濕蒸汽計(jì)量演示

關(guān)于濕蒸汽計(jì)量演示前言隨著新疆油田稠油規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)方式的不斷進(jìn)步與轉(zhuǎn)變，濕蒸汽兩相流計(jì)量一直是制約稠油開(kāi)發(fā)更好發(fā)展的技術(shù)瓶頸。CPE新疆設(shè)計(jì)院新技術(shù)公司與唐山博信電子儀表有限公司、清華大學(xué)等合作，共同開(kāi)發(fā)研制了濕蒸汽兩相流計(jì)量技術(shù)，為新疆油田稠油產(chǎn)能建設(shè)與稠油老區(qū)二次開(kāi)發(fā)貢獻(xiàn)自己的一份力量。第2頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天蒸汽的分類按蒸汽的存在形式分類，蒸汽可分為：飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽兩種。過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽是一種單一的蒸汽形式，在過(guò)熱蒸汽中是不存在飽和水的，測(cè)量其流量相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易，只要進(jìn)行溫度壓力在線密度補(bǔ)償和修正就可得到準(zhǔn)確測(cè)量。飽和蒸汽飽和蒸汽由于其濕度的差別，又可以分為：干飽和蒸汽和濕飽和蒸汽。干飽和蒸汽是純飽和蒸汽，干飽和蒸汽的密度是其溫度或者是其壓力的單一函數(shù)，只要測(cè)量出它的溫度值或者是壓力值，便能確定它的密度大小，從而進(jìn)行準(zhǔn)確流量測(cè)量；而濕飽和蒸汽實(shí)際上就是含有一部分飽和水的濕蒸汽，嚴(yán)格地說(shuō)，濕蒸汽是蒸汽和水的混合物（與濕空氣中含有一部分水蒸汽相似）。第3頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天稠油熱采高壓蒸汽特點(diǎn)1、濕蒸汽是稠油熱采過(guò)程中的必要熱載體，由于建設(shè)投資、運(yùn)行成本、直流注汽鍋爐的特點(diǎn)，普通直流注汽鍋爐生產(chǎn)出的高壓蒸汽干度小于80%；2、過(guò)熱注汽鍋爐生產(chǎn)出的過(guò)熱蒸汽過(guò)熱度僅20℃左右，過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)管道輸送，沿程不斷散耗熱量，至井口時(shí)，已經(jīng)變成嚴(yán)格意義上的濕蒸汽；3、對(duì)于吞吐期轉(zhuǎn)汽驅(qū)稠油熱采方式，注入濕蒸汽的流量是必須控制的；4、對(duì)于SAGD稠油熱采開(kāi)采方式，注入蒸汽的流量是必須控制的。第4頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天測(cè)量濕蒸汽是世界性難題1在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，濕蒸汽中夾帶的飽和水有兩個(gè)來(lái)源。一是在飽和蒸汽生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的；二是在蒸汽輸送過(guò)程中產(chǎn)生的。蒸汽在管道中流動(dòng)時(shí)，由于散熱而損失一部分熱量，如果此時(shí)飽和蒸汽的壓力保持不變，對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽的溫度同樣也會(huì)保持不變。那么，散發(fā)（或者是損失）的這部分熱量由誰(shuí)來(lái)提供呢？它們是由一部分飽和蒸汽冷凝為飽和水，釋放出汽化熱來(lái)提供的。這個(gè)過(guò)程會(huì)使飽和蒸汽中含有的飽和水量增加，飽和蒸汽的濕度會(huì)進(jìn)一步加大。第5頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天測(cè)量濕蒸汽是世界性難題2運(yùn)行條件的不確定，使?jié)裾羝泻械娘柡退蓊~不能準(zhǔn)確地確定。濕蒸汽中含有的飽和水雖然體積很小，但其質(zhì)量卻很大，它的存在對(duì)于飽和蒸汽實(shí)際密度的影響是很大的。實(shí)際的飽和蒸汽的含水量是不可知的。因此，實(shí)際的濕飽和蒸汽的密度補(bǔ)償、修正都沒(méi)有可能（這里指的是濕飽和蒸汽含水量部分的密度補(bǔ)償和修正，他們有別于溫度、壓力變化引起的干飽和蒸汽密度的修正和補(bǔ)償）。在這樣的狀況下產(chǎn)生的流量測(cè)量偏差是不能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方法消除的。所以大家戲稱：（濕）飽和蒸汽流量的精確測(cè)量是“世界難題”。第6頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天濕蒸汽測(cè)量的現(xiàn)狀如何解決濕飽和蒸汽在線密度的測(cè)量問(wèn)題，在上世紀(jì)八十年代以來(lái)已有很多科研人員在研究，最近也形成相應(yīng)得產(chǎn)品投入試用，但其效果差強(qiáng)人意，主要問(wèn)題是測(cè)量精度不高。其根源有二：其一是飽和蒸汽流量測(cè)量精度不高，因?yàn)轱柡驼羝翘幵谝粋€(gè)臨界狀態(tài)，任何的溫度、壓力變化都可能引起飽和蒸汽與飽和水之間的相互轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致介質(zhì)密度變化，從而使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)很大偏差。而現(xiàn)在市場(chǎng)上使用的測(cè)量飽和蒸汽的流量計(jì)幾乎都是差壓式流量計(jì)，而差壓如果是由于有插入件或截流件產(chǎn)生的，就不可避免的會(huì)引起流量計(jì)附近介質(zhì)密度的瞬間變化，從而使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)或大或小的誤差，這是無(wú)法避免的。其二在線介質(zhì)密度的獲得很困難，目前世界上還沒(méi)有一種儀器可以精確的測(cè)量出濕飽和蒸汽密度，需要配合相應(yīng)裝置經(jīng)過(guò)間接計(jì)算才能獲得比較理想的密度測(cè)量結(jié)果。第7頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天工作原理在使用不同流量計(jì)測(cè)量飽和蒸汽過(guò)程中，由于它們的工作原理的不同，所測(cè)量的目標(biāo)參數(shù)也是不一樣的。我們就利用它們的不同，提出一種由直彎管流量計(jì)和進(jìn)口渦街流量計(jì)組合式流量測(cè)量裝置的構(gòu)想。第8頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天工作原理（直彎管1）直彎管流量計(jì)的工作原理，那就是慣性原理。當(dāng)流體流過(guò)直彎管傳感器時(shí)，由于流體受到直彎管管壁的束縛，被迫作類似的圓周運(yùn)動(dòng)。于是使直彎管傳感器的內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生了一個(gè)外側(cè)為正、內(nèi)側(cè)為負(fù)的差壓值。該差壓值的大小與直彎管傳感器的彎徑比、流體的流速、流體的密度、直彎管傳感器的管徑等等參數(shù)有關(guān)。我們利用差壓變送器測(cè)量出這個(gè)差壓值，并通過(guò)必要的轉(zhuǎn)換、運(yùn)算就可以獲得流體的真實(shí)流量值。

