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注汽锅炉应用干度自控系统提高稠油采收率
摘要: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。
关键词:干度自控注汽锅炉注汽质量稠油采收率
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。
目前存在的干度自控实施方法
(1)电导率电极:电导率电极测试的是锅炉入水和炉出口分离
器分离出来的水的电导率,由于锅炉入水中hco3-在炉管高温加热
下会发生电离,因此测试的炉水电导率根本不是入水电导率的因浓
缩后的电导率值,测量干度一定会偏高。
(2)ph值电极:水的ph值和碱度根本就是两个不同的概念,锅
炉干度人工化验测试的入水和炉水的碱度,ph值测试的只是水中的
酸碱度,因此不可能有理想的理论吻合。
(3)选择性电极:选择性电极目前一般采用na+和cl-选择电极,
理论上是可以实现干度测量的,但由于入水、炉水的温度差异以及
选择电极本身属于试验室设备,根本无法在线长期测试。
以上三种方法,是将电极长期浸泡在炉水中,电极表面会不同程
度产生结垢现象,另外,电极本身的耐温值一般小于70℃,对于目
前油田以污水深度处理为锅炉进水的条件下,更无从适应温升,污
水深度处理的水中会有一定的悬浮物、含油,电极表面更难确保洁
净。
(4)孔板和喷嘴差压法:孔板和喷嘴差压法是在锅炉出口安装
差压式流量计测定湿饱和蒸汽的体积流量,利用密度计算公式反推
干度值,由于锅炉出口汽、水混合物在水平管道有8种流型,在垂
直管道有4种流型,很难用一个公式将全部流型的湿蒸汽干度计算
准确,因此,需要在线于人工化验干度对比,计算误差系数加以修
正,人为可以改变显示值(如停炉后干度显示任何值),绝对不能
用此值来控制干度,事实上,此方法在多台注汽锅炉上都应用过,
现场证明是失败的。
(5)弱中子源:利用弱中子放射性原理在穿透汽水混合物产生
的衰减率不同而测试干度,理论上绝对成立,但由于在测试中,认
为放射线在管壁的衰减为固定值,实际运行中,管壁会有一定的药
垢或轻微水垢,如连续测试,会有一定的误差产生,放射源在高温
条件下的安全问题也值得重视。
注汽锅炉的干度控制关键在于干度在线测试的准确度、可靠性、
长期性、适应性。下面将展示一种满足上述要求的新型在线干度控
制系统。
二、蒸汽干度测试原理
1、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。
2、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,如图1所示:
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。
图2
如图2为水、蒸汽混和法原理图: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
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