一种油田注汽锅炉蒸汽干度测量方法及其系统
技术领域
本发明涉及锅炉干度测量装置的设计,特别提供了一种油田注汽锅炉蒸汽干度测量方法及其系统。
背景技术
注汽锅炉作为油田开采中向油层注汽的蒸汽发生器,它将产生的蒸汽强制送入地下油层,为稠油热采提供热源,其燃烧运行品质和输出蒸汽质量与热注效果密切相关。干度指的是湿饱和蒸汽中所含干饱和蒸汽的质量百分比,它是注汽锅炉安全运行的重要参数,也是影响重油热采效果的重要指标。为保证设备运行的有效性、经济性和安全性,对锅炉运行的控制操作提出越来越高的要求。目前,国内干度计原理主要有三种,一是利用标准孔板测差压,根据经验公式演算出蒸汽干度,该方法的出发点是流动模型理论,其应用具有局限性,安装时需要改动高温高压部件,并且干度计的标定需要付出巨大的设备投资;二是利用蒸汽焓不变的原理设计出的干度计,该方法适应范围窄,只能在蒸汽干度≥0.95,蒸汽压力2MPa以下采用;三是电导率测量法,即测量注汽锅炉进水电导率、炉水电导率,根据电导率的不同计算电阻率;取样流程与原来化验法兼容,对原流程不做承压部件改动,该方法不需要标定,可实现在线监测并且容易产品化。但是,目前的测量方法存在测量误差大、稳定性低、成本高、使用时间短等缺陷。
现有的电导率测量方法存在上述缺陷的原因包括:①、现行的电导率测量法由进水电导传感器和炉水电导传感器构成,直接安装在进水和炉水管道上,由于注汽锅炉进水温度、炉水温度不同易造成电导率测量误差;②由于进水水源不稳定及天气因素造成温度不稳定导致进水电导不稳定;③炉水温度受原注汽锅炉冷却系统影响较大,且由于大多注汽锅炉运行年限较长造成原冷却系统结垢等原因导致炉水温度不稳定而使炉水电导率产生偏差;④进水管、炉水管及电导率测量探头结垢影响测量误差;⑤、电导率测量法计算干度系统刚安装时运行稳定、准确,但随时间推移传感器出现结垢现象导致数据不准确,不得不对传感器清洗,增加了使用成本;⑥、两个电导率传感器功能固定结垢和老化系数不一致造成的误差;⑦、由温度、结垢、老化等误差叠加造成现行干度系统不能长期稳定工作,需要经常标定及维护 。
在整个注汽过程中,稳定的高蒸汽干度不但可以提高原油产量和采收率,而且对油层具有很好的保护作用,有关专家指出蒸汽干度每提高1%可使稠油的采收率提高0.5~1%。实际应用表明,注汽锅炉出口的蒸汽干度稳定在80%最为理想,太高的蒸汽干度将导致大量的钙镁离子沉积在炉管中,引起炉管过热和损坏;干度过低将使油层积水过多,这些水在油层冷却后将吸收下一轮注人蒸汽的热量,导致增大注采比、缩短.采油周期、提高采油成本等一系列问题,由此可见蒸汽干度的恒定对系统的稳定、高产和节能具有很大的影响。
针对现有技术中存在的油田注汽锅炉蒸汽干度测量的准确性及稳定性低,使用成本高的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术存在的油田注汽锅炉蒸汽干度测量的准确性及稳定性低,使用成本高的问题,目前尚未提出有效的解决方案,为此,本发明的主要目的在于提供一种油田注汽锅炉蒸汽干度测量方法及其系统,以解决上述问题。
为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种油田注汽锅炉蒸汽干度测量方法,包括:交替采用流程一和流程二测量蒸汽干度;
所述流程一为:打开设置在换热装置1的输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第一旋转换向电动阀2、第四旋转换向电动阀5,由设置在换热装置1第一输出端13的第一电导传感器6测量出电导率值a,测量结束后进行换向,关闭设置在换热装置1输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第一旋转换向电动阀2、第四旋转换向电动阀5, 打开设置在换热装置1输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4,当炉水由锅炉进水口流到换热装置1出口端后,由设置在换热装置1第一输出端13的第一电导传感器6测量出电导率值b;由可编程控制器8计算蒸汽干度;
