油田注汽锅炉蒸汽干度控制方法研究(正式版)

汽锅炉参数控制系统技术改造分析发布时间：2021-08-24T14:25:53.790Z 来源：《工程管理前沿》2021年7卷4月第10期作者：陈艳赵伟伟季秋珍王敬敬[导读] 注汽锅炉的控制系统主要包括两部分：锅炉程序控制系统和运行参数控制系统。

本文主要是针对锅炉蒸汽参数的控制技术改造方案。

陈艳赵伟伟季秋珍王敬敬中国石化胜利油田注汽技术服务中心摘要: 注汽锅炉的控制系统主要包括两部分：锅炉程序控制系统和运行参数控制系统。

本文主要是针对锅炉蒸汽参数的控制技术改造方案。

我们对各种锅炉的控制过程和控制技术方案进行了详尽的分析研究，提出了热采锅炉参数控制技术方案。

此方案采用注汽锅炉专用多功能水量(压力)控制仪和专用多功能火量(干度)控制仪，与当今先进的工控产品变频控制器、可编程序控制器一起，完成了锅炉两个重要参数的全自动优化控制。

关键词: 油田；稠油开发；注汽锅炉；参数控制系统注汽锅炉的控制系统主要包括两部分：锅炉程序控制系统和运行参数控制系统。

本文首先简要分析注汽锅炉运行控制系统现状，提出控制系统的改进方案，并对改进方案做了简要分析评价。

1、注汽锅炉参数控制系统技术现状油田现有注汽锅炉蒸汽参数(压力、干度)的控制系统全部采用气动控制系统，此系统存在以下几个方面问题：(1)控制系统自动比程度低，属于20世纪80年代技术水平，技术落后，属于淘汰系统。

(2)气动控制仪表灵敏度大大低于电动仪表，因此控制过程时间长，反应滞后，控制精度低。

(3) 气动控制系统比起电动控制系统，系统采用的仪表部件多，仪表结构复杂，因此气动控制系统故障率相对较高，并且现有大部分锅炉使用时间都在10年左右，故障率逐年升高，严重地影响了注汽锅炉的正常运行，急需更新换代。

(4)气动控制系统采用的控制部件价格都比较昂贵，并且紧缺，因为很多种仪表都已淘汰停产，因此维护现有的气动控制系统需要大量紧缺的进口配件，费用相当高，并且维修非常困难，因此很多锅炉都不同程度地存在一些隐患，带病运行，严重影响注汽锅炉安全可靠地运行。

蒸汽干度测量方法一电导率法1、人工分析化验法其原理是根据被测试样的导电率与试样中所添加物质的浓度比例来实现干度的测量。

添加物可以是被测流体中原有的，也可以是后加入的。

该方法测量精度高，可以达到0.1%。

但其缺点为对被测试样要进行“除气”，除去可能影响被测试样电导率的可溶于水并能形成离子的气体，如NH3CO 等。

2、电导仪测量法其原理是通过电导传感器作为电极对炉水和给水的电导率进行检测（见图一），因为水的电导率和水中的含盐量成正比，即：干度=（炉水含盐量-给水含盐量）/炉水含盐量=（炉水电导率-给水电导率）/炉水电导率这种方法原理很简单，设备便宜，只需要两个电导率传感器和一个电导率分析仪，充分实现蒸汽干度的在线实时监测，其精度可达到2%〜3% 二双涡街联合法涡街是用于测量单相介质或可以认为是单相的介质。

为解决该矛盾，在涡街传感器前增加了混相整流器（见图二），使得高温高压下饱和蒸汽两相混合均匀, 而具有相同温度并且都处于饱和状态的两相流体就可以视为单相流体。

再根据均 癖睢affl 5<*T It 切磨，*■ 戏场UVIrrv/Kc相流模型处理方法，饱和蒸汽的平均密度P满足下列关系式：1X t-x-=---+"—―pp*Pl式中pg为饱和蒸汽的密度，pt为饱和水的密度，x为饱和蒸汽的干度。

某一温度压力对应的饱和蒸汽、饱和水的密度可以通过查表得知。

这样，用两台涡街串联，前台测出蒸汽流速V,后台测出蒸汽质量qm将两台涡街传感器信号组合，通过高速微处理器进行采集、查表、计算，就可以实现对蒸汽的平均密度p、流量q和干度x的在线测量。

