陈艳 赵伟伟 季秋珍 王敬敬
中国石化胜利油田注汽技术服务中心
摘要: 注汽锅炉的控制系统主要包括两部分：锅炉程序控制系统和运行参数控制系统。本文主要是针对锅炉蒸汽参数的控制技术改造方案。我们对各种锅炉的控制过程和控制技术方案进行了详尽的分析研究，提出了热采锅炉参数控制技术方案。此方案采用注汽锅炉专用多功能水量(压力)控制仪和专用多功能火量(干度)控制仪，与当今先进的工控产品变频控制器、可编程序控制器一起，完成了锅炉两个重要参数的全自动优化控制。
关键词: 油田；稠油开发；注汽锅炉；参数控制系统
注汽锅炉的控制系统主要包括两部分：锅炉程序控制系统和运行参数控制系统。本文首先简要分析注汽锅炉运行控制系统现状，提出控制系统的改进方案，并对改进方案做了简要分析评价。
1、注汽锅炉参数控制系统技术
现状油田现有注汽锅炉蒸汽参数(压力、干度)的控制系统全部采用气动控制系统，此系统存在以下几个方面问题：(1)控制系统自动比程度低，属于20世纪80年代技术水平，技术落后，属于淘汰系统。(2)气动控制仪表灵敏度大大低于电动仪表，因此控制过程时间长，反应滞后，控制精度低。(3) 气动控制系统比起电动控制系统，系统采用的仪表部件多，仪表结构复杂，因此气动控制系统故障率相对较高，并且现有大部分锅炉使用时间都在10年左右，故障率逐年升高，严重地影响了注汽锅炉的正常运行，急需更新换代。(4)气动控制系统采用的控制部件价格都比较昂贵，并且紧缺，因为很多种仪表都已淘汰停产，因此维护现有的气动控制系统需要大量紧缺的进口配件，费用相当高，并且维修非常困难，因此很多锅炉都不同程度地存在一些隐患，带病运行，严重影响注汽锅炉安全可靠地运行。
2、控制调节系统技术改造方案
蒸汽压力(流量)和干度(火量)是衡量热采锅炉运行质量的两个重要参数，而现有注汽锅炉参数控制系统技术落后，故障率增高，维修困难，这是注汽行业技术人员的共识，因此国内注汽锅炉生产厂家及各油田用户对原来的控制系统都进行了不同方面的改进、改造。但是都存在一些问题(见第二部分技术现状)，为了提高运行质量，我们为此设计了高可靠性、高精度的控制技术方案。该技术方案特点在于它采用了注汽锅炉专用多功能水量控利仪和火量控制仪，它们是专门为注汽锅炉控制系统改造而研制的多功能智能仪表，技术先进，功能齐全，性能可靠，可以与可编程控制器、变频器完美地结合，使可编程序控制器(PLC)、变频器的可靠性及节电效果等优点在热采锅炉上得到充分的体现发挥，解决了气动控制系统存在的多种问题，简化了原来气动控制系统的控制过程，实现了锅炉水火调节系统的全自动控制，这是国内第一个成熟的电动化控制技术方案。
3、改进后的运行控制方案技术原理。
3.1蒸汽压力(水量)的控制调节过程
在蒸汽出口管线上安装一个压力变送器，用来测量蒸汽压力，差压变送器用来测量水流量，这两路输出信号同时送给水量(蒸汽压力)控制仪作为输入信号，水量(蒸汽压力)控制仪根据输入信号与控制目标值的偏差进行PID调节，输出一个相应的调节信号，其输出值送给变频器，使变频器在一定的频率下运行。若由于某种原因，蒸汽压力(水量)升高，这时变送器输出增加，经调节仪作用，使变频器输出频率降低(调节器是反作用的)，锅炉绘水流量减少，压力随之降低：反之，若压力降低，变频器输出频率升高，给水流量增大，压力也随之升高。总之，控制系统能自动保持蒸汽压力(水流量)稳定。注汽锅炉专用多功能水量(压力)控制仪具有两种控制模式，恒水量控制模式和恒压力控制模式，当压力低于16.0MPa时，锅炉自动在恒水量控制模式下运行，此时运行人员可以根据注汽井地层压力和锅炉运行的实际情况调节水流量控制目标值；当压力高于16.0MPa时，锅炉自动在恒压力控制模式下运行，此时运行人员可以根据注汽井地层压力和锅炉运行的实际情况调节蒸汽压力控制目标值(通常在16.5MPa)，另外，此仪表还设有蒸汽压力高低限及水流量低限报警功能。
3.2火量(蒸汽干度)的控制调节过程
蒸汽干度的调节主要是通过调节火量(燃料阀和风门开度)来实现的。干度的控制与压力的控制是连动的。在给水流量改变的同时，差压变送器的输出信号也随之改变，这个信号输入到多功能火量(干度)控制仪，一方面输出一个随水流量成比例变化的信号到电气转换器去控制气动执行器，以控制燃料阀和风门的开度，使火量随给水流量成比例地变化，达到火量自动跟踪水量的目的，最终保持干度不变。另一方面，通过控制调节仪上的调火旋钮或按键，可以在使控制仪输出信号的大小随水流量成比例变化的同时，人工手动附加一个固定的常量，以控制蒸汽干度在要求的目标值。注汽锅炉专用多功能火量(干度)控制调节仪除了以上基本功能外，还可以与可编程序控制器配合，实现锅炉点火期间和后吹扫期间自动控制大、小火的作用。
4、结论
（1）把锅炉水火控制系统有关的气动仪表全部改为电动仪表，实现锅炉水火调节系统的全自动控制，提高锅炉控制系统的科技含量，为注汽锅炉的集中控制管理提供必要的前提条件。而且，这样做可以一举两得，既提高了锅炉的控制水平，又可以把更换下来的部件作为其它锅炉的备件，缓解重要进口配件供应紧张问题，节省大量购买进口配件的费用。（2）此方案采用注汽锅炉专用多功能水量(压力)控制仪和火量(干度)控制仪，是注汽锅炉水火控制系统核心部件和关键技术；它们具有多种功能，采用此仪器不但节省了资金，而且增加了控制系统的可靠性，减少了设备故障率。（3）此方案采用的水量和火量控制仪可以与可编程控制器完善地结合，简化了原来气动控制系统的控制过程，使可编程序控制器(PLC)的优点在热采锅炉启动、运行、停止等过程的控制上得到充分的体现发挥，用PLC替代传统的继电器控制，可以使设备的故障率大大降低，提高了系统的可靠性。（4）此方案采用的水火控制仪可以与变频器完美地结合，实现了热采锅炉蒸汽压力(水流量)的闭环自动控制，除了系统的可靠性，使参数的控制更稳定，采用变频调整技术，给水泵可以软启停，确保了电网和给水泵的安全运行和使用寿命，节电效果显著。
参考文献
[1]武占，油田注汽锅炉(M)，北京：石油工业出版社，2000。
[2]蒸汽热力采油手册编译组，蒸汽热力采油手册(M)，北京：石油工业出版社，2000。