牛占濤（勝利油田勝機(jī)石油裝備有限公司 山東東營(yíng) 257000）

油田注汽鍋爐控制系統(tǒng)的核心技術(shù)就是蒸汽干度控制技術(shù)， 蒸汽干度控制效果的好壞很大程度上就決定了整個(gè)注汽鍋爐的工作性能。 由于受油田熱采生態(tài)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(yīng)該穩(wěn)定在75-80%之間，過(guò)高或過(guò)低都無(wú)法滿足生產(chǎn)工藝的要求。 蒸汽干度受到眾多因素的影響，難以對(duì)其進(jìn)行有效、準(zhǔn)確的控制。狀態(tài)，這在工作過(guò)程中就會(huì)引起較大的時(shí)間滯后性與慣性。 從而導(dǎo)致鍋爐給水或是燃料流量產(chǎn)生變化很長(zhǎng)時(shí)間以后， 鍋爐輸出段的蒸汽干度值才會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化， 另外檢測(cè)蒸汽干度不能直接完成，當(dāng)檢測(cè)到蒸汽干度有了變化時(shí)，距其實(shí)際發(fā)生變化已經(jīng)過(guò)去了一定的時(shí)間。 所以，總的來(lái)說(shuō)，注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)一般會(huì)有10 分鐘以上的時(shí)間延后。

一、蒸汽干度控制系統(tǒng)兩個(gè)技術(shù)難題

（1）、蒸汽干度檢測(cè)

蒸汽干度不能通過(guò)儀器直接測(cè)量得到，屬于間接檢測(cè)參數(shù)。檢測(cè)蒸汽干度時(shí)受到很多因素的影響， 其與多個(gè)注汽鍋爐工作參數(shù)存在著客觀的、復(fù)雜的關(guān)聯(lián)，所以測(cè)量蒸汽干度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度很難達(dá)到理想的效果。 傳統(tǒng)的注汽鍋爐蒸汽干度檢測(cè)方法是基于人工的化驗(yàn)法，這種方法不僅會(huì)產(chǎn)生較大的誤差、有嚴(yán)重的滯后性、人員工作量大強(qiáng)度高，而且難以確保所得的蒸汽干度處在一個(gè)高值范圍內(nèi)。 目前，隨著技術(shù)的改進(jìn)和方法的優(yōu)化，一些新的蒸汽干度檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于注汽鍋爐作業(yè)， 并且取得了不錯(cuò)的效果。 主要的檢測(cè)方法有濕蒸汽雙相流蒸汽干度測(cè)量法與電導(dǎo)率分析法。

油田注汽鍋爐是單管直流形式，不會(huì)形成汽包，也不會(huì)產(chǎn)生任何污染。 如果不計(jì)算溶解在蒸汽中的鹽分和爐管內(nèi)壁上沉積的鹽分， 那么在一段時(shí)間內(nèi)給水與鍋爐水中包含的鹽分總量是相等的，也就是說(shuō)給水與鍋爐水中包含的鈣、鎂等陽(yáng)離子數(shù)是相等的。 而對(duì)溶液來(lái)說(shuō)，其電導(dǎo)率與其中包含的陽(yáng)離子數(shù)成正比，故而可以通過(guò)測(cè)量給水與鍋爐水的電導(dǎo)率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽干度的間接測(cè)量，其計(jì)算公式是：

這種檢測(cè)方法只需要安裝兩個(gè)電導(dǎo)率傳感器和配置一個(gè)電導(dǎo)率分析儀器，設(shè)備簡(jiǎn)單，在油田上應(yīng)用很廣泛。 不過(guò)電導(dǎo)率分析法還是存在著以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

①電導(dǎo)率分析法檢測(cè)蒸汽干度的基礎(chǔ)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(zhì)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(cè)結(jié)果的失真。

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

③目前注汽鍋爐配備的電導(dǎo)率分析儀在溶液靜止時(shí)的檢測(cè)精度和穩(wěn)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(dòng)狀態(tài)，并且蒸汽干度受到很多雜質(zhì)的影響，使得電導(dǎo)率有很大的波動(dòng)，不夠穩(wěn)定。

（2）、蒸汽干度對(duì)象的大時(shí)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(jīng)過(guò)四個(gè)流段：預(yù)熱段、對(duì)流段、過(guò)渡段以及輻射段，所以造成鍋爐管線的總長(zhǎng)一般都超過(guò)了700 米， 流體介質(zhì)要在管線中滯留很長(zhǎng)時(shí)間， 同時(shí)由于注汽鍋爐是典型的靠燃燒來(lái)支撐運(yùn)行的工作

二、蒸汽干度影響因素

在注汽鍋爐工作過(guò)程中，依據(jù)能量守恒定律，存在著以下能量關(guān)系式：

式中，η-熱效率（%），Qd-天熱氣的低位發(fā)熱量（kJ/m3），B-每小時(shí)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(fā)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(qiáng)耦合受控變量很難實(shí)現(xiàn)比較有效的控制。 下面通過(guò)分析蒸汽干度的各個(gè)影響因素，得出最為關(guān)鍵的影響因素。

①對(duì)于注汽鍋爐的熱效率而言，受熱面上積灰、排煙的穩(wěn)定上升以及水管內(nèi)壁結(jié)垢都將造成效率的減小， 不過(guò)受熱面上積灰和水管內(nèi)壁上結(jié)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(gè)工作流程中是一個(gè)緩慢變化的量；

②注汽鍋爐內(nèi)蒸汽壓力的變化會(huì)導(dǎo)致汽化潛熱和飽和水焓的變化，這兩個(gè)因素是以蒸汽壓力為變量的函數(shù)；

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

④當(dāng)注汽鍋爐正常工作時(shí)， 能引起蒸汽壓力變化的因素有注汽井個(gè)數(shù)、地層壓力與蒸汽流量等，不過(guò)蒸汽壓力是一個(gè)緩慢的漸變量，其控制可以采用獨(dú)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(nèi)蒸汽的壓力值，并且當(dāng)這些參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，蒸汽干度檢測(cè)都會(huì)有嚴(yán)重的時(shí)間滯后性。

三、結(jié)束語(yǔ)

文章分析了目前制約注汽鍋爐蒸汽干度控制系統(tǒng)高效運(yùn)行與精準(zhǔn)控制的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)， 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(duì)今后注汽鍋爐蒸汽干度控制方法的研究與改進(jìn)有著一定的借鑒意義。