蒸汽干度在线监控

二、干度检测---关键技术
非接触双电导率法：无极式 传感器的测量原理采用一对线 绕合金环形线圈，传感器的探 头与被测过程溶液体是完全隔 离的（非接触），无需频繁的 维护和保养，相对于传统的电 流式电导率测量过程, 从根本 上避免了电极表面的离子沉积 和覆盖，极化、油污或污染等 问题都不会影响无极式传感器 的性能。使用寿命可长达10年 之久。
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1530 1536 1542 1541 1520 1519 1525 1530 1536 1542 1541 1520 1519 1521
15#站运行数据二
时间 化学法 测试值% 在线仪 显示值% 化法与 在线仪 误差 0 0 -2 0 干度仪 测试值 % 76 76 77 76 电导仪与 化验干 度误差 7 7 7 7 水流量 (m3/h) 蒸汽 压力 (Mpa) 6.4 6.4 6.6 6.6 蒸汽 温度 (℃) 275 274 277 278 燃料流量 （m3/h） 备注 及分析
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1 1 1 包括建模，自动修正系数，调控，干度计 算等，系统可根据现场订制其他功能。
伺服执行器和阀体机构组成，状态反馈， 保 护 等 级 ： 相 当 IP55 防爆：ExdⅡBT4。 现场具备，不必新增设备
现场都具备不必新增设备）
天然气流量计 变频器（给水量 调节）
4-20mA 信 号 输 出
四、产品介绍
本产品的优势
（1）抗结垢：采用与被测流量不接触的电导率传感器； （2） 耐高温：注汽炉生水或炉水的测量温度达95℃； （3）自排气：自动排除生水或炉水中的不凝气体； （4）量程宽: 蒸汽干度测量范围为 30%—90%； (5) 准确性高：最大绝对干度值误差小于3%； (6) 适用性强：注汽炉生水的来源无论是清水还是污水处 理水； (7)维护量很小：实用过程中没有维护； (8)长期稳定：实用表明长期稳定可靠； （9）控制稳定可靠：系统采用干度值，同时结合给水量和 天然气量协调组比多参数控制。
四、产品介绍
图2 湿蒸汽干度在线监测
系统的结构示意图
四、产品介绍
湿蒸汽干度在线监测系统
四、产品介绍
四、产品介绍
计算机处理与显示
自排气结构
四、产品介绍
设备名称 型号 PLC控制器 I/O模块 信号隔离模块 干 度 实 时 监 控 触摸屏 （GD-DCS） DIP 智 能 调 节 器（专用） 实时监控软件 （专用） 干度测量 燃气电动调节器 CIT3000 ZDRW 2 1 数量 1 备注
三、干度控制—调节策略
(1)、固定火量控制给水量 此法的缺点是：注汽量是供热站的主要生产指标，水量变 化即是注汽量的变化，注汽量变化过于频繁，影响正常计 量，对影响生产任务，而且地层也需要均衡注汽，注汽量 变化影响注汽效果。 (2)、稳定水量调节天然气 此法存在缺点：如果现场供气压力波动大，此法可能达到 调节极限，无法满足干度要求 。 结论：我们依据现场波动原因，进行水量或者火量 调节，既满足干度安全要求，又尽量满足生产任务需要； 当单一调节一个量达到调节极限要求，进行双变量调节。
三、干度百度文库制—原理
要达到锅炉控制实现无人值守目标，必须保证系统检测、控制及 时可靠，具备事故控制解决措施。
1、原理：以干度值作为目标控制参数，检测干度值， 调节天然气量和给水量，保持干度恒定；同时结合天然气 量和水量协调组比算法控制。 天然气量和水量协调组比算法：检测给水量和天然气流 量，让天然气量和给水量一一对应供给；即当天燃气量发 生变化，调节天然气量，使天然气量和水量匹配。
2、电极式电导率不能测高温流体问题；
本系统采用耐高温、非接触式电导率传感器。它不仅不与 被测流体直接接触，而且可测流体的温度高达95℃或以上。
3、生水或炉水中不凝气体对测量的影响问题；
采用本系统的自排气结构，即在电导率传感头采集器中设 置自排气结构，自动减小或排除本系统所采集生水或炉水中所 带的不凝气体，使本系统所测湿蒸汽干度的准确性处于绝对误 差3%之内。
本产品维护简便，能长期、稳定、可靠、高精度 地在线监控蒸汽干度。
