变频器在注汽锅炉中的应用汇总

1、石油开发中心 2009 年 QC 成 果 材 料 降低注汽流量计量中的误差 单位名称：石油开发中心胜科管理区 小组名称：胜科注汽队变频器 QC小组 注册编号： SYKF-013-2009 小组类型：管理型 目录 、 小组概况 二、选题依据 2 三、现状调查 2 四、确定目标 4 五、原因分析及要因验证 4 六、制定对策 7 七、对策实施 9 八、效果确认 12 九、巩固措施 13 十、 下步打算 14 降低注汽流量计量中的误差 胜科注汽队变频器 QC小组） 石油开发中心胜科管理区注汽队组建于 2005年 5 月，地处广饶县石村 镇（即草桥地区）。下辖 3 个注汽站，共有油田用湿蒸汽发生器、水处

2、理装 置及附属设备 3 套，承担胜科管理区 30%以上的油井注汽任务。 一、小组概况 图表 -1 小组简介表 小组名称 胜科注汽队变频器 QC小组 建组时间 200902 注册编号 SYKF-013-2009 注册时间 200903 小组类型 管理型 活动日期 2009.3 2009.9 TQC教育 24 小时 活动次数 30 次 活动时间 90 小时 TQC获证率 活动方式 集中活动与分散活动相结合 活动主题 总结变频器对流量指示规律，减小锅炉流量计量误差 小组成员情况 序号 姓名 性别 年龄 职务 （ 称 ） 组内分工 1 李彬民 男 37 高级工程师 组长 2 吴永刚 男 29 技术员

3、副组长 3 马常宇 男 28 助理工程师 组织实施 4 王国龙 男 28 副队长 现场实施 5 贾磊 男 27 班长 现场组织 6 孙国利 男 28 班长 资料整理 6 臧永佳 男 27 副班长 现场操作 7 杨晓峰 男 28 维修电工 现场操作 整理撰写：吴永刚 方法指导：李彬民 二、?选题依据 胜科管理区辖区涵盖草 109、草 4、草 104、草 128、草 705 等区块， 区块内原油粘稠度大， 热力采油 - 蒸汽吞吐为主要开发手段。 目前，辖 区内除中心 7 台注汽锅炉外，另有井下、辽河、能达、德仕等外部注汽 队伍施工。现在所有注汽锅炉都已采用变频技术控制锅炉流量，在节电 节能方面取得

4、了很大成绩。柱塞泵通过频率变化实现锅炉流量的改变， 变频器在流量指示方面应该发挥指导作用。而现有锅炉通过测量差压变 送器信号用给水流量积算仪显示流量，测试信号值存在人为调整等因素 偏差，影响流量的准确计量与显示。 胜科注汽队不但管理着自有的 3 台注汽锅炉，而且担负着胜科管理 区辖区 10 余台外部注汽锅炉的运行监督工作，注足汽、注好汽为原油上 产保驾护航是我们的工作目标。因此探讨变频器在流量指示中的对照作 用，减少计量误差显得尤为重要。 三、现状调查 我队 QC小组依据变频器改变柱塞泵频率，从而改变锅炉流量 - 影 响差压变送器测量输出信号 - 改变显示流量的工作原理， 采用给定频率 值，记

5、录对应水流量值，然后对比分析实际流量与理论流量的方法，对 2008 年全年管区 10 口注汽井进行调查分析。我们发现生产中实际流量 值与理论流量值存在误差， 并计算出平均误差值在 0.5-0.7 吨/ 小时，个 别外部注汽队伍流量偏差值达到 0.8-1 吨/ 小时，偏差率超过 8%。 以下是对 10 口注汽井不同变频频率下实际流量与理论流量的调查 对比分析表： 图表 -2 目录/ 井号 注汽压力 抽检 日期 变频频率 理论给水 流量 锅炉显示 流量 最大误差值 / 偏差率 C104-3 19 08.02.09 36.69-39.93 8.5-9.3 8.7-9.7 0.4/4.4% C109-

6、P3 18.4 08.02.20 35.82-39.10 8.4-9.1 8.7-9.4 0.3/3.3% C4-9-X215 13.9 08.04.07 38.87-42.05 99.8 9.3-10 0.3/3.3% C4-13-X427 18.2 08.05.07 31.04-34.42 7.26-8.05 7.5-8.3 0.3/4% C109-P5 17.7 08.05.15 41.04-44.52 9.6-10.4 10.2-10.8 0.6/6% C4-6-328 17.8 08.05.21 41.48-44.77 9.7-10.5 10.1-11 0.4/4% C4-13-X4

