[發(fā)明專利]汽水二相流體流量及蒸汽干度實(shí)時(shí)測量裝置及其測量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310411831.3
• 申請(qǐng)日: 2013-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN103453962A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢家平;黎文超;楊立民;邰洪利;岳偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 盤錦遼河油田遼南集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G01F1/88
• 分類號(hào): G01F1/88;G01N9/36;G01N9/26
• 代理公司: 錦州遼西專利事務(wù)所 21225
• 代理人: 李輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多相流檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種油田注汽鍋爐出口的汽水二相流體流量及蒸汽干度實(shí)時(shí)測量裝置及其測量方法。

背景技術(shù)

油田含油地層中蘊(yùn)藏的稠油需加驅(qū)油劑令其流動(dòng)性增加后方能被采出。水蒸汽是通常采用的驅(qū)油劑之一。注汽鍋爐將給水加熱成飽和狀態(tài)的汽水混合物，注入到含油層，達(dá)到驅(qū)油的目的。由于汽相存在汽化潛熱，與同溫、同質(zhì)量的液相相比，汽相攜帶的熱量遠(yuǎn)多于液相攜帶的熱量，故出口汽水二相流中蒸汽所占質(zhì)量份額越大，注汽鍋爐驅(qū)油效率越高。出于降低成本的目的，注汽鍋爐給水中只除去了[Ca²⁺]、[Mg²⁺]等離子，而未除[Na⁺]、[K⁺]等離子，或?qū)挠途沙龅挠?、氣、水、沙多相流體經(jīng)油、氣、水分離后的采礦廢水沉淀后，直接作為注汽鍋爐的給水，因此鍋爐給水中存在鹽類。與同溫度水中的溶解度相比，鹽類在飽和水蒸汽中的溶解度可以忽略，隨給水進(jìn)入到鍋爐水冷壁管道中的鹽份，主要由鍋爐出口工質(zhì)中的液相飽和水載出。如果注汽鍋爐出口汽水二相流蒸汽干度過高，爐水因在水冷壁內(nèi)換熱表面蒸發(fā)劇烈，爐水中的鹽類析出，粘附水冷壁內(nèi)表面形成水垢，使換熱面熱阻增加，導(dǎo)致水冷壁金屬因超溫而爆管；如果注汽鍋爐出口汽水二相流蒸汽干度過低，除單位質(zhì)量的工質(zhì)攜帶的熱量少外，還由于在至油層管道的流動(dòng)過程中的散熱損失，其中的一部分飽和蒸汽在管道內(nèi)即釋放出汽化潛熱，變成了飽和水，這就使到達(dá)油層驅(qū)油劑工質(zhì)中液態(tài)水含量過高，除驅(qū)油效果差外，這些液態(tài)水還將吸收下一輪注汽熱量，導(dǎo)致采油成本增加。故工藝要求注汽鍋爐出口汽水二相流的蒸汽質(zhì)量干度為80%。由此可見，蒸汽干度的檢測與注汽鍋爐設(shè)備安全性與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性直接相關(guān)。

出口工質(zhì)干度實(shí)時(shí)檢測屬于氣液二相流參數(shù)測量，由于流動(dòng)過程中存在著相間力和在時(shí)間空間隨機(jī)變化的相界面，使得汽水二相流的流動(dòng)非常復(fù)雜，無法復(fù)現(xiàn)，數(shù)十年來一直是工程界、學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

CN201327400公開了“濕蒸汽兩相流量計(jì)”，記載了一種飽和水蒸汽-飽和水二相流體（即該專利說明書所稱“濕飽和蒸汽兩相流”）流量測量方法。其裝置由測量總流量的垂直管段、節(jié)流元件和測量、顯示用的流量計(jì)算機(jī)所組成，在垂直管段上裝有差壓傳感器和壓力傳感器，在節(jié)流件的兩端裝有壓差傳感器，三個(gè)傳感器測得的數(shù)據(jù)輸送至流量計(jì)算機(jī)，經(jīng)流量計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的測量各相流量、總流量及蒸汽干度的數(shù)學(xué)模型及各種物質(zhì)的參數(shù)程序進(jìn)行計(jì)算后顯示各項(xiàng)測量結(jié)果。該項(xiàng)技術(shù)存在如下問題：首先其測量垂直上升管道內(nèi)工質(zhì)上、下游差壓的引壓管內(nèi)冷凝水的密度對(duì)差壓測量的影響無補(bǔ)償措施。因?yàn)槔淠芏扰c溫度、壓力有關(guān)，尤其是隨溫度的變化較大，造成的附加誤差對(duì)測量精度產(chǎn)生不利影響；其次，實(shí)施該項(xiàng)技術(shù)一般需要4個(gè)彎曲半徑小的90°彎頭，這對(duì)汽水二相流體造成了非常大的壓力損失，實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于Φ69×3的管道，當(dāng)工作壓力為7MPa時(shí)，80%干度的濕飽和蒸汽流經(jīng)上述裝置壓力損失高于1.5MPa，現(xiàn)實(shí)中這是無法接受的能量損失；第三，其裝置采用節(jié)流件，使流動(dòng)截面發(fā)生了收縮，實(shí)驗(yàn)表明，節(jié)流件前后的壓力損失不同于單相流體，汽水二相流體在節(jié)流件前后的壓力損失，在相同的開孔直徑比下，數(shù)倍于單相流體，不利于注汽鍋爐提高注汽效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種汽水二相流體流量及蒸汽干度實(shí)時(shí)測量裝置及其測量方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，測量結(jié)果的可靠性、有效性明顯提高；在溫度等工況變化時(shí)，仍能準(zhǔn)確測量干度及流量；工質(zhì)流經(jīng)測量裝置產(chǎn)生的壓力損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有測量裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：該汽水二相流體流量及蒸汽干度實(shí)時(shí)測量裝置，包括連接在工藝管道之間的測量管段、與測量管段相連接的測量器件，與測量器件連接的信號(hào)轉(zhuǎn)換器件，接收各信號(hào)轉(zhuǎn)換器件發(fā)送的信號(hào)并對(duì)其分析、計(jì)算的工控機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)，與工控機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)的輸出端相連接的顯示器，其特殊之處是：所述測量管段由4個(gè)相同的90°彎管在同一個(gè)鉛垂平面內(nèi)依次連接組成，分別為第一彎管、第二彎管、第三彎管和第四彎管，所述第二彎管與第三彎管組成向下凹的180°彎管，所述第一彎管向左上45°凹并作為入口與第二彎管連接，所述第四彎管向右上45°凹與第三彎管連接作為出口；

所述測量器件由分別連接在第一、二、三彎管上的第一差壓變送器、第三差壓變送器、第二差壓變送器，與所述第二彎管連接的恒高容器，與恒高容器的底部引壓管連接的壓力變送器，分別設(shè)于恒高容器和其底部引壓管金屬壁面上的第一測溫元件、第二測溫元件，以及溫度變送器組成。