浅谈油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统

摘要：油田注汽锅炉是油田热采稠油的关键专用设备，虽然其功能类似于一般的工业锅炉，但结构要复杂得多。本文立足于对油田注汽锅炉的基本特征的分析，研究了注汽锅炉的蒸汽干度控制的现状，从而强调了油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统的重要性并对其技术组成做了介绍。

关键词：油田注汽锅炉；蒸汽干度；控制系统

中图分类号：TK223 文献标识码：A

一、油田注汽锅炉的基本特征

锅炉是由锅和炉两个主要部分组成的。“锅”是指水汽系统，“炉”是指燃烧系统，锅与炉结合起来就成为锅炉。锅炉的作用是将燃料在炉中燃烧放出的热量传递给锅炉的水，使水变成具有一定压力和温度的热力蒸汽。油田注汽锅炉在油田热采稠油生产中，通过燃烧燃料对软化水加压升温使其蒸发成热力蒸汽，利用蒸汽的动力为热采稠油生产提供加热所需的能量。

1、锅炉的热效率。锅炉的热效率是指锅炉输出热量与输入热量的比值。 锅炉的热效率是表明锅炉运行的经济程度。

2、锅炉的蒸发量。锅炉在每小时内所产生蒸汽的数量，称为锅炉的蒸发量，我国现代锅炉的蒸发量其单位采用吨/时来表示。蒸发量还有正常蒸发量与最大蒸发量之分。为了简明精确地表示锅炉产生蒸汽的数量，统一规定用额定蒸发量来反映锅炉产生蒸汽的数量。所谓额定蒸发量，是指锅炉保持在规定的蒸发质量（压力、温度、干度）和一定的热效率下，长期连续运行时每小时产生的最大蒸汽量。

3、锅炉的蒸汽参数。锅炉的蒸汽参数表明锅炉产生蒸汽的质量。对于生产过热蒸汽的锅炉来讲，蒸汽参数用压力和温度来表示，对于生产湿饱和蒸汽的锅炉，蒸汽参数用压力和干度来表示。注汽锅炉蒸汽干度指的是干饱和蒸汽在湿饱和蒸汽中所占的质量百分比，是影响注汽锅炉稳定安全工作的关键参数。干度值是决定稠油热采工作的关键指标，在油田生产过程中，锅炉的干度值过低则会产生较多的油层积水，过高将引起炉管温度过高而损坏，因此锅炉的干度值需要维持在一个稳定的值，以确保注汽锅炉稳定安全工作。

二、锅炉的蒸汽干度控制的现状

1、锅炉的蒸汽干度测量方法

锅炉的蒸汽干度不能通过仪器直接测量得到，属于间接检测参数。传统的注汽锅炉蒸汽干度检测方法是化验法，这种方法基于人工操作，这种方法存在工作量大、强度高、误差大、滞后性的缺点，因此难以确保蒸汽干度测量的准确度。随着科技的发展，新的测量技术用于锅炉的蒸汽干度测量，主要的检测方法有湿蒸汽双相流蒸汽干度测量法与电导率分析法，并研制了相关干度计以方便测量，目前国内干度计测量原理主要有三种：

1.1蒸汽焓固定原理。利用蒸汽焓不变的原理设计出的干度计，该方法适应范围窄，只能在蒸汽干度大于等于0.95,蒸汽压力2M Pa以下采用。

1.2电导率测量原理。电导率测量法即测量注汽锅炉进水电导率、炉水电导率，根据电导率的不同计算电阻率，取样流程与原来化验法兼容，对原流程不做承压部件改动。 这种检测方法只需要安装两个电导率传感器和配置一个电导率分析仪器，设备简单，在油田上应用很广泛。

1.3流动模型原理。即利用标准孔板测差压，根据经验公式演算出蒸汽干度，该方法的出发点是流动模型理论，其应用具有局限性，安装需要改动高温高压部件并且干度计的标定需要付出巨大的设备投资。

2、锅炉的蒸汽干度测量存在的问题

在锅炉的蒸汽干度测量电导率测量法，干度计容易产品化，测量时不需要标定，可实现在线监测。因此广泛应用于油田注汽锅炉干度控制，但由于锅炉运行的影响这种干度计在进行锅炉蒸汽干度控制时存在着许多问题。如一是测量不准确问题，由于锅炉水中包含的盐量较多，锅炉水的流速比较低，因此极易在干度计的监测传感器上结成碱垢，导致炉水电导率偏差，影响干度测量的准确度；电导率分析法检测蒸汽干度的基础是注汽锅炉出口处的取样冷却器与汽水分离器的正常有效工作，但是由于杂质的堵塞常引起汽水分离器得到的锅炉水样有误差，从而造成检测结果的失真；由于注汽锅炉中的给水与锅炉水都是处于流动状态，注汽锅炉进水温度、炉水温度的不同造成的电导率测量误差；二是设备维护问题，传感器结垢导致传感器工作失效，不得不对传感器清洗，给用户带来不必要的麻烦和损失。

