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濟安全運行的重要參數，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、技術性能等方面進行介紹，根據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）。注汽鍋爐產生的是干度低于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垢物質，導致鍋爐爐管內壁結垢，降低鍋爐的熱效率，甚至會危及設備安全運行，發生爆管事故，因此，蒸汽干度是注汽鍋爐經濟安全運行的重要參數。

2 蒸汽干度自動檢測原理

在注汽鍋爐正常穩定運行的過程中，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關系，具體體現在蒸汽干度監測段附近時，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，可以利用各參數之間存在的唯一確定的函數關系，通過測量某一瞬時的其他四個參數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，以蒸汽干度為目標參數，基于離散傳輸函數的大慣性系統自動控制算法，得出控制參數的調節值并進行實時調節，將目標參數——蒸汽干度控制在設定值范圍內，從而實現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和蒸汽干度雙閉環控制系統。

2.2 技術性能及指標

（1）實現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）實現運行數據的儲存、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自動檢測獲得的干度數據進行了同步對比。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熟練的操作人員進行蒸汽干度檢測，以固定人員、嚴守規程、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%。

由對比數據可以看出，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控，將蒸汽干度控制在目標值附近±2%的范圍內，與人工測試結果的平均偏差為1.2%，具有良好的精確性。

3.結論

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

（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，在保證蒸汽質量的同時降低了現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能效果，具有良好的經濟效益，推薦在稠油區塊油田生產注汽鍋爐上推廣應用。

參考文獻

[1]王鳳柱.《現代油田最新熱注技術實用百科全書》.北京：石油工業出版社，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