所述流程二为:由设置在换热装置1第二输出端14的第二电导传感器7测量电导率值c,测量结束后进行换向,关闭设置在换热装置1输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4,打开设置在换热装置1输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第一旋转换向电动阀2、第四旋转换向电动阀5,当炉水由锅炉进水口流到换热装置1出口端后,由设置在换热装置1第二输出端14的第二电导传感器7测量电导率值d;由可编程控制器8计算蒸汽干度。
进一步地,所述可编程控制器8计算蒸汽干度的公式为:
当电导率值a大于等于电导率值b时:蒸汽干度=|电导率值a-电导率值b|/电导率值a;
当电导率值a小于电导率值b时:蒸汽干度=|电导率值a-电导率值b|/电导率值b;
当电导率值c大于等于电导率值d时:蒸汽干度=|电导率值c-电导率值d|/电导率值c;
当电导率值c小于电导率值d时:蒸汽干度=|电导率值c-电导率值d|/电导率值d。
进一步地,采用流程一和流程二进行测量电导率时,所述可编程控制器8使电导率值a、电导率值c延时,使电导率值a和电导率值b、电导率值c和电导率值d为同时间段测量的电导率(即实现锅炉进水电导率与锅炉炉水电导率的同时间段测量)。
进一步地,所述流程一与流程二的间隔时间为20~30分钟。
进一步地,所述可编程控制器8计算得出的蒸汽干度超过预先设定的干度闭环控制调整范围时,与可编程控制器8连接的声光报警装置16发出警报,并由可编程控制器8记录;
所述预先设定的干度闭环控制调整范围是-15%~15%。
进一步地,所述可编程控制器8计算的蒸汽干度通过触摸屏15显示。
进一步地,所述第一旋转换向电动阀2、第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4、第四旋转换向电动阀5通过电动驱动控制开关。
为了实现上述目的,根据本发明的另一方面,提供了一种油田注汽锅炉蒸汽干度测量系统,包括换热装置1、第一旋转换向电动阀2、第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4、第四旋转换向电动阀5、第一电导传感器6、第二电导传感器7、可编程控制器8;其中,
所述换热装置1的第一输入端11分别通过管道与锅炉进水管9、锅炉出水管10连接,所述第一旋转换向电动阀2设置在换热装置1第一输入端11与锅炉进水管9连接的管道上,所述第二旋转换向电动阀3设置在换热装置1第一输入端11与锅炉出水管10连接的管道上;
所述换热装置1的第二输入端12分别通过管道与锅炉进水管9、锅炉出水管10连接,所述第三旋转换向电动阀4设置在换热装置1第二输入端12与锅炉进水管9连接的管道上,所述第四旋转换向电动阀5设置在换热装置1第二输入端12与锅炉出水管10连接的管道上;
所述第一电导传感器6设置在与换热装置1第一输出端13连接的管道上;
所述第二电导传感器7设置在与换热装置1第二输出端14连接的管道上;
所述第一电导传感器6和第二电导传感器7的电流输出端均与可编程控制器8的信号输入端连接。
进一步地,所述油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统还包括触摸屏15,触摸屏15的输入端与可编程控制器8的输出端连接;所述第一电导传感器6、第二电导传感器7均是双通道电导传感器。
进一步地,所述可编程控制器8的输出端连接有声光报警装置16。
