CN1820183A - 两相蒸汽测量系统 - Google Patents

Abstract

一种蒸汽测量系统，包括与用以接收湿蒸汽流的可振动流量管(410、510、610)相关联的科里奥利流量计(440、540、640)。第一传感器与流量管相连以通过第一传感器信号的方式传递有关流量管运动的信息。第二传感器确定湿蒸汽流的性质并通过第二传感器信号的方式传递该性质。计算装置(440、540、640)接收第一和第二传感器信号，并用以根据第一和第二传感器信号计算湿蒸汽流的蒸汽品质(700)。计算装置也可计算湿蒸汽流的总热能流量(800)。其他实施方式可包括将湿蒸汽流分离成基本上为气体的气流和基本上为液体的液流的完全或部分分离器(920)以及第二科里奥利计(960a、960b)。

Description

两相蒸汽测量系统

技术领域

本说明书涉及两相蒸汽的测量。

背景技术

有很多情况，测量饱和蒸汽的各种性质是有益的。一种这样的情况是从地下抽取原油。重的、焦油状的石油大量处于地面下的地质地层中。为了抽取这种具有商业价值的资源，可在蒸汽发生器或其他蒸汽发生装置处产生湿饱和蒸汽并且通过各种输送部件(例如：诸如流送管，集合管，阀门，三通管以及配件)将蒸汽输送到一口或多口重的、焦油状石油所在地(等)的注入井中。在注入井处，蒸汽可被注入到重油地层中使原油变稀，并使之便于泵送到地表。

发明内容

一方面，提供了一种蒸汽测量系统。所述蒸汽测量系统包括用以接收湿蒸汽流的科里奥利流量管。所述流的体积密度基于所述科里奥利流量管的运动来确定。传感器确定所述湿蒸汽流的性质。计算装置根据所述体积密度和所述性质计算所述流的蒸汽品质。

该方面的实施方式可包括一个或多个如下特征。例如，所述性质可为所述流的温度，所述传感器为温度传感器。所述温度传感器可连接到所述流量管的外部，或者所述温度传感器可被插入到所述湿蒸汽流内。所述性质可为所述流的压力，所述传感器为压力传感器。

为了计算所述蒸汽品质，所述计算装置可用以根据所述性质计算所述流的汽相的密度，并根据所述性质计算所述流的液相密的度。所述计算装置可包括存储蒸汽表的存储装置，并用以使用所述蒸汽表根据所述性质计算所述汽相密度以及根据所述性质计算所述液相密度。所述计算装置可用以使用所述体积密度、所述液相密度和所述气相密度通过求解关于所述蒸汽品质x的如下方程计算所述蒸汽品质：

所述计算装置也可用以基于所述科里奥利流量管的运动确定所述流的体积质量流量，并且可用以根据所述蒸汽品质和所述体积质量流量计算所述流的热能流量。为了计算所述热能流量，所述计算装置可用以根据所述性质计算所述流的汽相焓，以及根据所述性质计算所述流的液相焓。所述计算装置可用以使用所述体积质量流量m、所述液相焓h_f、所述气相焓h_g以及所述蒸汽品质x通过求解关于所述热能流量H_total的如下方程计算所述热能流量：

              H_total＝m·h_g·x+m·h_f·(1-x)

所述计算装置可以是科里奥利流量计变送器或者流量计算机。

所述蒸汽测量系统还可包括用来产生所述湿蒸汽流的蒸汽发生器；用来将所述湿蒸汽流输送到所述科里奥利流量管的输送部件；以及连接于所述科里奥利流量管以接收来自所述科里奥利流量管的所述湿蒸汽流的注入井。

另一方面，提供了一种方法，所述方法包括使湿蒸汽流穿过与科里奥利流量计相连的振动流量管，其中所述科里奥利流量计可确定所述湿蒸汽流的所述体积密度；得到所述湿蒸汽流的温度或压力；以及根据所述体积密度和所述温度或压力计算所述流的蒸汽品质。

该方面的实施方式可包括一个或多个以下特征。例如，计算所述蒸汽品质的步骤可包括根据所述温度或压力计算所述流的汽相密度；以及根据所述温度或压力计算所述流的液相密度。所述蒸汽品质可通过求解关于所述蒸汽品质x的如下方程计算：

可计算所述流的所述体积质量流量，以及根据所述蒸汽品质、所述体积质量流量和所述温度或压力计算所述流的热能流量。计算所述热能流量的步骤可包括根据所述温度或压力计算所述流的汽相的焓；以及根据所述温度或压力计算所述流的液相的焓。所述热能流量H_total可通过求解如下方程计算：

                H_total＝m·h_g·x+m·h_f·(1-x)

