蒸汽干度

《高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法》涉及油田注汽鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，是一種高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法。

高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法專利目的

《高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法》提供了一種高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法，克服了上述2008年8月之前技術(shù)之不足，其能有效解決蒸汽干度不能達(dá)到超稠油注汽開發(fā)所需要蒸汽干度標(biāo)準(zhǔn)的問題，其結(jié)構(gòu)合理而緊湊，提高了熱效率，降低了能耗，降低了生產(chǎn)成本，能滿足超稠油開發(fā)的注汽工藝的要求。

高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法技術(shù)方案

《高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法》的技術(shù)方案之一是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種高干度油田注汽鍋爐，包括輻射段、對(duì)流段和過渡段，輻射段的進(jìn)口與燃燒器的出口相連通，還包括爐體、給水泵和汽水分離器；在對(duì)流段與過渡段之間的爐體內(nèi)固定安裝有蒸汽過熱器；對(duì)流段進(jìn)口管的進(jìn)水口與給水泵的出水口相連通，對(duì)流段進(jìn)口管的出水口與對(duì)流段上端的進(jìn)水口相連通；對(duì)流段出口管的進(jìn)口與對(duì)流段下端的出口相連通，對(duì)流段出口管的出口與輻射段的進(jìn)口相連通，輻射段出口管的進(jìn)口與輻射段的出口相連通，輻射段出口管的出口與汽水分離器下端的進(jìn)口相連通，分離蒸汽出口管的進(jìn)口與汽水分離器頂部的出口相連通，分離蒸汽出口管的出汽口與蒸汽過熱器的進(jìn)汽口相連通，過熱器出口管的進(jìn)汽口與蒸汽過熱器的出汽口相連通，過熱器出口管的出汽口與蒸汽出口管的進(jìn)汽口相連通。

《高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法》的技術(shù)方案之二是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：利用上述的高干度油田注汽鍋爐的高干度蒸汽生產(chǎn)方法是按下述步驟進(jìn)行的：軟化水經(jīng)給水泵增壓后，經(jīng)對(duì)流段進(jìn)口管進(jìn)入到對(duì)流段，在對(duì)流段內(nèi)進(jìn)行初步加熱，其次由對(duì)流段出口管進(jìn)入到輻射段，在輻射段內(nèi)進(jìn)一步加熱至75％至80％干度的濕飽和蒸汽，再由輻射段出口管進(jìn)入到汽水分離器，在汽水分離器內(nèi)進(jìn)行汽水分離，分離出的干度達(dá)99％的蒸汽，蒸汽由分離蒸汽出口管進(jìn)入到蒸汽過熱器內(nèi)加熱至過熱，然后由過熱器出口管進(jìn)入到摻混器內(nèi)；由汽水分離器分離出的高濃度含鹽飽和水由分離水出口管進(jìn)入摻混器內(nèi)；在摻混器中，汽水分離器分離出來的飽和水與蒸汽過熱器出來的過熱蒸汽進(jìn)行摻混，利用過熱蒸汽將飽和水加熱并完全汽化，形成干度100％的微過熱蒸汽后，由混合蒸汽出口管輸出至蒸汽出口管。

下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

上述汽水分離器的下方可有摻混器，摻混器的頂部低于汽水分離器的底部，分離水出口管的進(jìn)水口與汽水分離器底部的出水口相連通，分離水出口管的出水口與摻混器的進(jìn)水口相連通，摻混器的進(jìn)汽口與過熱器出口管的出汽口相連通，摻混器的出汽口與混合蒸汽出口管的進(jìn)汽口相連通，而混合蒸汽出口管的出汽口與蒸汽出口管的進(jìn)汽口相連通。

上述爐體內(nèi)的上部可有對(duì)流段，在爐體內(nèi)的下部有過渡段，在爐體的上端安裝有煙箱和煙囪；在爐體的前部有輻射段，在爐體的尾部有安裝座；輻射段的出口與爐體下部過渡段的進(jìn)口相連通；在安裝座上固定安裝有汽水分離器。