3、影响锅炉蒸汽干度控制的因素

3.1压力因素。注汽锅炉内蒸汽压力的变化会导致汽化潜热和饱和水焙的变化，这两个因素是以蒸汽压力为变量的函数。当注汽锅炉正常工作时，能引起蒸汽压力变化的因素有注汽井个数、地层压力与蒸汽流量等，不过蒸汽压力是一个缓慢的渐变量，其控制可以采用独立的控制器。

3.2温度因素。锅炉给水焙是以给水温度为变量的函数，不过锅炉给水温度波动很小，故而锅炉给水焙的变化也很小;另外，天然气的低位发热量对于批次相同的天然气，其差异不大。

3.3热效率因素。对于注汽锅炉的热效率而言，受热面上积灰、排烟的稳定上升以及水昔内壁结垢都将造成效率的减小，不过受热面上积灰和水箱内壁上结垢都是慢慢积累的，锅炉热效率受排烟温度的影响不是很明泉，所以锅炉热效率在注汽锅炉的整个工作流程中是一个缓慢变化的量。

3.4其他因素。影响蒸汽干度其他因素包括:天然气流量、锅炉给水流量以及锅炉内蒸汽的压力值，并且当这此参数发生变化时，蒸汽干度检测都会有严重的时间滞后性。

三、油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统原理

干度控制系统工艺流程包含电动阀、换热装置、电导传感器、控制器及人机界面组成。该原理在保证电导率测试精度的同时不需要标定装置，可实现在线测量。分别测试锅炉进水和炉水的电导率，根据干度=(炉水电导率一进水电导率)/护水电导率X100%，计算干度值。

系统检测锅炉原系统工作状态包括蒸汽压力、蒸汽温度、给水流量、火量等运行数据，启动、停止、报警等状态量，为干度计算提供基础参考。 1、干度闭环控制参考范围，由于注汽锅炉及热采工艺特定条件，建议使用较小的调整范围微调。为了解决炉水与进水存在时间滞后的问题，在程序上考虑加数据延时处理，时间常数要适当加长以满足稳定的需要。在超出调整时系统提供声光报警。并记录相关信息及利用数据堆栈的方法，使进水电导数据合理延时，以达到同时间段进水与炉水电导率进行比较，使干度计算更准确。2、启炉期间数据屏蔽，在启炉初期注汽锅炉没有进入稳定状态前屏蔽干度显示，避免造成误导，在系统检测到注汽锅炉出口蒸汽温度和压力，当温度达到对应压力下饱和温度时系统正常显示并记录运行数据，同理在注汽锅炉停运状态下也要屏蔽干度显示。3、换向阀控制过程，系统检测注汽锅炉启动开始计时到完成发出信号驱动电动阀换向，太长造成换热器结垢过重给返清洗带来困难，太短造成系统动作频繁影响使用寿命，这个时间一般控制在2-3周即可。程序里设定进水与炉水数据更换，达到反冲洗阶段仍可以正常测量与控制。 3、换向初期干度显示屏蔽，由于换热器及管道里在换向阀动作初期有进水与炉水的混合水会造成检测不准确，根据调试经验要屏蔽显示10一15 分钟。一般注汽锅炉连续运行不会太久可以在启炉同时切换换向阀减少屏蔽显示的时间。

四、结语

人类社会的发展离不开能源。所谓能源是指提供各种有效能量的物质资源。自然界中可被人们利用的能量主要有煤、石油等矿物燃料的化学能以及风能、水力能、太阳能、地热能、原子能等。其中石油资源的开发和利用是能源资源利用的重要组成部分，在石油开采中油田注汽锅炉对石油开采具有重要意义，因此要优化油田注汽锅炉干度控制系统，利用蒸汽的动力为热采稠油生产提供加热所需的能量，为石油开采和能源利用做贡献。

参考文献：

[1]于亚明. 油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统解决方案[J]. 中国仪器仪表,2013,05:53-55.

[2]牛占涛. 浅谈油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统[J]. 化工管理,2013,12:163.