油田注汽锅炉水汽系统自动控制技术探究

油田注汽锅炉水汽系统自动控制技术探究

方洁

注汽技术服务中心滨南注汽项目部

摘 要：油田注汽锅炉是油田进行稠油开采的关键设备，其作用是将经过软化、除氧后的高压水加热，产生高温、高压蒸汽，注入油井，加热稠油，降低稠油黏度，提高稠油采收率。油田注汽锅炉生产运行有比较完善的安全保障功能，但在长期的运行过程中发现油田注汽锅炉水汽系统自动控制存在安全隐患。

关键词：油田注汽锅炉；安全保障功能；水汽系统；自动控制

油田注汽锅炉是油田热采稠油生产的核心设备。该设备通过对软化水加压升温使其蒸发成饱和的湿蒸汽,再经人工输送至井下油层中,为热采稠油生产提供加热所需的能量。注汽锅炉蒸汽干度指的是干饱和蒸汽在湿饱和蒸汽中所占的质量百分比,在生产作业过程中,干度值需要维持在一个稳定的值,过高将引起炉管温度过高而损坏,过低则会产生较多的油层积水。干度值是决定稠油热采工作的关键指标,也是影响注汽锅炉稳定安全工作的关键参数。

1油田注汽锅炉介绍

1.1油田注汽锅炉工艺流程介绍

油田注汽锅炉包括水汽系统、燃烧系统。水汽系统：经软化、除氧的水进入柱塞泵增压，进入换热器外管预热，进入对流段吸收热量，进入换热器内管换热，进入辐射段加热，进入汽水分离器分离为水和蒸汽，蒸汽进入过热段加热，在水汽掺混器水和蒸汽掺混降温，进入蒸汽出口管线。燃烧系统：燃料经燃烧系统进入燃烧器，引燃后喷射至辐射段进行燃烧。辐射段内的高温烟气与管圈辐射换热，进入对流段与四排光管对流换热后，进入过热段换热，进入对流段翅片管区换热，最后经烟囱排出。

1.2油田注汽锅炉自动控制系统介绍

油田注汽锅炉自动控制系统包括触摸屏操作系统、PLC控制程序。触摸屏操作系统：数据显示（显示锅炉仪表数据、设备运行状态、报警信息、巡检信息），调节控制（锅炉点停控制，水量调节，火量调节，液位调节），参数设置（设置锅炉报警一、二级限值），权限管理（设置登录权限，避免员工误操作）。PLC控制程序外部组成：数字量输入（转换开关，报警开关，启停状态），模拟量输入（自动化仪表测量信号，模拟量报警设定值），数字量输出（电磁阀、电动阀、指示灯启停）。模拟量输出（水量调节、火量调节、液位调节、风量调节）。PLC控制程序内部组成：主控制程序，点火控制逻辑程序，报警控制程序，模拟量转换程序，控制调节器程序，报警显示程序，流量累加程序等。

2油田注汽锅炉水汽系统联锁报警研究

针对油田注汽锅炉水汽系统自动控制中存在的安全隐患，研究变频器、柱塞泵与PLC控制系统、燃料控制阀之间联锁报警保护功能，设计交流接触器联锁保护功能，添加PLC程序联锁报警点，消除油田注汽锅炉安全隐患，保障油田注汽锅炉安全稳定运行。

2.1油田注汽锅炉水汽系统报警参数介绍

油田注汽锅炉自动化仪表设备参数与PLC联锁报警限值比较，大于上限或小于下限，PLC根据参数来源给定相应报警。报警分为一级和二级，一级报警：提示报警信息，报警喇叭响，锅炉停炉。二级报警：提示报警信息，30分钟内未解决二级报警，锅炉停炉。水汽系统一级报警：泵入口压力下限0.1Mpa，柱塞泵温度上限90℃，润滑油液位下限2／3，泵出口压力上限19MPa，给水流量下限12t／h，辐射段出口温度上限350℃，辐射段管温上限380℃，辐射段出口压力上限17MPa，过热段出口压力上限15.2MPa，过热段出口温度上限535℃，过热段管温上限535℃，蒸汽出口压力上限14.5MPa，蒸汽出口压力下限2MPa。水汽系统二级报警：分离器液位上限700mm，分离器液位下限300mm，过热段入口流量下限7t／h，蒸汽出口温度上限385℃。

2.2油田注汽锅炉水汽系统联锁报警安全隐患

柱塞泵由变频器直接控制，通过给定频率调节柱塞泵运行状态，变频器或柱塞泵发生故障，柱塞泵停止工作或低频工作，油田注汽锅炉水量减少，能直接监测水量的报警参数只有一个给水流量下限，若由于仪表或PLC故障，给水流量实时数据不能真实的在PLC程序中计算运行，造成锅炉重要停炉数据成为死值，锅炉继续燃烧，将造成干锅、爆管、火焰回烧等事故。

3油田注汽锅炉水汽系统联锁报警完善设计

随着经济的高速发展,对能源的需求日益增加,石油作为流动的血液,在我国能源结构中占有重要比重,随着常规油气田的开采殆尽,稠油的开发利用逐步受到重视,注汽锅炉作为稠油开发中一种重要的设备,同时也是耗能巨大的设备,稠油开采中通过注汽锅炉节能技术的应用,可以极大地节约开采成本,降低能源消耗,因此,分析了注汽锅炉中应用的各种节能技术,为稠油的开发提供技术指导。为消除油田注汽锅炉水汽系统自动控制存在的安全隐患，本文设计以下措施：

（1）将柱塞泵交流接触器辅助触点通断信号，与燃料控制阀闭合开关串联，当柱塞泵发生故障停止运行，交流接触器辅助触点断开，激活燃料控制阀闭合开关，燃料控制阀关闭，锅炉熄火。（2）将变频器状态信号接入PLC数字量输入模块，在PLC程序中设置变频状态报警联锁，当变频器发生故障停止运行，锅炉安全联锁断开，熄火报警。（3）将变频器频率信号接入PLC模拟量输入模块，在PLC程序中设置变频频率下限（30Hz）报警联锁，当变频器发生故障，频率下降至30Hz以下，锅炉安全联锁断开，熄火报警。

4结语

本文针对油田注汽锅炉水汽系统安全隐患设计的完善措施，在实际锅炉运行过程中，未出现系统故障，解决油田注汽锅炉水汽系统安全隐患，避免锅炉爆管、干锅、火焰回烧等事故，保护锅炉炉管、炉膛、鼓风机电机、锅炉控制柜等设备，保障员工生命安全。

参考文献

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[2]注汽锅炉的使用及维护措施[J].赵绫.石化技术.2018(06)

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