式中m是所述体积质量流量、h_f是所述液相的焓、h_g是所述气相的焓，以及x是所述蒸汽品质。

另一方面，提供了一种包括分离器的蒸汽测量系统。所述分离器将湿蒸汽流分离为基本上为气体的气流和基本上为液体的液流。第一科里奥利流量管接收所述基本上为气体的气流并且所述基本上为气体的气流的体积密度基于所述第一科里奥利流量管的运动进行计算。第二科里奥利流量管接收所述基本上为液体的液流并且所述基本上为液体的液流的体积密度基于所述第二科里奥利流量管的运动确定。传感器探测所述基本上为气体的气流或所述基本上为液体的液流的温度或压力。计算装置用以根据所述基本上为气体的气流的体积密度、基本上为液体的液流的体积密度以及所述温度或压力计算所述湿蒸汽流的总蒸汽品质。

该方面的实施方式可包括一个或多个以下特征。例如，所述传感器可以是温度传感器。所述温度传感器可被连接到所述第一或第二科里奥利流量管外部或被插入到基本上为气体的气流或基本上为液体的液流中。所述传感器可以是压力传感器。

为了计算所述蒸汽品质，所述计算装置用以利用所述温度或压力计算所述基本上为气体的气流的汽相密度；所述基本上为气体的气流的液相密度；所述基本上为液体的液流的汽相密度；以及所述基本上为液体的液流的液相密度。所述计算装置可包括存储蒸汽表的存储装置并用以使用所述蒸汽表计算所述基本上为气体的气流的汽相密度；所述基本上为气体的气流的液相密度；所述基本上为液体的液流的汽相密度；以及所述基本上为液体的液流的液相密度。

所述基本上为气体的气流的体积质量流量可基于所述第一科里奥利流量管的运动信息确定，以及所述基本上为液体的液流的体积质量流量可基于所述第二科里奥利流量管的运动信息确定。所述计算装置可用以根据所述蒸汽品质、所述基本上为液体的液流的体积质量流量、所述基本上为气体的气流的体积质量流量以及所述温度或压力计算所述流的热能流量。

为了计算所述热能流量，所述计算装置可用以利用所述温度或压力计算所述基本上为气体的气流的汽相焓；计算所述基本上为气体的气流的液相焓；计算所述基本上为液体的液流的汽相焓；计算所述基本上为液体的液流的液相焓。所述计算装置可以是科里奥利流量计变送器或流量计算机。

所述蒸汽测量系统还可包括产生所述湿蒸汽流的蒸汽发生器；用来将所述湿蒸汽流输送到所述分离器的输送部件；以及连接到所述第一和第二科里奥利流量管以从所述第一和第二科里奥利流量管接收所述基本上为气体的气流和所述基本上为液体的液流的注入井。

另一方面，一种与蒸汽测量系统一起使用的科里奥利变送器包括接收湿蒸汽流的科里奥利流量管；与所述流量管相关联的第一传感器，以通过第一传感器信号的方式传递有关所述流量管运动的信息；以及第二传感器，用来确定所述流的性质并通过第二传感器信号的方式传递所述性质。所述科里奥利变送器包括接收所述第一和第二传感器信号的处理装置。所述处理装置用以根据所述第一和第二传感器信号计算所述流的蒸汽品质。

该方面的实施方式可包括一个或多个以下特征。例如，所述处理装置也可用以根据所述蒸汽品质及所述第一和第二传感器信号计算所述流的热能流量。为了计算所述热能流量，所述处理装置可用以根据所述性质计算所述流的汽相的焓，以及根据所述性质计算所述流的液相的焓，并且根据所述第一传感器信号计算所述流的体积质量流量。所述处理装置可用以利用所述体积质量流量m、所述液相焓h_f、所述气相焓h_g以及所述蒸汽品质x通过求解关于所述热能流量H_ttotal的如下方程计算所述热能流量：

              H_total＝m·h_g·x+m·h_f·(1-x)

下面，将通过附图和描述阐述一个或多个实施方式的细节。通过描述、附图以及权利要求，其他特征将显而易见。

附图说明

图1是在注入井处使用的两相蒸汽测量系统的框图。

图2是图示水的温度-压力关系的图表。

图3是饱和蒸汽温度表的摘录。

图4是在蒸汽测量系统中使用的科里奥利计的框图。

图5是在蒸汽测量系统中使用的科里奥利计和温度变送器的框图。

图6是在蒸汽测量系统中使用的科里奥利计和压力变送器的框图。

图7是流程图，描述了确定蒸汽品质测量的过程。

图8是流程图，描述了确定热能流量测量的过程。

图9是与气/液分离器结合使用的蒸汽测量系统的框图。

图10是流程图，描述了在确定蒸汽品质测量时考虑溶解固体的过程。

具体实施方式

图1是包括两相蒸汽测量系统的蒸汽发生和注入系统100的框图。系统100包括蒸汽发生器120、将蒸汽发生器120的输出连接到各注入井160的各输送部件130、以及连同相应的变送器150一起靠近各注入井160设置的各测量计140。通常，给水110被输入到蒸汽发生器120中，该蒸汽发生器120将给水110转化为蒸汽。通过输送部件130如流送管，歧管，阀门及配件，蒸汽被输送到各注入井160。连同相应的变送器150一起，仪表140用于测量靠近注入井160处的蒸汽的性质。

