蒸汽干度在線監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：遼河油田稠油熱采過程中，由于缺少必要的在線干度自動測試技術(shù)手段，不能對鍋爐工作過程進(jìn)行有效的在線監(jiān)測。研究以離子電極測定的理論知識為基礎(chǔ)，利用離子電極傳感器的原理，研制蒸汽干度智能在線測試系統(tǒng)，通過測試取樣中cl-離子濃度，進(jìn)而得到即時(shí)的蒸汽干度。通過室內(nèi)試驗(yàn)研究，結(jié)合稠油熱采注汽工藝，確定干度監(jiān)測的配套工藝，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)應(yīng)用效果較理想。

關(guān)鍵詞：蒸汽干度 傳感器 稠油熱采 配套工藝

0 引言

目前，遼河油田有347臺注汽鍋爐，大部分已運(yùn)行10年以上，由于缺少必要的在線干度自動測試技術(shù)手段，不能對鍋爐工作過程進(jìn)行有效的監(jiān)測和控制。目前已有的測試方法存在精度低、人為因素大的缺點(diǎn)，為了提高鍋爐熱效率，滿足蒸汽驅(qū)生產(chǎn)需要，研發(fā)一種高精度、高穩(wěn)定性的蒸汽干度智能在線監(jiān)測系統(tǒng)已刻不容緩。

1 蒸汽干度智能在線監(jiān)控裝置系統(tǒng)組成與工作原理

本裝置主要由氯離子檢測裝置、數(shù)據(jù)采集與控制（PLC）、計(jì)算機(jī)操作平臺三個部分組成。

1.1 氯離子檢測裝置

主要包括：①進(jìn)樣分流裝置：用于樣品溶液的存儲、分流和冷卻的自動控制。②氯離子檢測電極：包括指示電極和參比電極，用于準(zhǔn)確測量氯離子濃度。③電氣控制板，夾管閥、電磁閥電子控制部件等。④信號處理電路：對電極輸出信號進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換、放大等前期處理。⑤溶液配制裝置：進(jìn)行溶液配制。

1.2 數(shù)據(jù)采集與控制

可編程控制器PLC為下位機(jī)，等離子選擇性電極響應(yīng)輸出信號穩(wěn)定后，啟動PLC開始采集，然后將數(shù)據(jù)送往計(jì)算機(jī)存儲、處理。同時(shí)接受計(jì)算機(jī)指令，反饋控制取樣閥，使水樣處于離子選擇性電極的最佳工作范圍之內(nèi)，以減少誤差。PLC還起著控制繼電器，進(jìn)而控制交流電機(jī)的作用，使得電機(jī)的升降動作全部自動化。

1.3 上位機(jī)

以計(jì)算機(jī)為上位機(jī)，使用VC++作為編程平臺，提供友好的圖形用戶界面，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)屏幕上的按鈕即可發(fā)出數(shù)據(jù)采集、溶液配制，電機(jī)升降等指令，采集的數(shù)據(jù)顯示在屏幕的窗口中，操作簡單易懂，無須專業(yè)人士操作即可完成檢測任務(wù)。除此之外，還自帶小型數(shù)據(jù)庫，用于存儲標(biāo)定的數(shù)據(jù)和檢測的結(jié)果，可供日后查閱。

圖1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為上位機(jī)，PLC為下位機(jī)，上下位機(jī)通過RS232C通訊，控制一個多路離子檢測儀器協(xié)同工作，采集、處理、保存數(shù)據(jù)。該儀器以氯離子選擇性電極為檢測傳感器，其特點(diǎn)是反應(yīng)快，精度高，可以連續(xù)檢測氯離子含量，通過上位機(jī)軟件編程，轉(zhuǎn)化成直觀的干度監(jiān)測曲線。

2 系統(tǒng)硬件的選擇

2.1 可編程控制器的選擇

鑒于本儀器涉及到數(shù)據(jù)采集、閥門控制、電動機(jī)控制等方面，且系統(tǒng)控制相對比較簡單，點(diǎn)數(shù)也較少，因此我們采用德國西門子公司ADMA5100系列PLC。該P(yáng)LC具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、成本低、安裝方便等特點(diǎn)。

圖2 ADMA5100外形結(jié)構(gòu)圖

2.2 氯離子電極的選擇

氯離子選擇性電極有液膜電極和固態(tài)膜電極，我們采用氯離子選擇電極是英國ELIT8261型氯離子選擇電極，具有固態(tài)多晶膜電極和雙液接參比電極，以標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定氯離子的含量。該電極是為測量水溶液中氯離子而設(shè)計(jì)的，測量精度高，適用于戶外及實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域氯離子測定。

