淺談油田注汽鍋爐蒸汽干度控制系統

牛占濤（勝利油田勝機石油裝備有限公司 山東東營 257000）

油田注汽鍋爐控制系統的核心技術就是蒸汽干度控制技術， 蒸汽干度控制效果的好壞很大程度上就決定了整個注汽鍋爐的工作性能。 由于受油田熱采生態條件的限制，油田注汽鍋爐中濕飽和蒸汽在出口處其干度應該穩定在75-80%之間，過高或過低都無法滿足生產工藝的要求。 蒸汽干度受到眾多因素的影響，難以對其進行有效、準確的控制。狀態，這在工作過程中就會引起較大的時間滯后性與慣性。 從而導致鍋爐給水或是燃料流量產生變化很長時間以后， 鍋爐輸出段的蒸汽干度值才會相應發生變化， 另外檢測蒸汽干度不能直接完成，當檢測到蒸汽干度有了變化時，距其實際發生變化已經過去了一定的時間。 所以，總的來說，注汽鍋爐蒸汽干度控制系統一般會有10 分鐘以上的時間延后。

一、蒸汽干度控制系統兩個技術難題

（1）、蒸汽干度檢測

蒸汽干度不能通過儀器直接測量得到，屬于間接檢測參數。檢測蒸汽干度時受到很多因素的影響， 其與多個注汽鍋爐工作參數存在著客觀的、復雜的關聯，所以測量蒸汽干度數據的準確度很難達到理想的效果。 傳統的注汽鍋爐蒸汽干度檢測方法是基于人工的化驗法，這種方法不僅會產生較大的誤差、有嚴重的滯后性、人員工作量大強度高，而且難以確保所得的蒸汽干度處在一個高值范圍內。 目前，隨著技術的改進和方法的優化，一些新的蒸汽干度檢測技術應用于注汽鍋爐作業， 并且取得了不錯的效果。 主要的檢測方法有濕蒸汽雙相流蒸汽干度測量法與電導率分析法。

油田注汽鍋爐是單管直流形式，不會形成汽包，也不會產生任何污染。 如果不計算溶解在蒸汽中的鹽分和爐管內壁上沉積的鹽分， 那么在一段時間內給水與鍋爐水中包含的鹽分總量是相等的，也就是說給水與鍋爐水中包含的鈣、鎂等陽離子數是相等的。 而對溶液來說，其電導率與其中包含的陽離子數成正比，故而可以通過測量給水與鍋爐水的電導率來實現對蒸汽干度的間接測量，其計算公式是：

這種檢測方法只需要安裝兩個電導率傳感器和配置一個電導率分析儀器，設備簡單，在油田上應用很廣泛。 不過電導率分析法還是存在著以下幾點問題：

①電導率分析法檢測蒸汽干度的基礎是注汽鍋爐出口處的取樣冷卻器與汽水分離器的正常有效工作。 但是由于雜質的堵塞常引起汽水分離器得到的鍋爐水樣有誤差， 從而造成檢測結果的失真。

②由于鍋爐水的流速比較低， 而同時鍋爐水中包含的鹽量較多，極易在傳感器上結成堿垢，從而導致傳感器工作失效。

③目前注汽鍋爐配備的電導率分析儀在溶液靜止時的檢測精度和穩定性都比較高， 但是注汽鍋爐中的給水與鍋爐水都是處于流動狀態，并且蒸汽干度受到很多雜質的影響，使得電導率有很大的波動，不夠穩定。

（2）、蒸汽干度對象的大時滯性

油田注汽鍋爐是單管受熱， 軟化水在水泵增壓后要先后經過四個流段：預熱段、對流段、過渡段以及輻射段，所以造成鍋爐管線的總長一般都超過了700 米， 流體介質要在管線中滯留很長時間， 同時由于注汽鍋爐是典型的靠燃燒來支撐運行的工作

二、蒸汽干度影響因素

在注汽鍋爐工作過程中，依據能量守恒定律，存在著以下能量關系式：

式中，η-熱效率（%），Qd-天熱氣的低位發熱量（kJ/m3），B-每小時鍋爐消耗的天然氣（m3/h），D-鍋爐給水流量（kg/h），h-飽和水焓（kJ/kg），γ-蒸汽干度（%），ξ-汽化潛熱（kJ/kg）， hin-鍋爐給水焓（kJ/kg）。 從以上公式可以看出，蒸汽干度受到天然氣低位發熱量、鍋爐天然氣消耗速度、鍋爐給水流量與給水焓、飽和水焓、汽化潛熱、鍋爐熱效率等眾多因素的影響和干擾，決定了蒸汽干度這樣的強耦合受控變量很難實現比較有效的控制。 下面通過分析蒸汽干度的各個影響因素，得出最為關鍵的影響因素。

①對于注汽鍋爐的熱效率而言，受熱面上積灰、排煙的穩定上升以及水管內壁結垢都將造成效率的減小， 不過受熱面上積灰和水管內壁上結垢都是慢慢積累的， 鍋爐熱效率受排煙溫度的影響不是很明顯， 所以鍋爐熱效率在注汽鍋爐的整個工作流程中是一個緩慢變化的量；

②注汽鍋爐內蒸汽壓力的變化會導致汽化潛熱和飽和水焓的變化，這兩個因素是以蒸汽壓力為變量的函數；

③鍋爐給水焓是以給水溫度為變量的函數， 不過鍋爐給水溫度波動很小，故而鍋爐給水焓的變化也很小；另外，天然氣的低位發熱量對于批次相同的天然氣，其差異不大；

④當注汽鍋爐正常工作時， 能引起蒸汽壓力變化的因素有注汽井個數、地層壓力與蒸汽流量等，不過蒸汽壓力是一個緩慢的漸變量，其控制可以采用獨立的控制器；

⑤影響蒸汽干度最主要的因素包括：天然氣流量、鍋爐給水流量以及鍋爐內蒸汽的壓力值，并且當這些參數發生變化時，蒸汽干度檢測都會有嚴重的時間滯后性。

三、結束語

文章分析了目前制約注汽鍋爐蒸汽干度控制系統高效運行與精準控制的兩個關鍵技術難點， 探討了影響油田注汽鍋爐蒸汽干度的眾多因素， 并最終分析得出蒸汽干度最主要的影響因素是蒸汽壓力值和鍋爐給水與天然氣的流量比值。 對今后注汽鍋爐蒸汽干度控制方法的研究與改進有著一定的借鑒意義。