采用本发明、通过本发明,通过换热装置1解决了锅炉进水、炉水温度不同造成的电导率测量误差,在换热装置1中注汽锅炉进水和炉水通过对流热交换,在电导率测量点使进水和炉水温度接近相同,消除了温度影响;并通过在换热装置1输入端加电动阀(即第一旋转换向电动阀2、第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4、第四旋转换向电动阀5)使锅炉进水与锅炉炉水互换,通过溶解、冲洗换热装置1中的结垢,实现换热装置1的自清洁,有效的抑制了水垢对电导率的影响;通过电动阀的换向,由同一电导传感器同时进行锅炉进水电导率、锅炉炉水电导率的测量(即第一电导传感器6测量的电导率值a和电导率值b一个是锅炉进水电导率值,一个锅炉炉水电导率值;第二电导传感器7测量的电导率值c和电导率值d一个是锅炉进水电导率值,一个锅炉炉水电导率值),避免了由于两个电导传感器功能、结垢和老化系数不一致造成更大的误差;通过交替采用流程一或流程二,实现电导传感器的随机选择,进一步解决了结垢和老化不一致带来误差叠加问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统结构示意图;
图2为油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统测试原理示意图。
图1、2中的箭头表示锅炉炉水的流动方向。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图2为油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统测试原理示意图,如图1所示,本实施例所述油田注汽锅炉蒸汽干度测量方法,包括:交替采用流程一和流程二测量蒸汽干度;
所述流程一为:打开设置在换热装置1的输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第一旋转换向电动阀2、第四旋转换向电动阀5,由设置在换热装置1第一输出端13的第一电导传感器6测量出电导率值a,测量结束后进行换向,关闭设置在换热装置1输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第一旋转换向电动阀2、第四旋转换向电动阀5, 打开设置在换热装置1输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4,当炉水由锅炉进水口流到换热装置1出口端后,由设置在换热装置1第一输出端13的第一电导传感器6测量出电导率值b;
由可编程控制器8计算蒸汽干度;
所述流程二为:由设置在换热装置1第二输出端14的第二电导传感器7测量电导率值c,测量结束后进行换向,关闭设置在换热装置1输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4,打开设置在换热装置1输入端(即第一输入端11、第二输入端12)的第一旋转换向电动阀2、第四旋转换向电动阀5,当炉水由锅炉进水口流到换热装置1出口端后,由设置在换热装置1第二输出端14的第二电导传感器7测量电导率值d;
由可编程控制器8计算蒸汽干度。
采用本发明,当可编程控制器8计算得出的蒸汽干度,如果不在饱和蒸汽焓值表的范围内则舍去,如果在饱和蒸汽焓值表(即当出口蒸汽温度达到对应压力下饱和温度减去20~30摄氏度对应热焓值)的范围内才保留。
采用本发明,通过换热装置1解决了锅炉进水、炉水温度不同造成的电导率测量误差,在换热装置1中注汽锅炉进水和炉水通过对流热交换,在电导率测量点使进水和炉水温度接近相同,消除了温度影响;并通过在换热装置1输入端加电动阀(即第一旋转换向电动阀2、第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4、第四旋转换向电动阀5)使锅炉进水与锅炉炉水互换,通过溶解、冲洗换热装置1中的结垢,实现换热装置1的自清洁;通过电动阀(即第一旋转换向电动阀2和第四旋转换向电动阀5、第二旋转换向电动阀3和第三旋转换向电动阀4)的换向,由同一电导传感器同时进行锅炉进水电导率、锅炉炉水电导率的测量(即第一电导传感器6测量的电导率值a和电导率值b一个是锅炉进水电导率值,一个锅炉炉水电导率值;第二电导传感器7测量的电导率值c和电导率值d一个是锅炉进水电导率值,一个锅炉炉水电导率值),避免了由于两个电导传感器功能、结垢和老化系数不一致造成更大的误差;通过随机采用流程一或流程二,实现电导传感器的随机选择,进一步解决了结垢和老化不一致带来误差叠加问题。
进一步地,当电导率值a大于等于电导率值b时:蒸汽干度=|电导率值a-电导率值b|/电导率值a;