2.3 微弱信號檢測電路

離子選擇性電極的內(nèi)阻一般為105～109歐姆，由它和參比電極構(gòu)成的電池電動勢是一個高阻抗信號，其電位幅值一般分布在（-1000，+1000）mV區(qū)間之內(nèi)。要真實(shí)測量電池電動勢，測量儀器的輸入阻抗應(yīng)比測量電池的內(nèi)阻大103倍以上，使離子選擇電極在近乎零電流狀態(tài)下工作；而且信號幅值較小，需要進(jìn)行放大，以便于準(zhǔn)確地檢測。所以，信號檢測放大電路必須有很高的輸入阻抗，很小的輸入電流、低的零點(diǎn)漂移、穩(wěn)定的增益、良好的線性度、好的抗干擾能力、低的噪聲以及不產(chǎn)生自激等等。

3 蒸汽干度智能在線監(jiān)控裝置研制的室內(nèi)試驗(yàn)

在使用選擇性電極之前，我們設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)來測試該系列電極的性能參數(shù)，以及影響電極工作的一些因素和解決方法。性能測試實(shí)驗(yàn)主要包括線性度實(shí)驗(yàn)、可重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。最后，將樣品的測試結(jié)果與色譜分析的結(jié)果進(jìn)行對比。

3.1 線形度測試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（8261型氯離子電極）

由下表可以看出，離子選擇性電極的線形度是有變化的。在離子濃度較大的時(shí)候（>10-4M/L），線形度較好，隨著離子濃度的逐漸變小，線形度越來越差。

3.2 重復(fù)性測試實(shí)驗(yàn)

測試重復(fù)性的目的是看電極在一段短時(shí)間內(nèi)連續(xù)測試時(shí)，其穩(wěn)定性如何，如果重復(fù)性很好，則今后在實(shí)際的測試中，可以不用每次都對電極進(jìn)行標(biāo)定、修改參數(shù)，隔一段時(shí)間對電極進(jìn)行一次標(biāo)定即可。

在電極進(jìn)入正常使用階段后，我們開始測試電極的重復(fù)性：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：較短時(shí)間內(nèi)（同一天內(nèi)）電極的重復(fù)性比較好，長時(shí)間內(nèi)（隔幾天）電極的重復(fù)性不是很好。因此，在實(shí)際測試中，可以實(shí)現(xiàn)同一天內(nèi)連續(xù)性測試，只需在第一次測試時(shí)對電極進(jìn)行標(biāo)定，修改參數(shù)。但是隔天的測試則需要對電極重新進(jìn)行標(biāo)定。

3.3 與色譜分析結(jié)果的比較

在一系列實(shí)驗(yàn)之后，我們得出了水樣分析的結(jié)果，并將其與色譜分析的結(jié)果進(jìn)行對照，對照結(jié)果如下表所示：

從上表我們可以得出結(jié)論：大部分離子電極的檢測結(jié)果與色譜分析相當(dāng)接近，誤差一般為10mg/l左右，說明采用離子選擇性電極進(jìn)行離子成分測量是可行的，且具有較高精度。

4 蒸汽干度智能在線監(jiān)控裝置研制的現(xiàn)場試驗(yàn)

樣機(jī)研制成功后，在遼河油田冷華3號注汽站進(jìn)行了為期10天的現(xiàn)場在線測試，在測試過程中并進(jìn)行了人工測試比對，吻合度很高，取得了圓滿結(jié)果。圖3為上位機(jī)監(jiān)控曲線，從曲線可以看出，在線測試數(shù)據(jù)與人工化驗(yàn)值基本吻合。圖4是現(xiàn)場測試圖片。

圖3 智能監(jiān)測儀器在線監(jiān)測曲線

圖4 智能監(jiān)測儀器在線監(jiān)測現(xiàn)場圖片

5 結(jié)論

5.1 通過大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)證明，蒸汽干度智能在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠連續(xù)有效地監(jiān)測鍋爐蒸汽干度，測量精度小于0.4%個干度值。

5.2 蒸汽干度智能在線監(jiān)測系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確測試。

5.3 該技術(shù)研制成功，將促進(jìn)現(xiàn)場注汽鍋爐管理水平的提高，增加經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙興罡，李亞奇.稠油熱采濕蒸汽汽水分離及等干度分配計(jì)量技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2012（21）.

[2]張毅，謝志勤，王彌康.注蒸汽管網(wǎng)等干度蒸汽分配技術(shù)[J]. 石油機(jī)械，2001（03）.

[3]周小林，曲良孟，董文葆.濕蒸汽干度的軟測量技術(shù)[J].化工自動化及儀表，1994（04）.