CN102262105A - 湿蒸汽管网的干度流量测量系统 - Google Patents

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一种湿蒸汽管网的干度流量测量系统，给水电导率计安装在注汽炉入口前的管道上。各分流均相三通分别安装在注汽炉蒸汽管网的各蒸汽分流口处。各分流均相三通的各出口与入口的蒸汽干度相同，并且两个出口的蒸汽为均相。各采样汽水分离器分别位于各出口蒸汽管道的出口端。在各被分离水管上装有电导率计。井口干度处理器与给水电导率计和电导率计通信连接，采集给水电导率D0和被分离水电导率Dn，得到注汽炉蒸汽管网中出口蒸汽管道的出口蒸汽干度(Dn-D0)/Dn。本发明能准确测量注汽炉蒸汽管网中各采油井井口的蒸汽干度，其蒸汽干度的测量精度高达98％以上，为稠油热采的技术监控提供了可靠的依据，并为提高稠油热采的经济性提供了准确的依据。

Description

湿蒸汽管网的干度流量测量系统
技术领域
本发明涉及的是流量测量领域，是一种湿蒸汽管网的干度流量测量系统。
背景技术
在石油稠油开采中，采用向采油井下注入水蒸气，用蒸汽融化井下稠油，降低稠油的粘度以及提高稠油的流动性，达到使采油机能采油的状况。在这种向采油井下注入水蒸气的热力采油过程中，由注汽炉产生蒸汽，采用蒸汽管网向数个采油井输送蒸汽。显然，采油的经济性与蒸汽的数量和品质关系密切。由于注汽炉产生的是蒸汽干度小于1的湿蒸汽，注入采油井的蒸汽也是湿蒸汽，为了提高采油的经济性，对注汽炉的蒸汽干度、以及对蒸汽管网各出口蒸汽干度与流量进行监测与控制，是非常重要的。
对于湿蒸汽干度与流量的测量，尽管有许多方法，包括化验方法、非热力学方法和热力学方法，但由于湿蒸汽含有液态的水，是气液两相流流体，其流体模型复杂而且流态多样，国内外目前还没有经济实用的测量仪表，能够准确测量湿蒸汽的干度和流量。
专利公告号为CN1263263的发明专利，公开了一种锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法，该方法分别通过电导率测试探头实时测量出注汽炉给水电导率A和炉水电导率B，由X＝(B-A)/B这一公式，得出注汽炉出口的湿蒸汽干度X。这是一种目前实用且经济的测量蒸汽干度的仪表和方法。
在采用湿蒸汽的热力采油中，注汽炉产生干度为40-85％之间的湿蒸汽，通过蒸汽管网，把注汽炉产生的湿蒸汽输送到数个采油井中。蒸汽管网是由多个分支管路、多个出口组成的管路系统，为了提高热力采油的经济性，需要对各蒸汽管网出口即采油井口的蒸汽干度与流量进行监测与控制。然而，公告号为CN1263263的发明专利“锅炉蒸汽干度自动测试和控制方法”，只能用于测量注汽炉出口的蒸汽干度，而不能用于测量蒸汽管网各出口的蒸汽干度。
发明内容
为克服现有技术还不能准确测量蒸汽管网各出口蒸汽干度的问题，本发明提出一种湿蒸汽管网的干度流量测量系统。
本发明包括给水电导率计、干度流量处理器、等干度分配三通、闭路式干度器和终端采集器；其中：
所述的等干度分配三通分别安装在注汽炉蒸汽管网的管路分支口处，每个等干度分配三通的两个出口其蒸汽干度相同且为均相。在注汽炉蒸汽管网上的各管网出口管的出口端安装有闭路式干度器；给水电导率计安装在注汽炉给水管上。
所述的闭路式干度器包括出口管流量计、出口管压力计、管道流体阻力器、分离器出汽管、出水管电导率计、分离器出水管、串片散热器、采样汽水分离器和蒸汽采样管。沿管内湿蒸汽流动方向，在管网出口管上依次有出口管流量计、出口管压力计、蒸汽采样管的入口、管道流体阻力器、分离器出汽管的出口。采样汽水分离器分别与蒸汽采样管的出口、分离器出汽管的入口、分离器出水管的入口相通。串片散热器套装在分离器出水管的外壁面上。出水管电导率计安装在位于串片散热器之后的分离器出水管上。
终端采集器包括CPU处理器、通信接口和AD转换，它分别与出口管流量计、出口管压力计、出水管电导率计通信连接，并将采集到的模拟信号转换为数字信号，并向干度流量处理器发送。
