CN207571067U - 一种感应式湿蒸汽干度监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种感应式湿蒸汽干度监测装置及系统。所述装置包括：第一电磁感应式电导率传感器、第二电磁感应式电导率传感器、信号处理模块，所述第一电磁感应式电导率传感器包括相互连接的第一电导率感应探头和第一信号转换单元，所述第二电磁感应式电导率传感器包括相互连接的第二电导率感应探头和第二信号转换单元；所述第一电导率感应探头设置在热注锅炉的进水管道处，所述第二电导率感应探头设置在所述热注锅炉的炉水出水管道处；所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均与所述信号处理模块连接。利用本申请中各个实施例，实现了热注锅炉湿蒸汽干度的实时在线监测，降低了人工化验的误差，提高了热注锅炉湿蒸汽干度监测的准确性。

Description

一种感应式湿蒸汽干度监测装置及系统

技术领域

本申请属于石油开采技术领域，尤其涉及一种感应式湿蒸汽干度监测装置及系统。

背景技术

随着油田的勘探开发，越来越多的稠油被发现。由于稠油的粘度比较大，通常需要采用热注的开采方法，即通过向油井内注入高温、高压、湿饱和蒸汽，以改善原油的流动性和渗透率，提高原油的采收率。

热注锅炉是热注是稠油开发的重要设备，而蒸汽干度是热注生产即热注锅炉的一项重要指标。现有技术中，通常采用人工碱度化验法来判断蒸汽干度，其缺陷是容易出现误差而且人工化验每小时化验一次，员工劳动强度大，不能实时反映干度情况，不能及时调整运行状态，致使热注过程中的注汽质量和生产稳定性降低。在温度监测中，蒸汽干度取样水温度可能在60℃以上，给人工化验增加了一定难度。现有技术中，还存在一些采用在线干度监测装置监测蒸汽干度，但是由于监测的样品温度较高，各类在线干度监测装置的感应探头使用寿命急剧降低。因此，业内亟需一种能够在高温状态下，实时在线监测湿蒸汽干度的技术方案。

实用新型内容

本申请目的在于提供一种感应式湿蒸汽干度监测装置及系统，利用电磁感应式电导率传感器，不要样水直接接触，通过监测热注锅炉进水以及炉水的电导率，实现了热注锅炉湿蒸汽干度的实时在线监测。

一方面，本申请提供了一种感应式湿蒸汽干度监测装置，包括：

第一电磁感应式电导率传感器、第二电磁感应式电导率传感器、信号处理模块，所述第一电磁感应式电导率传感器包括相互连接的第一电导率感应探头和第一信号转换单元，所述第二电磁感应式电导率传感器包括相互连接的第二电导率感应探头和第二信号转换单元；

所述第一电导率感应探头设置在热注锅炉的进水管道处，所述第二电导率感应探头设置在所述热注锅炉的炉水出水管道处；

所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均与所述信号处理模块连接。

进一步地，所述感应式湿蒸汽干度监测装置的另一个实施例中，所述信号处理模块还连接有蒸汽干度显示模块。

进一步地，所述感应式湿蒸汽干度监测装置的另一个实施例中，所述信号处理模块包括校验单元。

进一步地，所述感应式湿蒸汽干度监测装置的另一个实施例中，所述信号处理模块包括蒸汽干度计算单元。

进一步地，所述感应式湿蒸汽干度监测装置的另一个实施例中所述第一电导率感应探头和所述第二电导率感应探头均包括环形发射线圈和环形接收线圈。

进一步地，所述感应式湿蒸汽干度监测装置的另一个实施例中，所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均包括：信号放大单元。

进一步地，所述感应式湿蒸汽干度监测装置的另一个实施例中，所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均包括：线性补偿单元。

进一步地，所述感应式湿蒸汽干度监测装置的另一个实施例中，所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均包括：温度补偿单元。

进一步地，所述感应式湿蒸汽干度监测装置的另一个实施例中，所述信号处理模块为可编程逻辑控制器PLC。

另一方面，本申请提供一种感应式湿蒸汽干度监测系统，包括：上述感应式湿蒸汽干度监测装置。

本申请提供的感应式湿蒸汽干度监测装置及系统，利用电磁感应式电导率传感器，不要样水直接接触，只需要将电磁感应式电导率传感器设置样水通过的管道处，即可测量出样水的电导率。根据热注锅炉进水以及炉水的电导率值，可以准确计算出热注锅炉的湿蒸汽干度。实现了热注锅炉湿蒸汽干度的实时在线监测，降低了人工化验的误差，提高了热注锅炉湿蒸汽干度监测的准确性，解决了取样水水温高的难点，由于感应探头不接触取样水，使用寿命大大延长，降低了感应式湿蒸汽干度监测装置的维修频次。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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是本申请一个实施例中感应式湿蒸汽干度监测装置的结构示意图；

