应用注汽锅炉干度自控系统提高稠油采收率

　　稠油热采是辽河油田稠油开发的主要方式，保证注汽质量，保持注汽干度平稳是提高稠油采收率的关键因素。注汽锅炉应用干度自控系统能够有效控制注汽干度，保证注汽质量。

　　一、背景

　　油田注汽锅炉是稠油热采的关键设备，注汽锅炉炉出口产生的是湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽是汽相和液相的混合物，其中液相质量占湿饱和蒸汽总质量的比例为蒸汽干度，蒸汽干度的高低直接决定了注入目标油层的热量焓值，蒸汽干度过热也是注汽锅炉爆管的最重要原因，因此，蒸汽干度决定了同等条件下单井注汽周期产量及油汽比，更是确保注汽锅炉安全运行的重要指标。但是传统锅炉控制方式无法实时保持注汽干度的稳定，原因是多方面的，一是热采锅炉老化，设备本身存在缺陷，二是油温、油压等变化，三是注汽锅炉为高温高压设备，员工每1小时巡检一次，无法做到时时调节。所以就需要一种能够解决上述所面临问题的新型控制系统。

　　二、蒸汽干度测试原理

　　干度测量基本原理。油田稠油热采专用热采锅炉产生的是湿饱和蒸汽，根据热力学知识，湿饱和蒸汽热焓计算公式为：

　　Q=h+x*r；

　　式中：Q----锅炉出口蒸汽热焓（KJ/Kg）

　　h-----饱和水焓（KJ/Kg）

　　x------蒸汽干度

　　r-------汽化潜热（KJ/Kg）

　　因此，我们只要测定锅炉出口蒸汽热焓、饱和水焓以及汽化潜热，注汽锅炉干度就可以计算出来。

　　湿蒸汽热力学特性。对蒸汽的热力过程存在一点、两线、三区、五态，一点是临界点；两线为饱和液体线和饱和蒸汽线；三区为未饱和液体（过冷液体）区、湿蒸汽区、过热蒸汽区；五态为未饱和液体（过冷液体）状态、饱和液体状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态和过热蒸汽状态。

　　干度计算公式及其推导过程。假如某一取样管内流过湿蒸汽，已知入口处的温度为t1，干度为x1，（处于II区），在截面2-2处加入压力为P2、温度为t2、质量流量为W2的水（处于I区），调节注入水量W2，使3-3处的湿蒸汽和水达到完全混合并处于II区。测量3-3处的压力为P3，温度为t3，质量流量为W3。整个系统与外界无热量交换。

　　设1-1处蒸汽流量为W1，根据质量守恒：

　　W1+W2=W3 (1)

　　故入口处蒸汽质量流量

　　W1=W3-W2 (2)

　　设1-1处，饱和水质量流量为W1w，饱和水蒸汽的质量流量为W1g，则

　　W1w+W1g=W1 (3)

　　入口处蒸汽干度：

　　x1= W1g/ W1= W1g/( W1w+W1g) (4)

　　由于整个系统与外界绝热，根据能量守恒

　　W1w*h1w+ W1g*h1g+W2*h2=W3*h3 (5)

　　其中h1w、h1g分别为1-1处得饱和水和饱和蒸汽的焓值，h2为2-2处水的焓值，h3为混合后3-3处的焓值，把式（2）、式（3）、式（4）代入式（5）得：

　　实施方法。按数据要求把混合装置及各种测试仪表高度集成在管道内，测出式6中的流量、该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//www.ems86.com总第514期2013年第31期-----转载须注名来源温度参数，判断3-3处混合物是否达到稳定并处于未饱和水区，这样就可以计算出蒸汽干度。

　　三、蒸汽干度自控原理

　　干度在线测试后，通过设定干度控制值，允许波动值以及检测时间，在锅炉手动调整稳态后，转向自动控制，本系统会自动调节锅炉燃油量，保持人工调节的结果，实现干度的稳定。

　　四、效果分析

　　1、干度自控系统的应用对注汽质量控制的有效性。

　　安装干度自控系统前后锅炉在相同运行工况下注汽干度变化情况，可以发现产生了较为明显的变化，取得了较好的预期效果。

　　效果分析。通过数据可以看出干度自控系统的应用确实可以有效降低干度波动，提高注汽质量。

　　实际效益。实际效益主要包括四部分：

　　稠油热采收率是与注汽质量密切相关的，干度波动大小直接影响原油产量。按干度变化1%对石油产量影响0.2%，欢采年稠油产量按140万吨算，可使欢采稠油增产0.36万吨。

　　降低单耗。干度每升高1%，注汽单耗增加约0.4 kg/m3。欢采年注汽量按600万吨算，欢采注汽锅炉每年可节约燃油0.15万吨。

　　延长热采锅炉使用寿命，降低维修费用。热采锅炉为高温高压设备，需定期年检维修。采用此系统，可以减少甚至杜干度过高、蒸汽过热引起炉管碳化现象的发生，降低维修费用。

　　保证员工健康、安全。热采锅炉为高温高压设备，员工进入锅炉房就处在一种高温高压、高噪音、高灰尘环境，对员工身心健康、安全非常不利。按照HSE工作理念，讲求以人为本，将员工的安全、健康放在第一位。此系统可以自行控制热采锅炉平稳运行，减少员工在锅炉房滞留时间，确保了员工安全健康。

　　匡海燕（作者单位：辽河油田公司锦州采油厂热注作业二区）