二、干度测控---必要性
①、目前锅炉干度控制主要通过化学法定法测试， 再通过人工调节天然气量，存在不同人工检测和调节误 差，同时定时检测，存在调节滞后，不能保证注气质量。 ②、干度过高，造成结晶盐在炉管管壁析出，导致 炉管传热效果变差，造成炉管温度急剧上升而爆炸； ③、干度自动控制系统，准确实时调节和控制，保 持干度稳定，有效提高蒸汽质量和产量，对于稠油增产 起到很大作用。 ④随着油田注汽锅炉运行管理水平提高，实现无人 值守，节约生产运行成本，实施安全、可靠在线实时控 制锅炉干度十分必要。
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化验误差
2012-12-20
2012-12-21 2012-12-24 2012-12-25 2012-12-26 2012-12-27 2012-12-28 2013-1-4 2013-1-5 2013-1-6 2013-1-7 2013-1-8 2013-1-9 2013-1-10 2013-1-11
温度℃ 99.62 120.23 …… 310.9 318.05
压力（MPa）
1.0
2.0
……
100
110
三、干度控制—原理
干度检测与控制原理图
三、干度控制---优点
（1）安全，可靠：干度、水量、气量等多参数进行同步 监控和边界运行限定，提高可靠性，防止单一干度计量监控 失效，达到无人值守要求； （2）实时调节：当燃气量或水量发生变化，时效上达到 无缝调节，保持干度恒定，不存在只依据干度调节滞后问题 （3）自动识别给水水质：系统根据电导法自动识别给水 水质变化，并选取调整模型，选取调整干度控制点（不同水 质干度要求点不同）。
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70 70 70 69 68 69 65 70 70 70 69 68 69 69
67.5
73.1 73 71.3 72 69.8 70 67.5 73.1 73 71.3 72 69.8 70 70
2.5
3.1 3 1.3 3 1.8 1 2.5 3.1 3 1.3 3 1.8 1 1
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76 76 76 76 76 76 75 76 76 76 76 76 76 76
二、干度检测---原理
注汽炉生水在注汽炉中，大部分转变为干饱和蒸汽，因 为干饱和蒸汽中不含有导电物质，这样注汽炉生水中的导电物质， 就遗留在注汽炉出口湿蒸汽饱和水中。注汽炉出口湿蒸汽经过气 液分离器，分离出干饱和蒸汽和饱和水，被气液分离器分离出的 饱和水称为炉水，同样测出炉水电导率。 根据注汽炉生水与炉水的盐量平衡原理，计算出锅炉蒸汽 干度。设:给水含盐量=A1(mg/L)，炉水含盐量=A2(mg/L)，蒸汽 出口干度=V 按照盐量平衡(对1kg给水)：A1=(1-V)A2 V=(A2-A1)/A2 即：干度=(炉水含盐量-给水含盐量)/炉水含盐量。
三、干度控制—原理
2、协调组比调节模型：在注汽干度符合要求生产时（某 设定干度值），给水量和天然气量为一次线性关系，其模型 公式：Q天然气=A*Q水+B。测出多组给水量和天然气流量数 据就计算出A，B值，减小测试误差，建立精准模型。 （ 式中A、B是系数，它与干度值，锅炉效率，给水温度 有关。）
三、干度控制—原理
三、干度控制—存在问题
(1)天然气压力变化：一般一条天然气管线要给几台甚至十 几台锅炉供气，当锅炉出现点、停炉操作时，用气量发生变 化，导致天然气压力波动，造成用气锅炉天然气流量变化； (2)锅炉供水泵流量变化：一般采用流量控制稳定的柱塞泵 ，但是多柱柱塞泵故障率高，使用过程中泄漏量变化或某柱 缸体的损害等原因，导致供水量降低。 (3)人工化学法或一般在线电导仪测量干度，计量后在进行 调节，存在滞后时间长，一般40—60分钟。
3、减小误差算法：模型准确度关系到控制精度，在 上式中只要测出两组相应数据可计算出A、B参数，但 是由于受仪表测试误差等因素影响，系统采用最小二 乘法，可以采集多组测试数据进行计算，减少误差， 保证模型的精确度。