给水110可被蒸馏以除去任何固体或其他杂质。然而，使用蒸馏水可能是昂贵的或不切实际的。作为选择，石油公司可在蒸汽发生器中而不是其他的蒸汽发生设备如锅炉中产生蒸汽，使得例如足够的液体离开蒸汽发生器以带走蒸汽发生器产生蒸汽所使用的给水中可能存在的任何溶解固体。这淘汰了利用蒸馏水作为给水的昂贵方案。因此，产生和传送的蒸汽是典型的“湿蒸汽”，即，具有一定相态关系的水，使得液体以某种形式或数量包含在水的蒸气中。

图2是相图200，图示了纯物质，在这种情况下为水，的两相性质。如图2所示，水的温度和/或压力决定水的状态特性。例如，水可以处于压缩液体状态210，但当增加热量时，压缩液体的温度上升直到它达到饱和液线211。如果这在大气压下进行，则温度为212°F。如果在大气压下继续为水增加热量，则一些液体转化为蒸气。例如，如果增加足够的热量从而将一半质量的液体转化为蒸气，那么该蒸汽被称为具有50％的品质。当我们继续为蒸汽增加热量时，所有的液体在饱和气线213处转化为蒸气。在这点，温度仍为212°F，并且压力仍为一个绝对大气压。如果热量被进一步施加于该蒸汽，温度和压力将上升到过热蒸气状态214，在此处，温度和压力是彼此独立的。

因此，术语湿/饱和蒸汽是热力学术语，意味着水既不是过热的也不是压缩液体并且低于705.5°F和3208psia(磅/平方英寸)的临界点。饱和蒸汽的“蒸汽品质”可从0％到100％，如下文所述，并且它的温度和压力在相图200的两相区212中是相互关联的。例如，212°F依赖于14.7psia的大气压，而327.8°F依赖于100psia。已经开发出了蒸汽表以给出给定温度和相应压力下的饱和蒸汽的性质(例如，各相的密度和热能)。

图3是饱和蒸汽温度表的摘录。如刚刚叙述的那样，这样的表格涉及到各种条件下与水相关的各种性质。具体地说，图3的表格说明了在各种温度和压力下湿/饱和蒸汽的各种性质。这些性质包括湿蒸汽的成分的比容(比容表示每单位质量物质所占的空间，并且是密度的数学倒数)、湿蒸汽的成分的焓(即，表示湿蒸汽的总能含量的术语；它表示内能和流动功，或者包含在物质内的总位能和动能，并可表达为，例如，英热单位每磅(质量)，或者BTU/lbm)、以及湿蒸汽的成分的熵(在这种情况下，表示由于湿蒸汽的输送可能损失的湿蒸汽的能量)。

离开发生器120的湿蒸汽被称为具有特定的“蒸汽品质”，它指的是处于汽相的蒸汽的质量百分比。例如，80％蒸气的湿蒸汽可称为具有80％的蒸汽品质。饱和蒸汽的其余部分处于液相，并且它带走溶解固体，使得，例如，蒸汽发生器120的换热管不会被涂渍和失效。

如前所述，这种湿/饱和蒸汽离开蒸汽发生器120并在其通往注入井160路线上流过输送部件130，如图1所示。这些输送部件130可能位于各种地形地层上。例如，某些输送部件130可能穿越山岗并具有高海拔高度，而其他输送部件130可能位于山谷并具有低海拔高度。当蒸汽流分离、分开并于各种配置中通过各种输送部件130时，液体和蒸气不总是保持在与其离开发生器120时相同的比率。结果，到达注入井160的蒸汽流的品质可能彼此明显不同并且不同于离开蒸汽发生器时的蒸汽的品质，而且可能处于0％到100％范围内的任何点位。例如，在过去一直使用电容探测器、双孔板以及振动管密度计来尝试测量这种蒸汽品质，但是取得的成功非常有限。

对与发生器120处的蒸汽品质不同的、注入井160处的蒸汽品质的了解对注入井160的操作员很重要。例如，操作员可能想知道注入井160处的蒸汽品质，因为蒸汽品质经常与被抽取的商业可用的石油量有关。特别是，当湿蒸汽中包含更多的蒸气时(即，当蒸汽品质高时)，更多的能量可被输入到注入井160。因此，注入井160的操作员会寻求优化输入注入井160的蒸汽流，以便以注入井160的最小量的湿蒸汽来抽取最大量的石油。

该优化过程可包括，例如，使用流量管140和相应的变送器150来探测特定的注入井处的低蒸汽品质，并调整与和该井相关联的输送部件130(和/或者蒸汽发生器120)有关的流动故障。该优化过程还可包括，作为另一实例，调节各输送部件130以确保各注入井160不会接收到明显不同的蒸汽品质。

