第80页/共98页一、天然气脱水 1天然气脱水的必要性 水蒸汽存在的危害性：（l）在硫化氢和二氧化碳等酸性气体存在下，水蒸汽的冷凝可使管道产生严重腐蚀。（2）天然气可与水在一定条件下生成水合物堵塞管道。（3）用低温分离法回收天然气中的轻烃时，水蒸汽冷凝成水后结冰，也可引起管道堵塞。第81页/共98页2天然气含水量表示法 绝对湿度： 单位体积天然气中所含水蒸汽的质量，单位为gm-3 。 相对湿度： 天然气的绝对湿度与天然气中水蒸汽的饱和含量的比值。 水露点： 在一定压力下，与天然气绝对湿度相等的

27、天然气中水蒸汽的饱和含量所对应的温度。第82页/共98页可以看出： 温度越低，压力越高，天然气中水蒸汽的饱和含量越低第83页/共98页3天然气脱水法（l）降温法 随着天然气温度的降低和压力的升高，天然气中水蒸汽饱和含量降低，因此可用降温法或先增压后降温法脱除天然气的水蒸汽。天然气降温脱水所达到的温度必须比管站天然气的水露点低5-7 （2）吸附法 用吸附剂脱除天然气中水蒸汽的方法 吸附剂：比表面大、孔隙度大，对水有选择性、热稳定、化学稳定、有一定机械强度、易再生使用、来源广、成本低的固体 活性氧化铝、硅胶、分子筛第84页/共98页第85页/共98页（3）吸收法 用吸收剂脱除天然气中水蒸汽的方法。 吸收剂：对水溶解度高、对天然气溶解度低、热稳定、化学稳定、粘度低、蒸汽压低、起泡和乳化倾向小、无腐蚀性、易再生使用、来源广、成本低