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油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統解決方案

文檔作者：于亞明文檔來源：遼河油田錦州采油廠		點擊數：	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用分析

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中閱俄囂俄表CHINA INSTRUMENTATION
2013年第5期
APPLICATION RESEARCH l應用研究
油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統
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、研究現行的關于汽
水兩相流干度的各種計量方法后，經反復
實驗比較，最終采用電導率測量、PID最優
控制算法，結合工業自動化控制技術，研發
出注汽鍋爐蒸汽干度控制系統解決方案。
通過測量注汽鍋爐進水、爐水電導率等參
數數據，調整燃料供給控制信號，改變火量
大小，實現蒸汽千度的自動調節控制。
關鍵詞：注汽鍋爐電導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狀
目前，國內干度計原理主要有3種，一是利用標
準孔板測差壓，根據經驗公式演算出蒸汽干度，該
方法的出發點是流動模型理論，其應用具有局限
性，安裝需要改動高溫高壓部件并且干度計的標定
需要付出巨大的設備投資；二是利用蒸汽焓不變的
原理設計出的干度計，該方法適應范圍窄，只能在
蒸汽干度≥0．95，蒸汽壓力2MPa以下采用；三是電
導率測量法，即測量注汽鍋爐進水電導率、爐水電
導率，根據電導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在線監測并且容易產品化。
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
造成的電導率測量誤差。由于進水水源不穩定及天
氣因素造成溫度不穩定導致進水電導不穩定；爐水
溫度受原注汽鍋爐冷卻系統影響較大，且由于大多
注汽鍋爐運行年限較長造成原冷卻系統結垢等原
因導致爐水溫度更不穩定同理導致爐水電導率偏
應用研究{APPLICATION RESEARCH CHINAINSTRUMENTATION葉，閱懨囂佩表
差。
(2)進水管、爐水管及電導率測量探頭結垢影
響測量誤差；目前運行的電導率測量法計算干度系
統普遍存在剛安裝的運行穩定準確，但隨時間推移
傳感器出現結垢現象導致數據不準確。影響設備安
全穩定，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、自適應的在線干度
測試儀，本解決方案提出改進的電導率測量法，在
解決以上問題的同時，設計出油田注汽鍋爐蒸汽干
度控制系統。
2油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統
2．1 油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統變量及硬件構
成
(1)系統檢測鍋爐原系統工作狀態包括蒸汽
壓力、蒸汽溫度、給水流量、火量等運行數據，啟
動、停止、報警等狀態量，為干度計算提供基礎參
考。
(2)傳感器采用美國+GF十雙通道電導變送器
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、工作穩定等特點。
(4)顯示記錄部分Rockwell公司PanelView
Plus~摸屏。適應現場工業環境。完成顯示記錄等
功能。 ．
(5)換熱器采用不銹鋼釬焊結構，具有體積
小、效率高、耐腐蝕等特點。
(6)換向閥采用三通旋轉閥結構，有效地抑制
水垢影響，電動驅動方便系統自動控制。
2．2 油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統原理及編程思
想
(1)干度測試系統工藝流程如圖1所示，包含電
動閥、換熱裝置、電導傳感器、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率，根據干度=
(爐水電導率一進水電導率)／爐水電導率×100％，
計算干度值。該原理在保證電導率測試精度的同時
不需要標定裝置，可實現在線測量。
圖t干廈測試工藝流程不蒽圖
(2)換向閥控制過程，系統檢測注汽鍋爐啟動
開始計時到設定時間發出信號驅動電動閥換向，這
個時間一般控制在2～3周即可，太短造成系統動作
頻繁影響使用壽命，太長造成換熱器結垢過重給返
清洗帶來困難。程序里設定進水與爐水數據更換，
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，根據調試經驗要屏蔽顯示
10~15min。一般注汽鍋爐連續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
上考慮加數據延時處理，及利用數據堆棧的方法，
使進水電導數據合理延時，以達到同時間段進水與
爐水電導率進行比較，使干度計算更準確。
(5)啟爐期間數據屏蔽，在啟爐初期注汽鍋爐
沒有進入穩定狀態前屏蔽干度顯示，避免造成誤
導，在系統檢測到注汽鍋爐出口蒸汽溫度和壓力，
當溫度達到對應壓力下飽和溫度減去20-30~C時系
統正常顯示并記錄運行數據，同理在注汽鍋爐停運
狀態下也要屏蔽干度顯示。
(6)干度閉環控制參考范圍，由于注汽鍋爐及
熱采工藝特定條件，建議使用較小的調整范圍微
調。時間常數要適當加長以滿足穩定的需要。在超
出調整時系統提供聲光報警。并記錄相關信息。
葉，閩俄器{最表CHINAINSTRUMENTATION
2013年第5期
APPLICATION RESEARCH l應用研究
2．3油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統優點
(1)巧妙地采用進水與爐水交換解決了結垢和
老化等問題，找出問題關鍵，優化系統配置，采用相
應硬件和對應軟件，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，在電導率測
量點使進水和爐水溫度接近相同，消除溫度影響；
系統采樣測量裝置見圖2。
圖2油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統取樣測量裝置
(3)通過調節系統前端的電動閥門，使進水和
爐水互換，通過溶解及沖洗清理系統中的結垢，實
現系統的自清潔。
(4)先進的控制技術及穩定的操作系統。系統
主控制器采用優秀的工業級產品、人機交互采用工
業級10“彩色液晶觸摸屏，性能先進、結構合理，具
有卓越的溫度特性，可在惡劣的環境下工作。注汽
鍋爐蒸汽干度控制系統具有干度、流量、溫度等多
項報警功能，并具有控制數據掉電記憶功能。
3結束語
油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統在遼河油田錦
州采油廠熱注區得到了成功應用。實踐證明，運行
一年沒有因探頭污染影響監測精度，測量誤差減小
到1．5％以下，降低了現場監測勞動強度，避免了化驗
藥劑使用，杜絕化驗藥劑污染。控制方法完全滿足
現場要求，取得了顯著的經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：新疆大學出版社，
1997，5-10．
2梁月霞．稠油注蒸汽熱采系統中技術問題的探討
[J]_石油規劃設計，1996，6：1-3．
作者簡介：于亞明，工程師，主要從事設備管理工作。
國產食f品藥品安仝檢測儀器設備專集 問世
為進一步推動食品藥品質量安全檢測儀器設備
的發展，中國儀器儀表行業協會組織所屬實驗室儀
器、分析儀器和光學儀器三個分會，根據市場需求
及行業特點，聯合《中國儀器儀表》雜志編輯部共
同編輯出版了《國產食品藥品質量安全檢測儀器設
備專集》(以下簡稱專集)，向全社會行業介紹國產
食品藥品安全檢測儀器設備發展及應用情況，促進
和提高國產儀器設備在滿足市場需求方面所做的一
些工作，對推動行業技術進步、企業自主創新、持續
發展具有重要意義。
為用戶、讀者能夠更方便地查詢產品信息，該
《專集》的目次以產品分類，收錄的企業將依據其
主導產品類別排列在目次中，是一本非常具有實用
價值的指導陛查詢、選用參考書。
《專集》定價每本100元，有需要的單位或個人
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電話：010—63490360，63314939
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55

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