7、26 15.5 08.06.20 36.26-39.69 8.48-9.3 8.8-9.5 0.2/2.2% C4-12-X429 18.7 08.07.08 30.17-33.46 7.05-7.8 7.4-8 0.3/4% C109-P6 19.5 08.09.26 34.09-37.51 8-8.8 7.9-8.9 0.3/3.7% C4-7-X215 19.5 08.10.28 41.48-44.87 9.7-10.5 9.7-10.8 0.3/3% 制表人：王国龙 制表时间： 2009.3.10 根据上述对比分析，可以看出： 1、如果我们把相同频率下流量作对比， 实际生产中给水流量与

8、理论 值有一定的偏差，这说明流量信号存在虚拟值，影响了流量的测量和注 汽量的统计。 2、如果我们把相同理论给水流量作对比， 则实际变频频率与理论变 频频率也存在偏差， QC小组通过跟踪记录发现， 不同时间段， 不同井位， 变频器频率波动情况也不同。 3、同一台锅炉设备，维修保养后，不同时间段，变频频率与流量误 差也不相同，这与柱塞泵工作情况有一定关系，柱塞泵故障，泵效下降， 变频对应流量值误差偏差自然较大。 4、根据不同区块井对比分析，流量信号偏差基本一样，这表明注汽 流量计量不稳定因素与注汽井压力等情况关系不大。 由此分析对比可以看出，目前胜科管区的部分注汽锅炉显示流量与实 际流量存在一定误

9、差，这给注汽计量造成了困难，给单井产油分析造成不 必要的误差。同时，注汽计量误差的存在也给外部施工队伍以可乘之机， 制造虚假注汽量，影响注汽吞吐井的正常生产。 四、活动目标及可行性分析 1、确定小组活动目标 （1）目标制定：通过锅炉调试，仪表信号校准等方式，使锅炉现在 存在的虚流量降至最低；总结统计出具有现实指导意义的频率流量对 照表。 （2）活动依据：中心及管理区注汽设计标准；锅炉工作原理- 给水 计量显示原理 （3）活动方式： QC小组集中分析与现场实施验证 2、可行性分析：根据锅炉流量计量原理可知，变频器频率在流量统计 中具有对照指导意义是可行的。 五、原因分析及要因确认 1、原因分析

10、我队 QC小组经过对现有设备运行情况调查， 全体成员集思广益， 对 所选课题进行了深入分析，绘制出影响注汽流量计量，与现在流量信号 存在不真实现状的原因与影响因素，绘成下边关联图。 图表 -3 巡回检查不到位 压力变气信号与 水量表显示不符 规章制度 落实 变频、水量表、流量不对应 人为调节 仪表 信号 调节 不当 水量表与流量 信号不符 变频与流量 信号不符 变频与水量 表示值不符 制图人：吴永刚 注汽流量 计量偏差 给水设备、测量仪 表故障或显示有误 变频器故障 柱塞泵故障 给水流量积算 仪虚信号 水量表故障 制表时间： 2009.3.15 保养检修不及时 锅炉注汽流量计量偏差 的边 根据

11、影响因素关联图可以看出造成 缘因素有三个： 1）规章制度落实 ; 2）保养、检修不及时 ; 3）仪表信号调节不当 2、要因验证 （时间： 09年3月10日-3 月20日，地点：胜科管区各注汽队，验证人：吴永刚、孙国利） 1）、要因验证一：规章制度 规章制度，主要指操作规程、岗位责任制、巡回检查制度和交接班 制度。内容包括：锅炉及辅助设备的运行、巡回检查的点面、设备维修 保养、经济核算以及各级人员的职责等。目前，除中心注汽队与运输注 汽队外，其他外部注汽队伍在签订合同前都进行了资历认证，包括规章 制度的建立健全。而中心注汽队与运输注汽队通过几年来的不断成长与 建设，各项规章制度已建立健全，技术水

12、平上升的很快，员工责任心及 整体素质均有较大幅度提高。各项规章制度健全，贯彻落实到位。 故确认为非要因。 2）、要因验证二：保养检修不及时。 中心开发区块的特点决定了注汽的主导地位，随着原油产量的逐年上 升，中心不但完善了各项安全管理生产规定，而且成立了专门的监督、 检查机构，严格管理，检查到位。中心注汽队建队以来，一直以技术型 团队为发展方向，通过四年多的摸索与积累，不但建立、健全了一套科 学完整的设备保养制度，而且还鼓励员工进行小改造，小创新。全队员 工积极努力，争当业务标兵。实行队干部承包制度，层层落实，将每一 个设备隐患消灭在萌芽状态，坚持设备问题，设备故障不过夜制度。取 得了一系列的