流量管140和相应的变送器150分别是科里奥利(Coriolis)流量管和科里奥利变送器。科里奥利流量管和科里奥利变送器总称为科里奥利流量计。科里奥利流量计是一种流量计，此处，流量计，一般而言，可提供关于通过导管或流量管输送的物质的信息。例如，密度测量计或密度计，提供流过导管的物质的密度测量值。此外，质量流量计提供通过导管输送的物质的质量测量值，例如，通过根据早先的密度测量值和体积流量测量值得到质量流量测量值。其他质量流量计可直接计算质量流量。

科里奥利型流量计系统利用科里奥利效应计算密度和质量流量，其中，流经旋转导管的物质受科里奥利力影响变成径向移动的质量并因此经受加速度。许多科里奥利质量流量计系统通过围绕与导管长度正交的旋转轴正弦振荡导管来诱发科里奥利力。在这种质量流量计中，由移动的流体质量经受的科里奥利反作用力被传递到导管本身并且表现为导管于旋转平面中沿科里奥利力矢量方向的偏转或偏移。

通常，这里使用的术语流量管是指流量管和任何相关联的机械部件、驱动器和传感器，而术语“变送器”是指用来产生控制流量管振荡的驱动信号并基于从传感器接收到的信号计算流过流量管的物质的性质的电子装置。另外，术语科里奥利流量计通常指流量管和变送器的组合。

美国专利6,311,136和美国专利6,507,791，通过参考整合在此，公开了数字流量计系统和相关技术的使用。这种数字流量计系统在其测量中非常精确，带有极少的或可忽略的噪音，并能够在驱动导管的驱动器电路处提供宽范围的正和负增益。因此，这种数字流量计系统在各种配置中是有利的。例如，美国专利6,505,519公开了宽增益范围的使用，和/或负增益的使用，以防止发生故障并更精确地实行流量管的控制，即使在诸如湿/饱和蒸汽的两相流的困难条件下也是如此。

数字变送器和与其相关联的导管或流量管交换传感器和驱动信号以便既检测流量管的振荡又相应地驱动流量管的振荡。通过快速且精确地确定传感器和驱动信号，在确定包括物质流的质量流量的物质流的特征方面，数字变送器可确保快速且精确的流量管操作。数字变送器可利用一个或多个，例如处理器、现场可编程式门阵列、ASIC、其他可编程逻辑或门阵列、或带有处理器内核(processor core)的可编程逻辑来实现。

尽管上文讨论了数字流量计系统，但应该理解的是还存在模拟科里奥利流量计系统。尽管这种模拟流量计系统具有模拟电路的典型缺点，例如，和数字流量计相比的低精度和高噪音测量，但它们还是可与这里讨论的各种技术和实施方式兼容。因此，术语“流量管”、“变送器”和“流量计”不应被理解为仅限于数字系统。

图4-6示出了各种结构，其中，科里奥利流量计和其他传感器可被用于测量例如注入井附近的湿蒸汽的蒸汽品质和/或其他性质。通常，通过使用科里奥利流量计测量湿蒸汽的体积密度连同测量湿蒸汽的温度或压力，可确定湿蒸汽的蒸汽品质和其他性质。

图4是框图，图示了用于蒸汽测量系统400中的科里奥利流量计系统。系统400包括科里奥利流量管410，其从输入输送部件420接收湿蒸汽。流过流量管410后，湿蒸汽通过输出输送部件430排出。当湿蒸汽流经流量管410时，进行流量管410的各种测量，使得科里奥利变送器(Coriolistransmitter)440可确定湿蒸汽的体积密度。此外，温度传感器与科里奥利流量管410相关联并连接于流量管410以得到指示湿蒸汽温度的流量管温度数据。例如，电阻温度装置(RTD)可被连接到流量管410并被用于获取流量管温度数据。

温度传感器可以是配设于科里奥利流量管410以修正流量管410的温度变化的传感器。具体而言，在某些科里奥利流量计中，温度传感器已经和科里奥利流量管相连，因为流量管和/或被输送物质的温度可影响例如流量管的刚度(并且，从而影响流量管振荡的谐振频率，这又会影响通过流量计获得的密度和/或质量流量测量)。作为选择，连接到流量管的温度传感器可单独用于和湿蒸汽性质的测量相关的温度测量。

通过利用如此获得的流量管410(以及，间接地，湿蒸汽的)温度，连同诸如图3所示的表等蒸汽表中包含的信息以及通过科里奥利流量计测量的湿蒸汽的体积密度一起，可根据下文关于图7所述的方式计算物质流的蒸汽品质和其他性质。这些计算可通过变送器440执行和/或通过相关联的流量计算机440执行，例如可用来测量产出的石油和石油混合物的流量计算机。这种流量计算机可与多口井和/或这些(或其他)井处的多个蒸汽品质计算结合使用。这些计算也可通过例如程序控制系统来执行。

