一、产生的原因及解决措施
1．蒸汽发生器蒸汽干度实时监控
（1）造成蒸汽干度变化的主要因素有三方面。一是燃烧方面，包括：雾化压力、油温、油流量、烟气温度以及燃料热值的改变。二是介质方面，包括：供水流量、供水温度和供水压力的变化。三是注汽油井底压力发生变化。以上三方面因素互相作用、互相影响，在短时间内不一定能调整到目标值。（2）现有的监测方法。现有的其他干度监测装置，需要修正的工作量较多，偏差较大。采用传统的化学滴定技术检测干度，要保证测量准确，分离器必须将取样水流量控制适当，否则干度化验值就会偏差较大。（3）解决措施。要实现蒸汽干度的实时监测，就要通过对蒸汽干度的实时、快速的检测，将检测结果通过工控机直观显示，并对干度异常情况发出声光报警。
2．锅炉运行的经济性
蒸汽发生器运行的经济性是由锅炉热效率决定的。（1）影响锅炉热效率的因素。一是锅炉的各种热损失。包括：排烟热损失、散热热损失等。二是燃料不完全燃烧。其中，散热热损失是设备结构本身造成的，是无法调控的。而排烟和燃料不完全燃烧损耗是在运行中可以实时调节的，而影响上述热损失的主要参数就是空气过剩系数。通常空气过剩系数的检测方法是通过检测烟气中的氧气含量，再进行计算。经过理论计算和现场监测数据表明，烟气中的含氧量每升高1%，烟气温度升高6～8℃，热效率就降低0.6%～0.8%。（2）在现场实际工作中的调节方法。通过观察燃烧状况，对空气量与燃料的比例进行手动调节来实现。具体操作中由于没有直观的检测数据指导，故调节效果不理想。（3）解决措施。要保证锅炉始终处在良好的燃烧状态，就要对锅炉烟气中氧含量进行实时检测，并以其为指导进行实时调节，使氧含量达到标准值，从而达到提高热效率的目的。
3．锅炉运行信息反馈
（1）锅炉运行信息。一是直接检测到的运行参数。如，蒸汽压力、温度、干度、流量及炉管温度、瓦口温度、供水压力和温度、烟气温度、润滑油压力、对流段入出口温度、压力、注汽井口处蒸汽压力等。二是通过运算产生的参数。如，蒸汽干度、热效率、油井实际蒸汽注入量、烟气含氧量、燃料单耗等。三是其他信息。包括：锅炉所属设备的运行状况、启停时间、注汽管线渗漏及保温损坏情况等。以上信息的采集直接来源于生产现场，传送是靠逐级统计汇总、上传，当天的运行数据要到第二天中午才能处理完成。（2）造成信息反馈不畅的原因。一是蒸汽发生器站内各类报表采用手工填写，报表的上传最初采用传统的由热注站上交作业区，作业区手工输入信息的方式，中间过程繁琐，产生综合数据报表时间较长。二是计算产生的参数主要靠当班技能操作人员的检测和计算，因技术素质和责任心的不同，计算结果差异很大，精准度不高，不利于业务主管部门对生产运行情况的掌握和指挥。三是一些检测参数由于没有相应的检测设备，不能实现数据的采集。（3）解决措施。开发智能化管理系统，在蒸汽发生器上应用人机界面、PLC、上位机监控技术，实现了数据的实时采集，为蒸汽发生器数据信息的传输提供了保障平台。
4．蒸汽发生器运行的安全性
要保证蒸汽发生器运行的安全，就要对影响和制约安全因素的参数进行实时在线监控。（1）现有锅炉不能提升安全性的原因。一是原有的控制理念比较落后，不能实现全方位的控制。二是现有蒸汽发生器没有先进的监控技术和设备，不能实现基础数据的全部采集。（2）解决措施。利用先进的在线监测技术，实现锅炉运行自控，杜绝锅炉爆管、爆燃事故发生。通过蒸汽发生器运行数据实时采集、数据传输，实现蒸汽发生器运行的远程监控，实现科学的组织生产，实现蒸汽发生器高效、经济运行，提升热注锅炉运行管理水平。
二、监控系统的组成
1．蒸汽发生器蒸汽干度在线实时测控系统