干度流量处理器位于注汽炉操作台旁，包括通信接口、CPU处理器、显示器，它与给水电导率计以及注汽炉蒸汽管网中各终端采集器通信连接，采集给水电导率计所测的给水电导率D0、干度流量处理器中出口管流量计所测的体积流量VN、出口管压力计所测的压力PN、出水管电导率计所测的电导率DN，由下式得出管网出口管的蒸汽干度XN和蒸汽质量流量mN：
XN＝(DN-D0)/DN
vq＝fq(PN)
vw＝fw(PN)
vN＝XN·vq+(1-XN)·vw
mN＝VN/vN
式中，vq和vw分别为干饱和蒸汽比容和饱和水比容，所述的干饱和蒸汽比容vq和饱和水比容vw与压力PN的关系为公知的热物性函数vq＝fq(PN)和vw＝fw(PN)，vN为管网出口管的蒸汽比容。
与现有技术相比，本发明能准确测量注汽炉蒸汽管网出口的湿蒸汽干度和质量流量，其湿蒸汽干度和质量流量的测量精度高达97％以上，为稠油热采的技术监控提供了可靠的依据，并为提高稠油热采的经济性提供了准确的依据。
附图说明
图1是湿蒸汽管网的干度流量测量系统的示意图；
图2是闭路式干度器的结构示意图。其中
1.注汽炉给水管     2.给水电导率计     3.注汽炉        4.干度流量处理器
5.注汽炉蒸汽管网   6.等干度分配三通   7.管网出口管    8.闭路式干度器
9.采油井 10.出口管流量计 11.出口管压力计 12.管道流体阻力器
13.分离器出汽管    14.出水管电导率计  15.分离器出水管 16.终端采集器
17.串片散热器      18.采样汽水分离器  19.蒸汽采样管
具体实施方式
本实施例为湿蒸汽管网的干度流量测量系统。本实施例中注汽炉3的注汽炉蒸汽管网5有2个管路分支。
本实施例中，通过注汽炉3的注汽炉蒸汽管网5的2个蒸汽分支管路的分流口，分别向3个采油井输送蒸汽，即有3个管网出口管7。管网出口管7的管内径为56mm，注汽炉蒸汽管网5管道的管内径为72mm。
本实施例包括给水电导率计2、干度流量处理器4、等干度分配三通6、闭路式干度器8和终端采集器16；其中：
等干度分配三通6分别安装在注汽炉蒸汽管网5的管路分支口处，每个等干度分配三通6的两个出口其蒸汽干度相同且为均相；在注汽炉蒸汽管网5上的各管网出口管7的出口端安装有闭路式干度器8；给水电导率计2安装在注汽炉给水管1上；
闭路式干度器8包括出口管流量计10、出口管压力计11、管道流体阻力器12、分离器出汽管13、出水管电导率计14、分离器出水管15、串片散热器17、采样汽水分离器18和蒸汽采样管19；沿管内湿蒸汽流动方向，在管网出口管7上依次有出口管流量计10、出口管压力计11、蒸汽采样管19的入口、管道流体阻力器12、分离器出汽管13的出口。采样汽水分离器18分别与蒸汽采样管19的出口、分离器出汽管13的入口、分离器出水管15的入口相通。串片散热器17套装在分离器出水管15的外壁面上；出水管电导率计14安装在位于串片散热器17之后的分离器出水管15上；
终端采集器16包括CPU处理器、通信接口和AD转换，它分别与出口管流量计10、出口管压力计11、出水管电导率计14通信连接，并将采集到的模拟信号转换为数字信号，并向干度流量处理器4发送；
干度流量处理器4位于注汽炉操作台旁，包括通信接口、CPU处理器、显示器，它与给水电导率计2以及注汽炉蒸汽管网5中各终端采集器16通信连接，采集给水电导率计2所测的给水电导率D0、干度流量处理器4中出口管流量计10所测的体积流量VN、出口管压力计11所测的压力PN、出水管电导率计14所测的电导率DN，再由内置的流量干度处理程序，由下式得出管网出口管7的蒸汽干度XN和蒸汽质量流量mN：
XN＝(DN-D0)/DN
vq＝fq(PN)
vw＝fw(PN)
vN＝XN·vq+(1-XN)·vw
mN＝VN/vN
式中，vq和vw分别为干饱和蒸汽比容和饱和水比容，它们与压力PN的关系为公知的热物性函数vq＝fq(PN)和vw＝fw(PN)，vN为管网出口管7的蒸汽比容。
管道流体阻力器12是由20号锅炉钢材料制成的圆环板，焊接在蒸汽采样管19的内壁上，用于增大管内蒸汽的流动阻力。
本实施例中，蒸汽采样管19、分离器出汽管13和分离器出水管15均为20号锅炉钢材料的无缝钢管。

