干度在线监 测技术在油田注汽锅炉中的应用分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2013年3月第35卷第3期JournalofOilandGasTechnology(j．JPI)Mar．2013Vo1．35No．3干度在线监测技术在油田注汽锅炉中的应用分析刘亚非(中石化河南油田分公司第二采油厂，河南南阳473400)[摘要]分析了注汽锅炉干度测量与控制现状，介绍了干度在线监测系统的基本原理和结构、主要功能和性能指标，给出了干度在缀监测系统的优点并进行了效益评价。对油田注汽锅炉的管理有一定的指导意义。’[关键词]注汽锅炉；干度；

2、在线监测；控制；水火跟踪[中图分类号]TE357．4[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2013)03—0290—03油田注汽锅炉在稠油开采中被广泛应用，干度是注汽锅炉运行和稠油生产过程中的一个重要的参数，通过生产出一定干度的蒸汽并将其注入地层，可以降低稠油黏度以便将稠油采出。测量蒸汽干度的有效方法有化学化验法、热力学法和非热力学法等。但迄今为止，在干度测量和控制方面仍然无法实现稳定的在线实时监测和控制。1注汽锅炉干度测量与控制现状1)测量方面由于没有可靠的干度传感器，对于湿蒸汽干度测量还主要依靠人工化验

3、来实现。尽管目前有一些应用电化学方法来实现湿蒸汽干度在线测量的仪器，但是由于该类仪器工作稳定性以及对现场变化的适应性较差，可靠性较低，不适合用于湿蒸汽干度自动化控制。2)控制方面注汽锅炉是一种热惯性很大的热力系统，该热力系统的热惯性通常可达15～25min。另外，在锅炉的运行过程中，其迟滞时间变化较大，这都给干度自动化控制带来了较大的困难。根据自动化控制理论和实践，这样的热力系统基本上属于不可控制的，即便有可靠的干度传感器也基本上无法以常规的闭环控制手段来达到控制目的。由于以上因素的存在，目前注汽锅炉干度控制仍处于一

4、种基本上属于手动控制的状态，即以所谓“水火跟踪”的方法来进行控制。尽管“水火跟踪”方法在一定程度上满足了油田开发要求，但是由于其在原理上存在缺陷，控制稳定性较差、不易操控，存在着较大的安全隐患。此外，由于“水火跟踪”控制系统不稳定，湿蒸汽干度很难达到较高的水平，为了提高注汽质量进而提高产油量，只能以汽水分离方法来提高蒸汽干度，造成了较大能源与水资源的浪费。2干度在线监测系统的基本原理和结构2．1基本原理根据热力学理论，锅炉的干度是与(单位质量)湿蒸汽的焓相关的，它的焓决定了湿蒸汽的干度。测量湿蒸汽干度的方法是将待测湿

5、蒸汽样品和冷却水引入到一个绝热的换热器中，在换热器内冷却水冷却待测湿蒸汽并使蒸汽降温相变为凝结水，根据能量平衡原理求解出待测湿蒸汽的干度，通过计算机系统比较求解实现在线测量。因此实现燃油量对湿蒸汽焓的准确(PID调节)跟踪，就能够实现对湿蒸汽干度的测量和稳定控制。[收稿日期]2012—03—11[作者简介]刘亚非(1977一)，男，2003年大学毕业，工程师，现主要从事稠油热采开发工作。学兔兔www.xuetutu.com第35卷第3期刘亚非：干度在线监测技术在油田注汽锅炉中的应用分析根据热力学理论，一定压力下，单位

6、质量饱和水与饱和汽的焓(能量的一种存在形式)=．、是一定的，且为压力的一一对应函数，可以分●别用两条曲线来描述，如图1所示。图中饱和王簸水与饱和蒸汽的焓是关于压力的函数。其余分壤别为干度为3O、5O和8O湿蒸汽焓关于压力的曲线。从图1可以看到，一定干度的单压力．／MPa位质量湿蒸汽，它的焓是随着压力变化的。因此要产生一定干度的湿蒸汽，就必须根据压力图1千度为30％、50％和8O％湿蒸汽焓关于压力的曲线的变化为之提供热能，这样才能够使湿蒸汽干度稳定。目前计算机技术已经非常普及和可靠，通过计算机描述和计算出湿蒸汽的焓非常

7、简便。因此，通过计算机精确计算出湿蒸汽的焓，在精确测量燃油流量前提下，以燃油流量对湿蒸汽的焓按一定比例进行精确(PID调节)跟踪，就实现了湿蒸汽干度的稳定控制。该数字化控制系统与水火跟踪系统进行比较，在水火跟踪控制系统控制下，湿蒸汽干度的波动范围通常可高达±2O左右。在水火跟踪系统中影响因素有湿蒸汽压力、雾化压力、燃油压力、给水温度变化，以及阀门开度的非线性等，而在数字化控制系统中所采用的是“燃油流量对湿蒸汽焓的跟踪(可称之为焓火跟踪)”，这种方法完全克服了以上所有这些因素对湿蒸汽干度的影响，进而达到稳定控制的目的，

8、其干度相对波动可以控制在±2～3个百分点以内。2．2基本结构-系统基本结构如图2所示。系统采用PLC+触摸屏控制，实现数据的自动采集和记录，系统发生偏差时控制系统@。。团亘自动调整。V型内锥节流装置是2O世纪80年代中期发展起来的一种新型节流装置，该装置较现有节流装置具有较大的进步，图2系统结构图它的性能在很多方面都优于现有节流装置。由于它测量