具检测精度在3.6%以内。

其优点在于实时在线检测蒸汽的干度，受待测蒸汽参数影响小，而且稳定性极高。

图二双涡街联合装置朱箍头I、2混相整流器、3管道壁、4涡街传感器I、5涡街传感器口、6卡箍头口三、示踪法该方法适用于单工质双相流干度的测量，其测量原理为在给水中加入某种化学物质或者放射性物质，在锅炉蒸发时，水滴被带入蒸汽流中，这种水滴里包含了添加物的离子或放射性物质，纯蒸汽不含这类物质。

摘要:油田注汽锅炉在实际运行中，往往会因为供给锅炉的燃油（气）突然压力升高等因素；导致火量过大而造成蒸汽温度过高，锅炉炉管过热。

锅炉火量绝对过大长时间持续后，最终会形成二类传热恶化，直接导致炉管过热而爆管。

在注汽井出现串层等突发状况时，注汽压力突然下降，导致炉管内产生过热蒸汽，锅炉给水中所含的杂质析出并粘附在炉管内壁上，最终形成炉管结垢。

通过对炉管过热现象的研究，采取相应的措施减少炉管过热现象的发生频率，可有效地避免注汽锅炉爆管事故的发生。

关键词:油田汽锅锅炉炉管过热研究1概述辽河油田锦州采油厂是一个以稠油开采为主的石油单位，有稠油注汽井近千口，在用稠油注汽锅炉40台。

日注汽量8000立方米左右。

从热注锅炉到井口是一个封闭的高温高压系统，并且大部分高温高压管线都暴露在伸手可及的范围内，管道的正常工作压力达15Mpa、蒸汽温度在335℃左右，每台锅炉的高压流程上的压力表、阀门、安全阀等多达50余处，高压连接部位十分集中。

而随注汽锅炉使用年限的延长，设备整体老化，炉管结垢增加，注汽锅炉炉管过热现象频发，由此而造成的注汽锅炉爆管事故也偶有发生，所以有必要对注汽锅炉炉管过热现象及其危害进行全面分析，在此基础上，采取相应的防范措施。

2注汽锅炉炉管过热原因分析造成注汽锅炉炉管过热的直接原因是蒸汽温度过高（蒸汽过热），而导致蒸汽过热的原因则有以下几个方面：2.1火量过大造成蒸汽过热。

油田注汽锅炉实际运行中，导致火量相对于水量过大的主要原因如下：①供给锅炉的燃油（气）压力升高；锅炉供燃油（气）量增加，会导致火量过大。

②炉管结垢、锅炉对流段严重积灰导致蒸汽干度烧不上去时，持续增加锅炉燃油（气）量，会导致火量过大。

③蒸汽干度、注汽量计量仪表显示值偏低，锅炉运行工发生误判，增加锅炉燃料供给量，造成火量过大。

2.2蒸汽压力降低造成蒸汽温度过高。

在油田注汽锅炉实际运行中，以下情况皆可造成蒸汽压力骤降。

①注汽井突然出现串层后压力突然下降。

燃油蒸汽锅炉的燃烧控制贾冲冲（郑州大学西亚斯国际学院）内容提要：自动化在工业生产中应用及其广泛，过程控制是其中的一个重要分支。

它能针对温度、流量、压力等参数进行控制以实现控制生产质量。

在大量的工业生产中，燃烧时其中必要的一环。

无论是哪一种燃烧形式，对燃烧的控制基本上都是控制燃料的流量、燃烧的温度、燃烧的经济合理性、炉膛负压平衡等方面。

本文以燃油蒸汽锅炉为例，针对蒸汽压力控制、燃料空气比值控制和炉膛负压控制进行系统设计。

关键词：自动化，过程控制，燃料蒸汽锅炉，燃烧一，燃烧控制系统简介现代燃烧控制系统指在无人直接参与情况下通过自动控制装置完成参数测量、信息处理、自动控制、自动报警和自动保护。

