CN202471133U - 一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置，所述装置包括：蒸汽管道(2)、涡街流量传感器(3)、涡街流量传感器连接法兰(4)、涡街流量传感器采集电路(5)、涡街流量传感器信号线(6)、现场数显仪表(7)、信号发射装置(8)、温度传感器信号线(9)、温度传感器(10)、孔板流量传感器信号线(11)、孔板流量传感器采集电路(12)、孔板流量传感器连接法兰(13)和孔板流量传感器(14)。本实用新型可实现稠油注汽管道内湿饱和蒸汽干度和流量双参数的远程、在线、准确测量，可以实时的指导稠油注汽生产，同时降低了工人的劳动强度。本装置如能大面积推广应用，将创造显著的社会效益和经济效益。

Description

一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置

技术领域

本发明涉及的是多相流测试领域，特别涉及的是一种湿饱和蒸汽干度及流量的在线测量装置。

背景技术

辽河油田是我国最大的稠油生产基地，目前辽河油田主要以蒸汽吞吐、蒸汽驱及蒸汽辅助重力泄油(SAGD)等开发方式为主，在开发过程中，为了合理的调整注汽参数，需要在蒸汽生产及注入的过程中对其流量、干度等参数进行测量，以便准确的分析和掌握注汽效果，提高热采效率。

目前油田现场蒸汽干度测试仍较多的采用人工采样化验的方法，由于不能实时在线测试，其测试的结果不能真实连续的反应整个生产过程的蒸汽干度参数，且人工劳动强度大。目前可以实现在线测试的方法主要有以下几种：测量湿蒸汽干度和流量的方法主要使用汽水分离器对汽水两相状态分别计量后，继而计算出蒸汽干度，该方法较为准确，但安装工艺较为复杂。中国专利ZL02232815.7公开了一种计量饱和蒸汽干度和流量的双参数测量装置，利用的是孔板差压噪声测量原理，其测试仪表安装方便，但应用后存在较大的测试误差。另外一些方法是用传统的流量测量仪表和密度测量仪表的组合测试方法，如利用涡轮流量计、中子密度计及其组合方法，由于一些放射性测量仪表防护措施不周，难以大规模推广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，利用简单的流量传感器组合，依据质量守恒定律，求解注汽管道内蒸汽的流量和干度，从而实现湿蒸汽干度、流量的在线测量，从而指导油田注汽生产。

为达上述目的，本实用新型实施例提供了一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置，所述装置包括：

蒸汽管道2、涡街流量传感器3、涡街流量传感器连接法兰4、涡街流量传感器采集电路5、涡街流量传感器信号线6、现场数显仪表7、信号发射装置8、温度传感器信号线9、温度传感器10、孔板流量传感器信号线11、孔板流量传感器采集电路12、孔板流量传感器连接法兰13和孔板流量传感器14；

所述涡街流量传感器连接法兰4将所述涡街流量传感器采集电路5安装于所述蒸汽管道2上，所述涡街流量传感器采集电路5与所述涡街流量传感器3连接，并通过所述涡街流量传感器信号线6与所述现场数显仪表7连接；所述涡街流量传感器3设置于所述蒸汽管道2内；

所述孔板流量传感器连接法兰13将所述孔板流量传感器采集电路12安装于所述蒸汽管道2上，所述孔板流量传感器采集电路12与所述孔板流量传感器14连接，并通过所述孔板流量传感器信号线11与所述现场数显仪表7连接；所述孔板流量传感器14设置于所述蒸汽管道2内；

所述温度传感器10通过温度传感器信号线9与所述现场数显仪表7连接，且所述温度传感器10的检测探头伸入到所述蒸汽管道2内；

所述信号发射装置8与所述现场数显仪表7连接；

所述现场数显仪表7，用于根据所述涡街流量传感器3采集的频率信号、所述温度传感器10采集的温度信号及所述孔板流量传感器14采集的差压信号，通过计算获得湿蒸汽的干度及流量。

