随着稠油热采工艺技术的不断完善, 蒸汽干度作为衡量蒸汽质量的重要指标, 其监测技术也越来越受到重视。在两相流地面计量技术方面, 国内外主要有脉冲中子技术、γ射线密度计组合体、核磁共振、扰动技术、脉动技术、放射性原子示踪法、阻抗探针等技术, 但由于受环境及条件的限制, 使用范围受到了一定的影响。通过研究发现, 采用分离式的计量方法来测量蒸汽干度, 既避开了两相流体的计量, 又将复杂的两相流体计量变成单相流体计量, 使问题简单化。这样只需将饱和蒸汽在工艺流程上进行分离, 分离出饱和水样, 通过测定饱和水样中的导电能力来确定蒸汽干度。
由于饱和水中溶解的大部分盐类都是强电解质, 它们在水中全部电离成离子, 用电导率测试电极测量饱和水中离子的导电能力 (即电导率) 来确定饱和水中的含盐量, 从而推算出干度的大小。由于饱和蒸汽的干度不同, 饱和水中离子的浓缩程度不同, 即离子的浓度不同, 因而导电能力也不同。不同的导电能力 (即电导率) 对应不同的蒸汽干度值。
把幅度恒定的电压E加到电导池的电极两端, 这时流过饱和水的电流Ix取决于饱和水中呈现的电阻Rx, 即:
金属导体通过电子的移动而导电, 且服从欧姆定律。对溶液 (饱和水) 则是通过正负离子的移动而导电的, 同样也适用欧姆定律, (3-6) 式可表示为:
式中ρ──电阻率, Ω·cm;
L──两电极间液柱的距离, cm;
A──两极间液柱的截面积, cm2。
由于电极固定不变, L A是个常数, 称为电极常数, 用J表示。将J=L/A (cm-1) 代入 (3-7) 式, 得到:
由于电导率K是电阻率的倒数, K=1/ρ, 从而可知:ρ=1/K带入 (3-8) 式整理:
从原理图可知:Ix≈If=V0/Rf (3-10)
式中If──反馈电流;
Rf──反馈电阻。
把式 (3-10) 代入式 (3-9) 得到:
由式 (3-11) 可以看出, 饱和水的电导率与运算放大器的输出电压成正比 (在常数J及输入电压E为定值时) , 只要测出V0的大小就可知饱和水中电导率的高低。
准确测出饱和水的电导率后, 根据标准干度与电导率的对应关系, 可归纳出蒸汽干度与电导率的数字关系式:
式中X──蒸汽干度, %;
A──对应常数, 取值为0.3885;
K0──基准温度下的电导率, μs/cm。
由饱和水温度对电导率的影响关系, 可归纳出饱和水瞬时温度与基准温度所对应电导率的数学关系式:K=K0+β (T-T0) , 整理得:
式中K0──不同饱和水样在基准温度下所对应的电导率, μs/cm;
K──饱和水样瞬时温度下的实际电导率, μs/cm;
β温度修正系数, 取值为;℃
T──饱和水样瞬时温度, ℃;
T0──基准温度25℃。
把式 () 代入式 () 式中得:=1+ln--3-14
由式 () 可以看出, 只要把电导率仪的输出电压信号V0和温度传感器测量的温度T输送到计算机接口, 按式 (3-15) 进行处理, 可计算出蒸汽干度X的大小。
(1) 锅炉出口蒸汽干度测量
把干度测试仪的取样信号与锅炉化验分析取样信号相并联, 随时可显示锅炉出口的蒸汽干度。
(2) 井口及管线蒸汽干度测量
在井口及管线有取样点的情况下, 把蒸汽干度取样器接在管线及井口取样阀门上, 用冷水循环冷却水样, 冷却后的水样经干度仪显示出蒸汽干度, 实现了井口、管线蒸汽干度测量。
(1) 技术指标
干度测量范围5~90%;3%
干度测量精度<3%;
介质的温度补偿方式手动补偿和自动补偿两种方式。手动补偿温度范围10~40℃, 自动补偿温度范围10~100℃;
消耗功率≤1.5W;
仪器重量<5kg。
(2) 仪器特点
a.测量精度高。在测量范围内, 以化验干度为基准, 测量误差小于3%;
b.应用范围广。能测量锅炉至井口有取样点的任意处的蒸汽干度;
c.安装方便。安装时只需把取样信号管与取样器排样管软连接, 接上电源即可实时监测蒸汽干度;
d.在线连续监测蒸汽干度, 并定时打印;
e.成本低。
(1) 现场应用证明, 用电导率法测量蒸汽干度在理论上、技术上都是可行的, 打破了常规的人工化验分析干度的方法, 在双相流测试技术上有了很大的突破, 把双相流的计量变成单相流的计量, 用电导率测量蒸汽干度成为干度测试技术的新起点。
(2) 测试机理简单, 仪器使用方便, 测试精度高, 能自动监测显示干度, 节省了大量的化验药品和化验仪器;同时, 减轻了操作人员的劳动强度, 间接经济效益和社会效益显著。
(3) 实现了在线连续测量, 保障了锅炉安全运行, 为提高注汽质量、降低地下存水提供了依据。
摘要：本文介绍了新研制的一种便携式干度测试仪, 可直观地显示蒸汽干度, 实现了蒸汽干度的在线连续测量。
关键词：干度测试,便携
[1] 梁培, 余建军, 朱桂荣等.光纤传感用于油田热采的蒸汽干度测量[J].光学与光电技术, 2008, Vol.6 No.3:1-3.
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