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油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)解決方案

文檔作者：于亞明文檔來源：遼河油田錦州采油廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月02日
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上一篇：壓力容器安全檢測過程中射線檢測的應(yīng)用分析

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中閱俄囂俄表CHINA INSTRUMENTATION
2013年第5期
APPLICATION RESEARCH l應(yīng)用研究
油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)
解決方案
A Solution for Boiler Steam Dryness Fraction
Control System
? 洫廠 釧 2。9
摘要：基于注汽鍋爐工藝特點、研究現(xiàn)行的關(guān)于汽
水兩相流干度的各種計量方法后，經(jīng)反復(fù)
實驗比較，最終采用電導(dǎo)率測量、PID最優(yōu)
控制算法，結(jié)合工業(yè)自動化控制技術(shù)，研發(fā)
出注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)解決方案。
通過測量注汽鍋爐進水、爐水電導(dǎo)率等參
數(shù)數(shù)據(jù)，調(diào)整燃料供給控制信號，改變火量
大小，實現(xiàn)蒸汽千度的自動調(diào)節(jié)控制。
關(guān)鍵詞：注汽鍋爐電導(dǎo)率干度自控自動清潔
Abstract：Based on process feature of Injection
steam boiler，after re search for kinds of
current measurement of two—phase flow，and
repeatedly comparision test，adopte conductivity
measurement、advanced PID control algorithm，
combining with industry automation technoledge，
develop boiler steam dryness fraction control
system．By measuring inlet water conductivity
data、boiler water conductivity data and other data，
adjust control signal of fuel supply，change the
degree of flame to achieve auto regulation of steam
dryness．
Key words：Injection steam boiler Conductivity
Dryness fraction control
Auto-cleaning
1油田注汽鍋爐蒸汽干度測試現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)干度計原理主要有3種，一是利用標
準孔板測差壓，根據(jù)經(jīng)驗公式演算出蒸汽干度，該
方法的出發(fā)點是流動模型理論，其應(yīng)用具有局限
性，安裝需要改動高溫高壓部件并且干度計的標定
需要付出巨大的設(shè)備投資；二是利用蒸汽焓不變的
原理設(shè)計出的干度計，該方法適應(yīng)范圍窄，只能在
蒸汽干度≥0．95，蒸汽壓力2MPa以下采用；三是電
導(dǎo)率測量法，即測量注汽鍋爐進水電導(dǎo)率、爐水電
導(dǎo)率，根據(jù)電導(dǎo)率的不同計算電阻率；取樣流程與
原來化驗法兼容，對原流程不做承壓部件改動，該
方法不需要標定可實現(xiàn)在線監(jiān)測并且容易產(chǎn)品化。
但是，目前該方法存在以下問題：
(1)由于注汽鍋爐進水溫度、爐水溫度的不同
造成的電導(dǎo)率測量誤差。由于進水水源不穩(wěn)定及天
氣因素造成溫度不穩(wěn)定導(dǎo)致進水電導(dǎo)不穩(wěn)定；爐水