4、参数的影响因素和修正：以上的一次线性关系 中，斜率A、截距B，它受锅炉来水温度、锅炉效率、 干度设定值的影响会自动调整。系统可以根据现场应 用中大量采集的数据，自动修正，因此不需人工操作 修正参数，保证系统自动实现模型调整，并且在大量 应用中数据更加符合锅炉运行实际调控参数。
三、干度控制—原理
5、极限状态安全保护：注汽锅炉是湿饱和蒸汽发生 器，每个蒸汽饱和压力都对应一个蒸汽饱和温度，那么 锅炉过热，干度过高，这样就造成结晶盐在炉壁的析出 ，严重导致管爆炸。基于这个原因，在控制系统中建立 一个大气压到锅炉额定压力的所有饱和温度数值，每个 压力对应一个饱和温度，当锅炉在某个压力下，温度超 过饱和温度，降低天然气流量，使锅炉注汽干度迅速下 降。
湿蒸汽干度在线监控 系统介绍
克拉玛依华科石油科技有限公司 西安石油大学 联合研制 2013年5月
内
容
一、前言 二、干度检测 三、干度控制 四、产品介绍 五、现场使用
前言
本产品—湿蒸汽干度在线监控系统，是我公司研制的高 科技产品。它主要包括两大功能： ①、干度检测：它根据注汽炉生水与炉水的盐量平衡原理， 采用国际领先的非接触双电导率传感技术、自排气结构和干度 自动跟踪补偿技术 ，克服了手工滴定法的非实时性、结果滞 后、精度易受人为因素干扰等问题，突破了现有电导率测量蒸 汽干度的技术瓶颈。 ②、干度控制：利用干度值以及锅炉给水量和天然气量协 调组比控制，使系统控制稳定，可靠。
2012-12-11 2012-12-12 2012-12-13 2012-12-18 2012-12-19
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4 1 2 2 3
76 74 76 75 75
12 8 10 9 10
20 20 20 20 20
7.6 7.6 7.6 7.6 8
288 287 286 285 290
二、干度检测--检测方法研究
（1）双相流法 （2） 热函法 （3）电极式电导法： 会发生氧化或还原反应，导致电极表 面结晶结垢，引起电导测量的严重误差，使用寿命差 （4）非接触双电导率法：无极式传感器的测量原理采用一对 线绕合金环形线圈，传感器的探头与被测过程溶液体是完全 隔离的（非接触）， 从根本上避免了电极表面的离子沉积 和覆盖，极化、油污或污染等问题都不会影响无极式传感器 的性能。使用寿命可长达10年之久。
二、干度检测---性能参数
（1） 蒸汽干度测量量程为: 30%—90%。 （2） 蒸汽干度采集器工作温度：5-95℃。 （3） 蒸汽干度采集器工作压力：0-0.5MPa。 （4） 蒸汽干度测量精度为：最大绝对干度 值误差小于3%。
二、干度检测---创新点
1、解决了电导率传感器表面易结垢问题；
本系统采用与被测流体不接触的电感式电导率传感器，这 是当今世界上最为先进的工程在线电导率传感器，被国际上称 为免维护、抗结垢、长寿命的高科技产品。
五、现场使用情况 5.1运行数据
15号站安装的干度智能检测系统
图7 干度智能检测装置安装位置
图8 干度智能检测装置的取样口
18号站安装的干度智能检测系统
15#站运行数据一
时间 化学法 测试值 % 在线仪 显示值 % 化法与 在线仪 误差 干度仪 测试值 % 电导仪与 化验干 度误差 水流量 (m3/h) 蒸汽压力 (Mpa) 蒸汽温度 (℃) 燃料流量 （m3/h） 备注
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8.6 8.4 8.5 8.5 8.7 8.8 8 8.6 8.4 8.5 8.5 8.7 9.6 6.4
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293 292 294 294 295 296 290 293 292 294 294 295 300 276
二、干度检测---原理
注汽炉生水，也就是锅炉进水，一般来源于地下水、回收后的处 理水、河水等，由于注汽炉生水含有一些盐类化合物、金属离子 等，已具有一定的导电性，当传感器发送器线圈通电时，则电解 质溶液导电产生感应电流，该感应电流与溶液的电导率成正比， 接收器线圈检测该电流的大小，从而求出溶液的电导率值。