当电导率值a小于电导率值b时:蒸汽干度=|电导率值a-电导率值b|/电导率值b;
当电导率值c大于等于电导率值d时:蒸汽干度=|电导率值c-电导率值d|/电导率值c;
当电导率值c小于电导率值d时:蒸汽干度=|电导率值c-电导率值d|/电导率值d。
进一步地,采用流程一和流程二进行测量电导率时,所述可编程控制器8使电导率值a、电导率值c延时,使电导率值a和电导率值b、电导率值c和电导率值d为同时间段测量的电导率(即实现锅炉进水电导率与锅炉炉水电导率的同时间段测量),达到同时间段锅炉进水电导率与锅炉炉水电导率进行比较,使蒸汽干度计算更准确。
进一步地,所述流程一与流程二的间隔时间为20~30分钟。时间间隔太短,造成换热装置1动作频繁会影响使用寿命,时间间隔太长,造成换热装置1结垢过重会给返清洗带来困难。
进一步地,所述可编程控制器8计算得出的蒸汽干度超过预先设定的干度闭环控制调整范围时,与可编程控制器8连接的声光报警装置16发出警报,并由可编程控制器8记录;
所述预先设定的干度闭环控制调整范围是-15%~15%。
进一步地,所述可编程控制器8计算的蒸汽干度通过触摸屏15显示。
进一步地,所述第一旋转换向电动阀2、第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4、第四旋转换向电动阀5通过电动驱动控制开关。
图1为本发明实施例提供的油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统结构示意图;本实施例所述油田注汽锅炉蒸汽干度测量系统,包括换热装置1、第一旋转换向电动阀2、第二旋转换向电动阀3、第三旋转换向电动阀4、第四旋转换向电动阀5、第一电导传感器6、第二电导传感器7、可编程控制器8;其中,
所述换热装置1的第一输入端11分别通过管道与锅炉进水管9、锅炉出水管10连接,所述第一旋转换向电动阀2设置在换热装置1第一输入端11与锅炉进水管9连接的管道上,所述第二旋转换向电动阀3设置在换热装置1第一输入端11与锅炉出水管10连接的管道上;
所述换热装置1的第二输入端12分别通过管道与锅炉进水管9、锅炉出水管10连接,所述第三旋转换向电动阀4设置在换热装置1第二输入端12与锅炉进水管9连接的管道上,所述第四旋转换向电动阀5设置在换热装置1第二输入端12与锅炉出水管10连接的管道上;
所述第一电导传感器6设置在与换热装置1第一输出端13连接的管道上;
所述第二电导传感器7设置在与换热装置1第二输出端14连接的管道上;
所述第一电导传感器6和第二电导传感器7的电流输出端均与可编程控制器8的信号输入端连接。
采用本发明、通过换热装置1解决了锅炉进水、炉水温度不同造成的电导率测量误差,在换热装置1中注汽锅炉进水和炉水通过对流热交换,在电导率测量点使进水和炉水温度接近相同,消除了温度影响;并通过在换热装置输入端加电动阀使锅炉进水与锅炉炉水互换,通过溶解、冲洗换热装置1中的结垢,实现换热装置1的自清洁;通过可编程控制器8使先测量的电导率值(即电导率值a、电导率值c)延时,达到同时间段锅炉进水电导率与锅炉炉水电导率进行比较,使蒸汽干度计算更准确;通过电动阀的换向及可编程控制器8的延时控制,由同一电导传感器同时进行锅炉进水电导率、锅炉炉水电导率的测量,避免了由于两个电导传感器功能、结垢和老化系数不一致造成更大的误差。
进一步地,所述油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统还包括触摸屏15,触摸屏15的输入端与可编程控制器8的输出端连接;所述第一电导传感器6、第二电导传感器7均是双通道电导传感器。
进一步地,所述可编程控制器8的输出端连接有声光报警装置16。
本实施例所述油田注汽锅炉蒸汽干度测量系统,在注汽锅炉启动初期,注汽锅炉没有进入稳定状态前,为避免造成误导,触摸屏15需要屏蔽干度显示,先检测注汽锅炉出口蒸汽温度和压力,当出口蒸汽温度达到对应压力下饱和温度减去20~30摄氏度时,触摸屏15开始正常干度显示并记录运行数据,同理在注汽锅炉停运状态下也要屏蔽干度显示。