超声波对成垢离子的影响及防垢效果分析.pdf

《超声波对成垢离子的影响及防垢效果分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第12期余兰兰等．超声波对成垢离子的影响及防垢效果分析超声波对成垢离子的影响及防垢效果分析余兰兰孙旭蕊王宝辉关晓燕(东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省高校重点实验室，黑龙江大庆163318)摘要阐述了超声波防垢机理，通过实验研究单、双超声波时成垢离子浓度和防垢效果的影响。结果表明过滤和未过滤的水质中成垢离子浓度存在差异，证明溶液中存在微晶。揭示了超声波抑制成垢离子向微晶转化减缓微晶增长为沉淀的趋势，降低了结垢速度。双超声波防垢率低于单超声波，说明超声波不能简单地叠加使用。关键词超声波防垢微晶中图分类号TQ021文献标识码A文章编号1000—3932(20

2、12)12—1599-05油田管道结垢严重影响着采油设备的运行，极大地增加了油田开发成本¨’2。。结垢现象引起了人们的高度关注，已将防垢作为解决油田结垢问题的重点方法进行研究。超声波防垢是一种操作简单、效率较高的防垢方法。其优点是可连续在线工作、自动化程度高、工作性能可靠、不需要化学药剂及元环境污染等∞。。笔者通过对过滤和未过滤水质中成垢离子浓度进行比较，从微晶的角度对超声波防垢机理进行分析，并对超声波防垢率进行测定，推动防垢方法向着无磷无氮、绿色环保的方向发展。1实验1．1成垢离子浓度测定向实验装置中注入蒸馏水，加入5009氯化钙、5009碳酸钠固体粉末，待溶

3、液沉积0．5h后，进行加热，分别对实验水质进行单超声波、双超声波处理和空白对比实验。20～70。C每隔5℃作为一个测试点，进行过滤和未过滤水质离子ca“、CO，2。、HCO，一浓度测定H’5。。1．2超声波防垢性能测定挂片于上述单超声波、双超声波处理和空白水质中分别静置6h，取出后计算其单位面积结垢速率、平均结垢速率和平均防垢率。2过程与讨论2．1超声波对成垢离子的影响2．1．1无超声波实验碳酸钙水溶液中存在悬浮于溶液中的不稳定过渡物质——碳酸钙微晶∞1。在溶液过饱和状态变化时(温度的升高)，微晶将转化为离子化合物，以晶体形式形成沉积垢，当溶液由过饱和状态转化为

4、不饱和状态时，微晶则溶解，分散为溶液中的离子状态¨o。未开启超声波发生器时Ca“、CO，“和HCO，一浓度变化分别如图1～3所示。由图1可知，未过滤的离子含量要高于过滤液体中的离子含量。随着温度的升高，二者有越来越接近的趋势，说明液体中有微晶的存在，并有向离子或沉淀转化的趋势。70℃时，过滤与未过滤溶液中Ca“含量非常接近，说明微晶已经形成沉淀。即微晶随着温度的升高，逐渐转化为沉淀。由图2、3可知，CO，。与HCO，一浓度变化符合ca2+变化趋势，均随温度升高，溶解度逐渐降低。同时，由于微晶的存在，未过滤的液体中CO；。与HCO，一含量均高于过滤液体。i一的{越

5、燃№趟毁图1无超声波Ca2+浓度变化收稿日期：2012-08-12化工自动化及仪表第39卷o●∞昌魁强“犍骚澍整■●昌越矮№褪罂捅斑崔图2无超声波C0，2一浓度变化图3无超声波HCO，一浓度变化2．1．2单超声波实验开启单超声波发生器时ca“浓度变化如图4所示。由图4可知，在单超声波作用情况下，对于未过滤溶液，温度较低时，无超声波Ca“浓度较高。45℃时无超声波钙离子含量急剧下降，当温度高于50。C时，超声波作用下的Ca2+浓度明显高于无超声波。由于晶体生长可分为4个步骤：溶液中晶体析出，并产生拟稳态晶胚；壁面上形成稳定的晶核；晶核生长；连片成垢¨’91。其中任

6、何一个环节受到阻滞都会引起结垢过程的延缓，达到阻垢、除垢的效果。超声波作用下过滤与未过滤的离子浓度差明显高于无超声波，说明在超声波作用下，垢晶状态发生改变，并由于超声波的剪切作用，在液体、垢层和管壁之间形成剪切力，直接导致垢层疲劳、松动和脱落，从而延缓了微晶成垢的过程，使微晶含量增加，所以温度较高时超声波作用明显。过滤后的ca2+浓度整体变化不大，说明在过滤过程中，大量的微晶被过滤掉，导致滤液浓度基本不变。o●{魁强m键蟾图4单超声波Ca“浓度变化CO，2。和HCO，一浓度变化如图5、6所示。由图5可知，单超声波实验中CO，。浓度较空白实验CO，2一浓度低，随温

7、度变化的趋势也有所不同，空白实验为随温度逐渐降低，单超声波实验中，CO，2一浓度总体变化不大，说明超声波阻止了CO，2一形成沉淀，可以使拟稳态晶胚生长阻滞，使晶胚生长不能超过临界尺度，不能生成稳定生长源，或使稳定生长源数量大大减少，诱导期延长，抑制了CO，“向微晶转化的过程。乙●暑魁蛏m键罪懿璀0●曼瑙蛏m褪疆埔镒璀图5单超声波CO，2一浓度变化图6单超声波HCO，一浓度变化第12期余兰兰等．超声波对成垢离子的影响及防垢效果分析由图6可知，单超声波实验中，HCO，一浓度与空白实验中的趋势大致相同，未过滤时呈下降趋势，过滤后总体呈上升趋势，并且在单超声波下，过滤后

8、HCO，一含量明显高于空