13、殊荣，顺利通过了油田行业一强的验收。被评为优秀党支 部和标杆注汽站等荣誉称号。外部注汽队伍采用外派监督进行现场注汽 质量监督管理，记录注汽质量与设备运行，对存在的问题严格考核。并 配合管区生产管理室和中心技术监督部对外部注汽队伍进行定期和不定 期抽检，对发现问题及隐患层层落实。 故确认为非要因。 国内 高 ）， （3）、要因验证三：仪表调试。 油田注汽锅炉就是为注蒸汽热采而设计的一种新型工业锅炉。 从引进到现在已有 20余年的发展历史。 因为油田注汽锅炉具有高温、 压的危险特性，故它的自动化设计程度也较高，从而实现自动报警，自 动停炉，避免事故的要求。注汽锅炉仪表自动化包含了各类仪表信号的 测

14、量与显示，仪表参数的设定，报警值的设定等。 现有注汽锅炉均属单路直流锅炉，水经柱塞泵升压进入锅炉，变成 高温、高压蒸汽注入油井 （ 只有极少量蒸汽用于蒸汽雾化和燃油加热 故注汽量的多少用给水当量进行表示。我们通过变频器进行水流量大小 的调节，通过差压变送器进行水流量的测量，通过水量表与给水流量积 算仪进行水流量显示。三者之间需要精确的参数配比，对应不准确与对 应错误将直接影响注汽量的测量，产生较大误差。 故确认为要因。 结论： 通过要因验证，最后确定仪表调试是注汽流量计量偏差的要因。 六、制定对策 1、通过要因分析可以看出，影响注汽流量计量的主要原因取决于仪表调 试。根据确定的要因，小组成员认

15、真讨论研究，制定对策如下表： 图表 -4 要因 对策 目标 措施 地点 时间 实施人 检查人 仪表 调试 调整差 压变送 器测量 信号 差压变送器 测量水量信 号误差降到 0.1t/h 以下 通过压力变 送器测量信 号与水量表 显示对应， 调节差压变 送器测量信 号 草 104 固定 站、 4 号站 09年4 月- 09年6 月 吴永刚 臧永佳 杨晓峰 李彬民 调整给 水流量 积算仪 与变频 器频率 的对应 正常注汽时， 变频频率与 流量对应偏 差率低于 0.5% 1、通过检修 给水设备， 稳定给水 2、 通过测量压 力变送器输 出信号与水 量表显示调 节给水流量 积算仪与频 率对应 草 10

16、4 固定 站、 4 号站 09年5 月- 09年7 月 李彬民 制表人：吴永刚 制表时间： 2009.3.15 2、对策的可行性研究： （1）、调整差压变送器测量信号：我们请厂家工程师与电厂专家根据 锅炉运行情况结合生产实际情况进行调整。 （2）、检修柱塞泵，通过巡检、维修，确保柱塞泵工作正常，给水稳 （3）、调整给水流量积算仪与变频器频率对应：使用专用仪表与信号 发生器，改变压力变送器输出信号，调节水量表显示值，达到给水流量积 算仪水量显示与变频器频率的正确对应。 七、对策实施 （一）对锅炉差压变送器进行调试。 小组首先选定中心注汽队三台注汽锅炉作为实验现场，由于3#、 4#炉 采用的是电信

17、号压力变送器， 5#炉采用的是气动压力变送器，故我队 QC小 组对不同压力变送器采用不同方式进行实验。 依据原理：（ 1）、理论频率流量系数实际频率值泵效 =实际流量值； （ 2）、孔板系数水量表指示值 =实际对流段入口流量； （3）、差压变送器测量压力信号与输出气信号或电信号成对 应关系，电气转换器或气电转换器输出信号对应给水 流量积算仪显示值。 方法：（1）、气动差变：给定压力信号，对应水量表显示，调节差压变 送器的灵敏度与比例积分，实现水量显示值与输入信号值 的对应。给定压力信号，对应水量表显示，测量气电转换 器输出信号，调节给水流量积算仪瞬时流量显示。 （2）、电动差变：给定压力信号，