溫度受原注汽鍋爐冷卻系統(tǒng)影響較大，且由于大多
注汽鍋爐運行年限較長造成原冷卻系統(tǒng)結(jié)垢等原
因?qū)е聽t水溫度更不穩(wěn)定同理導(dǎo)致爐水電導(dǎo)率偏
應(yīng)用研究{APPLICATION RESEARCH CHINAINSTRUMENTATION葉，閱懨囂佩表
差。
(2)進水管、爐水管及電導(dǎo)率測量探頭結(jié)垢影
響測量誤差；目前運行的電導(dǎo)率測量法計算干度系
統(tǒng)普遍存在剛安裝的運行穩(wěn)定準確，但隨時間推移
傳感器出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準確。影響設(shè)備安
全穩(wěn)定，不得不對傳感器清洗，給用戶帶來不必要
的麻煩和損失。
為研制出高準確度、可靠、自適應(yīng)的在線干度
測試儀，本解決方案提出改進的電導(dǎo)率測量法，在
解決以上問題的同時，設(shè)計出油田注汽鍋爐蒸汽干
度控制系統(tǒng)。
2油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)
2．1 油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)變量及硬件構(gòu)
成
(1)系統(tǒng)檢測鍋爐原系統(tǒng)工作狀態(tài)包括蒸汽
壓力、蒸汽溫度、給水流量、火量等運行數(shù)據(jù)，啟
動、停止、報警等狀態(tài)量，為干度計算提供基礎(chǔ)參
考。
(2)傳感器采用美國+GF十雙通道電導(dǎo)變送器
具有3個模擬量輸出，可編程定義輸出量，多種報警
功能，抗干擾能力強、工作穩(wěn)定等特點。
(3)計算控制部分采用Rockwell公司slc500可
編程控制器，它具有浮點運算能力強、使用簡單、編
程界面友好、工作穩(wěn)定等特點。
(4)顯示記錄部分Rockwell公司PanelView
Plus~摸屏。適應(yīng)現(xiàn)場工業(yè)環(huán)境。完成顯示記錄等
功能。 ．
(5)換熱器采用不銹鋼釬焊結(jié)構(gòu)，具有體積
小、效率高、耐腐蝕等特點。
(6)換向閥采用三通旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)，有效地抑制
水垢影響，電動驅(qū)動方便系統(tǒng)自動控制。
2．2 油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)原理及編程思
想
(1)干度測試系統(tǒng)工藝流程如圖1所示，包含電
動閥、換熱裝置、電導(dǎo)傳感器、控制器及人機界面組
2013年第5期
成。分別測試鍋爐進水和爐水的電導(dǎo)率，根據(jù)干度=
(爐水電導(dǎo)率一進水電導(dǎo)率)／爐水電導(dǎo)率×100％，
計算干度值。該原理在保證電導(dǎo)率測試精度的同時
不需要標定裝置，可實現(xiàn)在線測量。
圖t干廈測試工藝流程不蒽圖
(2)換向閥控制過程，系統(tǒng)檢測注汽鍋爐啟動
開始計時到設(shè)定時間發(fā)出信號驅(qū)動電動閥換向，這
個時間一般控制在2～3周即可，太短造成系統(tǒng)動作
頻繁影響使用壽命，太長造成換熱器結(jié)垢過重給返
清洗帶來困難。程序里設(shè)定進水與爐水?dāng)?shù)據(jù)更換，
達到反沖洗階段仍可以正常測量與控制。
(3)換向初期干度顯示屏蔽，由于換熱器及
管道里在換向閥動作初期有進水與爐水的混合
水會造成檢測不準確，根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗要屏蔽顯示
10~15min。一般注汽鍋爐連續(xù)運行不會太久可以在
啟爐同時切換換向閥減少屏蔽顯示的時間。
(4)為了解決爐水與進水在時間上滯后在程序
上考慮加數(shù)據(jù)延時處理，及利用數(shù)據(jù)堆棧的方法，
使進水電導(dǎo)數(shù)據(jù)合理延時，以達到同時間段進水與
爐水電導(dǎo)率進行比較，使干度計算更準確。
(5)啟爐期間數(shù)據(jù)屏蔽，在啟爐初期注汽鍋爐
沒有進入穩(wěn)定狀態(tài)前屏蔽干度顯示，避免造成誤
導(dǎo)，在系統(tǒng)檢測到注汽鍋爐出口蒸汽溫度和壓力，
當(dāng)溫度達到對應(yīng)壓力下飽和溫度減去20-30~C時系
統(tǒng)正常顯示并記錄運行數(shù)據(jù)，同理在注汽鍋爐停運
