锅炉蒸汽干度自控系统施工工法适用范围

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》适用于对蒸汽干度要求较高，需要实现锅炉自控要求的场所。

锅炉蒸汽干度自控系统施工工法工艺原理

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》的工艺原理叙述如下：

在锅炉给水总汇管、锅炉出口分别安装电导率仪，采集给水、炉水的电导率，电导率以4～20毫安直流电流信号进入PLC的输入模块，经过PLC内部运算模块计算出蒸汽的干度[X=（b-a）/b×100%，其中X为蒸汽干度、a为给水电导率、b为炉水电导率]。此计算出的干度值为测量值（过程值），在触摸屏上设定的蒸汽干度作为给定值。PLC将测量值和给定值进行运算，经PLC的输出模块输出调节信号，在火量相对稳定的情况下，对水量进行适当调节，控制柱塞泵变频器来调节柱寒泵的排量，以达到恒干度闭环控制的目的。当锅炉在点炉或运行过程中，通过PLC软件控制主燃阀的打开与关闭。当主燃阀打开时，开始累计锅炉产汽量，停炉后停止累计注汽量。

锅炉蒸汽干度自控系统施工工法施工工艺

• 工艺流程

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》的施工工艺流程见图1。

• 操作要点

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》的操作要点如下：

一、施工顺序

每台锅炉安装一台PLC，一台触摸屏。PLC采集安装在锅炉上的各种仪表信号和执行机构的反馈信号，各种信号在PLC内部进行转换、计算、判断、存储、控制等。PLC内的数据可通过触摸屏进行显示和控制操作，实现各种实时曲线、报警、温度、压力等的显示；对锅炉的点火、运行、蒸汽干度、烟气含氧量进行全自动监控。

二、锅炉干度自控的PLC程序设计思路

干度值计算的有效性：干度测量的准确性对整个干度自控系统的性能至关重要，若由于变送器或取样器的原因造成测量出错，那么控制结果将出错。因此电导率的信号进入PLC进行计算时，必须同时满足下列条件：

1）给水电导率>1。

2）炉水电导率>给水电导率，否则计算结果将是负值，其次若炉水电导率为零，则PLC计算结果将溢出，造成PLC故障，使整个锅炉控制系统瘫痪。

3）在锅炉点火成功并进入调火状态后。

4）否则不进行计算，此时在触摸屏和上位机上显示干度值为0。

三、程序设计原理（图2）

油田注汽锅炉的干度系统是大滞后系统，即当给水量或其他工况发生变化后，锅炉出口干度的变化要在数10小时后。因此用传统的PID算法是无法完成此控制任务的，需用特殊的算法解决。另在程序设计中还增加了溢出中断，防止由于计算结果出错，造成PLC死机，（即PLC故障），一旦出现错误立即中断、并返回主程序运行，不影响锅炉正常运行。

1）蒸汽干度的设定值、干度上限报警值、干度下限报警值的设定和修改都是在触摸屏上完成的，但进行这些操作必须输入正确的口令字才能进行。

2）当干度自动控制系统有故障时，不能自动调节蒸汽干度，需人为干预来调节柱塞泵的排量，可在触摸屏及上位机上均可手动调节柱塞泵变频器的频率，从而使蒸汽干度控制在合理的范围内。

3）燃料压力基本稳定后，30分钟（时间可调）内达到设定值（一般为80%），控制精度1%。

4）蒸汽干度高、低报警信号不作为超限停炉信号，但有声、光报警提示。锅炉控制柜、触摸屏、上位机都同时以声、光方式报警。通过操作触摸屏、上位机可消除声音报警，光报警不能人为消除，只能报警故障消除后才能自动复位。

5）锅炉的点炉、运行及停炉由PLC实行全过程自动控制，无需人工手动/自动切换。

四、蒸汽干度在触摸屏上的监视和控制

触摸屏上显示设定干度、测量干度的动态值和百分数；测量干度的实时趋势曲线；并配有手动、自动转换操作按钮，当干度自动控制单元有故障时使用，按返回按钮后返回到主画面。

参考资料：

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》的工法特点是：

1.影响蒸汽干度的因素，一是在给水量不变的情况下，天然气压力及流量的波动，引起蒸汽干度变化。二是在燃料供给稳定的情况下，锅炉给水量的波动，引起蒸汽干度变化。综上所述，蒸汽干度与燃料供给、燃烧工况及锅炉给水量有关，永升建设集团有限公司、江苏广宇建设集团有限公司认为要使锅炉安全、节能、平稳地运行，稳定燃料供给和锅炉给水量，二者的结合，是此方案的技术关键。

