卤水管道中影响碳酸钙垢溶解度的因素及规律_于剑峰

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前言 目前， 有很多井矿盐、 卤水生产企业采用管道输
由于压力、 温度、 盐效应等 送卤水。 在输卤过程中， ， ， 因素的影响 极易造成管道表面结垢 常导致管线阻
收稿日期： 2011 － 05 － 31 作者简介： 于剑峰（ 1974 － ） ， 男， 吉林蛟河人， 中国石油大学（ 华东） ， 讲师， 主要从事化学、 盐化工等领域的研究。
公司） ； 恒温水浴（ 龙口市先科仪器公司 ） ； 鼓风干燥 箱（ WA － 5000 ， 重庆鑫勤试验仪器有限公司 ） ； 气流 烘干器（ 英峪仪器厂 ） ； 精密 pH 计 （ PHS － 3C ， 上海 精密科学仪器有限公司） ； 磁力加热搅拌器 （ 79 － 1 ， 江苏金坛市金城国胜实验仪器厂 ） 。 2． 1． 2 试剂 CaCO3 ， NaHCO3 ， NaOH， HCl， EDTA， 无水 CaCl， NH4 Cl， NaCl， Na2 CO3 等均为分析纯； 钙羧酸指示剂 （ 国药集团化学试剂有限公司） 。 2． 2 2． 2． 1 实验方法 条件影响实验
于剑峰， 霍
pH 值及盐浓度） 及其规律。碳酸钙的溶解度随着 碳酸钙溶解度（ 用 Ksp 表征） 的因素（ 温度、 pH 增大而减小， 温度升高、 当盐浓度为 50 g / L 时， 碳酸钙的溶解度最大。 针对江汉油田盐化 工总厂的卤水水质情况 ， 理论分析和实验规律结合 ， 确定了其卤水输送的阻垢条件 ， 建立了预 防卤水输送管道的碳酸盐结垢的研究方法 ， 成功解决了碳酸钙类结垢的问题 。 关键词： 碳酸钙； 结垢； 影响因素； 盐效应 文献标识码：A 文章编号：1673 － 6850 （ 2011 ） 04 － 0020 － 04
图1 温度对 CaCO3 在纯水中的 K sp 的影响
3． 1． 2
温度对碳酸钙在 NaCl 溶液中溶解度的影响 碳酸钙溶解度随温度的变化规律结果见图 2 。
准确称取一定量经 105 ℃ 干燥后的碳酸钙平行 试样 数 份 于 100． 00 mL 容 量 瓶 中。 加 入 固 定 量 NaCl、 恒定 pH 值（ 实验以江汉油田盐化工总厂的卤 水 NaCl 含量和 pH 值的平均结果为准， 纯水中的影 响实验不加 NaCl ） ， 用去离子水定容并旋摇， 使其充 分溶解。将其分别置于不同恒温水浴中恒温 （ 恒温 期间不断取出旋摇、 溶解 ） 30 min。 取出容量瓶， 迅 速用恒温并恒重过的定量滤纸过滤 。将滤纸及滤出
2006 ： 73 － 纪水利工程科技前沿论文集， 天津： 天津大学出版社， 77． ［ 2］ 屈函． 天津市滨海新区海水淡化产业发展前景浅析［ J］． 中国发 2009 ， 9 （ 3 ） ： 19 － 22． 展， ［ 3］ 贺华， 王学魁． 淡化后浓海水蒸发浓缩析盐规律研究 ［J］． 盐业 2009 ， 39 （ 2 ） ： 3 － 7． 与化工， ［ 4］ 左秉坚． 制盐工业手册［M］． 北京： 中国轻工业出版社， 1994 ： 105 － 106．
于剑峰等： 卤水管道中影响碳酸钙垢溶解度的因素及规律
［1 ］ 流、 设备损坏等问题， 严重影响输卤生产和效益 。 多数情况下， 卤水输送管道的结垢主要是碳酸盐垢
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物一起置于 80 ℃ 恒温干燥箱中干燥 10 h 后取出称 重。滤液用 EDTA 标准溶液滴定。根据实验数据计 算碳酸钙在不同温度时的 K sp 。 2． 2． 2 盐效应和介质 pH 值影响实验 pH 值（ 用稀盐酸 按 2． 2． 1 实验方法， 恒定温度、 pH 计测定 ） ， 改变 NaCl 加 和 NaOH 溶液滴定调节、 入量（ 改变介质 pH 值 ） ， 根据实验数据计算碳酸钙 的 Ksp 以研究盐效应（ 介质 pH 值） 的影响规律。 3 3． 1 3． 1． 1 结果与讨论 温度对碳酸钙溶解度的影响 温度对碳酸钙在纯水中溶解度的影响 恒温平衡的时间 （ 8 h ） 一定， 介质 pH（ ≈7． 0 ） 、
［ 等温蒸发实验可知： 参考文献］ 1 ） 浓海水 30 ℃ 等温蒸发时硫酸钙析出点比自 ［ 1］ 练达仁． 天津市的多元化水资源结构与科技保障措施［C］． 新世 然海水稍向后推移， 其饱和浓度也较高， 原因可能是 海水淡化时加入了除垢剂所致。 2 ） 温度不同硫酸钙的饱和浓度也不同，以 100 ℃ 等温蒸发时硫酸钙的饱和浓度最小， 70 而 50 ℃ ， ℃ 时达到较高值。 3 ） 在实验的四种温度下， 氯化钠开始饱和析出 时， 硫酸钙的析出率均高于 80% ， 已经大量析出。
图2 温度对 CaCO3 的 K sp 的影响
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盐业与化工
第 40 卷 第 4 期 2011 年 7 月
图 2 显示在浓度为 50 g / L 的 NaCl 介质中碳酸 钙的溶解度 （ K sp ） 变化规律是随温度的升高而持续 增大， 与图 1 规律恰好相反。25 ℃ 时碳酸钙的 K sp