图2是本申请实施例中电导率感应探头的结构示意图；

图3是本申请中信号处理模块的结构示意图；

图4是本申请又一实施例中感应式湿蒸汽干度监测装置的结构示意图；

图5是本申请一个实施例中线性补偿单元中电路设计的示意图；

图6是本申请一个实施例中的温度补偿单元的电路设置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

在稠油开采的过程中，可以使用热注技术进行开采。在使用热注锅炉进行原油的开采时，可向锅炉中注入水，通过燃料的燃烧，使得锅炉内的水沸腾产生高温高压的蒸汽，将高温高压的饱和蒸汽注入油层，以改善原油的渗透性和流动性，提高原油的采收率。

纯水本身导电率极低，可以认为是绝缘体。自然界中的水由于含有电解质所以具有较强导电性。热注锅炉的进水，一般来源于地下水、河水以及回收后的处理水等，这些取至自然界的水中含有一些电解质，因此热注锅炉的进水具有导电性。热注锅炉的进水在注汽炉中受热后，大部分转变为蒸汽，而其中的电解质却留在了尚未蒸发的液态饱和水中。因此，热注锅炉的进水中的电解质与出口湿蒸汽中的电解质的总量不变。

本申请实施例通过分析热注锅炉的进水口以及出口的电导率，分析出热注锅炉中产生的湿蒸汽的干度。在单位水量中，含电解质越多，其导电性就越好。可以采用电导率仪，分别对热注锅炉的进水电导率和热注锅炉的炉水导电率进行测量，即可通下式可以计算热注锅炉产生的湿蒸汽干度：

湿蒸汽干度＝(炉水电导率-进水电导率)/炉水电导率×100％

上式中，炉水电导率可以表示热注锅炉中对进水进行加热，尚未蒸发的液态饱和水的电导率，进水电导率可以表示注入热注锅炉中的水的电导率。

图1是本申请一个实施例中感应式湿蒸汽干度监测装置的结构示意图，如图1所示，本申请提供的感应式湿蒸汽干度监测装置包括：

第一电磁感应式电导率传感器、第二电磁感应式电导率传感器、信号处理模块，所述第一电磁感应式电导率传感器包括相互连接的第一电导率感应探头和第一信号转换单元，所述第二电磁感应式电导率传感器包括相互连接的第二电导率感应探头和第二信号转换单元；

所述第一电导率感应探头设置在热注锅炉的进水管道处，所述第二电导率感应探头设置在所述热注锅炉的炉水出水管道处；

所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均与所述信号处理模块连接。

如图1所示，由于投用深度处理污水后，蒸汽干度取样水温度在60℃以上，普通电导率仪感应探头在高温下寿命降低，使用周期有限。本申请实施例中采用电磁感应式电导率传感器检测热注锅炉中进水和炉水的电导率，电磁感应式电导率传感器在测量电导率时，电极和流程液体之间没有任何接触。本申请实施例采用两个电磁感应式电导率传感器即第一电磁感应式电导率传感器和第二电磁感应式电导率传感器，第一电磁感应式电导率传感器中包括第一电导率感应探头和第一信号转换单元，第二电磁感应式电导率传感器中包括第二电导率感应探头和第二信号转换单元。

本申请实施例中可以在热注锅炉的进水管道中设置有第一电导率感应探头，在热注锅炉的出水管道中设置有第二电导率感应探头，电导率感应探头在管道中的具体位置可以根据实际需要进行设置，例如可以根据需要在管道中合适的位置处设置取样点，将电导率感应探头设置取样点处。第一电导率感应探头和第二电导率感应探头可以不与管道中的水流接触，当进水管道和出水管道中有水流经过时，第一电导率感应探头和第二电导率感应探头可以分别产生不同的感应电流信号。第一电导率感应探头和第二电导率感应探头将产生的感应电流信号分别实时发送至第一信号转换单元和第二信号转换单元，第一信号转换单元和第二信号转换单元将接收到的电流信号进行处理后，可以形成标准毫安信号(4-20mA)，传输至信号处理模块。信号处理模块根据接收到的热注锅炉的进水管道和出水管道中水流产生的电流信号，可以分析获得热注锅炉中进水和炉水的电导率，进一步计算出热注锅炉产生的湿蒸汽干度。第一信号转换单元、第二信号转换单元、信号处理模块的具体位置可以根据需要进行设置，例如：可以设置在热注锅炉外侧，通过导线分别与第一电导率感应探头和第二电导率感应探头连接，以便接受电流信号。当然根据需要，还可以设置在其他位置处，本申请实施例不作具体限定。

