第九章脱氧剂
第一节基本性质一、脱氧目的
油田污水或注水系统中溶解有O
2，在腐蚀电化学反应中O
2
作为去极化剂夺取钢铁表面的自由电子，
在浓度非常低的情况下能导致严重腐蚀。
二、脱氧方式
目前国内外油田针对水中溶解氧的去除一般采用机械脱氧和化学脱氧两种方式。真空状态下脱除溶解在水中的氧称为机械脱氧，所用设备为脱氧塔。机械脱氧一般可以将氧气含量降至0.05ppm以下，再通过化学脱氧法进一步脱除氧气；化学脱氧是在水中投加化学药剂，药剂与氧反应生成无腐蚀性产物。
1 机械脱氧
在将海水作为注入水注入地层时，由于海水的矿化度高（8000mg/L左右），含氧量（0.1MPa、25℃溶解氧8ppm）比生产水高等特点，对氧气的控制严格。
为脱除海水中存在的对注水流程、井身及地层有害的溶解氧和其它气体，海水处理系统必须设置脱氧装置，脱氧塔装置一般由二级脱氧塔、真空泵、分离罐、空气提射器及其它配套管系、压力表和安全阀等构成。（见下图）
图10-1 明珠号脱氧塔侧剖面图
2 脱氧塔一般具有真空脱气和化学脱气两种功能
2.1 真空脱气
真空脱氧的基本原理是，依靠真空设备提供的真空压力，降低塔内的气体分压，使海水中溶解的气体逸出，并被抽出，从而达到除去海水中的溶解气体的目的。一般真空脱氧可以使海水中含氧量降到0.05mg/L以下。
2.2 化学脱气
为使海水中的含氧量达到注水要求的0.01mg/L以下，还必须进一步采用化学脱氧方法。
3 化学脱氧
3.1 化学脱氧原理
能除去水中溶解氧的化学药剂叫除氧剂，除氧剂都是还原剂。利用脱氧剂与氧气反应而消除氧气，生成无腐蚀性产物，脱氧剂与溶解氧的反应速度缓慢，一般需要加入催化剂，如钴离子、镍离子等。3.2 常用脱氧剂
常用的脱氧剂有：亚硫酸盐、二氧化硫、联氨等。
3.2.1 亚硫酸钠或亚硫酸氢铵：
注入
在正常操作温度下，亚硫酸钠或亚硫酸氢铵与氧的反应通常是非常慢的，因此，一般需要加催化剂。
硫酸钴是最常用的一种催化剂。以Na
2SO
3
为例反应方程式如下：
2Na
2
SO
3
＋O
2
→2 Na
2
SO
4
理论上需要8ppm Na
2SO
3
与1 ppm的O
2
起反应，实际上常用的比率是10：1。
3.2.2 二氧化硫
2SO
2＋ 2H
2
O＋O
2
→2 H
2
SO
4
在这一反应中，1ppm的氧需要消耗4ppm的SO
2
。与亚硫酸钠一样，这种反应通常需要某些化学物质如硫酸钴作为催化剂。二氧化硫是气体，它比亚硫酸钠价格低，用量也较少，但它用得不像亚硫酸钠那样普遍。不过，在需要大量脱氧剂的地方还常常使用。使用二氧化硫作脱氧剂时，不能过量，否则会降低水的PH值，产生腐蚀。
3.2.3 联氨（肼）
N 2H
4
＋O
2
→N
2
＋2 H
2
O
在这一反应中，1ppm的氧需要1ppm的N
2H
4
。在正常操作温度下，联氨与氧的反应非常慢，油田一
般不使用。由于联氨在90℃以上时会迅速地与氧发生反应，因此主要用于高压锅炉。
三、水中氧含量的测定
目前有溶解氧测定仪法、野外快速比法等。现场测定一般用后一种方法，具体操作步骤为：
1 取样
测溶解氧含量的实验最关键的是取样。取样的流程(从取样点到取样杯)必须是密闭的,  取样时，取样杯必须保持直立，并且底部与由惰性材料构成的取样管联结到取样点。取样管须用304或316型号的不锈钢，或带有短的氯丁橡胶接头的玻璃管。不能用铜管线，很长的氯丁橡胶管线还有其他的高聚物材料的管线都是不允许的。
2 测试步骤
为了去除水样中的气泡，取样管线应在系统温度下以最大流速进行冲洗。新的取样系统应至少清洗数小时，而经常使用的系统则可以只要几分钟。在系统得以完全清洗后，将流量减小到500～1000毫升每分钟，并冷却至环境温度。
把测试小管尖端朝下插入取样管底部。轻轻压断尖头，测试小管将被水样充满。
将测试小管尖头迅速翻转朝上以混合水样和试剂，并擦干测试小管外壁。比读数必须在30秒内完成。
将测试小管靠近标准比板进行读数；如果颜太浅则将平头端插入比管中，将比管朝向光源，从底部读数。转动比管到与测试小管颜最接近的颜读取数值。如果测试小管的颜介于两个标准颜之间，可以估计读数。
第二节、脱氧剂的评选方法
一、实验室评价方法