－8 为 5． 5 × 10 （ 比图 1 中同样温度下纯水中的 1． 3 × 10 － 8 大 4 倍多 ） ； 体系温度为 60℃ 时， 碳酸钙的 K sp －8 增大至 8． 8 × 10 （ 比图 1 中同样温度下纯水中约 －9 为 7 × 10 大了近 13 倍 ） 。 上述实验结果说明， 在
或 / 和硫酸盐垢构成
［2 ］
。 影响结垢的因素很多， 其
中一个重要的因素就是水的成分及类型 。当卤水呈 碱性或含有高浓度的碳酸根和钙 、 镁离子时， 只要环 就有形成碳 境条件发生变化影响沉淀 － 溶解平衡， ［3 － 4 ］ 。 迄今为止， 酸盐垢的趋势 尚未发现有关卤输 送水管道中环境条件对碳酸盐垢影响规律研究的报 导。 文章针对碱性卤水易形成碳酸盐垢 （ 以江汉油 田盐化工总厂的卤水的结垢特征为例， 其结垢形式 研究了盐效应、 为 96% 以上的碳酸钙） 的生产实际， 温度和 pH 值等因素和条件变化对碳酸钙溶解度的 影响， 为盐业和盐化工业生产过程中卤水输送管道 中碳酸钙型垢的预防和清除奠定理论参考依据和技 术数据基础。此研究结果已经在江汉油田盐化工总 厂的注水和采卤等输送管道的除垢、 防垢生产中得 到了成功应用。 2 2． 1 2． 1． 1 实验部分 仪器与试剂
（ College of Chemistry ＆ Chemical Engineering，China University of Petroleum， Qingdao，Shandong 266555 ，China）
Abstract： In view of influencing factors （ such as temperature，pH，salinity，etc． ） and the law on solubility （ expressing by Ksp） of CaCO3 scale is studied according to actual production problems in lose halogen pipeline in Salt Chemical Plant of Jianghan Oilfield． Results are the solubility of calcium carbonate with the rise of temperature decreases，and with the pH decreases． The solubility of calcium carbonate is the largest when NaCl concentration of 50 g / L． The brine conveying anti － scaling conditions are determined，and preventive brine pipelines carbonate scaling research methods are established，when theoretical analysis and experiment combination rule according to brine water conditions in Salt Chemical Plant of Jianghan Oilfield． This achievement has successfully solved the enterprise loses brine pipe of calcium carbonate scaling problems． Key words： calcium carbonate； scale formation； Influence factors； salt effect
+ － 阳离子热运动， 使 Na 和 Cl 的自由运动产生的盐 效应增强， 导致了 CaCO3 溶解度的增大， 而且体系 这种作用的现象越明显。此结果说明， 的温度越高，
－9 度为 50 ℃ 时， 碳酸钙的 K sp 仅为 8． 3 × 10 。结果说 明， 温度升高会促使 CaCO3 垢的生成。 因此， 在其
仪器 2CE － 1 型旋片式真空泵 （ 上海仪表 （ 集团 ） 供 销公司 ） ； 电子天平 （ ESJ120 度下输送清水可 有效预防碳酸钙垢的形成。
+ 中图分类号：TQ127． 1 3
Influencing Factors and the Law on Solubility of CaCO3 Scale in Saline Injection Pipe
YU Jianfeng，HUO Jing，TANG Shiming，YUAN Cunguang
+ － … 的 Na 和 Cl 相互之间的静电作用增强 ， 多以 “ + － + － Na · Cl · Na · Cl …” 的多离子缔合的离子团
50 g / L NaCl 介质中， 盐效应使得温度对碳酸钙溶解 度的影响极大。出现图 2 规律的原因， 可能是由于 低温（ 指室温） 下各种分子间作用力 （ 包括极性水分 水分子与阳离子的偶极 － 离子作用 子之间的氢键、 力和阴阳离子之间的静电引力等 ） 使体系以多离子 因而对难溶碳酸 缔合的离子团或离子束形式存在， 表现出的效果是碳酸钙的溶 盐的盐效应作用较弱， 解度相对较小 （ 但仍比纯水中大好多倍， 说明盐效 应的作用显著 ） 。 随温度的升高， 多离子相互缔合 的离子团或离子束因体系的内能增大而增加了阴 、