此外，本身申请一个实施例中可以在信号处理模块外连接蒸汽干度显示模块，用于显示信号处理模块计算处理获得的热注锅炉的湿蒸汽干度，例如：蒸汽干度显示模块可以是触摸显示屏，实现了热注锅炉湿蒸汽干度的实时监测。

利用分别设置在热注锅炉进水管道和出水管道中的第一电导率感应探头和第二电导率感应探头，可以实现不与取样水直接接触，测量出水样的电导率。避免因热注锅炉中水样的温度过高，影响电导率仪的使用寿命，实现了热注锅炉湿蒸汽干度的安全监测。

图2是本申请实施例中电导率感应探头的结构示意图，如图2所示，本申请实施例中的第一电导率感应探头和第二电导率感应探头均可以包括环形发射线圈和环形接收线圈。电导率的测量是基于液体在电导率感应探头的2个环形变压器(线圈)之间的感应作用，感应式探头可以给发射线圈提供一个高频基准电压，线圈的线芯可以采用高磁导性的磁性材料，因此发射线圈可以产生很强的磁场。液体从线圈的中心孔穿过，可当成一个只有一匝的副线圈，可以分别于发射线圈和接收线圈构成初级输入线圈和次级输出线圈。

在进行测量时，可以在发射线圈中通入一定频率的交流电，产生环形交变磁场。当有流体通过发射线圈时，根据电磁感应原理，交变磁场在穿过线圈的导电流体中产生感应电动势，同时产生交变涡流。产生的感应电动势的大小与穿过线圈的流体的电导率成一定的函数关系，因此，可以电导率感应探头中产生的电流信号，进行处理后获得流经的液体的电导率。

利用电磁感应式电导率传感器检测热注锅炉中进水以及炉水的电导率时，电导率感应探头可以不与管道中的水流接触，只需要将电导率感应探头的线圈设置在管道外壁，使得管道中的水流通过电导率感应探头的线圈即可，实现了高温水样的电导率的检测，进一步实现了热注锅炉的湿蒸汽干度监测。

本申请实施例中的信号处理模块可以包括校验单元，检验单元中可以包括湿蒸汽干度的偏差值，可以定期通过校验单元对感应式湿蒸汽干度监测装置的监测结果进行调校，提高感应式湿蒸汽干度监测装置的监测结果的准确性。

例如：可以定期通过取样实验获得热注锅炉产生的湿蒸汽干度，对比利用感应式湿蒸汽干度监测装置监测到的湿蒸汽干度。通过检验单元中的偏差值对感应式湿蒸汽干度监测装置的监测结果进行调校，提高监测结果的准确性。具体可以利用化学检测方法，获得热注锅炉产生的湿蒸汽干度，对比感应式湿蒸汽干度监测装置检测结果，调整感应式湿蒸汽干度监测装置检测结果的偏差值，使结果更接近准确值。可以通过蒸汽干度显示模块，修改偏差值，对感应式湿蒸汽干度监测装置进行校准，操作方便，简单。

图3是本申请中信号处理模块的结构示意图，如图3所示，本申请实施例中信号处理模块中还可以包括蒸汽干度计算单元，蒸汽干度计算单元可以将电磁感应式电导率传感器传送的电流信号进行处理，获得热注锅炉的进水和炉水的电导率，进一步计算获得湿蒸汽干度。

校验单元和蒸汽干度计算单元可以是电路，也可以是预选设置保存的计算机程序，可以根据需要进行选择，本申请不做具体限定。

信号处理模块可以是可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)，PLC中可以存储湿蒸汽干度监测装置的管理程序，可以包括干度的校验、计算，电导率转换程序等。当然，根据需要信号处理模块也可以是具体的电路、计算机等能够进行信号处理的装置。

图4是本申请又一实施例中感应式湿蒸汽干度监测装置的结构示意图，如图4所示，本申请实施例中可以采用微控制器作为信号处理模块，微控制器中可以设置有存储模块，可以用于存储干度的校验、计算，电导率转换程序等感应式湿蒸汽干度监测装置的管理程序。

