體積變化式測量蒸汽干度的研究與應(yīng)用

代金陽 郭占軍 陳貴軍

摘要：蒸汽干度是注汽鍋爐經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)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(jìn)行介紹，根據(jù)介紹特點(diǎn)可應(yīng)用到注汽鍋爐中使用。

關(guān)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(yùn)行，而且直接關(guān)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(dòng)性，不能有效增加地層能量，干度過高時(shí)，濕飽和蒸汽中水相減少，不能及時(shí)帶走鍋爐給水中的結(jié)垢物質(zhì)，導(dǎo)致鍋爐爐管內(nèi)壁結(jié)垢，降低鍋爐的熱效率，甚至?xí)＜霸O(shè)備安全運(yùn)行，發(fā)生爆管事故，因此，蒸汽干度是注汽鍋爐經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的重要參數(shù)。

2.蒸汽干度自動(dòng)檢測原理

在注汽鍋爐正常穩(wěn)定運(yùn)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(guān)系，具體體現(xiàn)在蒸汽干度監(jiān)測段附近時(shí)，可將各參量之間的依存關(guān)系概括為：

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(guān)系，通過測量某一瞬時(shí)的其他四個(gè)參數(shù)的量值即可計(jì)算獲得檢測段處飽和蒸汽的實(shí)時(shí)干度。

在影響蒸汽干度的各項(xiàng)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(biāo)參數(shù)，基于離散傳輸函數(shù)的大慣性系統(tǒng)自動(dòng)控制算法，得出控制參數(shù)的調(diào)節(jié)值并進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，將目標(biāo)參數(shù)——蒸汽干度控制在設(shè)定值范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了蒸汽干度的實(shí)時(shí)檢測與自動(dòng)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(hào)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(yùn)行及過熱狀況實(shí)時(shí)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(biāo)

（1）實(shí)現(xiàn)注汽鍋爐蒸汽干度的實(shí)時(shí)檢測與自動(dòng)控制;

（2）注汽鍋爐干度在線實(shí)時(shí)檢測絕對(duì)誤差≤2%;

（3）控制蒸汽干度與目標(biāo)值誤差≤1.5%;

（3）注汽鍋爐安全運(yùn)行預(yù)警;

（4）實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、查詢、打印、拷貝、曲線分析和遠(yuǎn)傳;

（5）自動(dòng)控制、手動(dòng)控制可切換。

2.3實(shí)施方法

為了驗(yàn)證蒸汽干度測控裝置的檢測準(zhǔn)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(dòng)檢測獲得的干度數(shù)據(jù)進(jìn)行了同步對(duì)比。需要說明的是，人工酸堿滴定法測試蒸汽干度的準(zhǔn)確度受工人操作水平、個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、視覺誤差等各方面影響，為消除上述因素的影響，在試驗(yàn)期間特別安排技術(shù)熟練的操作人員進(jìn)行蒸汽干度檢測，以固定人員、嚴(yán)守規(guī)程、重復(fù)驗(yàn)證的方式消除人工操作可能造成的誤差，自動(dòng)控制目標(biāo)干度為72%。

由對(duì)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(duì)蒸汽干度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與調(diào)控，將蒸汽干度控制在目標(biāo)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(yīng)用“體積變化式”干度檢測方法，實(shí)現(xiàn)了蒸汽干度的實(shí)時(shí)檢測與自動(dòng)調(diào)控功能，是鍋爐自動(dòng)化控制技術(shù)的一項(xiàng)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(dòng)控制功能，在保證蒸汽質(zhì)量的同時(shí)降低了現(xiàn)場操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有良好的社會(huì)效益。

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

參考文獻(xiàn)：

[1]王鳳柱.《現(xiàn)代油田最新熱注技術(shù)實(shí)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(chǔ)》.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