蒸汽干度在线监控系统

摘要：辽河油田稠油热采过程中，由于缺少必要的在线干度自动测试技术手段，不能对锅炉工作过程进行有效的在线监测。研究以离子电极测定的理论知识为基础，利用离子电极传感器的原理，研制蒸汽干度智能在线测试系统，通过测试取样中cl-离子浓度，进而得到即时的蒸汽干度。通过室内试验研究，结合稠油热采注汽工艺，确定干度监测的配套工艺，经现场试验证明，该系统应用效果较理想。

关键词：蒸汽干度 传感器 稠油热采 配套工艺

0 引言

目前，辽河油田有347台注汽锅炉，大部分已运行10年以上，由于缺少必要的在线干度自动测试技术手段，不能对锅炉工作过程进行有效的监测和控制。目前已有的测试方法存在精度低、人为因素大的缺点，为了提高锅炉热效率，满足蒸汽驱生产需要，研发一种高精度、高稳定性的蒸汽干度智能在线监測系统已刻不容缓。

1 蒸汽干度智能在线监控装置系统组成与工作原理

本装置主要由氯离子检测装置、数据采集与控制（PLC）、计算机操作平台三个部分组成。

1.1 氯离子检测装置

主要包括：①进样分流装置：用于样品溶液的存储、分流和冷却的自动控制。②氯离子检测电极：包括指示电极和参比电极，用于准确测量氯离子浓度。③电气控制板，夹管阀、电磁阀电子控制部件等。④信号处理电路：对电极输出信号进行阻抗转换、放大等前期处理。⑤溶液配制装置：进行溶液配制。

1.2 数据采集与控制

可编程控制器PLC为下位机，等离子选择性电极响应输出信号稳定后，启动PLC开始采集，然后将数据送往计算机存储、处理。同时接受计算机指令，反馈控制取样阀，使水样处于离子选择性电极的最佳工作范围之内，以减少误差。PLC还起着控制继电器，进而控制交流电机的作用，使得电机的升降动作全部自动化。

1.3 上位机

以计算机为上位机，使用VC++作为编程平台，提供友好的图形用户界面，通过鼠标点击计算机屏幕上的按钮即可发出数据采集、溶液配制，电机升降等指令，采集的数据显示在屏幕的窗口中，操作简单易懂，无须专业人士操作即可完成检测任务。除此之外，还自带小型数据库，用于存储标定的数据和检测的结果，可供日后查阅。

图1 系统组成

系统以计算机为上位机，PLC为下位机，上下位机通过RS232C通讯，控制一个多路离子检测仪器协同工作，采集、处理、保存数据。该仪器以氯离子选择性电极为检测传感器，其特点是反应快，精度高，可以连续检测氯离子含量，通过上位机软件编程，转化成直观的干度监测曲线。

2 系统硬件的选择

2.1 可编程控制器的选择

鉴于本仪器涉及到数据采集、阀门控制、电动机控制等方面，且系统控制相对比较简单，点数也较少，因此我们采用德国西门子公司ADMA5100系列PLC。该PLC具有结构简单、紧凑、成本低、安装方便等特点。

图2 ADMA5100外形结构图

2.2 氯离子电极的选择

氯离子选择性电极有液膜电极和固态膜电极，我们采用氯离子选择电极是英国ELIT8261型氯离子选择电极，具有固态多晶膜电极和双液接参比电极，以标准曲线法测定氯离子的含量。该电极是为测量水溶液中氯离子而设计的，测量精度高，适用于户外及实验室领域氯离子测定。

2.3 微弱信号检测电路

离子选择性电极的内阻一般为105～109欧姆，由它和参比电极构成的电池电动势是一个高阻抗信号，其电位幅值一般分布在（-1000，+1000）mV区间之内。要真实测量电池电动势，测量仪器的输入阻抗应比测量电池的内阻大103倍以上，使离子选择电极在近乎零电流状态下工作；而且信号幅值较小，需要进行放大，以便于准确地检测。所以，信号检测放大电路必须有很高的输入阻抗，很小的输入电流、低的零点漂移、稳定的增益、良好的线性度、好的抗干扰能力、低的噪声以及不产生自激等等。

3 蒸汽干度智能在线监控装置研制的室内试验

在使用选择性电极之前，我们设计了一系列实验来测试该系列电极的性能参数，以及影响电极工作的一些因素和解决方法。性能测试实验主要包括线性度实验、可重复性实验。最后，将样品的测试结果与色谱分析的结果进行对比。

3.1 线形度测试实验数据（8261型氯离子电极）

由下表可以看出，离子选择性电极的线形度是有变化的。在离子浓度较大的时候（>10-4M/L），线形度较好，随着离子浓度的逐渐变小，线形度越来越差。

3.2 重复性测试实验

测试重复性的目的是看电极在一段短时间内连续测试时，其稳定性如何，如果重复性很好，则今后在实际的测试中，可以不用每次都对电极进行标定、修改参数，隔一段时间对电极进行一次标定即可。

在电极进入正常使用阶段后，我们开始测试电极的重复性：

实验结果：较短时间内（同一天内）电极的重复性比较好，长时间内（隔几天）电极的重复性不是很好。因此，在实际测试中，可以实现同一天内连续性测试，只需在第一次测试时对电极进行标定，修改参数。但是隔天的测试则需要对电极重新进行标定。

3.3 与色谱分析结果的比较

在一系列实验之后，我们得出了水样分析的结果，并将其与色谱分析的结果进行对照，对照结果如下表所示：

从上表我们可以得出结论：大部分离子电极的检测结果与色谱分析相当接近，误差一般为10mg/l左右，说明采用离子选择性电极进行离子成分测量是可行的，且具有较高精度。

4 蒸汽干度智能在线监控装置研制的现场试验

样机研制成功后，在辽河油田冷华3号注汽站进行了为期10天的现场在线测试，在测试过程中并进行了人工测试比对，吻合度很高，取得了圆满结果。图3为上位机监控曲线，从曲线可以看出，在线测试数据与人工化验值基本吻合。图4是现场测试图片。

图3 智能监测仪器在线监测曲线

图4 智能监测仪器在线监测现场图片

5 结论

5.1 通过大量的室内实验和现场试验证明，蒸汽干度智能在线监测系统能够连续有效地监测锅炉蒸汽干度，测量精度小于0.4%个干度值。

5.2 蒸汽干度智能在线监测系统具有结构简单、使用方便，能够实现快速、准确测试。

5.3 该技术研制成功，将促进现场注汽锅炉管理水平的提高，增加经济效益。

参考文献：

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