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  • V錐流量計(jì)在蒸汽流量計(jì)量中的應(yīng)用 渦街流量計(jì)

V錐流量計(jì)在蒸汽流量計(jì)量中的應(yīng)用 渦街流量計(jì)

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V錐流量計(jì)在蒸汽流量計(jì)量中的應(yīng)用,將V錐流量計(jì)運(yùn)用到稠油注汽測(cè)量過程中,在線實(shí)時(shí)檢測(cè)蒸汽干度及蒸汽壓力等參數(shù)的變化,實(shí)現(xiàn)蒸汽干度的連續(xù)測(cè)量,以提高測(cè)量效率,及時(shí)反映注汽鍋爐的運(yùn)行情況,同時(shí)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
V錐流量計(jì)在蒸汽流量計(jì)量中的應(yīng)用 渦街流量計(jì) 產(chǎn)品詳情

V錐流量計(jì)在蒸汽流量計(jì)量中的應(yīng)用,石油開采工業(yè)中,關(guān)于稠油開采已成為我國石油開采的重要部分,目前采用的注蒸汽開采手段有蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)動(dòng)兩種方法。油田注汽采用的是濕飽和蒸汽,即汽、水兩相混合物,蒸汽干度指單位質(zhì)量?jī)?nèi)飽和蒸汽占濕蒸汽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。蒸汽干度越高說明能量的利用率越高,采油效率也相應(yīng)提高。蒸汽干度過低會(huì)影響熱采效率,而蒸汽干度過高則管壁易結(jié)垢,不僅浪費(fèi)熱量,影響熱量傳遞,也可能引起鍋爐爆管。注汽鍋爐控制系統(tǒng)的核心是蒸汽干度控制系統(tǒng),因此對(duì)蒸汽干度的**測(cè)量意義重大。傳統(tǒng)干度測(cè)量方法通常采用人工化驗(yàn)法,在油田熱注作業(yè)中被廣泛采用,該方法的測(cè)量精度較高,但需要每隔幾個(gè)小時(shí)就進(jìn)行一次測(cè)量,因此相關(guān)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大,而且測(cè)量數(shù)據(jù)的隨機(jī)性較強(qiáng)、穩(wěn)定性差。

本文針對(duì)稠油開采過程中采用人工化驗(yàn)法進(jìn)行蒸汽干度測(cè)量時(shí),隨機(jī)性強(qiáng)且穩(wěn)定性差的缺陷,采用V 錐流量計(jì)結(jié)合流體體積變化法測(cè)量蒸汽干度,在線監(jiān)測(cè)蒸汽干度及蒸汽壓力等參數(shù)。通過分析蒸汽干度與蒸汽壓力以及V 錐流量計(jì)測(cè)得的壓差之間的關(guān)系,證實(shí)蒸汽壓力、流量和壓差是影響蒸汽干度的主要因素,得出蒸汽干度與壓差值成近似一次函數(shù)關(guān)系的結(jié)論。關(guān)鍵詞V 錐流量計(jì)流體體積變化法蒸汽干度蒸汽壓力等效直徑比
筆者將V錐流量計(jì)運(yùn)用到稠油注汽測(cè)量過程中,在線實(shí)時(shí)檢測(cè)蒸汽干度及蒸汽壓力等參數(shù)的變化,實(shí)現(xiàn)蒸汽干度的連續(xù)測(cè)量,以提高測(cè)量效率,及時(shí)反映注汽鍋爐的運(yùn)行情況,同時(shí)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
1 V 錐流量計(jì)簡(jiǎn)介
V 錐流量計(jì)具有壓力損失小、可靠、精度高及對(duì)前/后管段要求低等特點(diǎn),既可以測(cè)量氣體又可以測(cè)量液體的體積流量[2,3]。其主要組成部分是
無縫鋼管、內(nèi)部節(jié)流錐體以及錐體與鋼管的連接部分,錐體前端和錐體*大節(jié)流處各有一個(gè)取壓口,來流方向?yàn)楦邏喝嚎? 即錐體***) ,另一個(gè)為低壓取壓口,試驗(yàn)用V 錐流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
V錐流量計(jì)