可选地，所述信号发射装置8是无线信号发射装置。

可选地，所述现场数显仪表7包括一显示单元，用于显示湿蒸汽的干度和流量。

可选地，所述现场数显仪表7包括一存储单元，用于存储湿蒸汽的干度和流量数据。

可选地，所述现场数显仪表7包括一传送单元，用于将湿蒸汽的干度和流量数据传送于所述信号发射装置8。

可选地，所述装置还包括一远端计算机，用于无线接收所述信号发射装置8发射的湿蒸汽的干度和流量数据。

可选地，所述装置还包括一移动通信终端，用于无线接收所述信号发射装置8发射的湿蒸汽的干度和流量数据。

本实用新型技术方案的有益技术效果在于：本实用新型通过在蒸汽管道上安装涡街流量传感器和孔板流量传感器，将传感器获得的信号分别传送到现场数显仪表内，利用两种传感器的流量测量模型并根据质量守恒定律，并结合温度测试结果先求解出蒸汽的平均密度，再求解出蒸汽的干度和流量，再将求得的干度和流量信息传送到数显仪表上和远端计算机上，从而可实现蒸汽干度和流量的远程、在线计量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置结构示意图。

附图标号：1-湿饱和蒸汽；2-蒸汽管道；3-涡街流量传感器；4-涡街流量传感器连接法兰；5-涡街流量传感器采集电路；6-涡街流量传感器信号线；7-现场数显仪表；8-信号发射装置；9-温度传感器信号线；10-温度传感器；11-孔板流量传感器信号线；12-孔板流量传感器采集电路；13-孔板流量传感器连接法兰；14-孔板流量传感器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型实施例提供的一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置结构示意图。如图1所示，该湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置包括：蒸汽管道2、涡街流量传感器3、涡街流量传感器连接法兰4、涡街流量传感器采集电路5、涡街流量传感器信号线6、现场数显仪表7、信号发射装置8、温度传感器信号线9、温度传感器10、孔板流量传感器信号线11、孔板流量传感器采集电路12、孔板流量传感器连接法兰13和孔板流量传感器14。

所述涡街流量传感器连接法兰4将所述涡街流量传感器采集电路5安装于所述蒸汽管道2上，所述涡街流量传感器采集电路5与所述涡街流量传感器3连接，并通过所述涡街流量传感器信号线6与所述现场数显仪表7连接；所述涡街流量传感器3设置于所述蒸汽管道2内；涡街流量传感器采集电路5将涡街流量传感器3采集的频率信号经过转换处理后通过涡街流量传感器信号线6传送到现场数显仪表7内。

所述孔板流量传感器连接法兰13将所述孔板流量传感器采集电路12安装于所述蒸汽管道2上，所述孔板流量传感器采集电路12与所述孔板流量传感器14连接，并通过所述孔板流量传感器信号线11与所述现场数显仪表7连接；所述孔板流量传感器14设置于所述蒸汽管道2内；孔板流量传感器14将采集的差压信号通过孔板流量传感器信号线11传送到现场数显仪表7内。

所述温度传感器10通过温度传感器信号线9与所述现场数显仪表7连接，且所述温度传感器10的检测探头伸入到所述蒸汽管道2内；

所述信号发射装置8与所述现场数显仪表7连接；

所述现场数显仪表7，用于根据所述涡街流量传感器3采集的频率信号、所述温度传感器10采集的温度信号及所述孔板流量传感器14采集的差压信号，通过计算获得湿蒸汽的干度及流量。

可选地，所述信号发射装置8可以是无线信号发射装置。

较佳地，所述现场数显仪表7可以包括一显示单元，用于显示湿蒸汽的干度和流量。

较佳地，所述现场数显仪表7可以包括一存储单元，用于存储湿蒸汽的干度和流量数据。

较佳地，所述现场数显仪表7包括一传送单元，用于将湿蒸汽的干度和流量数据传送于所述信号发射装置8。

可选地，所述装置还包括一远端计算机，用于无线接收所述信号发射装置8发射的湿蒸汽的干度和流量数据。

可选地，所述装置还包括一移动通信终端，用于无线接收所述信号发射装置8发射的湿蒸汽的干度和流量数据。

在本实施例中，现场数显仪表7内置有蒸汽干度、流量计算软件模型，结合温度温度传感器10测试的信号并利用该模型计算得到待测的湿蒸汽1的干度及质量流量，并将干度及流量参数在该数显表上显示和存储，现场数显仪表7还可通过信号发射装置8将测得的干度及流量信息传送到远端的控制室内或工作人员的手机中，从而实现湿蒸汽干度及流量的远程、在线计量。该装置现已在辽河油田某采油厂进行了现场试验，其测得干度及流量误差均在3％的误差范围内，较好的满足了现场测试要求。

上述实施例所提及的计算模型主要计算公式如下：

涡街流量传感器测量数学模型：

根据卡曼涡街原理，有如下关系：

f＝S_rU₁/d＝S_rU/md    (1)

