CN1263263A - 锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法 - Google Patents

锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锅炉蒸汽干度自动化测试和控制方法,分别通过电导率测试探头实时测量出给水电导率a和炉水电导率b;根据公式:X=(b－a)/b*100%计算出锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X;再计算出所得干度值X与给定值之间的偏差值,以及最近两次干度值X的变化率,将它们与数据库中的数据进行对比,进行智能推理,然后输出控制信号给变频器以调整锅炉给水泵的输水量,从而将锅炉蒸汽出口处蒸汽的干度值X控制在给定值上。本发明的方法具有测得准和控得稳的特点。

Description

锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法
本发明涉及一种锅炉自动化测试和控制的方法，特别是指一种锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法。
通过向油层中注入高温蒸汽的热力采油技术已有几十年的历史，其所使用的高温蒸汽都是由油田注气锅炉所产生的，注气锅炉所产生的蒸汽干度值的高低及其稳定性对提高原油产量、降低能源损耗、运营成本和保证注气锅炉安全运行有着极其重要的影响，但是到目前为止，油田注气锅炉的自动控制仅限于自动点炉控制和十几个报警点的安全报警停炉控制；油田注气锅炉点炉成功后的正常运行过程中，锅炉蒸汽出口处蒸汽干度值的测量和控制一直都是用人工定时通过化学或物理方法测量后，再由工人凭经验根据测得的蒸汽干度值，通过调整锅炉的给水量来进行调整的，其测量和控制的精度很差，蒸汽干度值波动较大，平均输出的蒸汽干度值在70％左右，根本无法达到最佳的状态；因此在注气锅炉正常运转的情况下，如何能够实现对注气锅炉蒸汽出口处蒸汽干度值的在线实时自动准确测量和依据测得的蒸汽干度值来自动调整注气锅炉蒸汽出口处蒸汽干度值，使其能够保持在最佳设定值80％上的控制方法一直是技术人员梦寐以求的目标；
中国发明专利申请公开说明书(申请号为96109966.6)公开了一种锅炉蒸汽干度测试方法，它是根据炉水进入锅炉辐射段后，在辐射段前部几根炉管内的水仍处于未饱和水的特性，通过埋设在炉管弯头处的测温探头测出该几根炉管内未饱和水段的热焓增值，再根据锅炉炉管结构的对称性和受热辐射的均匀性，得出整个辐射段的热焓增值，其值加上未饱和水进入锅炉段前的热焓值，从而实现实时自动测出蒸汽干度值；但是在注气锅炉的辐射段内共有相互串联的50多根炉管，其中介质的温度从入口处的200度左右到出口处的300度左右，介质的状态从入口处的未饱和水到出口处的液、汽二相共存的湿饱和蒸汽，其每根炉管内介质的焓增量是完全不同的，且每根炉管在辐射段内的位置也不相同，因此用可以测出的几根炉管内的介质的焓增量来求解整个辐射段内50多根炉管内介质的焓增量的函数关系是非常复杂的，不能简单的以少盖全，理想的认为每根炉管中的热焓增值都相同，因此其算法在实际操作中会产生较大的误差，以致无法实现最终的目的；并且在压力容器的弯头处打眼开孔是不允许的，因为其会造成很大的安全事故隐患。
本发明的目的是提供一种切实可行、算法简单，能够自动、准确实时测试出锅炉蒸汽出口处蒸汽干度值和控制干度值大小的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法，其包括以下步骤：
①通过两个电导率测试探头分别实时测量出锅炉给水的电导率a和锅炉蒸汽出口处未汽化的炉水的电导率b；
②将上述两步所测得的电导率a和b通过A/D转换后，输入中央处理器中，用计算公式：X＝(b-a)/b*100％计算出锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X；
③计算出所得到的锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X与给定值之间的偏差值，以及最近的两次监测到的锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X的变化率，将它们与数据库中的数据进行对比，并进行智能推理，然后做出最佳反应策略；如果锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X大于90％，则直接报警停炉，并显示故障代码；
④输出新的控制信号，调整锅炉给水泵的输水量，从而将锅炉蒸汽出口处蒸汽的干度值X控制在设定值上；
⑤进行下一次循环。
本发明在干度监测的方法上，克服了普遍认为采用电导法在线实时监测锅炉蒸汽出口蒸汽干度值的误差和滞后性大的偏见，大胆地采用了用电导法直接在线测量锅炉给水和炉水的电导率，利用给水中的含盐量与炉水中的含盐量相同这一理想状态的假设，推导出蒸汽干度值X和给水电导率a及炉水电导率b之间的关系式：X＝(b-a)/b*100％，从而计算出蒸汽干度值X，表1为采用本发明所述的锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法的油田注气锅炉运行参数的记录，从表中干度值一栏可见，点炉后干度值被成功的控制在设定值80％附近，比人工操控下平均70％的干度值提高了10个百分点；实践证明采用本发明所提供的方法所得的数据能够较真实的反应出实际的蒸汽干度值，实现了对蒸汽干度值的实时、自动、准确的进行监测的目的；并以监测出的蒸汽干度值为依据算出其偏差值和变化率，将它们与数据库中的数据进行对比，进行智能推理后向锅炉给水泵发出最佳调节指令，从而使锅炉蒸汽出口处蒸汽干度值保持在规定的范围内，使油田注气锅炉具备了自动运行控制的功能，实现了其完全无人职守的全自动控制功能，具有运行稳定、降低运行成本、提高了设备的利用率、增加了产油量等优点。
下面结合附图和将本发明所述方法应用在油田注气锅炉上的实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的工艺流程图
图2为本发明自动控制流程图
一种油田注气锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法，其包括以下步骤：
①通过分别安装在油田注气锅炉给水管1上和安装在油田注气锅炉蒸汽出口上炉水取样冷却器7上冷却炉水出水管路6上的电导率测试探头2和3实时测量出油田注气锅炉给水的电导率a和油田注气锅炉蒸汽出口处未汽化的炉水的电导率b；其中安装在油田注气锅炉蒸汽出口上炉水取样冷却器7上冷却炉水出水管路6上的电导率测试探头3应通过管道4以远离炉水取样冷却器7上冷却炉水出口的方式连接在炉水取样冷却器7上冷却炉水的出水口上，这样在打开排污阀5排污时，高温蒸汽才不会将炉水电导率测试探头3损坏；炉水通过安装在油田注气锅炉蒸汽出口管路9上的汽水分离器8与蒸汽分离后取出；