图5是用于蒸汽测量系统500中的科里奥利流量管510和独立的温度变送器550的框图。系统500与系统400相似，例外的是，使用独立的温度变送器/传感器550，或者作为选择，除了与科里奥利流量管510相关联的温度传感器之外，使用独立的温度变送器/传感器550。温度变送器550可包括被插入到流动物质(即，湿蒸汽)本身中的热井或温度探测器。温度变送器550，特别是如果在被放入物质流之前被校准，可提供湿蒸汽温度的更精确的测量(特别地，因为它直接测量湿蒸汽本身，而不是诸如图4中那样基于外部传感器获得的流量管温度间接地确定湿蒸汽的温度)。

图6是用于蒸汽测量系统600中的科里奥利流量管610和压力变送器650的框图。除了使用压力变送器/传感器650代替温度变送器/传感器550之外，系统600与系统500相似。如上所述，对于湿蒸汽，温度和压力是联系在一起的。因此，或者压力或者温度提供了计算蒸汽品质或其他性质所需的信息，如下所述。

图7是流程图，说明了使用诸如图4-6所示系统其中一种的系统确定蒸汽品质测量的过程。蒸汽的温度或压力读数从诸如传感器550或650等温度或压力传感器/变送器获得(710)。然后，温度或压力被用于计算液相密度(720)和汽相密度(730)。

各密度可通过例如在变送器中存储蒸汽表并在蒸汽表中查询合适的性质来计算。例如，参考图3的蒸汽表，如果与科里奥利计410相关联的温度传感器或温度变送器550显示360°F(或者，如果绝对压力变送器650显示153psia)，则液相的密度(作为比容v_f的倒数)从图3的蒸汽表计算为：

$\frac{1}{v_f}=\frac{1}{0.01811}=55.22\mathrm{lb}/{\mathrm{ft}}^3$

并且汽相的密度(作为比容v_g的倒数)可从图3的蒸汽表计算为：

$\frac{1}{v_g}=\frac{1}{2.9573}=0.3381\mathrm{lb}/{\mathrm{ft}}^3$

另外，蒸汽表信息可算法化地存储并且该算法可用于获得各密度。

获得流经流量管的湿蒸汽的体积密度(740)。然后，汽相和液相的密度连同体积密度被用于计算蒸汽品质(750)。如下方程表达了体积密度、蒸气密度(vapor density)，液体密度和蒸汽品质x之间的关系：

因此，通过给定的体积密度、液体密度和蒸气密度求解x可确定蒸汽品质。继续上述的实例，如果体积密度是例如0.5lb/ft³，则蒸汽品质可计算为：

$\frac{1}{0.5}=\frac{x}{0.3381}+\frac{1-x}{55.22}$

x＝0.67或67％蒸汽品质

总之，科里奥利流量计(和/或温度/压力传感器)可与例如图3的表一起使用以确定湿蒸汽的气相和液相各自的密度。由于科里奥利计可测量体积密度，可用刚刚描述的方式推算出蒸汽品质。

图8是流程图，描述了使用蒸汽品质和质量流量确定热能流量测量的过程800。例如，过程800可使用图4-6所示的其中一种结构来实施。

如上所述，科里奥利流量计可用于测量两相蒸汽的体积质量流量。利用体积质量流量、蒸汽品质、以及可从蒸汽表得到的关于湿蒸汽的信息，可计算出流入井160的蒸汽的热能流量。这种热能流量测量连同质量流量可向注入井160的操作员提供在优化蒸汽注入处理方面有帮助的额外信息。

因此，参考图8，蒸汽的体积质量流量(bulk mass flow rate)可通过科里奥利流量计获得(810)。蒸汽品质如上述利用温度或压力传感器/变送器例如传感器550或650的读数以及蒸汽表例如图3所示的蒸汽表进行计算(820)。然后，温度或压力被用于计算液相的焓(830)以及汽相的焓(840)。如同用于蒸汽品质计算的各密度，各焓可通过例如在变送器中存储蒸汽表并在蒸汽表中查询合适性质来计算。例如，参考图3的蒸汽表，如果与科里奥利流量管410相关联的温度传感器或温度变送器550显示360°F(或者，如果绝对压力变送器650显示153psia)，则从图3的蒸汽表算出的液相的焓为332.3BTU/lbm，而汽相的焓计算为1194.4BTU/lbm。另外，蒸汽表信息可算法化地存储并且该算法可用于获得各焓。

然后，汽相和液相的焓连同体积质量流量以及蒸汽品质被用于计算蒸汽的热能流量(850)。如下的方程表达了热能流量H_total、体积质量流量m、蒸气焓h_g、液体焓h_f以及蒸汽品质x之间的关系：

H_total＝m·h_g·x+m·h_f·(1-x)

利用上面论述的具有67％品质的360°F实例，并假定质量流量m为20,000lb/天：

H_total＝20,000(1194.4)0.67+20,000(332.3)(1-0.67)