式(1)中：

U₁——漩涡发生体两侧平均流速，m/s；

S_r——斯特劳哈系数；

d——漩涡发生体迎面宽度，m；

m——发生体两侧弓形面积与管道截面积之比；

U——被测介质在管道中的平均流速，m/s；

f——涡街发生的频率。

管道内体积流量q_v为：

$q_v=\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{4}U=\frac{\mathrm{\π}{D}^2\mathrm{md}}{4S_r}f---\left(2\right)$

另： $K=f/q_v=\frac{4S_r}{\mathrm{\π}{D}^2\mathrm{md}}---\left(3\right)$

则涡街流量传感器测得的质量流量q_m为：

$q_m=\frac{f}{K}\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}---\left(4\right)$

式中：D——蒸汽管道内径，单位为m；

——蒸汽介质的平均密度，单位为Kg/m³。

孔板流量传感器测量数学模型：

${q_m}^{\′}=k_0\sqrt{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}\·\mathrm{\ΔP}}---\left(5\right)$

式中：k₀——孔板系数；ΔP——孔板差压，单位为Pa；q_m′为孔板流量传感器测得的质量流量。

由于q_m′＝q_m，将式(4)和式(5)联立，可求得

为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}={k_0}^2{K}^2\frac{\mathrm{\Δp}}{f^2}---\left(6\right)$

结合温度测试的结果，获得湿饱和蒸汽干度X：

并根据

进而根据式(5)求得蒸汽的流量。

式中：ρ“——该温度下干饱和蒸汽的密度，Kg/m³；ρ‘——该温度下饱和水的密度，Kg/m³。

本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型可以实现稠油注汽管道内湿饱和蒸汽干度和流量双参数的远程、在线、准确测量，可以实时的指导稠油注汽生产，同时降低了工人的劳动强度。本装置如能大面积推广应用，将创造显著的社会效益和经济效益。

以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置，其特征在于，所述装置包括：

蒸汽管道(2)、涡街流量传感器(3)、涡街流量传感器连接法兰(4)、涡街流量传感器采集电路(5)、涡街流量传感器信号线(6)、现场数显仪表(7)、信号发射装置(8)、温度传感器信号线(9)、温度传感器(10)、孔板流量传感器信号线(11)、孔板流量传感器采集电路(12)、孔板流量传感器连接法兰(13)和孔板流量传感器(14)；

所述涡街流量传感器连接法兰(4)将所述涡街流量传感器采集电路(5)安装于所述蒸汽管道(2)上，所述涡街流量传感器采集电路(5)与所述涡街流量传感器(3)连接，并通过所述涡街流量传感器信号线(6)与所述现场数显仪表(7)连接；所述涡街流量传感器(3)设置于所述蒸汽管道(2)内；

所述孔板流量传感器连接法兰(13)将所述孔板流量传感器采集电路(12)安装于所述蒸汽管道(2)上，所述孔板流量传感器采集电路(12)与所述孔板流量传感器(14)连接，并通过所述孔板流量传感器信号线(11)与所述现场数显仪表(7)连接；所述孔板流量传感器(14)设置于所述蒸汽管道(2)内；

所述温度传感器(10)通过温度传感器信号线(9)与所述现场数显仪表(7)连接，且所述温度传感器(10)的检测探头伸入到所述蒸汽管道(2)内；

所述信号发射装置(8)与所述现场数显仪表(7)连接；

所述现场数显仪表(7)，用于根据所述涡街流量传感器(3)采集的频率信号、所述温度传感器(10)采集的温度信号及所述孔板流量传感器(14)采集的差压信号，通过计算获得湿蒸汽的干度及流量。

2.根据权利要求1所述的一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置，其特征在于，所述信号发射装置(8)是无线信号发射装置。

3.根据权利要求1所述的一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置，其特征在于，所述现场数显仪表(7)包括一显示单元，用于显示湿蒸汽的干度和流量。

4.根据权利要求1所述的一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置，其特征在于，所述现场数显仪表(7)包括一存储单元，用于存储湿蒸汽的干度和流量数据。

5.根据权利要求1所述的一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置，其特征在于，所述现场数显仪表(7)包括一传送单元，用于将湿蒸汽的干度和流量数据传送于所述信号发射装置(8)。

6.根据权利要求1所述的一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置，其特征在于，所述装置还包括一远端计算机，用于无线接收所述信号发射装置(8)发射的湿蒸汽的干度和流量数据。

7.根据权利要求1所述的一种湿蒸汽干度、流量远程在线测量装置，其特征在于，所述装置还包括一移动通信终端，用于无线接收所述信号发射装置(8)发射的湿蒸汽的干度和流量数据。

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