（1）主要技术原理。该系统通过对锅炉蒸汽干度的实时监控，从根本上解决了在生产过程中温度过高的问题，实现了稳定燃烧，达到节能降耗的目的。特别是井口干度在线实时监测技术和井底注汽参数检测技术，为完善注汽井参数的采集提供了可靠的技术支持。该系统工作原理采用电导率方法检测注汽干度（见图1），是利用锅炉出口处蒸汽干度与电导率成正比的关系，通过测算锅炉生水和汽水分离出口的取样水的电导率，从而计算得到蒸汽干度。系统将实时检测的蒸汽干度数据模型，及时传送到工控机并实现在线显示。该系统能实现锅炉蒸汽干度的准确、迅速监控（见图2），从而确保了蒸汽发生器干度的实时传输，杜绝了因锅炉运行参数变化而产生的过热现象，实现蒸汽发生器的安全平稳运行。（2）实现的主要功能。一是蒸汽发生器干度检测平均误差≤2%，干度监测装置使用安全、可靠、稳定、灵敏。二是对蒸汽发生器过热提前预警，彻底避免了锅炉爆管事故的发生。三是干度上下限报警设定，超限报警功能。四是人机界面，实现运行状态目标的自动监控。五是运行参数的查询、储存、打印等功能。（3）技能等级可以分项目考核。即在一个等级中，一定的期间内，可以按顺序进行考核，最后将所有成绩进行汇总评分。这样不但可以减轻员工的压力，也提升了实际操作能力。
2．技术关键
（1）通过电导率测算蒸汽干度的理论计算。（2）基于蒸汽干度的在线实时显示系统。（3）蒸汽干度各相关量的直接测量手段。
3．锅炉燃烧自动控制系统
该系统通过在蒸汽发生器上实现自动化控制及现场监控，数据采集、远传调度系统后，保障了注汽站生产的安全运行和高效管理。（1）主要技术原理。一是该系统通过在线监测烟气的空气过剩系数，实时调节燃料的配风量，实现锅炉的稳定、高效燃烧，达到节能降耗的目的。二是该控制系统包括锅炉燃烧分析装置和锅炉燃烧控制装置。其工作原理如下：利用锅炉燃烧分析装置检测烟气中的含氧量（烟气中氧含量的标准值为3%～5%），经过数据处理后，将获取的数据传送到锅炉燃烧控制装置，经过运算后的数据传输到PLC进行PID调节，输出一个变量控制信号，传递给锅炉的风机变频器和风门电动执行机构，实时调节燃烧的助燃空气量，实现对锅炉过剩空气系数的控制。三是该系统采用先进的锅炉燃烧分析装置，通过分析锅炉点火前吹扫空气中的氧含量，来判断锅炉炉膛内是否存在可燃气体，即当检测到空气中的氧气含量低于20.9%时，不发送点火信号，并发出预警信号；在检测氧含量达到20.9%时，系统给蒸汽发生器点火系统发出可以点火的信号进行点火，保证了点火过程的安全。四是通过这种闭环控制系统，实现了蒸汽发生器安全点火、稳定控制燃烧的目的，减少了锅炉燃料的消耗。现场试验的23T/H蒸汽发生器，对实施前后烟气温度变化情况进行了对比（见表1）。同时，由于风机变频器的作用，电单耗也有明显下降。（2）系统组成。一是3锅炉燃烧含氧分析装置，二是锅炉燃烧控制装置，三是风门电动执行器，四是鼓风机变频器。（3）实现的主要功能。一是燃烧状况良好，减缓烟气温度的上升速度。二是提高控制的精度，确保锅炉平稳运行。三是通过使用变频调速，实现节能降耗。（4）技术关键。一是PID调节程序运算能力。二是过剩空气系数测试精密准确。三是风机变频器的灵敏度。四是风门连动机构的精确控制。
4．蒸汽发生器运行信息远传监控系统
（1）主要技术原理。该系统主要是融合了GPRS无线数据传输技术和蒸汽发生器运行信息在线实时监测技术。首先是通过对蒸汽发生器在线实时监控硬件采集数据，传输至无线数据传输终端，再通过GPRS技术传送到数据处理中心，实现网络发布。该系统功能主要是系统设置、数据采集、资料录入、报表生成、历史数据查询、远程监控、异常分析、系统维护、预警报警等。（2）系统组成。一是远程终端设备。二是数据采集终端。三是仿真现场控制台。数据库服务器。四是定向无线传输装置。五是在线监测装置。（3）实现的主要功能。一是实时远程运行监控。二是数据采集、资料录入、报表生成，统计报表。三是历史数据查询，异常分析、预警报警。四是实现了对蒸汽发生器的注汽质量的监控。五是实现了对油品防盗工作的监督。（4）技术关键。一是RTU并入无线远程监控系统。二是通过GPRS实现网络发布。三是通过GPRS实现数据传输。
三、技术分析论证
该系统运用了先进的在线监测技术，通过燃料量、配风量的联动调节，实现了锅炉自控和高效运行，从根本上解决了锅炉爆管、爆燃等事故发生。同时通过与运行数据实时采集、传输系统的有效结合，进一步强化了蒸汽发生器运行的远程监控，运行数据的技术录取，为科学高效的组织生产提供强有力的保证，实现了高效、低耗、节能的目的。
