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水(汽)流量测量装置类
联合式湿蒸汽流量、干度测量装置

1.概述

  目前,国内在稠油开采中,普遍采用注汽热采方式。注汽锅炉出口蒸汽干度通常为70%~80%左右,蒸汽输送到井口时,干度大约为45%~70%。准确监测和控制蒸汽的品质指标——蒸汽干度,计量管网的质量、热量流量,有相当的难度。通常,蒸汽干度是通过人工化验锅炉进水和冷凝水的耗酸值或电导率得到的。由于人工因素造成测量的不一致性和不确定性,导致注汽干度、流量的管理相对粗放,并由此可能产生能源的浪费和注汽质量的不稳定。况且,不连续的人工测量无法为自动控制蒸汽干度提供实时数据;为降低热采成本、提高工作效率,从监测、管理角度,湿蒸汽的流量测量势在必行。由于锅炉出口蒸汽干度的不断变化,同时管网中由于沿线热损造成的干度变化,使得传统方法无法满足湿蒸汽的质量流量测量。

  标准孔板、文丘里管是用于单相流体的传统测量元件,由于其结构简单、工作可靠、技术成熟,因而得到了广泛应用。在单相流标准孔板、文丘里管的基础上加以发展,根据汽、水两相流通过标准孔板、文丘里管的压降规律,建立数学模型,开发了联合式湿蒸汽流量、干度测量装置。

  该装置包含两项实用新型专利以及一项软件著作权,从2008年至今已有120余套设备运行在辽河油田SAGD项目,测点达到400多点,长期稳定的运行、准确的计量为辽河油田SAGD项目的热采生产提供了可靠的基础数据。

2.设备用途

  该设备作为独立的测量设备,不依附于其他的任何参考量,即可以直接串联安装到锅炉出口管路,也可以串联安装到支路管网或者井口平台进行质量流量测量及载热流量测量,为热采管理提供可靠的依据,将该设备安装到注汽锅炉的出口管路,可以在线测量出口湿蒸汽的干度。

  如果通过AO通道送出标准4mA~20mA干度信号,进入锅炉控制闭环系统,从而可以对出口湿蒸汽的干度进行PID自动调节,保证注汽锅炉的稳定运行及良好的蒸汽品质,同时提高注汽锅炉的热效率。

  该设备安装到支路管网,可以在线测量注汽管路的单井流量,如果通过AO通道送出标准4mA~20mA流量信号,进入电动调节阀,从而可以对单井流量进行PID自动调节,保证单井注汽量。

3.主要技术参数

管道规格:Dn50~Dn400 mm                     取压管规格:Φ16 x 3 mm

工作压力:2.5~22 MPa                        工作温度:< 427 ℃

接口形式:焊接                              量程范围:2.5~25 t/h

干度准确度:±5.0 %                          流量准确度:±5.0 %


  按测点的数量系列分为:单点测量、一头两尾、一头四尾、一头八尾,也可按用户要求的参数另行设计制造。


测点的数量

单点测量

一头两尾

一头四尾

一头八尾

型号系列

HL-2320LH(S)/11

HL-2320LH(S)/12

HL-2320LH(S)/14

HL-2320LH(S)/18

一次元件

标准孔板、经典文丘里管、冷凝器

变送器

温度变送、压力变送器、差压变送器

处理系统

工控机     15" 液晶触摸屏


4.结构特点及组成

  该测量系统由经过标定的标准孔板、经典文丘里管作为一次测量元件,高精度压力传感器、智能型差压变送器转换并传输标准信号,标准4mA~20mA信号经I/V转换成1V~5V电压信号,进入高速数据采集卡,然后在工控机中根据压力信号P调用汽、水性质模块计算出饱和水、饱和蒸汽的密度及比焓、汽化潜热,从而算出湿蒸汽的干度、质量流量、载热量,同时对质量流量、载热量进行累积运算。重要参数适时存储于数据库,作为历史数据以备后期调用。系统通过D/A通道输出干度、累积流量,供上位机使用。原理图如下:


