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油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统解决方案

文档作者：于亚明文档来源：辽河油田锦州采油厂		点击数：	更新时间： 2025年09月02日
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中阅俄嚣俄表CHINA INSTRUMENTATION
2013年第5期
APPLICATION RESEARCH l应用研究
油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统
解决方案
A Solution for Boiler Steam Dryness Fraction
Control System
⋯ 洫厂 钏 2。9
摘要：基于注汽锅炉工艺特点、研究现行的关于汽
水两相流干度的各种计量方法后，经反复
实验比较，最终采用电导率测量、PID最优
控制算法，结合工业自动化控制技术，研发
出注汽锅炉蒸汽干度控制系统解决方案。
通过测量注汽锅炉进水、炉水电导率等参
数数据，调整燃料供给控制信号，改变火量
大小，实现蒸汽千度的自动调节控制。
关键词：注汽锅炉电导率干度自控自动清洁
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油田注汽锅炉蒸汽干度测试现状
目前，国内干度计原理主要有3种，一是利用标
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；二是利用蒸汽焓不变的
原理设计出的干度计，该方法适应范围窄，只能在
蒸汽干度≥0．95，蒸汽压力2MPa以下采用；三是电
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，该
方法不需要标定可实现在线监测并且容易产品化。
但是，目前该方法存在以下问题：
(1)由于注汽锅炉进水温度、炉水温度的不同
造成的电导率测量误差。由于进水水源不稳定及天
气因素造成温度不稳定导致进水电导不稳定；炉水
温度受原注汽锅炉冷却系统影响较大，且由于大多
注汽锅炉运行年限较长造成原冷却系统结垢等原
因导致炉水温度更不稳定同理导致炉水电导率偏
应用研究{APPLICATION RESEARCH CHINAINSTRUMENTATION叶，阅恹嚣佩表
差。
(2)进水管、炉水管及电导率测量探头结垢影
响测量误差；目前运行的电导率测量法计算干度系
统普遍存在刚安装的运行稳定准确，但随时间推移
传感器出现结垢现象导致数据不准确。影响设备安
全稳定，不得不对传感器清洗，给用户带来不必要
的麻烦和损失。
为研制出高准确度、可靠、自适应的在线干度
测试仪，本解决方案提出改进的电导率测量法，在
解决以上问题的同时，设计出油田注汽锅炉蒸汽干
度控制系统。
2油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统
2．1 油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统变量及硬件构
成
(1)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。
(2)传感器采用美国+GF十双通道电导变送器
具有3个模拟量输出，可编程定义输出量，多种报警
功能，抗干扰能力强、工作稳定等特点。
(3)计算控制部分采用Rockwell公司slc500可
编程控制器，它具有浮点运算能力强、使用简单、编
程界面友好、工作稳定等特点。
(4)显示记录部分Rockwell公司PanelView
Plus~摸屏。适应现场工业环境。完成显示记录等
功能。 ．
(5)换热器采用不锈钢钎焊结构，具有体积
小、效率高、耐腐蚀等特点。
(6)换向阀采用三通旋转阀结构，有效地抑制
水垢影响，电动驱动方便系统自动控制。
2．2 油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统原理及编程思
想
(1)干度测试系统工艺流程如图1所示，包含电
动阀、换热装置、电导传感器、控制器及人机界面组
2013年第5期
成。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)／炉水电导率×100％，
计算干度值。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。
图t干厦测试工艺流程不蒽图
(2)换向阀控制过程，系统检测注汽锅炉启动
开始计时到设定时间发出信号驱动电动阀换向，这
个时间一般控制在2～3周即可，太短造成系统动作
频繁影响使用寿命，太长造成换热器结垢过重给返
清洗带来困难。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
10~15min。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。
(4)为了解决炉水与进水在时间上滞后在程序
上考虑加数据延时处理，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。
(5)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减去20-30~C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。
(6)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。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。
叶，闽俄器{最表CHINAINSTRUMENTATION
2013年第5期
APPLICATION RESEARCH l应用研究
2．3油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统优点
(1)巧妙地采用进水与炉水交换解决了结垢和
老化等问题，找出问题关键，优化系统配置，采用相
应硬件和对应软件，简单易行是本方案初衷。
(2)通过换热装置来解决注汽锅炉进水、炉水
温度的不同造成的电导率测量误差，在换热装置中
注汽锅炉进水和炉水通过对流热交换，在电导率测
量点使进水和炉水温度接近相同，消除温度影响；
系统采样测量装置见图2。
图2油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统取样测量装置
(3)通过调节系统前端的电动阀门，使进水和
炉水互换，通过溶解及冲洗清理系统中的结垢，实
现系统的自清洁。
(4)先进的控制技术及稳定的操作系统。系统
主控制器采用优秀的工业级产品、人机交互采用工
业级10“彩色液晶触摸屏，性能先进、结构合理，具
有卓越的温度特性，可在恶劣的环境下工作。注汽
锅炉蒸汽干度控制系统具有干度、流量、温度等多
项报警功能，并具有控制数据掉电记忆功能。
3结束语
油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统在辽河油田锦
州采油厂热注区得到了成功应用。实践证明，运行
一年没有因探头污染影响监测精度，测量误差减小
到1．5％以下，降低了现场监测劳动强度，避免了化验
药剂使用，杜绝化验药剂污染。控制方法完全满足
现场要求，取得了显著的经济效益和良好的社会效
益。
参考文献
1武占．油田注汽锅炉[M]．新疆：新疆大学出版社，
1997，5-10．
2梁月霞．稠油注蒸汽热采系统中技术问题的探讨
[J]_石油规划设计，1996，6：1-3．
作者简介：于亚明，工程师，主要从事设备管理工作。
国产食f品药品安仝检测仪器设备专集 问世
为进一步推动食品药品质量安全检测仪器设备
的发展，中国仪器仪表行业协会组织所属实验室仪
器、分析仪器和光学仪器三个分会，根据市场需求
及行业特点，联合《中国仪器仪表》杂志编辑部共
同编辑出版了《国产食品药品质量安全检测仪器设
备专集》(以下简称专集)，向全社会行业介绍国产
食品药品安全检测仪器设备发展及应用情况，促进
和提高国产仪器设备在满足市场需求方面所做的一
些工作，对推动行业技术进步、企业自主创新、持续
发展具有重要意义。
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