2.燃料供给稳定的自动控制。

3.通过调节水量控制蒸汽干度。

注汽锅炉作为油田稠油开采、市政供热的蒸汽发生器，其燃烧运行品质和输出蒸汽质量与热注效果密切相关。为保证设备运行的有效性、经济性和安全性，对锅炉运行的控制操作提出越来越高的要求。锅炉设备配置了自动化的数据采集和操作界面，在一定程度上便利了操作运行，改善了设备运行的安全性。但在蒸汽干度和燃烧控制方面，则普遍处于人工手动操作控制，生产中面对工况的变化和负荷的调整仍然严重依赖人工的操作经验，不易维持良好的燃烧效率，输出的蒸汽干度容易受到燃烧波动的影响。不仅制约了热注工艺的有效性，而且不利于注汽锅炉的经济运行。注汽锅炉的燃烧过程中存在大滞后、大惯性、非线性、多变量耦合、时变等复杂控制特性，对于以传统PID控制技术为核心的控制策略来说，其诸多的不确定性导致自动控制不易投运且难以维持在最佳的运行状态下。为了提高注汽锅炉运行的有效性和经济性，解决过程中实际存在的控制难题。永升建设集团有限公司、江苏广宇建设集团有限公司提出的控制技术正是一种适用而有效的解决方案，在总结科研成果的基础上形成了《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》。

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》所用的材料及设备明细如下：

控制部分配置清单详表1，动力部分配置清单详表2，仪表部分配置清单详表3。

参考资料：

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》的质量控制要求如下：

1.质量控制目标

每一个数据的采样周期小于0.01秒。现场显示仪表与上位机显示误差小于0.1%。

2.提高传输信号可靠性

提高现场输入给PLC信号的可靠性，选择可靠性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传输信号线短路，断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可靠性。

采用《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

在程序设计时，应考虑PLC初次或重新上电，置所有输出为零，然后再根据现场输入条件，PLC作出响应的判断，以防误动作。

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》无须采取特殊环保措施。

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》解决了注汽锅炉干度控制系统，实现了蒸汽干度自动控制及注汽锅炉燃烧、送风、给水各环节的综合协调控制，提高了注汽质量，降低了生产能耗，改善了设备运行水平。蒸汽干度稳定在73±3%范围内，送风节电20%以上，平均炉效提高4%，每台注汽锅炉年经济效益达到20余万元。

注：施工费用以2009-2010年施工材料价格计算

《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》在新港石油公司3号供热站锅炉干度自动化控制系统工程的应用情况如下：

一、工程概况

新港石油公司3号供热站锅炉设备已经配置了自动化的数据采集和操作界面，在一定程度上便利了操作运行，改善了设备运行的安全性。但在蒸汽干度和燃烧控制方面，则普遍处于人工手动操作控制，生产中面对工况的变化和负荷的调整仍然严重依赖人工的操作经验，不易维持良好的燃烧效率，输出的蒸汽干度容易受到燃烧波动的影响。不仅制约了热注工艺的有效性，而且不利于注汽锅炉的经济运行。注汽锅炉的燃烧过程中存在大滞后、大惯性、非线性、多变量耦合、时变等复杂控制特性，对于以传统PID控制技术为核心的控制策略来说，其诸多的不确定性导致自动控制不易投运且难以维持在最佳的运行状态下。为了提高注汽锅炉运行的有效性和经济性。永升建设集团有限公司、江苏广宇建设集团有限公司提出的控制技术解决过程中实际存在的控制难题。