H_total＝18.2百万英热单位每天。

图9是系统900的框图，该系统包括与气/液分离器结合使用的蒸汽测量系统。在系统900中，两相湿蒸汽由分离器920以某种程度分离。这种配置在某些情况下是希望的。例如，如果气体分数(GVF或气体体积分数(GasVolume Fraction))高于特定量，比如，大约30％；或低于特定量，比如，大约90％，则某些科里奥利流量计不能精确测量密度和质量流量。使用部分或完全分离器的实施方式还允许温度/压力变送器直接用于两相蒸汽的基本纯气相。

湿蒸汽通过输入输送部件910输入到完全或部分分离器920。分离器920完全地或部分地将湿蒸汽分离为基本上为气体的气流和基本上为液体的液流。基本上为气体的气流通过气体输送部件930输出，而基本上为液体的液流通过液体输送部件940输出。温度或压力变送器990可连接到气体输送部件930，用于测量基本上为气体的气流的温度或压力，该温度或压力将等于基本上为液体的液流的温度或压力。科里奥利流量管950a和相关联的变送器960a也连接到气体输送部件930。类似地，科里奥利流量管950b和相关联的变送器960b连接到液体输送部件940。在分别流过科里奥利流量管950a和950b之后，基本上为气体的气流和基本上为液体的液流汇合并通过输出输送部件980输出。

因此，科里奥利流量管950a和变送器960a可探测基本上为气体的气流的体积密度，而科里奥利流量管950b和变送器960b可探测基本上为液体的液流的体积密度。科里奥利变送器960a将基本上为气体的气流的体积密度发送到流量计算机970。科里奥利变送器960b也将基本上为液体的液流的体积密度发送到流量计算器970。基本上为气体的气流和液流的质量流量也可通过相应的科里奥利流量管950a或950b以及变送器960a和960b进行测量。利用气流和液流的密度以及两种物质流的温度或压力，流量计算机970可计算出通过输出输送部件980输出的物质流的总蒸汽品质、总质量流量及总热能流量。为了计算总质量流量，流量计算机970相加各物质流的质量流量。为了计算总蒸汽品质和总热能流量，流量计算机970以类似于上述方式的方式计算各物质流的蒸汽品质和热能流量并总计这些值。

图10是流程图，描述了在确定蒸汽品质测量时考虑溶解固体的过程。在对低蒸汽品质的物质流计算蒸汽品质测量时，诸如，例如具有10-20％蒸汽品质的物质流，这可能特别有用。蒸汽发生器120使用的给水在总溶解固体(TDS)方面可能是高的，如果它比如是预处理的、原生水或地下水的话。当它通过发生器120时，其绝大部分变成蒸气，剩余的液体带有浓缩的TDS。比如，如果给水是2000ppmTDS，并且发生器产生80％品质的蒸汽，则液相将浓缩到10,000pprmTDS。这将导致液相比蒸汽表显示的要浓0.62lb/ft³。图3的蒸汽表基于纯蒸馏水，但是科里奥利流量计将测量带有TDS的液体和蒸气的体积密度。

此外，当两相蒸汽由于例如流送管中的摩擦而损失压力以及压力由于阀门和节流器而降低时，更多的液体变成蒸气，更进一步浓缩液相中的TDS。

蒸汽品质实际上随压力降低而增加，并在采用常量焓的过程的情况下，这可通过下式计算：

                     H₁＝H₂

            (1-x₁)H_1f+x₁H_1g＝(1-x₂)H_2f+x₂H_2g

式中x₁是之前的品质，x₂是之后的品质，而各个“H”项是之前和之后的液体和蒸气(分别为f和g)的焓。如果我们假定前面的80％品质蒸汽的实例处于比方说440°F(381.5psia)；且其下降到360°F(153psia)，那么：

            (1-0.8)419+0.8(1204.4)＝(1-x₂)332.3+1194.4x₂

                     x₂＝0.83或83％品质。

在这个实例中，液相已经进一步以3％浓缩了TDS，因此所形成的TDS现在为10,309.3ppm，或者比蒸汽表中要浓0.64lb/ft³。

则在图10的情况下，那么，给水的TDS、发生器处的蒸汽品质、发生器处的温度(或压力)以及测量点处的温度(或压力)用于探测与图3蒸汽表的测量(比如，密度)差异，如果有的话。然后，这种差异可用于获得湿蒸汽的蒸汽品质和/或热能流量的精确显示。当发生器条件改变时，发生器数据可被数字化地传递到所有测量点，或者可以手动输入到变送器和/或流量计算机中。