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5.测量原理和计算方法

  将一标准孔板与一经典文丘里管串联于湿蒸汽管道中,根据质量守恒定律,流经两流量计的质量流量相同,管道经良好保温处理,忽略沿程热量损失及压力损失,湿蒸汽无相变,则流经两流量计的湿蒸汽干度也相同,这样两质量流量方程中只有质量流量qm与干度x两个未知数,联立方程求解,即可得出x值。将得出的干度值x代入质量流量方程求出瞬时质量流量,再对时间积分得出累积流量。


6.软件说明

6.1硬件配置

CPU 2.0G以上                 RAM 1 G 以上

显示器 15"液晶触摸屏         显示器分辨率 1024x768

6.2系统配置

Windows xp操作系统

Office2000 以上版本,建议Office2003 Professional

6.3系统功能

本软件具有参数在线设置、结果适时显示、历史数据查询、适时曲线、历史趋势曲线、历史数据打印等功能,操作简便。

系统保留近12个月的历史数据,可以按时间、安装位置查询;更久远的数据以隐藏文件存储于[备份数据]文件夹。

数据报表可生成Word文档也可直接打印。


7.操作说明

7.1登录

开机后软件自动运行、或者双击桌面的快捷键,界面如图1

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图1 软件系统登录界面

7.2主画面

系统登录后16秒后,自动进入主画面(图2),显示各测点的工作压力、工作温度、干度、流量等参数。

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图2 软件系统主画面界面

7.3参数设置画面

单击『设置』进入参数设置画面(图3),可以进行变送器量程设置、流量系数设置、节流件喉径设置、安装位号设置;采集卡参数框中,数据间隔可通过下拉参数选择写入历史数据库的时间间隔(1/3/5/10/15分钟),考虑数据库过大将影响系统的运行速度,在保证实际需要的前提下尽可能选择较大的时间间隔。滤波数量强烈建议不要改动,因为非法数据可能导致程序中断。

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图3 软件系统参数设置界面

7.4适时曲线画面

单击『适时曲线』进入适时曲线画面(图4),可以在管道位号的下拉选项中选择需要显示的管道位号,显示近三小时的质量流量、蒸汽干度、蒸汽压力、蒸汽温度趋势曲线。

7.5历史曲线画面

单击『历史曲线』进入历史曲线画面(图5),可以在选择历史数据框内的下拉选项中选择需要显示的月份、日期、管道位号,显示当日24小时的质量流量、蒸汽干度、蒸汽压力、累积流量历史曲线。快速数据查询可将鼠标指针置于相应曲线,自动显示当时的时间及数据值,时间间隔为15分钟。

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图4 软件系统适时曲线界面

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图5 软件系统历史曲线界面

7.5.1历史数据画面及数据输出

单击『历史数据』进入历史曲线画面(图6),首先在下拉选项中选择需要显示的月份、日期、管道位号,点击『查询』显示当日24小时的质量流量、蒸汽干度、蒸汽压力、累积流量等历史数据。

 只有当历史数据画面激活后,『输出数据』按钮可用,如果需要打印数据报表或者生成数据报表Word文档,首先在选择下拉选项中选择需要显示的月份、日期、管道位号,点击『查询』显示出当日24小时的质量流量、蒸汽干度、蒸汽压力、累积流量等历史数据。然后点击『输出数据』,输出 过程中会出现『输出选择』,选择『Yes』直接打印报表,选择『No』生成Word文档报表,位于安装目录下的历史数据文件夹。

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图6 软件系统历史数据界面

7.5.2模拟输入信号的修正

在需要模拟信号通道输入标准信号值,单击『设置』进入参数设置画面(图7),观察相应通道的显示值。

 如果显示值与输入的真实值偏差较大,须进行修正,方法:双击显示值的控件,则弹出修正界面,只须在修正界面的输入框中添入真实值,单击『确认』即可;如果需要取消修正,只须使修正界面的输入框为空值或零,单击『确认』即可。如果系统提示‘无操作权限’,单击『管理』下拉菜单的密码输入,填入正确的用户名称及密码,单击『确定』即可获得操作权限。

具体修正值由软件自动计算并存储。

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图7 软件系统模拟输入量修正界面

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