狀態(tài)下也要屏蔽干度顯示。
(6)干度閉環(huán)控制參考范圍，由于注汽鍋爐及
熱采工藝特定條件，建議使用較小的調(diào)整范圍微
調(diào)。時間常數(shù)要適當(dāng)加長以滿足穩(wěn)定的需要。在超
出調(diào)整時系統(tǒng)提供聲光報警。并記錄相關(guān)信息。
葉，閩俄器{最表CHINAINSTRUMENTATION
2013年第5期
APPLICATION RESEARCH l應(yīng)用研究
2．3油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)優(yōu)點
(1)巧妙地采用進水與爐水交換解決了結(jié)垢和
老化等問題，找出問題關(guān)鍵，優(yōu)化系統(tǒng)配置，采用相
應(yīng)硬件和對應(yīng)軟件，簡單易行是本方案初衷。
(2)通過換熱裝置來解決注汽鍋爐進水、爐水
溫度的不同造成的電導(dǎo)率測量誤差，在換熱裝置中
注汽鍋爐進水和爐水通過對流熱交換，在電導(dǎo)率測
量點使進水和爐水溫度接近相同，消除溫度影響；
系統(tǒng)采樣測量裝置見圖2。
圖2油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)取樣測量裝置
(3)通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)前端的電動閥門，使進水和
爐水互換，通過溶解及沖洗清理系統(tǒng)中的結(jié)垢，實
現(xiàn)系統(tǒng)的自清潔。
(4)先進的控制技術(shù)及穩(wěn)定的操作系統(tǒng)。系統(tǒng)
主控制器采用優(yōu)秀的工業(yè)級產(chǎn)品、人機交互采用工
業(yè)級10“彩色液晶觸摸屏，性能先進、結(jié)構(gòu)合理，具
有卓越的溫度特性，可在惡劣的環(huán)境下工作。注汽
鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)具有干度、流量、溫度等多
項報警功能，并具有控制數(shù)據(jù)掉電記憶功能。
3結(jié)束語
油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)在遼河油田錦
州采油廠熱注區(qū)得到了成功應(yīng)用。實踐證明，運行
一年沒有因探頭污染影響監(jiān)測精度，測量誤差減小
到1．5％以下，降低了現(xiàn)場監(jiān)測勞動強度，避免了化驗
藥劑使用，杜絕化驗藥劑污染?？刂品椒ㄍ耆珴M足
現(xiàn)場要求，取得了顯著的經(jīng)濟效益和良好的社會效
益。
參考文獻
1武占．油田注汽鍋爐[M]．新疆：新疆大學(xué)出版社，
1997，5-10．
2梁月霞．稠油注蒸汽熱采系統(tǒng)中技術(shù)問題的探討
[J]_石油規(guī)劃設(shè)計，1996，6：1-3．
作者簡介：于亞明，工程師，主要從事設(shè)備管理工作。
國產(chǎn)食f品藥品安仝檢測儀器設(shè)備專集 問世
為進一步推動食品藥品質(zhì)量安全檢測儀器設(shè)備
的發(fā)展，中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會組織所屬實驗室儀
器、分析儀器和光學(xué)儀器三個分會，根據(jù)市場需求
及行業(yè)特點，聯(lián)合《中國儀器儀表》雜志編輯部共
同編輯出版了《國產(chǎn)食品藥品質(zhì)量安全檢測儀器設(shè)
備專集》(以下簡稱專集)，向全社會行業(yè)介紹國產(chǎn)
食品藥品安全檢測儀器設(shè)備發(fā)展及應(yīng)用情況，促進
和提高國產(chǎn)儀器設(shè)備在滿足市場需求方面所做的一
些工作，對推動行業(yè)技術(shù)進步、企業(yè)自主創(chuàng)新、持續(xù)
發(fā)展具有重要意義。
為用戶、讀者能夠更方便地查詢產(chǎn)品信息，該
《專集》的目次以產(chǎn)品分類，收錄的企業(yè)將依據(jù)其
主導(dǎo)產(chǎn)品類別排列在目次中，是一本非常具有實用
價值的指導(dǎo)陛查詢、選用參考書。
《專集》定價每本100元，有需要的單位或個人
可同《中國儀器儀表》雜志聯(lián)系。
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