在执行上述测量和计算时，静态混合器可置于(各)科里奥利流量计的上游(比如，在图1中)。这种静态混合器有助于避免计算问题，例如，与蒸气和液体的滑流速度(比如，物质流内蒸气和液体相对于彼此的速度)相关的计算问题，和/或与物质流的不同流态(比如，蒸气和液体在湿蒸汽内被包含和流动的方式。例如，在一种流态中，液体可围绕输送部件(比如，管)的周边流动，而蒸气在中间。在另一种流态中，汽体可能作为气泡散布在湿蒸汽液相中)相关的计算问题。作为选择，通过在计算过程中考虑这些和其他参数，或许使用例如在此引作参考的、2003年3月10日提交的、题为多相科里奥利流量计的美国临时申请No.60/452,934中讨论的例子和技术，可以取消静态混合器。

已经描述了许多实施方式。然而，应该理解，可进行各种修改。

Claims (37)

1.一种蒸汽测量系统，包括：

用以接收湿蒸汽流的科里奥利流量管，其中所述湿蒸汽流的体积密度基于所述科里奥利流量管的运动来确定；

用以确定所述湿蒸汽流的性质的传感器；以及

用以根据所述体积密度和所述性质计算所述湿蒸汽流的蒸汽品质的计算装置。

2.如权利要求1所述的蒸汽测量系统，其中所述性质是所述湿蒸汽流的温度，并且所述传感器是温度传感器。

3.如权利要求2所述的蒸汽测量系统，其中所述温度传感器连接于所述流量管的外部。

4.如权利要求2所述的蒸汽测量系统，其中所述温度传感器插入所述湿蒸汽流中。

5.如权利要求1所述的蒸汽测量系统，其中所述性质是所述湿蒸汽流的压力，并且所述传感器是压力传感器。

6.如权利要求1所述的蒸汽测量系统，其中，所述计算装置用以根据所述性质计算所述湿蒸汽流的汽相密度并根据所述性质计算所述湿蒸汽流的液相密度以计算所述蒸汽品质。

7.如权利要求6所述的蒸汽测量系统，其中所述计算装置包括存储蒸汽表的存储装置，所述计算装置用以使用所述蒸汽表根据所述性质计算所述汽相密度以及根据所述性质计算所述液相密度。

8.如权利要求6所述的蒸汽测量系统，其中，所述计算装置用以使用所述体积密度、所述液相密度和所述气相密度求解关于所述蒸汽品质x的如下方程：

来计算所述蒸汽品质。

9.如权利要求1所述的蒸汽测量系统，其中基于所述科里奥利流量管的运动确定所述湿蒸汽流的体积质量流量，并且所述计算装置用以根据所述蒸汽品质和所述体积质量流量计算所述湿蒸汽流的热能流量。

10.如权利要求9所述的蒸汽测量系统，其中，所述计算装置用以根据所述性质计算所述湿蒸汽流的汽相的焓以及根据所述性质计算所述湿蒸汽流的液相的焓以计算所述热能流量。

11.如权利要求10所述的蒸汽测量系统，其中，所述计算装置用以使用所述体积质量流量m、所述液相的焓h_f、所述气相的焓h_g以及所述蒸汽品质x求解关于所述热能流量H_total的如下方程：

H_total＝m·h_g·x+m·h_f·(1-x)

来计算所述热能流量。

12.如权利要求1所述的蒸汽测量系统，其中所述计算装置包括科里奥利变送器。

13.如权利要求1所述的蒸汽测量系统，其中所述计算装置包括流量计算机。

14.如权利要求1所述的蒸汽测量系统，还包括：

用以产生所述湿蒸汽流的蒸汽发生器；

用以将所述湿蒸汽流输送到所述科里奥利流量管的输送部件；以及

连接于所述科里奥利流量管以接收来自所述科里奥利流量管的所述湿蒸汽流的注入井。

15.一种方法，包括：

使湿蒸汽流通过与科里奥利流量计相关联的振动流量管，其中所述科里奥利流量计确定所述湿蒸汽流的体积密度；

得到所述湿蒸汽流的温度或压力；以及

根据所述体积密度和所述温度或压力计算所述湿蒸汽流的蒸汽品质。

16.如权利要求15所述的方法，其中计算所述蒸汽品质的步骤包括：

根据所述温度或压力计算所述湿蒸汽流的汽相密度；以及

根据所述温度或压力计算所述湿蒸汽流的液相密度。

17.如权利要求16所述的方法，其中计算所述蒸汽品质的步骤包括求解关于所述蒸汽品质x的如下方程：

18.如权利要求15所述的方法，还包括：

计算所述湿蒸汽流的所述体积质量流量；以及

根据所述蒸汽品质、所述体积质量流量和所述温度或压力计算所述湿蒸汽流的热能流量。

19.如权利要求18所述的方法，其中计算所述热能流量的步骤包括：

根据从所述第二传感器获得的所述温度或压力计算所述湿蒸汽流的汽相的焓；以及

根据从所述第二传感器获得的所述温度或压力计算所述湿蒸汽流的液相的焓。

20.如权利要求19所述的方法，其中计算所述热能流量的步骤包括求解关于所述热能流量H_total的如下方程：

H_total＝m·h_g·x+m·h_f·(1-x)