第9頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天工作原理(直彎管2）物體在作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，遵從的力學(xué)公式是這樣的：F=MV2/R――――――――①其中：F------作圓周運(yùn)動(dòng)物體具有的離心力；

M------作圓周運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量；

V-----作圓周運(yùn)動(dòng)物體的線速度；

R------作圓周運(yùn)動(dòng)物體重心至旋轉(zhuǎn)中心的距離，即旋轉(zhuǎn)半徑。第10頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天工作原理(直彎管3)由公式①經(jīng)過(guò)推導(dǎo)得出直彎管流量計(jì)流量公式V=∫（α，ΔP，ρ，R，D）--②

其中：α------直彎管傳感器修正系數(shù)（無(wú)量綱），通過(guò)試驗(yàn)獲得

ΔP------直彎管傳感器產(chǎn)生的差壓值（Pa）；

ρ------流體的密度（kg/m3）；

v------流體在直彎管傳感器中的平均流速（m/s）；R------直彎管傳感器的中心曲率半徑（m）；D------直彎管傳感器的內(nèi)徑（m）；對(duì)于一套直彎管流量計(jì)來(lái)說(shuō)，α，R，D是固定不變的，所以上面的公式可簡(jiǎn)化速度、差壓值和密度的函數(shù)：V=∫（ΔP，ρ）--③第11頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天工作原理（渦街1）渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來(lái)測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過(guò)渦街流量變送器時(shí)，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用下式表示：