圖1 V 錐流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖
2 V 錐流量計(jì)的測(cè)量原理
在流量計(jì)的應(yīng)用中,直徑比是一個(gè)重要參數(shù)。對(duì)于V 錐流量計(jì)而言,流體流經(jīng)的空間為一個(gè)圓環(huán),需將此圓環(huán)的面積等效為圓面積,此圓面積與圓環(huán)面積相等,因此V 錐流量計(jì)的直徑比是一個(gè)等效直徑比。設(shè)管道內(nèi)徑為D,節(jié)流錐體*大節(jié)流處橫截面的直徑為d,則等效直徑比β 的計(jì)算式為:
V錐流量計(jì)公式
3 蒸汽干度檢測(cè)系統(tǒng)
筆者設(shè)計(jì)的蒸汽干度檢測(cè)系統(tǒng)由V 錐流量計(jì)、差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器、PLC 和PC 機(jī)組成。該試驗(yàn)在某采油廠熱注站進(jìn)行,將現(xiàn)場(chǎng)工況檢測(cè)所得數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室流量計(jì)流量標(biāo)定系統(tǒng)標(biāo)定所得的V 錐流量計(jì)測(cè)得的流量進(jìn)行對(duì)比,二者的誤差在0. 8%以內(nèi)。熱注站有一臺(tái)額定蒸汽流量為23t 的注汽鍋爐,其額定壓力為17. 5MPa,由于鍋爐使用年限已久,在實(shí)際應(yīng)用中將*高蒸汽流量設(shè)為18t /h,額定壓力設(shè)為16. 5MPa。
給水被鍋爐加熱后成為濕蒸汽,其質(zhì)量不變,但在出口處體積增加,由于出口處的蒸汽干度與蒸汽體積成正比,鍋爐給水流量、燃料供給壓力、燃燒器燃燒狀況及蒸汽壓力等參數(shù)均對(duì)蒸汽干度產(chǎn)生影響[4]。在鍋爐給水入口和蒸汽出口處均安裝V 錐流量計(jì),通過對(duì)采油注汽鍋爐的蒸汽壓力、蒸汽溫度、鍋爐給水溫度、壓差和壓力這些參數(shù)的測(cè)量,結(jié)合以上各個(gè)參數(shù)得到蒸汽體積膨脹量,由PLC 對(duì)以上測(cè)得的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,得到注汽鍋爐的蒸汽干度[5],其關(guān)系式如下:
V錐流量計(jì)公式
4 試驗(yàn)過程
稠油開采注汽鍋爐蒸汽干度檢測(cè)系統(tǒng)的試驗(yàn)裝置由注汽鍋爐、V 錐流量計(jì)( 檢測(cè)段) 、差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器、PLC 及PC 機(jī)等組成[6]。檢測(cè)段為V 錐流量計(jì)( 內(nèi)徑73mm,等效直徑比0. 72) ,內(nèi)部V 錐是節(jié)流裝置,整個(gè)檢測(cè)段安裝在注汽鍋爐的蒸汽出口處,與蒸汽管線串聯(lián),檢測(cè)段共兩個(gè)引壓口,來流方向?yàn)楦邏喝憾耍硪粋€(gè)為低壓取壓端,蒸汽流經(jīng)檢測(cè)段,壓力由檢測(cè)段引壓口導(dǎo)出。壓力變送器連接到檢測(cè)段高壓引壓口上,差壓變送器連接到兩個(gè)引壓口上,得到高壓取壓口與低壓取壓口的壓力差。連接過程需要注意高、低壓引壓端的連接方向,溫度傳感器安裝在檢測(cè)段前端管線處,壓力變送器、差壓變送器、溫度傳感器分別與PLC 和PC 機(jī)連接,將測(cè)得的信號(hào)輸入PLC,檢測(cè)段參數(shù)在程序中設(shè)置好,蒸汽體積流量由式( 1) 、( 4) 求出,將鍋爐給水流量、溫度、蒸汽壓力和檢測(cè)段壓差作為輸入量,以蒸汽干度作為輸出量。
注汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過鍋爐出口管線流經(jīng)檢測(cè)段,在檢測(cè)段處通過壓力變送器和差壓變送器得到壓力與壓差,溫度由熱電偶測(cè)得。試驗(yàn)所用鍋爐的蒸汽流量為18t /h,試驗(yàn)過程中分別調(diào)節(jié)蒸汽流量為15、16、17、18t /h,油田為了提高采油效率,蒸汽干度一般控制在75%; 試驗(yàn)過程中蒸汽干度由60%升至80%,每間隔約5% 作為一個(gè)干度監(jiān)測(cè)點(diǎn),由V 錐流量計(jì)在取壓口測(cè)得對(duì)應(yīng)干度下的壓力和溫度[7,8]。人工化驗(yàn)法檢測(cè)蒸汽干度χ 的計(jì)算式為:
V錐流量計(jì)公式
本試驗(yàn)以人工化驗(yàn)方法連續(xù)檢測(cè)得到的蒸汽干度作為參照,將參照值與筆者設(shè)計(jì)的V 錐流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)得到的干度值作對(duì)比,具體的對(duì)比曲線如圖2 所示,可以看出通過V 錐流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的蒸汽干度具有較好的準(zhǔn)確性,其誤差在3%以內(nèi),可以實(shí)現(xiàn)較為**的在線測(cè)量,得到蒸汽干度與蒸汽壓力的連續(xù)關(guān)系,及時(shí)反映蒸汽干度的變化情況和對(duì)應(yīng)的蒸汽壓力。
V錐流量計(jì)公式
圖2 蒸汽干度的人工化驗(yàn)值與V 錐
流量計(jì)檢測(cè)值對(duì)比曲線注汽鍋爐出口蒸汽干度與壓力的關(guān)系如圖3所示,蒸汽壓力對(duì)蒸汽干度的影響很大,蒸汽干度隨著壓力的升高而增大,對(duì)于不同的蒸汽流量都存在一個(gè)蒸汽壓力,在低于該壓力值的情況下,蒸汽干度隨蒸汽壓力的升高變化不大,超過此壓力值時(shí)蒸汽干度隨蒸汽壓力的升高增加很快。由于蒸汽干度較低時(shí)壓力也很低,干度對(duì)蒸汽的影響不明顯,曲線出現(xiàn)交叉; 隨著時(shí)間的推移,油井注汽量逐漸增大,井壓也隨之變化,導(dǎo)致不同蒸汽流量在相同壓力下具有相同的蒸汽干度。
V錐流量計(jì)公式
圖3 蒸汽干度與蒸汽壓力的關(guān)系曲線
蒸汽流量對(duì)蒸汽干度的影響也很大,在相同壓力時(shí),蒸汽流量越大蒸汽干度越低。當(dāng)蒸汽干度相同時(shí),對(duì)于不同的蒸汽流量,需要的蒸汽壓力也不相同; 對(duì)于同一蒸汽干度,蒸汽壓力隨蒸汽流量的升高而升高,注汽鍋爐的額定壓力決定了蒸汽流量。由圖4 可以看出,在同一蒸汽流量下蒸汽干度與壓差成近似一次函數(shù)關(guān)系,蒸汽干度隨檢測(cè)段壓差的增大而增大,不同蒸汽流量下蒸汽干度與壓差形成的曲線為近似平行直線。將蒸汽干度以5%為間隔,從60%調(diào)節(jié)到80%,蒸汽壓差的變化范圍為7. 08 ~ 12. 04kPa,蒸汽流量每提高1t /h,在達(dá)到相同干度的情況下壓差變化相近。壓差與干度的這種對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)于估計(jì)蒸汽干度能提供一定的參考。
V錐流量計(jì)公式
圖4 蒸汽干度與壓差的關(guān)系曲線
5 結(jié)束語
筆者設(shè)計(jì)的稠油開采注汽鍋爐蒸汽干度V錐流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)已投入實(shí)際應(yīng)用,能夠?qū)ψ⑵仩t的給水量和出口蒸汽流量進(jìn)行實(shí)時(shí)、**測(cè)量; 對(duì)影響蒸汽干度的蒸汽壓力、蒸汽流量及壓差等重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,通過調(diào)節(jié)參數(shù),對(duì)于單一油井蒸汽干度實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確測(cè)量。蒸汽干度與V錐流量計(jì)測(cè)得的壓差具有近似的一次函數(shù)關(guān)系,在注汽鍋爐運(yùn)行過程中對(duì)其壓力及壓差等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié),保障注汽鍋爐的安全運(yùn)行,對(duì)稠油開采的持續(xù)、穩(wěn)定進(jìn)行具有重要意義。
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