式中m是所述体积质量流量、h_f是所述液相的焓、hg是所述气相的焓，以及x是所述蒸汽品质。

21.一种蒸汽测量系统，包括：

将湿蒸汽流分离为基本上为气体的气流和基本上为液体的液流的分离器；

用以接收所述基本上为气体的气流的第一科里奥利流量管，其中基本上为气体的气流的体积密度基于所述第一科里奥利流量管的运动确定；

用以接收所述基本上为液体的液流的第二科里奥利流量管，其中基本上为液体的液流的体积密度基于所述第二科里奥利流量管的运动确定；

用以探测所述基本上为气体的气流或所述基本上为液体的液流的温度或压力的传感器；以及

用以根据所述基本上为气体的气流的体积密度、基本上为液体的液流的体积密度以及所述温度或压力计算所述湿蒸汽流的总蒸汽品质的计算装置。

22.如权利要求21所述的蒸汽测量系统，其中所述传感器是温度传感器。

23.如权利要求22所述的蒸汽测量系统，其中所述温度传感器连接于所述第一或第二科里奥利流量管外部。

24.如权利要求22所述的蒸汽测量系统，其中所述温度传感器插入基本上为气体的气流或基本上为液体的液流中。

25.如权利要求21所述的蒸汽测量系统，其中所述传感器是压力传感器。

26.如权利要求21所述的蒸汽测量系统，其中，为了计算所述蒸汽品质，所述计算装置用以利用所述温度或压力计算所述基本上为气体的气流的汽相密度；所述基本上为气体的气流的液相密度；所述基本上为液体的液流的汽相密度；以及所述基本上为液体的液流的液相密度。

27.如权利要求26所述的蒸汽测量系统，其中，所述计算装置包括存储蒸汽表的存储装置，所述计算装置用以使用所述蒸汽表计算所述基本上为气体的气流的汽相密度；所述基本上为气体的气流的液相密度；所述基本上为液体的液流的汽相密度；以及所述基本上为液体的液流的液相密度。

28.如权利要求21所述的蒸汽测量系统，其中，所述基本上为气体的气流的体积质量流量基于所述第一科里奥利流量管的运动信息确定，所述基本上为气体的液流的体积质量流量基于所述第二科里奥利流量管的运动信息确定，并且所述计算装置用以根据所述蒸汽品质、所述基本上为液体的液流的体积质量流量、所述基本上为气体的气流的体积质量流量以及所述温度或压力计算所述湿蒸汽流的热能流量。

29.如权利要求28所述的蒸汽测量系统，其中，为了计算所述热能流量，所述计算装置用以利用所述温度或压力计算所述基本上为气体的气流的汽相的焓；计算所述基本上为气体的气流的液相的焓；计算所述基本上为液体的液流的汽相的焓；以及计算所述基本上为液体的液流的液相的焓。

30.如权利要求21所述的蒸汽测量系统，其中，所述计算装置包括科里奥利流量计变送器。

31.如权利要求21所述的蒸汽测量系统，其中，所述计算装置包括流量计算机。

32.如权利要求21所述的蒸汽测量系统，还包括：

产生所述湿蒸汽流的蒸汽发生器；

用以将所述湿蒸汽流输送到所述分离器的输送部件；以及

连接于所述第一和第二科里奥利流量管以从所述第一和第二科里奥利流量管接收所述基本上为气体的气流和所述基本上为液体的液流的注入井。

33.一种与蒸汽测量系统一起使用的科里奥利变送器，其中所述蒸汽测量系统包括接收湿蒸汽流的科里奥利流量管；与所述流量管相关联的第一传感器，用以通过第一传感器信号的方式传递有关所述流量管运动的信息；以及第二传感器，用以确定所述湿蒸汽流的性质并通过第二传感器信号的方式传递所述性质，所述科里奥利变送器包括：

接收所述第一和第二传感器信号的处理装置，所述处理装置用以根据所述第一和第二传感器信号计算所述湿蒸汽流的蒸汽品质。

34.如权利要求33所述的变送器，其中，所述处理装置用以根据所述蒸汽品质及所述第一和第二传感器信号计算所述湿蒸汽流的热能流量。

35.如权利要求34所述的变送器，其中，所述处理装置用以根据所述性质计算所述湿蒸汽流的汽相的焓以及根据所述性质计算所述湿蒸汽流的液相的焓以计算所述热能流量。

36.如权利要求35所述的变送器，其中，所述处理装置用以根据所述第一传感器信号计算所述湿蒸汽流的体积质量流量以计算所述热能流量。

37.如权利要求36所述的变送器，其中，为了计算所述热能流量，所述处理装置用以利用所述体积质量流量m、所述液相的焓h_f、所述气相的焓h_g以及所述蒸汽品质x来求解关于所述热能流量H_total的如下方程：

H_total＝m·h_g·x+m·h_f·(1-x)。

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