f＝St*v／d---④式中:f為旋渦的釋放頻率，Hz；v為流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度，m/s；d為旋渦發(fā)生體特征寬度，m；St為斯特羅哈數(shù)，無(wú)量綱，它的數(shù)值范圍為0.14－0.27。St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（l/Re）。第12頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天工作原理（渦街2）通過(guò)測(cè)量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，經(jīng)過(guò)對(duì)渦街流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定，能準(zhǔn)確得出速度、和漩渦頻率的函數(shù)：f=αv，α為標(biāo)定系數(shù)。由此可以得出用渦街流量計(jì)測(cè)量流速v完全可行，經(jīng)過(guò)實(shí)流標(biāo)定的渦街流量計(jì)精度能達(dá)到0.5%。第13頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天工作原理（組合1）公式③：V=∫（ΔP，ρ）使用直彎管流量計(jì)測(cè)量濕蒸汽流量，除了差壓值是真實(shí)介質(zhì)在通過(guò)直彎管傳感器時(shí)產(chǎn)生的真實(shí)數(shù)值之外，介質(zhì)的密度和介質(zhì)通過(guò)直彎管傳感器時(shí)的流速都是未知數(shù)。在不知道濕飽和蒸汽干度的條件下是不能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方法（溫度或者壓力補(bǔ)償）獲得濕飽和蒸汽的真實(shí)密度的。于是，我們必須解決濕飽和蒸汽在線密度或者是速度這兩個(gè)未知量中的一個(gè)，我們才可以計(jì)算出另外一個(gè)未知量，最終獲得準(zhǔn)確的流量值。我們利用渦街流量計(jì)的特點(diǎn)，將它作為一種純速度計(jì)使用。公式④：f＝St*v／d，將它安裝在飽和蒸汽的管道中，測(cè)量出飽和蒸汽在管道中的真實(shí)流速。公式④帶入公式③得到公式：d*f/St=∫（ΔP，ρ）--⑤將渦街流量計(jì)測(cè)量出來(lái)的飽和蒸汽流速提供給直彎管流量計(jì)，在直彎管流量計(jì)測(cè)量出直彎管傳感器獲得真實(shí)差壓值的條件下，計(jì)算出飽和蒸汽在管道中的真實(shí)密度。這個(gè)密度是濕飽和蒸汽在管道中的真實(shí)密度。第14頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天工作原理（組合2）我們測(cè)量出管道中飽和蒸汽的溫度或者是壓力值，計(jì)算出干飽和蒸汽的密度值。這兩個(gè)密度的差值就是飽和蒸汽中的含水量。得到了濕飽和蒸汽中飽和水的含量，也就是飽和蒸汽的干度，所有的干飽和蒸汽流量、飽和水流量以及濕飽和蒸汽的總流量就都可以方便的獲得。這時(shí)，飽和蒸汽的流量計(jì)量問(wèn)題就完滿解決了。在這里我們著重說(shuō)一下，之所以選用直彎管流量計(jì)，是因?yàn)樗鼪](méi)有插入件、節(jié)流件，不會(huì)使?jié)裾羝鹘?jīng)流量計(jì)時(shí)發(fā)生瞬時(shí)密度變化，這對(duì)準(zhǔn)確計(jì)量很重要。第15頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天直彎管技術(shù)特點(diǎn)精確地確定了濕蒸汽的在線密度；在直彎管流量計(jì)中沒(méi)有插入件、節(jié)流件，使介質(zhì)流過(guò)流量計(jì)時(shí)密度不發(fā)生變化，流量測(cè)量精度得到保證；直彎管流量計(jì)無(wú)插入件、節(jié)流件，耐磨損，使其可長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，避免了一個(gè)測(cè)量點(diǎn)頻繁更換流量計(jì)重復(fù)投資的問(wèn)題；直彎管流量計(jì)可采用直接焊接安裝，解決了跑、冒、滴、漏問(wèn)題；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、附加阻力非常小，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用；重復(fù)精度和測(cè)量精度高；環(huán)境適應(yīng)性好，不受現(xiàn)場(chǎng)高溫、粉塵、臟污、潮濕、電磁場(chǎng)等環(huán)境影響；免維修，維護(hù)非常簡(jiǎn)單，節(jié)省人力、物力投入；性價(jià)比高。第16頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天美國(guó)進(jìn)口渦街流量計(jì)技術(shù)特點(diǎn)●智能型電子元件擴(kuò)大了測(cè)量范圍（雷諾數(shù)可低至5000）；●理想的蒸汽測(cè)量產(chǎn)品；●

5種過(guò)程測(cè)量輸出值可供選擇（質(zhì)量流量、體積流量、溫度、壓力、密度）；●現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置量程、報(bào)警、輸出和顯示防爆產(chǎn)品可使用磁鐵通過(guò)防爆窗口進(jìn)行設(shè)置；●變化幅度可達(dá)30:1；●

溫度可達(dá)750oF（400oC）；●壓力可達(dá)1500磅/平方英寸（表壓）；●插入式，管道式可選；●

FM認(rèn)證；●

CSA，ATEX認(rèn)證待定；●獲中華人民共和國(guó)計(jì)量器具批準(zhǔn)證書(shū)（CPA）；●通過(guò)防爆視窗面板上的六個(gè)按鍵和磁鐵開(kāi)關(guān)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置；●帶HART協(xié)議。第17頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天BXBZ-1濕蒸汽兩相流計(jì)量裝置CPE新疆設(shè)計(jì)院新技術(shù)公司、唐山博信和清華大學(xué)合作經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)驗(yàn)研制出了BXBZ-1型濕蒸汽兩相流計(jì)量裝置，科學(xué)合理地解決了濕蒸汽測(cè)量的問(wèn)題，測(cè)量精度達(dá)到1.5級(jí)以上，完全滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求。第18頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天系統(tǒng)組成直彎管傳感器溫度元件壓力元件差壓變送器積算微機(jī)顯示屏幕渦街傳感器二次表閥伴熱帶電源組件等第19頁(yè),