1 评选实验的相关试剂、材料、仪器
碱性碘化钾溶液：取35gNaOH溶解在50ml水中，取15g碘化钾溶解在20ml水中，再将两种溶液混合并稀释到100ml；
磷酸溶液：稀释1＋1；
硫酸锰溶液：340g/L；
淀粉溶液：新配制10g/L溶液；
碘化钾标准溶液：0.01mol/L，按照GB601制备；
硫代硫酸钠标准溶液：0.01mol/L，按照GB601制备；
氮气：99.99%；
溶解氧测定仪：测量范围0～20mg/L，精度0.01 mg/L；
恒温水浴：控制精度±1℃；
微孔薄膜过滤试验仪：BG-1型或同类产品；
电磁搅拌器：无级调速；
试样瓶：2500～5000ml细口瓶；
烧杯：250ml，1000ml；
测试瓶；
量筒：100ml，分度1ml。
2 评选脱氧剂应进行以下七个方面的工作
（1）不同药剂在同一加药浓度下的脱氧效果；
（2）同种药剂在不同加药浓度下的脱氧效果；
（3）在催化剂的作用下，相同配比（催化剂：脱氧剂）不同药剂的脱氧速度和效果筛选；
（4）在催化剂的作用下，不同配比（催化剂：脱氧剂）同种药剂的脱氧速度和效果筛选；
（5）溶解性实验；
（6）配伍性实验；
（7）脱氧剂水溶液浓度稳定性。
通过评选，最终选取性价比最优的脱氧剂，并确定最佳加药浓度，以及催化剂、脱氧剂的最佳配比。
3 脱氧剂评价方法：
（1）现场取样时，先将取样桶充满氮气；打开取样口阀门，以5－6L/min的速度畅流3min后开始取样，取样桶溢流3～5min后迅速旋紧桶盖；
（2）所有样品的转移操作应在氮气保护下进行；
（3）将定量的水样转入试样瓶（预先充满氮气），并置于恒温水浴中，控制温度与取样温度一致，恒温15min；
（4）从试样瓶取一定量的水样转入测试瓶中，按照GB 7489或GB 11913操作步骤测定水样中溶解氧浓度；
（5）根据上一步测得的结果，计算脱氧剂的理论用量；
（6）按理论用量过量20％加入脱氧剂溶液至试样瓶中，充分混合；
（7）每间隔5～10分钟，测定水样中剩余溶解氧浓度。按下式计算除氧率：
X＝（C
-C）/C×100％
式中：X:  脱氧率，％
C
：未加脱氧剂时水样中溶解氧浓度，mg/L
C：加脱氧剂后水样中剩余溶解氧浓度，mg/L
（8）收集数据，在直角坐标系中作出脱氧量－时间曲线。
4 催化剂作用下的脱氧剂评价
（1）将催化剂和脱氧剂按照设计比例加入到测试瓶中；
（2）按照脱氧剂评价方法（SY/T5889-93），对药剂效果进行评价，计算最终脱氧量；
（3）使用溶解氧测定仪对加药后水样的脱氧速度进行实时监控和记录，计算脱氧率。
5 溶解性实验
在100ml的水样中（现场水样用定性滤纸过滤），加入10g-15g的脱氧剂，置于电磁搅拌器上搅拌10分钟，静置观察现象，形成基本透明的溶液说明脱氧剂为易溶，有相分离和沉淀说明脱氧剂为难溶。
6 配伍性实验
（1）在经定性滤纸过滤的水样中（水样A），按照现场使用浓度加入其它水处理药剂，混匀（水样B）；（2）取一份水样B，根据其溶解氧量加入所需脱氧剂（水样C）；
（3）取水样B、C各100ml于两支比管中，在室温或取样温度下静置24小时，观察外观现象进行比较；
（4）取水样B、C1000－3000ml，按SY 5329规定测滤膜系数，分别记做MFB和MFC；
（5）测脱氧率分别记做XA、XB；
（6）外观一致、无变化、MFB<MFC、XA<XB，配伍性好；
（7）外观改变、MFB>MFC、XA>XB，配伍性不好。
7 脱氧剂水溶液浓度稳定性
（1）配比10％（质量比）脱氧剂溶液于烧杯中；
（2）参照该脱氧剂产品标准中有效成分含量的测定方法，取样分析放置不同时间后溶液的有效浓度。时间间隔为0、1、2、4、6、8、12、24小时；
（3）按下式计算有效浓度存留率：
×100％
Z=C/C
式中：Z：脱氧剂水溶液有效浓度存留率，％
C：脱氧剂水溶液放置一定时间后的有效浓度，mg/L
：脱氧剂水溶液的初始有效浓度，mg/L
C
（4）收集数据，在直角坐标系中作出有效浓度存留率－时间曲线。
8 脱氧剂现场实验
8.1 实验前期准备工作
应包括以下方面：

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