如图4所示，可以将两个电导率感应探头分别设置在锅炉的入口水样处和出口水样出，当被测液体流经电导率感应探头的线圈时，电导率感应探头的激发线圈给出一个高频基准电压，产生强磁场，使被测液体产生一个感应电流。当液体流经电导率感应探头的接受线圈时，接受线圈产生感应电动势，形成感应电流信号。感应电流信号经变送器(信号转换单元)转换成标准电流信号，传送给微控制器(可以是PLC)，其中两个电导率感应探头可以对应有两个变送器。微控制器通过对入口水样电导率感应探头及出口水样电导率感应探头检测的数据进行计算等处理，将干度结果显示在显示装置(可以是触摸屏)上。显示装置可以显示蒸汽干度计算结果，并对蒸汽干度计算结果进行校验调整。

本申请实施例中电磁感应式电导率传感器中的信号转换单元也可以通过电路设计实现电流信号处理和转换。其中，第一信号转换单元和第二信号转换单元均包括：信号放大单元、线性补偿单元、温度补偿单元等。

信号放大单元中可以包括移相振荡器，通过移相振荡器将电导率感应探头中产生的电流信号进行放大处理，方便后续的信号处理。

电导率感应探头中产生的感应电流可能是非线性的，为保证信号能够线性输出，可以利用线性补偿单元将电流进行线性补偿。图5是本申请一个实施例中线性补偿单元中电路设计的示意图，如图5所示，可以利用电容C、电阻R、R₁、R₂的串并联构成线性补偿电路，通过调整电路中的电阻、电容的大小，实现电流信号的线性校正，方便后续的信号处理，提高了湿蒸汽干度监测的准确性。

电导率可能会随温度的变化而发生变化，可以利用温度补偿单元，进行电导率的温度补偿，提高监测结果的准确性。图6是本申请一个实施例中的温度补偿单元的电路设置示意图，如图6所示，可以利用热敏电阻R_t1、R_t2以及其他电阻R₁、R₂、R₃等元器件的串并联，实现温度的补偿，提高了湿蒸汽干度监测的准确性。

本申请提供的感应式湿蒸汽干度监测装置，利用电磁感应式电导率传感器，不要样水直接接触，只需要将电磁感应式电导率传感器设置样水通过的管道处，即可测量出样水的电导率。根据热注锅炉进水以及炉水的电导率值，可以准确计算出热注锅炉的湿蒸汽干度。实现了热注锅炉湿蒸汽干度的实时在线监测，降低了人工化验的误差，提高了热注锅炉湿蒸汽干度监测的准确性，解决了取样水水温高的难点，由于感应探头不接触取样水，使用寿命大大延长，降低了装置的维修频次。

本申请一个实施例还可以提供一种感应式湿蒸汽干度监测系统感应式湿蒸汽干度监测系统可以包括上述各实施例中的感应式湿蒸汽干度监测装置，根据需要还可以包括固定装置、支撑装置、防水装置、隔热装置等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。本申请说明书附图仅仅只是示意图，不代表各个部件的实际结构。

以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种感应式湿蒸汽干度监测装置，其特征在于，包括：

第一电磁感应式电导率传感器、第二电磁感应式电导率传感器、信号处理模块，所述第一电磁感应式电导率传感器包括相互连接的第一电导率感应探头和第一信号转换单元，所述第二电磁感应式电导率传感器包括相互连接的第二电导率感应探头和第二信号转换单元；

所述第一电导率感应探头设置在热注锅炉的进水管道处，所述第二电导率感应探头设置在所述热注锅炉的炉水出水管道处；

所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均与所述信号处理模块连接。

2.如权利要求1所述的一种感应式湿蒸汽干度监测装置，其特征在于，所述信号处理模块还连接有蒸汽干度显示模块。

3.如权利要求1所述的一种感应式湿蒸汽干度监测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括校验单元。

4.如权利要求1所述的一种感应式湿蒸汽干度监测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括蒸汽干度计算单元。

5.如权利要求1所述的一种感应式湿蒸汽干度监测装置，其特征在于，所述第一电导率感应探头和所述第二电导率感应探头均包括环形发射线圈和环形接收线圈。

6.如权利要求1所述的一种感应式湿蒸汽干度监测装置，其特征在于，所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均包括：信号放大单元。

7.如权利要求1所述的一种感应式湿蒸汽干度监测装置，其特征在于，所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均包括：线性补偿单元。

8.如权利要求1所述的一种感应式湿蒸汽干度监测装置，其特征在于，所述第一信号转换单元和所述第二信号转换单元均包括：温度补偿单元。

9.如权利要求1所述的一种感应式湿蒸汽干度监测装置，其特征在于，所述信号处理模块为可编程逻辑控制器PLC。

10.一种感应式湿蒸汽干度监测系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的感应式湿蒸汽干度监测装置。