它的范围极其广泛，包括了主机、辅助设备、公用系统的自动化。

二，系统基本结构1，汽包由上下锅筒和三组沸水管组成。

水在管内受外部烟气加热，发生自然循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽集聚在上锅筒。

为了得到干度比较大的饱和蒸汽，在上锅筒中还装设汽水分离设备。

(2)炉膛是使燃料充分燃烧并释放热量的设备。

得到的高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水以后，由烟囱排至大气。

(3)过热器是将锅炉所产生的饱和蒸汽继续加热为合格蒸汽的换热器件，亦称为过热蒸汽换热器。

(4)空气预热器是继续利用烟气余热，加热燃料燃烧时所需的空气的换热器件。

:(l)引风设备：用它将锅炉中的烟气连续排出。

(2)送风设备:用它来供应燃料燃烧所需要的空气。

(3)给水设备:由给水泵和给水管组成。

(4)水处理设备:其作用为用来清除水中杂质。

(5)供汽设备:由过热器、减温器、集汽包、供汽管路等组成。

由锅炉汽包引出的饱和蒸汽，通过过热器把蒸汽的温度提高一定程度，由减温器控制所需温度，再由蒸汽管道送至用户。

(6)仪表设备:包括蒸汽、水流量、压力、温度、液位指示、给煤、送风等机械和自动调节装置组成。

三，主要技术1稳定蒸汽母管的压力维持蒸汽管蒸汽压力不变，这是燃烧过程自动控制的第一项任务。

注汽锅炉干度自控系统的应用作者：李敏来源：《环球市场信息导报》2014年第05期稠油热采是辽河油田稠油开发的主要方式，保证注汽质量，保持注汽干度平稳是提高稠油采收率的关键因素。

注汽锅炉应用干度自控系统能够有效控制注汽干度，保证注汽质量。

一、背景蒸汽干度决定了同等条件下单井注汽周期产量及油汽比，更是确保注汽锅炉安全运行的重要指标。

但是传统锅炉控制方式无法实时保持注汽干度的稳定，原因是多方面的，一是热采锅炉老化，设备本身存在缺陷，二是油温、油压等变化，三是注汽锅炉为高温高压设备，员工每1小时巡检一次，无法做到时时调节。

所以就需要一种能够解决上述所面临问题的新型控制系统。

目前存在的干度自控实施方法·电导率电极：电导率电极测试的是锅炉入水和炉出口分离器分离出来的水的电导率，由于锅炉入水中HCO3-在炉管高温加热下会发生电离，因此测试的炉水电导率根本不是入水电导率的因浓缩后的电导率值，测量干度一定会偏高。

· PH值电极：水的PH值和碱度根本就是两个不同的概念，锅炉干度人工化验测试的入水和炉水的碱度，PH值测试的只是水中的酸碱度，因此不可能有理想的理论吻合。

·选择性电极：选择性电极目前一般采用Na+和CL-选择电极，理论上是可以实现干度测量的，但由于入水、炉水的温度差异以及选择电极本身属于试验室设备，根本无法在线长期测试。

·孔板和喷嘴差压法：孔板和喷嘴差压法是在锅炉出口安装差压式流量计测定湿饱和蒸汽的体积流量，利用密度计算公式反推干度值，需要在线于人工化验干度对比，计算误差系数加以修正，人为可以改变显示值（如停炉后干度显示任何值），绝对不能用此值来控制干度，事实上，此方法在多台注汽锅炉上都应用过，现场证明是失败的。

·弱中子源：利用弱中子放射性原理在穿透汽水混合物产生的衰减率不同而测试干度，实际运行中，管壁会有一定的药垢或轻微水垢，如连续测试，会有一定的误差产生，放射源在高温条件下的安全问题也值得重视。

油田专用(微)过热注汽锅炉研究与应用史钦芳【摘要】针对蒸汽驱采油对高干度的要求,通过对油田专用常规直流式注汽锅炉产汽干度低的原因分析和对策研究,在常规直流式注汽锅炉制汽结构原理的基础上,增设了过热段、汽水分离器和汽水混合器,在通常水质条件下,将注汽干度提高到100％及微过热.达到了稠油汽驱采油对蒸汽干度的要求,提高了稠油开采的采收率.【期刊名称】《石油化工高等学校学报》【年(卷),期】2013(026)002【总页数】5页(P63-67)【关键词】汽水分离;蒸汽过热;汽水混合;高干度(微过热)蒸汽【作者】史钦芳【作者单位】中国石化胜利油田分公司采油工程处,山东东营257001【正文语种】中文【中图分类】TE977注汽干度是评价注汽质量、决定热力采油效果的重要指标和关键技术参数［1］，特别是在稠油开采的蒸汽驱采油阶段，注汽干度直接决定了稠油开采的整体采收率。

