體積變化式測量蒸汽干度的研究與應用

代金陽 郭占軍 陳貴軍

摘 要：蒸汽干度是注汽鍋爐經(jīng)濟安全運行的重要參數(shù)，本文以體積變化式測量蒸汽干度的方法類型，從工作原理、裝置組成、技術(shù)性能等方面進行介紹，根據(jù)介紹特點可應用到注汽鍋爐中使用。

關鍵詞：注汽鍋爐；蒸汽干度；體積變化式

1 引言

稠油熱采中廣泛使用注蒸汽方法（包括蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)）。注汽鍋爐產(chǎn)生的是干度低于80%的濕飽和蒸汽，濕飽和蒸汽是汽水兩相混合物，由飽和水和飽和蒸汽組成，其中飽和蒸汽與濕飽和蒸汽的重量百分比叫干度，干度的大小不僅影響鍋爐的安全運行，而且直接關系到稠油開采效果。蒸汽干度過低，無法滿足注汽井熱量要求，加熱降粘效果不明顯，不能有效提高地下油層稠油的流動性，不能有效增加地層能量，干度過高時，濕飽和蒸汽中水相減少，不能及時帶走鍋爐給水中的結(jié)垢物質(zhì)，導致鍋爐爐管內(nèi)壁結(jié)垢，降低鍋爐的熱效率，甚至會危及設備安全運行，發(fā)生爆管事故，因此，蒸汽干度是注汽鍋爐經(jīng)濟安全運行的重要參數(shù)。

2 蒸汽干度自動檢測原理

在注汽鍋爐正常穩(wěn)定運行的過程中，鍋爐給水量、鍋爐輸入熱量、鍋爐熱效率、濕飽和蒸汽溫度、濕飽和蒸汽壓力、濕飽和蒸汽體積等參量存在固定的函數(shù)關系，具體體現(xiàn)在蒸汽干度監(jiān)測段附近時，可將各參量之間的依存關系概括為：

式中： — 蒸汽干度，%；

G— 給水體積流量，m3/h；

T— 濕飽和蒸汽壓力，MPa。

△P— 檢測段壓差，kPa；

P— 濕飽和蒸汽壓力，MPa。

由上式可知，在給水流量、蒸汽壓力、蒸汽溫度、檢測段壓差可測量的情況下，可以利用各參數(shù)之間存在的唯一確定的函數(shù)關系，通過測量某一瞬時的其他四個參數(shù)的量值即可計算獲得檢測段處飽和蒸汽的實時干度。

在影響蒸汽干度的各項參數(shù)中，鍋爐給水流量和鍋爐輸入熱量是直接可控的，利用可編程控制器（PLC），以給水流量和燃料量為控制參數(shù)，以蒸汽干度為目標參數(shù)，基于離散傳輸函數(shù)的大慣性系統(tǒng)自動控制算法，得出控制參數(shù)的調(diào)節(jié)值并進行實時調(diào)節(jié)，將目標參數(shù)——蒸汽干度控制在設定值范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)了蒸汽干度的實時檢測與自動控制。其控制原理見下圖：

2.1 裝置組成

裝置由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括干度信號發(fā)生器、差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器、控制柜、檢測段等主要部分；軟件部分包括蒸汽運行及過熱狀況實時檢測系統(tǒng)和蒸汽干度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.2 技術(shù)性能及指標

（1）實現(xiàn)注汽鍋爐蒸汽干度的實時檢測與自動控制；

（2）注汽鍋爐干度在線實時檢測絕對誤差≤2%；

（3）控制蒸汽干度與目標值誤差≤1.5%；

（3）注汽鍋爐安全運行預警；

（4）實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的儲存、查詢、打印、拷貝、曲線分析和遠傳；

（5）自動控制、手動控制可切換。

2.3 實施方法

為了驗證蒸汽干度測控裝置的檢測準確性與控制可靠性，將人工酸堿滴定法測得的干度與系統(tǒng)自動檢測獲得的干度數(shù)據(jù)進行了同步對比。需要說明的是，人工酸堿滴定法測試蒸汽干度的準確度受工人操作水平、個人經(jīng)驗、視覺誤差等各方面影響，為消除上述因素的影響，在試驗期間特別安排技術(shù)熟練的操作人員進行蒸汽干度檢測，以固定人員、嚴守規(guī)程、重復驗證的方式消除人工操作可能造成的誤差，自動控制目標干度為72%。

由對比數(shù)據(jù)可以看出，稠油注汽鍋爐蒸汽干度測控裝置可以對蒸汽干度進行實時檢測與調(diào)控，將蒸汽干度控制在目標值附近±2%的范圍內(nèi)，與人工測試結(jié)果的平均偏差為1.2%，具有良好的精確性。

3.結(jié)論

（1）注汽鍋爐蒸汽干度測控裝置在國內(nèi)首次應用“體積變化式”干度檢測方法，實現(xiàn)了蒸汽干度的實時檢測與自動調(diào)控功能，是鍋爐自動化控制技術(shù)的一項重要技術(shù)突破。

（2）該裝置具有較高的干度檢測精度和良好的自動控制功能，在保證蒸汽質(zhì)量的同時降低了現(xiàn)場操作工人的勞動強度，具有良好的社會效益。

（3）該裝置具有一定的節(jié)能效果，具有良好的經(jīng)濟效益，推薦在稠油區(qū)塊油田生產(chǎn)注汽鍋爐上推廣應用。

參考文獻

[1]王鳳柱.《現(xiàn)代油田最新熱注技術(shù)實用百科全書》.北京：石油工業(yè)出版社，1988：6～25.

[2]童鈞耕.《熱工基礎》.北京：高等教育出版社，2009年6月.

作者簡介

代金陽，郭占軍，陳貴軍，遼河油田錦州廠