V锥流量计在蒸汽干度计量中的应用.pdf

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1、化工自动化及仪表第39卷V锥流量计在蒸汽干度计量中的应用张国军1冲龙涉。杜义朋‘张纯静‘官学源。谷文渊2魏鹏飞2(1．辽宁石油化工大学石油与天然气工程学院，辽宁抚顺11300l；2．中国石油管道锦州输油气分公司，辽宁锦州12lOoo)摘要针对稠油开采过程中采用人工化验法进行蒸汽干度测量时，随机性强且稳定性差的缺陷，采用v雏流量计结合流体体积变化法测量蒸汽干度．在线监测蒸汽干度及蒸汽压力等参数。通过分析蒸汽千度与蒸汽压力以及V锥流量计测得的压差之间的关系，证实蒸汽压力、流量扣压差是影响蒸汽干度的主要因素，得出蒸汽干度与压差值成近似一次函数关系的结论。关键词V锥流量计流体体积变

2、化法蒸汽干度蒸汽压力等效直径比中图分类号TH814文献标识码B文章编号1000-3932(2012)09-lll8-04稠油开采已成为我国石油开采的重要部分，目前采用的注蒸汽开采手段有蒸汽吞吐和蒸汽驱动两种方法⋯。油田注汽采用的是湿饱和蒸汽，即汽、水两相混合物，蒸汽干度指单位质量内饱和蒸汽占湿蒸汽的质量百分数。蒸汽干度越高说明能量的利用率越高，采油效率也相应提高。蒸汽干度过低会影响热采效率，而蒸汽干度过高则管壁易结垢，不仅浪费热量，影响热量传递，也可能引起锅炉爆管。注汽锅炉控制系统的核心是蒸汽干度控制系统，因此对蒸汽干度的精确测量意义重大。传统干度测量方法通常采用人工化验法

3、，在油田热注作业中被广泛采用，该方法的测量精度较高，但需要每隔几个小时就进行一次测量，因此相关人员的劳动强度较大，而且测量数据的随机性较强、稳定性差。笔者将V锥流量计运用到稠油注汽测量过程中，在线实时检测蒸汽干度及蒸汽压力等参数的变化，实现蒸汽干度的连续测量，以提高测量效率，及时反映注汽锅炉的运行情况，同时降低工人的劳动强度。1V锥流量计简介V锥流量计具有压力损失小、可靠、精度高及对前／后管段要求低等特点，既可以测量气体又可以测量液体的体积流量旧J】。其主要组成部分是无缝钢管、内部节流锥体以及锥体与钢管的连接部分，锥体前端和锥体最大节流处各有一个取压口，来流方向为高压取压口

4、(即锥体最尖端)，另一个为低压取压口，试验用V锥流量计的结构如图l所示。嗽图lV锥流量计结构示意图2V锥流量计的测量原理在流量计的应用中，直径比是一个重要参数。对于V锥流量计而言，流体流经的空间为一个圆环，需将此圆环的面积等效为圆面积，此圆面积与圆环面积相等，因此V锥流量计的直径比是一个等效直径比。设管道内径为D，节流锥体最大节流处横截面的直径为d，则等效直径比口的计算式为：。E卢=鼍=√s．÷∥一÷柑÷霄D2式中s。——锥体最大节流处横截面积，mm2；s：——管道内横截面积，mm2。根据连续性方程和伯努力方程推导出锅炉给水量g，的计算式为：收稿日期：2012．04-lO(

5、惨改稿)第9期张国军等．V锥流量计在蒸汽干度计量中的应用铲击x≯2矿√警㈤吼2—雨}x护D√彳∞’式中却——检测段压差，Pa；g。——锅炉给水体积流量，m3／s；p——节流件上游处流体密度，kg／m3。由于在取压口处测得的压差是一个瞬时值，而式(2)中的卸是静压力。考虑V锥连接部件对压差的影响，以便对压差进行修正；同时针对蒸汽这种可压缩流体引入膨胀系数占，对密度进行修正，经修正后得到流体体积流量的计算式为：旷游×和2矿√竽㈩式中“~／秘——流出系数；占——膨胀系数，对于可压缩流体，占<1。流出系数c为实际流量与理论流量的比值，其计算式为：c：!!：!!：垡f4)·和2D2√

6、警经过修正后的流出系数c=“~／僻。3蒸汽干度检测系统笔者设计的蒸汽干度检测系统由V锥流量计、差压变送器、压力变送器、温度传感器、PLc和Pc机组成。该试验在某采油厂热注站进行，将现场工况检测所得数据与实验室流量计流量标定系统标定所得的V锥流量计测得的流量进行对比，二者的误差在0．8％以内。热注站有一台额定蒸汽流量为23t的注汽锅炉，其额定压力为17，5MPa，由于锅炉使用年限已久，在实际应用中将最高蒸汽流量设为18∥h，额定压力设为16．5MPa。给水被锅炉加热后成为湿蒸汽，其质量不变，但在出口处体积增加，由于出口处的蒸汽干度与蒸汽体积成正比，锅炉给水流量、燃料供给压力、

7、燃烧器燃烧状况及蒸汽压力等参数均对蒸汽干度产生影响H]。在锅炉给水入口和蒸汽出口处均安装V锥流量计，通过对采油注汽锅炉的蒸汽压力、蒸汽温度、锅炉给水温度、压差和压力这些参数的测量，结合以上各个参数得到蒸汽体积膨胀量，由PLC对以上测得的参数进行计算，得到注汽锅炉的蒸汽干度¨1，其关系式如下：疋=．，<△p，q，，7’，p)(5)式中p——湿蒸汽压力，MPa；卜湿蒸汽温度，K；x——蒸汽干度，％。4试验过程稠油开采注汽锅炉蒸汽干度检测系统的试验装置由注汽锅炉、V锥流量计(检测段)、差压变送器、压力变送器、温度传感器、