长期以来受注汽锅炉结构和水质处理条件的限制，油田常规注汽锅炉产汽干度仅到80%，蒸汽中的水分主要用于溶解或携带给水中的盐分，以避免蒸汽发生器结垢和积盐。

因此如何在现有注汽锅炉的基础上提高蒸汽干度或直接产生微过热蒸汽，就具有十分重要的意义。

2006 年以前，国内各油田普遍采用的方法是应用高压汽水分离器，直接将蒸汽中的水相分离除去，从而达到提高注汽干度的目的。

从实际运行效果看，注汽干度确实能达到90%以上，满足了汽驱的要求，但难以有效回收和利用分离出的高压高温饱和水，造成了13%蒸汽总热能的损失。

另外由于这部分饱和水的含盐量较高，直接排放必然会对环境造成污染，而回收利用又必须增加投资和运行费用。

为此，胜利油田从2008年开始了新的探索及微过热蒸汽发生器研究，于2010年研发成功并投入现场应用，取得了良好的注汽效果和经济效益。

1 技术路线的确定常规注汽锅炉的制汽流程为：将水源来水经过软化处理后再进行除氧处理，由高压柱塞泵增压后进入水—水换热器换热升温达露点温度（121 ℃）以上，接着进入对流段吸收烟气热量，最后进入辐射段进一步吸热变成70%～80%干度的湿饱和蒸汽，最后注入地层［2］。

杜丰：注汽锅炉过热及提效改造技术的研究第14卷第2期（2024-02）辽河油田是一个具有多油气藏类型、多套含油层系，油品性质丰富、地质情况复杂的大型复式油气田，目前已形成多元开发格局，在千万吨规模以上稳产36a，是国内最大的稠油、高凝油生产基地；每年的稠油产量占全国总产量的70%以上，稠油开发方式主要以蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD 为主[1-4]，其稠油热采技术位于国际领先地位。

直流注汽锅炉是稠油热采的主要设备，锅炉可以产生干度注汽锅炉过热及提效改造技术的研究杜丰（中油辽河工程有限公司）摘要：随着油田开采深度的增加，被广泛使用的湿饱和蒸汽和高干度蒸汽注采方法将受到限制，由于管线和井筒输送损失，到达井底的干度较低，降低了加热效果，因此需提高锅炉出口蒸汽干度，以改善开发效果。

辽河油田注汽锅炉平均热效率约89%，距离国家标准规范热效率（92%以上）有一定的差距，还有提效空间。

目前热注站汽水分离器产生的25%高温分离水与给水换热后直接外排至联合站，不仅造成了约15%热量的浪费，而且还增加联合站的污水处理费用。

为了解决上述问题，采用注汽锅炉过热及提效改造技术，主要包括新增过热段，改造对流段、过渡段保温改造、汽水流程调整以及自控系统升级，其节能降耗效果显著，具有一定的推广价值。

关键词：注汽锅炉；热效率；高温分离水；提效改造；汽水流程调整；保温改造DOI :10.3969/j.issn.2095-1493.2024.02.007Research on the overheating and efficiency improvement technology for steam injec⁃tion boilers DU FengLiaohe Engineering Co.，Ltd，CNPCAbstract：With the increasing depth of oilfield exploitation，the wet saturated steam that has been widely used and high dryness steam injection and production methods will be limited.Due to pipeline and wellbore transportation losses，the dryness reaching the bottom of the well is lower，reducing the heating effect.Therefore，increasing the steam dryness of boiler outlet has been improved the develop-ment effect.The average thermal efficiency of steam injection boiler in Liaohe oil field is about 89%，which is a certain gap from the national standard and specification thermal efficiency of more than 92%，and there is still room for efficiency improvement.At present，the 25%high temperature separation of water generated by the steam water separator in the heat injection station is directly discharged to the combined station，which not only causes about 15%heat waste，but also increases the sewage treat-ment cost of the combined station.In order to solve the above problems，adopting the overheating and efficiency improvement technology of steam injection boilers mainly includes new superheated section，transformation of convection section，transitional insulation transformation，steam and water adjust-ment and automatic control system upgrade，which makes energy conservation and consumption re-duction effect significant and has a certain value of promotion.Keywords：steam injection boiler；thermal efficiency；high temperature separation of water；efficien-cy improvement transformation；steam and water adjustment；insulation transformation 作者简介：杜丰，工程师，2011年毕业于中国石油大学（华东）（热能与动力工程专业），从事油气田地面工程设计等工作，93号中油辽河工程有限公司，124010。