上述爐體內(nèi)的上部可有對(duì)流段，在爐體內(nèi)的下部有過渡段，在爐體的上端安裝有煙箱和煙囪；在爐體的前部有輻射段，在爐體的尾部有安裝座；輻射段的出口與爐體下部過渡段的進(jìn)口相連通；在安裝座上固定安裝有汽水分離器和摻混器。

上述過熱器出口管的出汽口的一端可與蒸汽出口相連通，過熱器出口管的出汽口的另一端與蒸汽排空管的進(jìn)汽口相連通。

上述混合蒸汽出口管的出汽口的一端可與蒸汽出口相連通，混合蒸汽出口管的出汽口的另一端與蒸汽排空管的進(jìn)汽口相連通。

上述汽水分離器可采用立式汽水分離器。

高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法改善效果

《高干度油田注汽鍋爐和高干度蒸汽生產(chǎn)方法》結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，能使蒸汽干度達(dá)到100％，并有一定的過熱度，能滿足超稠油開發(fā)的注汽工藝要求，因此極大地提高了超稠油開發(fā)注汽的工作效率，提高了熱效率，降低了能耗，降低了生產(chǎn)成本。

《鍋爐蒸汽干度自控系統(tǒng)施工工法》在新港石油公司3號(hào)供熱站鍋爐干度自動(dòng)化控制系統(tǒng)工程的應(yīng)用情況如下：

一、工程概況

新港石油公司3號(hào)供熱站鍋爐設(shè)備已經(jīng)配置了自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集和操作界面，在一定程度上便利了操作運(yùn)行，改善了設(shè)備運(yùn)行的安全性。但在蒸汽干度和燃燒控制方面，則普遍處于人工手動(dòng)操作控制，生產(chǎn)中面對(duì)工況的變化和負(fù)荷的調(diào)整仍然嚴(yán)重依賴人工的操作經(jīng)驗(yàn)，不易維持良好的燃燒效率，輸出的蒸汽干度容易受到燃燒波動(dòng)的影響。不僅制約了熱注工藝的有效性，而且不利于注汽鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。注汽鍋爐的燃燒過程中存在大滯后、大慣性、非線性、多變量耦合、時(shí)變等復(fù)雜控制特性，對(duì)于以傳統(tǒng)PID控制技術(shù)為核心的控制策略來說，其諸多的不確定性導(dǎo)致自動(dòng)控制不易投運(yùn)且難以維持在最佳的運(yùn)行狀態(tài)下。為了提高注汽鍋爐運(yùn)行的有效性和經(jīng)濟(jì)性。永升建設(shè)集團(tuán)有限公司、江蘇廣宇建設(shè)集團(tuán)有限公司提出的控制技術(shù)解決過程中實(shí)際存在的控制難題。

二、施工情況

影響蒸汽干度的因素，一是在給水量不變的情況下，天然氣壓力及流量的波動(dòng)，引起蒸汽干度變化。二是在燃料供給穩(wěn)定的情況下，鍋爐給水量的波動(dòng)，引起蒸汽干度變化。綜上所述，蒸汽干度與燃料供給、燃燒工況及鍋爐給水量有關(guān)，永升建設(shè)集團(tuán)有限公司、江蘇廣宇建設(shè)集團(tuán)有限公司認(rèn)為要使鍋爐安全、節(jié)能、平穩(wěn)地運(yùn)行，穩(wěn)定燃料供給和鍋爐給水量，二者的結(jié)合，是此方案的技術(shù)關(guān)鍵。

解決方案：

1.燃料供給穩(wěn)定的自動(dòng)控制：

當(dāng)天然氣壓力降低時(shí)，其流量也隨之降低，流量計(jì)將瞬時(shí)流量轉(zhuǎn)換成4~20毫安電流信號(hào)反饋至PLC，經(jīng)PLC的PID調(diào)節(jié)器輸出控制調(diào)節(jié)閥，使其開度增大，反之亦然，最終天然氣流量將被穩(wěn)定在整定值，達(dá)到穩(wěn)定天然氣流量的目的，在鍋爐給水量穩(wěn)定的情況下，鍋爐蒸汽干度也隨之穩(wěn)定。

