体积变化式测量蒸汽干度的研究与应用

代金阳 郭占军 陈贵军

摘要：蒸汽干度是注汽锅炉经济安全运行的重要参数，本文以体积变化式测量蒸汽干度的方法类型，从工作原理、装置组成、技术性能等方面进行介绍，根据介绍特点可应用到注汽锅炉中使用。

关键词：注汽锅炉;蒸汽干度;体积变化式

1 引言

稠油热采中广泛使用注蒸汽方法（包括蒸汽吞吐和蒸汽驱）。注汽锅炉产生的是干度低于80%的湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽是汽水两相混合物，由饱和水和饱和蒸汽组成，其中饱和蒸汽与湿饱和蒸汽的重量百分比叫干度，干度的大小不仅影响锅炉的安全运行，而且直接关系到稠油开采效果。蒸汽干度过低，无法满足注汽井热量要求，加热降粘效果不明显，不能有效提高地下油层稠油的流动性，不能有效增加地层能量，干度过高时，湿饱和蒸汽中水相减少，不能及时带走锅炉给水中的结垢物质，导致锅炉炉管内壁结垢，降低锅炉的热效率，甚至会危及设备安全运行，发生爆管事故，因此，蒸汽干度是注汽锅炉经济安全运行的重要参数。

2.蒸汽干度自动检测原理

在注汽锅炉正常稳定运行的过程中，锅炉给水量、锅炉输入热量、锅炉热效率、湿饱和蒸汽温度、湿饱和蒸汽压力、湿饱和蒸汽体积等参量存在固定的函數关系，具体体现在蒸汽干度监测段附近时，可将各参量之间的依存关系概括为：

由上式可知，在给水流量、蒸汽压力、蒸汽温度、检测段压差可测量的情况下，可以利用各参数之间存在的唯一确定的函数关系，通过测量某一瞬时的其他四个参数的量值即可计算获得检测段处饱和蒸汽的实时干度。

在影响蒸汽干度的各项参数中，锅炉给水流量和锅炉输入热量是直接可控的，利用可编程控制器（PLC），以给水流量和燃料量为控制参数，以蒸汽干度为目标参数，基于离散传输函数的大惯性系统自动控制算法，得出控制参数的调节值并进行实时调节，将目标参数——蒸汽干度控制在设定值范围内，从而实现了蒸汽干度的实时检测与自动控制。其控制原理见下图：

2.1装置组成

装置由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括干度信号发生器、差压变送器、压力变送器、温度传感器、控制柜、检测段等主要部分;软件部分包括蒸汽运行及过热状况实时检测系统和蒸汽干度双闭环控制系统。

2.2技术性能及指标

（1）实现注汽锅炉蒸汽干度的实时检测与自动控制;

（2）注汽锅炉干度在线实时检测绝对误差≤2%;

（3）控制蒸汽干度与目标值误差≤1.5%;

（3）注汽锅炉安全运行预警;

（4）实现运行数据的储存、查询、打印、拷贝、曲线分析和远传;

（5）自动控制、手动控制可切换。

2.3实施方法

为了验证蒸汽干度测控装置的检测准确性与控制可靠性，将人工酸碱滴定法测得的干度与系统自动检测获得的干度数据进行了同步对比。需要说明的是，人工酸碱滴定法测试蒸汽干度的准确度受工人操作水平、个人经验、视觉误差等各方面影响，为消除上述因素的影响，在试验期间特别安排技术熟练的操作人员进行蒸汽干度检测，以固定人员、严守规程、重复验证的方式消除人工操作可能造成的误差，自动控制目标干度为72%。

由对比数据可以看出，稠油注汽锅炉蒸汽干度测控装置可以对蒸汽干度进行实时检测与调控，将蒸汽干度控制在目标值附近±2%的范围内，与人工测试结果的平均偏差为1.2%，具有良好的精确性。

3.结论

（1）注汽锅炉蒸汽干度测控装置在国内首次应用“体积变化式”干度检测方法，实现了蒸汽干度的实时检测与自动调控功能，是锅炉自动化控制技术的一项重要技术突破。

（2）该装置具有较高的干度检测精度和良好的自动控制功能，在保证蒸汽质量的同时降低了现场操作工人的劳动强度，具有良好的社会效益。

（3）该装置具有一定的节能效果，具有良好的经济效益，推荐在稠油区块油田生产注汽锅炉上推广应用。

参考文献：

[1]王凤柱.《现代油田最新热注技术实用百科全书》.北京：石油工业出版社，1988：6～25.

[2]童钧耕.《热工基础》.北京：高等教育出版社，2009年6月.

作者简介：

代金阳，郭占军，陈贵军，辽河油田锦州厂