二、施工情况

影响蒸汽干度的因素，一是在给水量不变的情况下，天然气压力及流量的波动，引起蒸汽干度变化。二是在燃料供给稳定的情况下，锅炉给水量的波动，引起蒸汽干度变化。综上所述，蒸汽干度与燃料供给、燃烧工况及锅炉给水量有关，永升建设集团有限公司、江苏广宇建设集团有限公司认为要使锅炉安全、节能、平稳地运行，稳定燃料供给和锅炉给水量，二者的结合，是此方案的技术关键。

解决方案：

1.燃料供给稳定的自动控制：

当天然气压力降低时，其流量也随之降低，流量计将瞬时流量转换成4~20毫安电流信号反馈至PLC，经PLC的PID调节器输出控制调节阀，使其开度增大，反之亦然，最终天然气流量将被稳定在整定值，达到稳定天然气流量的目的，在锅炉给水量稳定的情况下，锅炉蒸汽干度也随之稳定。

当锅炉点着后，先将锅炉工况调整好，水量控制在某值，干度达到规定值，这时，天然气流量显示某值，然后，将此值设定在触摸屏上。通过PLC控制，可使燃料供给稳定，从而达到蒸汽干度自动控制目的。

此方法能快速的根据燃料的变化，及时控制，避免了用电导法测量滞后的问题，导致控制振荡的弊端，采用此方法的前提条件是，锅炉给水量不变，但如果在运行过程中，因柱塞泵问题引起水量变化，势必造成蒸汽干度的变化，且此方法不能根据水量变化自动调节蒸汽干度。另外，当干度规定值因地质部门要求变化时，天然气流量设定值也需重新调整。

2.通过调节水量控制蒸汽干度：

在锅炉给水总汇管、锅炉出口分别安装电导率仪，采集给水、炉水的电导率，电导率以4~20毫安直流电流信号进入PLC的输入模块，经过PLC内部运算模块计算出蒸汽的干度[X=（b-a）/b×100%，其中X为蒸汽干度、a为给水电导率、b为炉水电导率]。此计算出的干度值为测量值（过程值），在触摸屏上设定的蒸汽干度作为给定值。PLC将测量值和给定值进行运算，经PLC的输出模块输出调节信号，在燃料供给相对稳定的情况下，对水量进行适当调节，控制柱塞泵变频器来调节柱塞泵的排量，以达到恒干度闭环控制的目的。在锅炉点着后半小时内，蒸汽干度可稳定在设定值上。锅炉就干度来讲，是个大滞后系统，在运行中，当锅炉工况变化时，干度的变化在十几分钟后才能反应出来，因此采用此方法，存在当锅炉工况变化时，控制不是非常及时。

对比上述两种控制方法，各有优劣，如果将两种方法有机的结合，最终的解决方法是；主调火，辅调水。即当锅炉天然气的压力及流量发生变化时，通过调节阀及时调节天然气流量，使得实际的蒸汽干度还未变化，就已提前做了调整。当因柱塞泵问题引起水量变化时，可通过控制变频器来调节水量，达到控制干度的目的。

三、工程检测与结果评介

1.永升建设集团有限公司在2004年5月6日承建的新港石油公司3号供热站锅炉干度自动化控制系统工程，2004年12月8日竣工交接并投入使用至2009年，该工法得到成功应用。

工程建成后，工程质量优良，受到业主的好评，获得了较好的社会效益、经济效益和环境效益。

2.永升建设集团有限公司在2005年6月14日承建的新港石油公司4号供热站锅炉干度自动化控制系统工程，2005年12月18日竣工验收交接并投入施工至2009年，该功法成功应用了《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》取得了良好的经济和社会效益。

工程建成后，锅炉干度自动化控制系统投产运行至2009年，经过分析化验，出口蒸汽分析指标均在正常值内，各项指标均达到要求，运行稳定，工程质量优良。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《锅炉蒸汽干度自控系统施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

蒸气干度，湿饱和蒸气中气相部分质量占全部质量的比值。常用符号x表示。如某蒸气的干度是x,即指1千克湿蒸气中有x千克是气相部分的质量,(1-x)千克是液相部分的质量。

楼宇自控系统包括：门禁控制系统、中央空调监控及计量计费系统、消防报警及火灾控制系统、停车场管理系统等，该系统主要是通过网络化方式对前端采集设备（数据采集或控制模块）进行数据采集和管理 。2100433B