Claims (1)

1.一种湿蒸汽管网的干度流量测量系统，其特征在于，包括给水电导率计(2)、干度流量处理器(4)、等干度分配三通(6)、闭路式干度器(8)和终端采集器(16)；其中：
a.所述的等干度分配三通(6)分别安装在注汽炉蒸汽管网(5)的管路分支口处，每个等干度分配三通(6)的两个出口其蒸汽干度相同且为均相；在注汽炉蒸汽管网(5)上的各管网出口管(7)的出口端安装有闭路式干度器(8)；给水电导率计(2)安装在注汽炉给水管(1)上；
b.所述的闭路式干度器(8)包括出口管流量计(10)、出口管压力计(11)、管道流体阻力器(12)、分离器出汽管(13)、出水管电导率计(14)、分离器出水管(15)、串片散热器(17)、采样汽水分离器(18)和蒸汽采样管(19)；沿管内湿蒸汽流动方向，在管网出口管(7)上依次有出口管流量计(10)、出口管压力计(11)、蒸汽采样管(19)的入口、管道流体阻力器(12)、分离器出汽管(13)的出口。采样汽水分离器(18)分别与蒸汽采样管(19)的出口、分离器出汽管(13)的入口、分离器出水管(15)的入口相通。串片散热器(17)套装在分离器出水管(15)的外壁面上；出水管电导率计(14)安装在位于串片散热器(17)之后的分离器出水管(15)上；
c.所述的终端采集器(16)包括CPU处理器、通信接口和AD转换，它分别与出口管流量计(10)、出口管压力计(11)、出水管电导率计(14)通信连接，并将采集到的模拟信号转换为数字信号，并向干度流量处理器(4)发送；
d.所述的干度流量处理器(4)位于注汽炉操作台旁，包括通信接口、CPU处理器、显示器，它与给水电导率计(2)以及注汽炉蒸汽管网(5)中各终端采集器(16)通信连接，采集给水电导率计(2)所测的给水电导率D0、干度流量处理器(4)中出口管流量计(10)所测的体积流量VN、出口管压力计(11)所测的压力PN、出水管电导率计(14)所测的电导率DN，并通过下式得出管网出口管(7)的蒸汽干度XN和蒸汽质量流量mN：
XN＝(DN-D0)/DN
vq＝fq(PN)
vw＝fw(PN)
vN＝XN·vq+(1-XN)·vw
mN＝VN/vN
上式中，vq和vw分别为干饱和蒸汽比容和饱和水比容，所述的干饱和蒸汽比容vq和饱和水比容vw与压力PN的关系为公知的热物性函数vq＝fq(PN)和vw＝fw(PN)，vN为管网出口管(7)的蒸汽比容。
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