1．蒸汽发生器蒸汽干度在线实时测控系统
该系统利用成熟可靠的数据采集和通讯技术，实现蒸汽干度的在线实时监控。（1）创造性的提出了蒸汽发生器蒸汽干度检测方法和蒸汽发生器蒸汽干度计算模型。（2）成功的实现了现场干度检测设备、仪表配置，开发了准确、实时蒸汽干度检测技术和装置。（3）开发了基于蒸汽干度和过热度双重监控下的爆管预警技术装置。（4）干度检测绝对误差2%以内，实时在线显示。
2．锅炉燃烧自动控制系统
该系统采用了先进的在线监测技术以及自动控制理念，实现了蒸汽发生器燃烧始终在安全、高效率状况下运行。（1）将燃烧分析装置、燃烧控制装置与锅炉自动控制程序有效结合，提升蒸汽发生器自动控制水准。（2）对锅炉燃烧系统危险点源进行评估分析，改进后使现场的安全技术水平有了显著提高，运行参数平稳。（3）原创性的提出利用燃烧分析装置的专利技术，介入锅炉点火控制程序，消除了燃烧控制系统的安全隐患，有效防止了蒸汽发生器爆燃事故的发生。（4）提高了控制精度，改善了锅炉的燃烧状况，提高了燃烧效率，降低了设备故障率，保证了注汽的质量。通过对多台锅炉的测试对比，锅炉平均烟温降低了26.6℃以上，锅炉节油率可达1～3%。锅炉以单台锅炉设备利用率70%计算，经济注汽速度18M3/H。每台锅炉每年注汽量为：18×24×365×70%÷10000=4.9（万方/年）；每年每台锅炉节油量为（油单耗按62Kg/M3计算）：62×2%÷1000×49000=60.76（吨）；若辽河原油价格按3500元计算，可节约成本为：3500×60.76÷10000=21.266（万元）。（4）鼓风机（电机功率为：37KW）采用变频控制后，运行频率为37Hz左右，实测节电率为44%，现电价为：0.5777元/度，全年节电量为：理论风机节电率=[1（变频器运行频率÷50Hz）3]×100%=59.5%，37×24×365×70%×44%×0.5777=5.767万元。
3．蒸汽发生器运行信息远传监控系统
该系统通过信息的无线远程监控技术与先进的在线实时监控技术的完美结合，实现了真正意义上对蒸汽发生器运行信息的远程传输与远程监控。（1）首次实现了上位机用户对所有蒸汽发生器实时全过程的监控。（2）建设性开发出注汽质量的监控软件，远程用户可通过上位机及时发现燃料管和注汽质量存在的问题，迅速做出反应，堵塞管理漏洞。（3）首次实现了真正意义上的井口蒸汽干度测量和数据传输。（4）系统通信可靠，稳定性好，实现了办公的自动化和高效率。综上所述，该系统先进的实时检测和控制技术，能够及时准确的实现所有监测、自动化控制和预警功能，确保了运行安全，降低了运行能耗。特别是在锅炉爆管、爆燃和能耗远程监控方面，填补了国内外技术产品的空白。
4．蒸汽发生器运行信息远传监控系统的效果
若该系统能够在辽河油田全面推广，其经济效益和安全防范技术措施的提升将会非常可观。具体体现在以下几个方面。（1）经济效益方面。该系统经济性是按每台锅炉年平均利用率70%计算，则每年创效为：21.266+5.767=27.033万元（2）安全防范技术方面。一是先进的蒸汽发生器蒸汽干度在线实时监控系统，能够有效的控制蒸汽干度的大幅波动，从根本上解决了因过热引发的爆管等事故。二是蒸汽发生器燃烧自动控制系统能够全过程监控蒸汽发生器的燃烧，实现锅炉运行中的点火危险性预警、燃烧自动控制功能，提高了锅炉热效率，避免了因锅炉爆燃引发的财产损失和人身伤害。三是蒸汽发生器运行的远程监控系统，能够充分发挥专业技术人员的技术优势，第一时间发现蒸汽发生器运行过程中存在的隐患，第一时间制定整改方案，第一时间实施整改措施，能有效的监控设备运行异常、注汽管线渗漏、油品丢失等，有力地保证了锅炉安全、高效、经济运行。
四、结束语
该系统通过在蒸汽发生器上实现自动化控制及现场监控，数据采集、远传调度系统，保障了注汽站生产的安全运行和高效管理。实施自动化监控后，通过对历史及当前数据横纵的对比分析，可以指导设备检修保养、安排生产，降低操作技能员工的劳动强度，管控员工完成好本职工作。
作者：杨立华 单位：中国石油辽河油田公司
