主頁 > 新聞動態 > 汽液兩相流計量比對裝置的設計原理及實（shí）驗步驟（zhòu）2021-11-23

汽液兩（liǎng）相流計量比對裝（zhuāng）置的設計原（yuán）理及（jí）實驗步驟

由於稠油的黏度大、流動性差、凝固（gù）點高等（děng）因素決定了稠油難以像（xiàng）稀油那樣直接采出，在實際生產過程中，90%以（yǐ）上依靠蒸汽吞吐或（huò）蒸汽（qì）驅動進行稠油開采。而在蒸汽注入過程中，蒸汽的計量問題卻一直困擾著稠油生產。注入蒸汽無法計量造成了實際（jì）注入單井的蒸汽成了（le）未知量，而依靠（kào）人工經（jīng）驗計算的蒸汽注入量（liàng）精度不高（gāo），因而在實際生產過程中造成了蒸汽利（lì）用率低、浪費大的現象。現有的濕蒸汽計（jì）量裝置，就目（mù）前來看還沒有合適的性能評價方（fāng）法。
本文的目的是論述（shù）一種適合油田生產（chǎn）的濕蒸汽計量裝置，並建立相應的評價方法，結合國內外濕蒸汽計量方法，研究開發出適合油田生產條件的蒸汽計量比對裝置。
一、設計原理
濕飽和蒸汽計量（liàng）的（de）難點在於其為汽、液兩相流，且隨著（zhe）壓力的變化液體水和汽（qì）之間會發生轉（zhuǎn）換。對其進（jìn）行（háng）質量流量、幹度、焓等參數的準（zhǔn）確測量計算已成為（wéi）蒸汽應用過程中的一項極為重（chóng）要的工作。然而，濕蒸汽是典（diǎn）型的（de）汽液兩（liǎng）相流，受其流動機理的複雜性影響，其（qí）參數僅依靠（kào）理論分（fèn）析（xī）和計（jì）算很難準確建模和（hé）描（miáo）述，還必須依賴實驗修正。蒸汽計量比對裝置原理如圖１所示，該裝置采用分離法對飽和蒸汽進行分離，得到單一相態的汽和飽和水，再用標準（zhǔn）表對分離（lí）出的水、汽（qì）分別進行計量，計量後的（de）汽和水重新摻（chān）混成濕飽和蒸汽，通過（guò）摻（chān）混前後蒸（zhēng）汽的熱力學性質不變的原理，計（jì）算出濕（shī）飽和蒸汽的流量、幹度，以此為標準值實現對被檢表的校準，該（gāi）方法已經申請國（guó）家（jiā）專利。
二、現場工藝
現場（chǎng）工藝流程如圖2所示（shì），汽源采用11.5t/h移動注（zhù）汽鍋爐，鍋爐產（chǎn）生的（de）蒸汽經過F5閥門（mén）進（jìn）入汽水分離器，分離出的汽通過蒸汽流量計進行體積流量計量，分離（lí）出的水通過熱水流量計進（jìn）行體積流量（liàng）計（jì）量，同時在蒸（zhēng）汽流量計與熱水流量計前（qián）端安裝有壓力、溫度儀表，根據水（shuǐ）和水蒸氣熱力（lì）性（xìng）質公式IAPWS-IF97計算在不同壓力下的汽、水的（de）密度及（jí）焓，配（pèi）合體積流量計計算出汽、水質量（liàng）流量、幹度（dù）、熱量等參數。計算方法如下：
qm總（zǒng）＝qm水＋qm汽
X＝qm汽/qm總
式中：qm總———總質量流量；qm水———水質量（liàng）流量；qm汽———汽質量流量；X———幹度。
由於移動鍋爐蒸汽輸（shū）出有下限限（xiàn）製，因而采用閥（fá）門F7與F5配合用以分流進入標準係統的蒸汽（qì）總量，閥門F11與F12用來分流出一（yī）部分水用以提（tí）高標定係統的蒸汽幹度。
Fz和Fs為汽、水（shuǐ）取樣裝置，用以檢（jiǎn）驗汽水分離器的分離效率（lǜ）。FD1為電動調（diào）節閥，用（yòng）以調節分離器（qì）的液位（wèi），F13為係統調壓閥，用以提高或者降低係（xì）統壓力。

圖（tú）1　蒸汽計量（liàng）比對（duì）裝置原理示（shì）意

圖2　蒸汽計量比對裝置現場工藝流程示意

三、汽水分離器效率驗證
該裝置的基本技（jì）術路線是將濕蒸汽分離為幹飽和氣與飽和水，如果（guǒ）分離效果（guǒ）達不到設計要求，分離後的介質仍然是兩相流，則計量數據不可靠。因此，需要對分離後的介質是否為單相（xiàng）流進（jìn）行驗證。
1.化學分析法
蒸汽狀態（tài）的（de）水不含有氯離（lí）子，通過化驗飽（bǎo）和水及蒸汽中的氯離子的量（liàng）濃度，可（kě）以得出（chū）汽中液態水的量濃度，氯離子化驗結（jié）果見表1所（suǒ）列。

續表1

通過表1可以（yǐ）看出，分離後的汽中氯離子的量濃度非常低（dī）。經計算，其液態水的質量分數為0.098％，即分離後的蒸汽幹度為99.002％，達到了99.9％的設計目標。
2.分離器液位（wèi）控製
汽水分離器分離效果（guǒ）的好壞更多地反應在（zài）氣路是否含液上，隻要保證（zhèng）液位控製在設計區間，即可保證液中不含氣體。分離（lí）器的液位設計高度為325～675mm，裝置平穩工作後，分離器的平（píng）均液位一直保持在525mm左右，隻有在壓力調節時會發生少量波動，滿足了設計要求，可以保證水中沒有氣體。汽（qì）水分離器的（de）液位趨勢（shì）變（biàn）化如圖3所示。

圖3　汽水分離器的液位趨（qū）勢示意

相態（tài）驗證結論：分離後的幹飽和蒸汽和（hé）水為單相流，可以用普通流量計進行計量。
四、試驗結果
鍋爐流量為移動鍋爐來水質量流量，由鍋爐自帶（dài）孔板流（liú）量計測量；鍋爐幹度采用手持電導率（lǜ）儀進行測量；平均幹度、平均流量（liàng）為標定裝置2h內測量結果的（de）算術平均值，2個/s采（cǎi）集點，如圖4所示。從實驗結（jié）果來看，質量流量（liàng）、幹度相（xiàng）對偏差在5%以內。

圖4　質量流量和（hé）幹度實驗結（jié）果相對偏差示意

五、結束語
從圖4可以看出，實驗範圍內的（de）流量、幹（gàn）度相（xiàng）對於鍋爐進水量與鍋爐化驗幹度的偏差在5%以（yǐ）內。由於鍋爐進水量、幹度（dù）測量存在一（yī）定偏差，因而係統偏差應該小於5%。

汽液兩（liǎng）相流計量比對裝（zhuāng）置的設計原（yuán）理及（jí）實驗步驟

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