研华ADAM-4000在油井注汽锅炉干度控制装置中的应用.doc

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1、ApplicationStory项目介绍：我国有丰富的石油资源，在很多大的地方发现粘度高的重质石油，俗称稠油。稠油粘度和密度与普通原油相比，比较高。对于稠油油层来说，虽然油层的原始能量可使原油通过岩石的空隙流入井筒，但这一原始能量不是总能把油排出。一般采用注汽或注水的机械方式去驱赶原油。由于蒸汽的热容量很高，因此它是一种给地层增加能量的理想液体，所以采用往井下注蒸汽是提高油田稠油开采能力的一种有效的稠油开发技术,它是热力的驱动过程，使油层加热，原油产生的驱动能量使稠油粘度减少，就地膨胀，提高了排液效率在许多外国国家等石油稠油生产国都是采用注汽

2、开采稠油，如委内瑞拉、美国、加拿大等。上世纪80年代我国从国外引进油田注汽锅炉开始研究稠油开采工作，并且采用蒸汽驱油的方式开采，并取得了很好的效果。在过去的二十多年里，随着热采规模逐渐扩大，大量油田注汽锅炉投入使用，据统计，在辽河油田就约有400多台注汽锅炉，新疆克拉玛依油田投入了174台注汽锅炉，据了解，全世界大约有5000多台。中国经济发展迅猛，石油量需求量会越来越大，由此可知，在以后的日子注汽锅炉的使用量将会更多。注蒸汽是提高油田稠油开采能力的一种有效的稠油开发技术，也是目前我国最主要的稠油热采方法。注汽工艺所用的高压饱和蒸汽是由地面专

3、用高压注汽锅炉提供，而注汽锅炉出口的蒸汽干度指标是保证注汽锅炉安全正常运行和衡量注蒸汽品质的最重要参数。蒸汽干度值的准确测量和可靠控制可以提高干度运行值幅度，降低回注水水质指标，进而达到节省水处理费用，减少废水排量，降低能量消耗的目标。蒸汽干度是汽液两相流特有的参量，它与注汽锅炉多个运行参数有复杂的内在联系，不能直接测量。虽然在实际应用中很重要，但由于两相流型的复杂性和汽、液之间的相变，使得干度的测量成为国际上一直没有很好解决的一个难题。辽河油田是我国最大的稠油开采区，抚顺中国石油第八建设有限公司是我国油田专用注汽锅炉最大的生产厂家之一。在其

4、运行过程中，由于燃料量的调节、注汽量的改变以及适应地层压力的变化，均能引起锅炉工作状态的波动。注汽锅炉工作状态波动可能造成注蒸汽干度值没有达到工艺要求，锅炉排烟温度过高，锅炉热能损失增加；注蒸汽干度过高或者过热，造成炉管温度超温工作，引起炉管爆裂，形成不安全因素以及隐患。蒸汽干度值的准确测量和可靠控制还可以提高干度运行值幅度，降低回注水水质指标，进而达到节省水处理费用，减少废水排量，降低能量消耗的目标。案例名称：研华ADAM-4017在油井注汽锅炉干度控制装置中的应用行业分类：油气地点：n系统需求（1）原创性地提出体积变化式蒸汽干度的检测方法

5、；（2）原创性地提出基于蒸汽干度和过热度双重监控下的爆管预警技术和方法；（3）攻克高温高压下蒸汽体积流量的精确测量技术；（4）攻克介质为大贯性机组蒸汽干度的自动控制技术。前两项创新点已申报发明专利，并获得中国、美国、加拿大专利局授理。ApplicationStoryn系统描述装置各组成部分如右图所示，是由测量高温高压蒸汽特征参数的传感器组、对信号数据采集的亚当智能模块组、对给水流量和燃料量进行闭环控制的执行器组、现场总线、后端对数据处理的研华工控机组成。装置组成实物图（1）蒸汽干度的在线检测锅炉给水被加热后在出口处成为湿蒸汽后其体积增加，研究

6、出口处的干度与出口处的蒸汽体积间存在一定的热力学算法模型，以及水流量、燃料量、燃烧状况、地层压力等参数对蒸汽干度影响关系。通过对注汽锅炉的蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽体积流量、锅炉给水温度、给水压力、给水流量的测量，建立体积膨胀与蒸汽干度之间的关系模型，间接计算得到注汽锅炉蒸汽干度值，实现采油注汽锅炉的蒸汽干度的准确在线监测。（2）注汽锅炉的爆管预警ApplicationStory通过对注汽锅炉蒸汽压力、蒸汽温度、水流量和燃料量等参数的在线监测，利用蒸汽的温压关系，独创地提出算法模型，并对这些参数进行技术处理，做出蒸汽温度和过热度大小的判断，给出

7、是否有爆管的可能性，当注汽锅炉处于爆管危险区域时，装置将自动发出警报。（3）注汽锅炉的蒸汽干度的可靠控制利用可编程控制器（PLC），以给水流量和燃料量为系统输入量，以蒸汽干度为输出量，研究对离散传输函数的大惯性系统的自动控制算法，得出输入参数的调节值，及时调节蒸汽干度在设定值的范围内。实现注汽锅炉的蒸汽干度的可靠控制。实施方案：分如下几个阶段：（1）实验室研究蒸汽干度间接测量计算模型在实验室模拟现场建造一个小型试验锅炉。取油田注汽锅炉所使用的工质水样，在试验锅炉内将其加热成压力为1.6MPa、温度为201℃的饱和湿蒸汽。测量给水流量、蒸汽体积

8、流量等参数，然后间接计算蒸汽干度值，并与化学滴定法所测蒸汽干度值做比对，验证蒸汽干度间接测量计算模型。（2）实验室研究蒸汽干度的控制模型在给水泵上安装调速变频器，在