18、对应水量表显示，测量电器 转换器输出信号，调节差压变送器的灵敏度与比例积分， 实现水量显示值与输入信号值的对应。 对比信号值： （1）、给定压力信号值： 5-25.4Psi, 对应水量表显示： 20%-100%。 （ 2）、气动压力变送器输出气源信号： 3-15Psi, 水量信号 0-100%，给水流量值： 0-13T/H 。 （3）、电动压力变动器输出气源信号： 4-20ma, 水量信号 0-100%， 给水流量值： 0-13T/H 。 （4）、柱塞泵最大排量值： 13 T/H ，泵效 80%-90%。 仪表工具：气压表、万用表、 BT200、信号发生器、游标卡尺。 以下是三台差压变送器调节

19、前的测量信号对比： 图表 -5 序 号 给定 压 力 信号值（单 位： Psi ） 对应水量 表示值 （%） 压力变送器 输出信号值 对应水量 表示值 （%） 调节前 水量表 示值 调节前 误差率 调节 后水 量表 示值 调节 后误 差值 1 5 20 6Psi/8ma 2 1.6 20% 2 0 2 10 40 7.8Psi/10.4ma 4 3.1 22.5% 4 0 3 15 60 10.2Psi/13.6ma 6 5.3 11.6% 6 0 4 20 80 12.6Psi/16.8ma 8 8.2 10% 8 0 5 25.4 100 15 Psi /20ma 10 10 100% 1

20、0 0 制表人：马常宇 制表时间： 2009.4.2 通过实际测量，我们发现流量在较小或较大时，流量值与实际值误 差较大，主要原因是柱塞泵属容积泵，柱塞泵负荷过小或过大，柱塞泵 泵效较低，故误差值较高，对应关系误差率也较高。变频器频率越高， 频率稳定性也越差，频率值波动幅度也越大。 （二）由于 3#、4#锅炉差压变送器采用电动压力变送器，故我队 QC小组 利用 BT200 调节压力变单位、量程、零点及对应信号值，利用万用表测量 电气转换器输出信号调节给水流量积算仪信号单位（输入、输出） 、量程、 零点偏移、流量系数等参数。 （三）利用停炉保养时间对柱塞泵进行检修，确保柱塞泵的最大泵效。 10

21、四）调整给水流量积算仪与变频器频率的对应。 通过检查变频器与给水流量积算仪的程序设定，参数值调节，确保变 频器与给水流量积算仪工作正常，正确显示输入信号值。并将变频器缓 冲时间由 10 秒调到 20 秒，减缓柱塞泵启动时的负荷。 八、效果检查 1、使用效果调查 活动结束后，我们对中心注汽队 3 台注汽锅炉运行情况进行跟踪， 使用效果见下表。 图表 -6 注：每口注汽井每天抽检 6 次，取平均值进行填写对比） 目录/ 井号 抽检日期 理论给水 流量 实际给水流 量 变频频率值 最大误差值 / 偏差率 C109-X12 2009.4.15-2009.4.24 7.5 7.45-7.61 32.66

22、-32.81 0.1/1.3% C109-X23 2009.4.25-2009.4.30 9 8.97-9.12 39.96-40.03 0.12/1.2% C104-20 2009.5.2-2009.5.7 7 7.01-7.11 33.02-33.11 0.11/1.5% C104-X42 2009.5.11-2009.5.20 7 7.02-7.11 32.75-32.95 0.18/1.6% C109-X95 2009.5.22-2009.5.26 9 8.99-9.07 39.97-40.13 0.07/0.8% C104-18 2009.5.27-2009.5.31 9 9.02-

23、9.11 39.99-40.21 0.11/1.2% C104-X19 2009.5.28-2009.6.3 8 7.99-8.16 34.78-35.01 0.16/2% C104-X27 2009.6.4-2009.6.13 9 8.98-9.1 39.97-40.01 0.1/1.1% C104-11 2009.6.7-2009.6.12 9 9.01-9.1 39.91-40.02 0.1/1.1% C104-P4 2009.6.15-2009.6.23 10 9.98-10.13 43.48-43.53 0.13/1.3% 制表人：吴永刚 制表时间： 2009.7.15 11 由以上统计表中可以计算出，通过六个月的运行调整，流量偏差值 最大为 C104-X42 井，偏差值为 0.18T/H ，对应变频器频率值与理论值最大为 C109-X19 井，偏差值为 2%。达到目标要求。 为使效果利于对比， QC小组通过实施前后对比值绘制了不同流量下调节前后流 量波动与频率值波动曲线图： 图表 -7 （注：为效果明显每个流量值下取两个值，最大和最小） 调节前流量值 调节后流量值 通过图标 -7 可见，调节前流量值对应变频器频率值变化幅度明显比 调节后波动范围大，虚信号值较大。 2、效果分析 （1）、通过对锅炉管理的细化，参数设定的校对，以及相关仪表、 设备的维护调试，成功