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

汽液兩相流計量比對裝置的設(shè)計原理及實驗步驟

由于稠油的黏度大、流動性差、凝固點高等因素決定了稠油難以像稀油那樣直接采出，在實際生產(chǎn)過程中，90%以上依靠蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)動進(jìn)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(chǎn)。注入蒸汽無法計量造成了實際注入單井的蒸汽成了未知量，而依靠人工經(jīng)驗計算的蒸汽注入量精度不高，因而在實際生產(chǎn)過程中造成了蒸汽利用率低、浪費大的現(xiàn)象�，F(xiàn)有的濕蒸汽計量裝置，就目前來看還沒有合適的性能評價方法。
本文的目的是論述一種適合油田生產(chǎn)的濕蒸汽計量裝置，并建立相應(yīng)的評價方法，結(jié)合國內(nèi)外濕蒸汽計量方法，研究開發(fā)出適合油田生產(chǎn)條件的蒸汽計量比對裝置。
一、設(shè)計原理
濕飽和蒸汽計量的難點在于其為汽、液兩相流，且隨著壓力的變化液體水和汽之間會發(fā)生轉(zhuǎn)換。對其進(jìn)行質(zhì)量流量、干度、焓等參數(shù)的準(zhǔn)確測量計算已成為蒸汽應(yīng)用過程中的一項極為重要的工作。然而，濕蒸汽是典型的汽液兩相流，受其流動機理的復(fù)雜性影響，其參數(shù)僅依靠理論分析和計算很難準(zhǔn)確建模和描述，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(jìn)行分離，得到單一相態(tài)的汽和飽和水，再用標(biāo)準(zhǔn)表對分離出的水、汽分別進(jìn)行計量，計量后的汽和水重新?lián)交斐蓾耧柡驼羝�，通過摻混前后蒸汽的熱力學(xué)性質(zhì)不變的原理，計算出濕飽和蒸汽的流量、干度，以此為標(biāo)準(zhǔn)值實現(xiàn)對被檢表的校準(zhǔn)，該方法已經(jīng)申請國家專利。
二、現(xiàn)場工藝
現(xiàn)場工藝流程如圖2所示，汽源采用11.5t/h移動注汽鍋爐，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過F5閥門進(jìn)入汽水分離器，分離出的汽通過蒸汽流量計進(jìn)行體積流量計量，分離出的水通過熱水流量計進(jìn)行體積流量計量，同時在蒸汽流量計與熱水流量計前端安裝有壓力、溫度儀表，根據(jù)水和水蒸氣熱力性質(zhì)公式IAPWS-IF97計算在不同壓力下的汽、水的密度及焓，配合體積流量計計算出汽、水質(zhì)量流量、干度、熱量等參數(shù)。計算方法如下：
qm總＝qm水＋qm汽
X＝qm汽/qm總
式中：qm總———總質(zhì)量流量；qm水———水質(zhì)量流量；qm汽———汽質(zhì)量流量；X———干度。
由于移動鍋爐蒸汽輸出有下限限制，因而采用閥門F7與F5配合用以分流進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的蒸汽總量，閥門F11與F12用來分流出一部分水用以提高標(biāo)定系統(tǒng)的蒸汽干度。
Fz和Fs為汽、水取樣裝置，用以檢驗汽水分離器的分離效率。FD1為電動調(diào)節(jié)閥，用以調(diào)節(jié)分離器的液位，F(xiàn)13為系統(tǒng)調(diào)壓閥，用以提高或者降低系統(tǒng)壓力。

圖1　蒸汽計量比對裝置原理示意

圖2　蒸汽計量比對裝置現(xiàn)場工藝流程示意

三、汽水分離器效率驗證
該裝置的基本技術(shù)路線是將濕蒸汽分離為干飽和氣與飽和水，如果分離效果達(dá)不到設(shè)計要求，分離后的介質(zhì)仍然是兩相流，則計量數(shù)據(jù)不可靠。因此，需要對分離后的介質(zhì)是否為單相流進(jìn)行驗證。
1.化學(xué)分析法
蒸汽狀態(tài)的水不含有氯離子，通過化驗飽和水及蒸汽中的氯離子的量濃度，可以得出汽中液態(tài)水的量濃度，氯離子化驗結(jié)果見表1所列。

續(xù)表1

通過表1可以看出，分離后的汽中氯離子的量濃度非常低。經(jīng)計算，其液態(tài)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.098％，即分離后的蒸汽干度為99.002％，達(dá)到了99.9％的設(shè)計目標(biāo)。
2.分離器液位控制
汽水分離器分離效果的好壞更多地反應(yīng)在氣路是否含液上，只要保證液位控制在設(shè)計區(qū)間，即可保證液中不含氣體。分離器的液位設(shè)計高度為325～675mm，裝置平穩(wěn)工作后，分離器的平均液位一直保持在525mm左右，只有在壓力調(diào)節(jié)時會發(fā)生少量波動，滿足了設(shè)計要求，可以保證水中沒有氣體。汽水分離器的液位趨勢變化如圖3所示。

圖3　汽水分離器的液位趨勢示意

相態(tài)驗證結(jié)論：分離后的干飽和蒸汽和水為單相流，可以用普通流量計進(jìn)行計量。
四、試驗結(jié)果
鍋爐流量為移動鍋爐來水質(zhì)量流量，由鍋爐自帶孔板流量計測量；鍋爐干度采用手持電導(dǎo)率儀進(jìn)行測量；平均干度、平均流量為標(biāo)定裝置2h內(nèi)測量結(jié)果的算術(shù)平均值，2個/s采集點，如圖4所示。從實驗結(jié)果來看，質(zhì)量流量、干度相對偏差在5%以內(nèi)。

圖4　質(zhì)量流量和干度實驗結(jié)果相對偏差示意

五、結(jié)束語
從圖4可以看出，實驗范圍內(nèi)的流量、干度相對于鍋爐進(jìn)水量與鍋爐化驗干度的偏差在5%以內(nèi)。由于鍋爐進(jìn)水量、干度測量存在一定偏差，因而系統(tǒng)偏差應(yīng)該小于5%。

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