②将上述两步所测得的给水电导率a和炉水电导率b通过A/D转换后，输入中央处理器中，用计算公式：X＝(b-a)/b*100％计算出油田注气锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X；
计算公式的来源是：设给水含盐量＝Amg/L
                    炉水含盐量＝Bmg/L
                    蒸汽干度值＝X
假设：(1)在炉管上未沉积任何盐分；(2)水蒸汽中不含盐分；根据盐量平衡式(对1公斤给水)：
                      1*A＝(1-X)B
                      X＝(B-A)/B
因含盐量可以通过电导法测出，所以可用给水电导率a和炉水电导率b，替代上式中的A和B，从而测算出蒸汽的干度；
③计算出所得到的油田注气锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X与给定值之间的偏差值，以及最近的两次监测到的油田注气锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X的变化率，将它们与数据库中的数据进行对比，并进行智能推理，然后做出最佳反应策略；如果油田注气锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X大于90％，则直接报警停炉，并显示故障代码；
数据库中包含了被表达成计算机能够识别、理解和执行的语言的熟练操作工、技术人员和专家的操作经验，即事实和规则，然后把大量这样的事实和规则经过修改和精炼，建立起的一种可以对各种不同工况提供最佳反应方案的知识库；
④输出新的控制信号，调整油田注气锅炉给水泵的输水量，从而将油田注气锅炉蒸汽出口处蒸汽的干度值X控制在设定值上；对于安装有变频器的给水泵，输出新的控制信号给变频器，使变频器以调频方式调整电机的转速，从而控制油田注气锅炉给水泵的输水量，将油田注气锅炉蒸汽出口处蒸汽的干度值X控制在给定值上。
⑤进行下一次循环；只要油田注气锅炉运行过程中油田注气锅炉的各项安全指标符合设计荷载要求，本测试控制程序将一直重复循环下去，从而实现对油田注气锅炉蒸汽干度的连续自动测试和控制。
时间   变频器频率(HZ)   水流量(M3/h)    干度值(×100％)   天然气压力(MPa)
    13：00     50     23     0.00     0.14
    13：05     50     23     0.00     0.14
    13：08     43     19     0.00     0.14
    13：09     37     16     0.00     0.14
    13：20     37     16     0.60     0.14
    13：33     37     16     0.74     0.14
    13：40     38     16     0.80     0.14
    13：47     41     18     0.81     0.14
    13：55     43     19     0.83     0.14
    14：30     40     18     0.82     0.14
    15：00     39     16     0.80     0.14
    15：20     43     19     0.82     0.15
    16：00     48     22     0.79     0.15
    17：00     48     22     0.80     0.15
    18：00     42     18     0.81     0.15
    18：45     50     23     0.84     0.23
    19：00     44     21     0.78     0.15
    20：00     42     19     0.81     0.15
    21：00     45     21     0.81     0.16
    22：00     50     23     0.83     0.18
    23：00     50     22     0.83     0.21
    24：00     44     21     0.82     0.21
     1：00     42     19     0.80     0.22
     2：00     44     21     0.79     0.22
     3：30     42     19     0.80     0.22
     4：00     42     19     0.80     0.22
     5：00     43     19     0.80     0.22
     6：00     46     21     0.82     0.22
     7：00     43     19     0.80     0.22
     8：00     43     19     0.82     0.22
     9：00     42     19     0.80     0.21
    10：00     45     21     0.81     0.22
表1

Claims (2)

1.一种锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法，其特征在于其包括以下步骤：
①通过两个电导率测试探头(2、3)分别实时测量出锅炉给水的电导率a和锅炉蒸汽出口处未汽化的炉水的电导率b；
②将上述两步所测得的电导率a和b通过A/D转换后，输入中央处理器中，用计算公式：X＝(b-a)/b*100％计算出锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X；
③计算出所得到的锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X与给定值之间的偏差值，以及最近的两次监测到的锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X的变化率，将它们与数据库中的数据进行对比，并进行智能推理，然后做出最佳反应策略；如果锅炉蒸汽出口处的蒸汽干度值X大于90％，则直接报警停炉，并显示故障代码；
④输出新的控制信号，调整锅炉给水泵的输水量，从而将锅炉蒸汽出口处蒸汽的干度值X控制在设定值上；
⑤进行下一次循环。
2.根据权利要求1所述的锅炉蒸汽干度自动测试方法，其特征在于：安装在锅炉蒸汽出口上炉水取样冷却器(7)上冷却炉水出水管路(6)上的电导率测试探头(3)应通过管道(4)以远离炉水取样冷却器(7)上冷却炉水出口的方式连接在炉水取样冷却器(7)上冷却炉水的出水口上。
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