探讨油田缓蚀阻垢剂作用机理与应用

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1、探讨油田缓蚀阻垢剂作用机理与应用中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院郁登朗摘要：油田生产过程中的传质传热设备多采用碳钢和不锈钢材料，随着生产用水的水温和PH值的变化，结垢严重，会对管道和设备造成严重的腐蚀。结垢会降低换热器换热效率，腐蚀会造成设备管道和换热器腐蚀穿孔。木文简要分析了缓蚀阻垢机理，探讨了目前缓蚀阻垢剂的常见类型及应用。关键词：缓蚀阻垢剂；机理；类型；应用油H生产过程中的传质传热设备多釆用碳钢和不锈钢材料，生产用水多采用地下水。以地下水作为循环水的补充水时，由于其一般属于高含盐量、高硬度、高碱度的三高水质，其中的Ca2+,Mg2

2、+等腐蚀性离子，随着水温和pH值的变化，结垢趋势严重，会对管道和设备造成严重的腐蚀。结垢会降低换热器换热效率，腐蚀会造成设备管道和换热器腐蚀穿孔，引起系统的输水管线、水冷设备损害或使用寿命缩短，还会造成水冷气泄漏，引起工艺介质的污染或造成计划之外的停车事故等。开发在苛刻条件下仍能发挥高效作用的缓蚀阻垢剂，对油田生产具有重大的经济和社会效益。1缓蚀阻垢机理循环冷却水系统中的缓蚀阻垢方法较多，化学方法是现代工业的主要方式。其机理是缓蚀阻垢剂通过螯合与分散作用达到缓蚀阻垢的目的。螯合作用是由于阻垢剂带有的基团能与金属离子形成配位键，生成一种环状螯

3、合物，将易结垢离子在未析出之前稳定在水中，阻止晶核K：大，而起到阻垢作用。分散作用则是由于高分子阻垢剂带有很多负电基团，可吸附CaC03及CaS04等细小微粒，阻止晶核继续生长。但高分子阻垢剂相对分子质量要小一些，如果太大，吸附架桥作用明显，将变成混凝剂，起不到阻垢作用。2缓蚀阻垢剂类型2.1聚天冬氨酸类聚天冬氨酸（PASP）无毒、无刺激、可生物降解、对环境无害，兵有聚阴离子表面活性剂的特征；水解后的聚天冬氨酸能螯合钴、镁、铜、铁等多价金属离子，具有优良的阻垢缓蚀和分散作用。聚天冬氨酸在与金属原子作用时能使其离开平衡位置，引起势能的增加，稳

4、定性降低，对其物理和化学性质产生影响，使其晶格畸变。例如使金属机械强度降低等。聚天冬氨酸在中性条件下与金属表面的物理吸附会向更稳定的化学吸附转化，达到较好的缓蚀阻垢性能。采用尿素和马来酸酐为原料合成了聚天冬氨酸，结果表明pH值越大，金属离子与聚天冬氨酸上N原子的作用能力越弱。将聚天冬氨酸与钨酸钠进行复配后，由于有机膜与无机膜的互补使得缓蚀性能大大增加。在聚天冬氨酸结构中引入羧基可以提高其缓蚀阻垢率，而引入磺酸基则会降低其缓蚀阻垢率。研究发现在加药质量浓度4mg/L时，含羧基聚天冬氨酸衍生物的缓蚀阻垢率比聚天冬氨酸的阻垢率提高了4%左右。聚天

5、冬氨酸、钨酸钠和锌盐对铜的缓蚀阻垢具有协同作用，阻垢效率达94%，缓蚀效率达94.2%。钨酸钠与聚天冬氨酸组合吋，对聚天冬氨酸分子奋一个压缩效应，可增加奋效覆盖面积；钨酸根在溶解氧存在下生成钝化膜，且在那些未被聚天冬氨酸分子覆盖的金属表面，起到有机与无机膜的互补作用。聚天冬氨酸是一种经济环保、可生物降解、能在高浓缩循环水中稳定运行、节水节能、能够安全用于循环水系统的良好缓蚀阻垢剂。但聚天冬氨酸的应用主要是奋机膜与无机膜互补，在奋机膜与奋机膜的协同研究上比较罕见，应引起研究人员的注意。2.2奋机膦类奋机膦酸尤其是含氮烃基膦酸具奋类似氨基酸的结

6、构，对金属具有相当好的螯合作用，因此是一类常用的缓蚀阻垢剂。含磷有机缓蚀阻垢剂由于具有良好的化学稳定性，一定条件下和其他水处理剂复合使用，能表现出理想的协同效应，兼具缓蚀和阻垢的作用，在工业水处理中应用非常广泛。N,N—二甲基甲叉二膦酸（DMMP）具有良好的阻垢性能，相同条件下，DMMP抑制碳酸钙垢以及缓蚀的能力均优于常用水处理剂羟基亚乙基二膦酸（HEDP）和乙二胺四甲叉膦酸（EDTMP）。DMMP能在较高的pH环境中使用，其缓蚀性能随浓度增加而增人，与无机缓蚀剂钼酸钠复配后，冇很好的协同增效作用。2.3聚环氧琥珀酸类聚环氧琥珀酸是国外20

7、世纪90年代初研制成功的绿色水处理药剂。由于其兼有缓蚀、阻垢双重功能，热稳定性能好，无磷非氮，环境友好，代表了水处理剂的发展方向，已成为国内外水处理剂研制、开发的热点。聚环氧琥珀酸优势明显，国内起步晚，但近年来发展迅速。如胡晓静等用衣康酸均聚物与聚环氧琥珀酸、含羧基聚天冬氨酸衍生物以及葡萄糖酸钠合成了一种以抑制阴极极化为主的混合型缓蚀阻垢剂。在电子显微镜下观察该混合型缓蚀阻垢剂处理过的碳钢表面，发现其完整而光滑，缓蚀阻垢率可达96%〜97%。2.4木质素磺酸钠类将造纸厂废渣污泥中的木质素磺化而得到的木质素磺酸钠，可生物降解、价格低，且具有一

8、定的缓蚀阻垢性能。木质素磺酸钠与奋机磷、锌盐、苯并三唑等具有较好的协同作用，复配可明显提高苏缓蚀阻垢性能,而II能够降低有机磷含量，减少磷排放导致的水体富营养化，对减少环境污染、