當(dāng)鍋爐點(diǎn)著后，先將鍋爐工況調(diào)整好，水量控制在某值，干度達(dá)到規(guī)定值，這時(shí)，天然氣流量顯示某值，然后，將此值設(shè)定在觸摸屏上。通過PLC控制，可使燃料供給穩(wěn)定，從而達(dá)到蒸汽干度自動(dòng)控制目的。

此方法能快速的根據(jù)燃料的變化，及時(shí)控制，避免了用電導(dǎo)法測(cè)量滯后的問題，導(dǎo)致控制振蕩的弊端，采用此方法的前提條件是，鍋爐給水量不變，但如果在運(yùn)行過程中，因柱塞泵問題引起水量變化，勢(shì)必造成蒸汽干度的變化，且此方法不能根據(jù)水量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽干度。另外，當(dāng)干度規(guī)定值因地質(zhì)部門要求變化時(shí)，天然氣流量設(shè)定值也需重新調(diào)整。

2.通過調(diào)節(jié)水量控制蒸汽干度：

在鍋爐給水總匯管、鍋爐出口分別安裝電導(dǎo)率儀，采集給水、爐水的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率以4~20毫安直流電流信號(hào)進(jìn)入PLC的輸入模塊，經(jīng)過PLC內(nèi)部運(yùn)算模塊計(jì)算出蒸汽的干度[X=（b-a）/b×100%，其中X為蒸汽干度、a為給水電導(dǎo)率、b為爐水電導(dǎo)率]。此計(jì)算出的干度值為測(cè)量值（過程值），在觸摸屏上設(shè)定的蒸汽干度作為給定值。PLC將測(cè)量值和給定值進(jìn)行運(yùn)算，經(jīng)PLC的輸出模塊輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，在燃料供給相對(duì)穩(wěn)定的情況下，對(duì)水量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，控制柱塞泵變頻器來調(diào)節(jié)柱塞泵的排量，以達(dá)到恒干度閉環(huán)控制的目的。在鍋爐點(diǎn)著后半小時(shí)內(nèi)，蒸汽干度可穩(wěn)定在設(shè)定值上。鍋爐就干度來講，是個(gè)大滯后系統(tǒng)，在運(yùn)行中，當(dāng)鍋爐工況變化時(shí)，干度的變化在十幾分鐘后才能反應(yīng)出來，因此采用此方法，存在當(dāng)鍋爐工況變化時(shí)，控制不是非常及時(shí)。

對(duì)比上述兩種控制方法，各有優(yōu)劣，如果將兩種方法有機(jī)的結(jié)合，最終的解決方法是；主調(diào)火，輔調(diào)水。即當(dāng)鍋爐天然氣的壓力及流量發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥及時(shí)調(diào)節(jié)天然氣流量，使得實(shí)際的蒸汽干度還未變化，就已提前做了調(diào)整。當(dāng)因柱塞泵問題引起水量變化時(shí)，可通過控制變頻器來調(diào)節(jié)水量，達(dá)到控制干度的目的。

三、工程檢測(cè)與結(jié)果評(píng)介

1.永升建設(shè)集團(tuán)有限公司在2004年5月6日承建的新港石油公司3號(hào)供熱站鍋爐干度自動(dòng)化控制系統(tǒng)工程，2004年12月8日竣工交接并投入使用至2009年，該工法得到成功應(yīng)用。

工程建成后，工程質(zhì)量優(yōu)良，受到業(yè)主的好評(píng)，獲得了較好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

2.永升建設(shè)集團(tuán)有限公司在2005年6月14日承建的新港石油公司4號(hào)供熱站鍋爐干度自動(dòng)化控制系統(tǒng)工程，2005年12月18日竣工驗(yàn)收交接并投入施工至2009年，該功法成功應(yīng)用了《鍋爐蒸汽干度自控系統(tǒng)施工工法》取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

工程建成后，鍋爐干度自動(dòng)化控制系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行至2009年，經(jīng)過分析化驗(yàn)，出口蒸汽分析指標(biāo)均在正常值內(nèi)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求，運(yùn)行穩(wěn)定，工程質(zhì)量優(yōu)良。