專利名稱：一種蒸汽流量計量裝置及計量方法
技術領域：
本發明涉及蒸汽流量及熱值的在線計量技術領域，特別在油田蒸汽驅動稠油生產過程中，可以用來實現對注入蒸汽進行實時計量的一種蒸汽流量計量裝置，本發明還包括使用該計量裝置計量蒸汽流量的計量方法。
背景技術：
蒸汽是石油化工企業重要的二次能源，從企業效益出發，降低生產成本需要降低對蒸汽的消耗。談節能降耗，首先是能源計量，在油田蒸汽驅動稠油生產過程中，只有對注入蒸汽實施了準確計量，才能夠明確節能的量化指標。近年來，國內稠油資源的不斷勘探和開發，90%以上依靠蒸汽吞吐或蒸汽驅動進行稠油開采，但由于注入蒸汽高溫高壓氣液夾帶的特殊性，在準確計量方面存在諸多困難，長期以來一直是流量測量中的老大難問題。目前，工業中通常采用渦街流量計、差壓式流量計(以孔板流量計為代表)或彎管流量計對蒸汽進行計量。計量蒸汽常用質量流量，質量流量大小與蒸汽的密度有關，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的壓力及溫度的影響。在蒸汽計量過程中，隨著熱汽壓力及溫度的不斷變化，密度也隨著變化，使質量流量也隨著變化，如果計量儀表不能跟蹤這種變化，勢必造成較大的計量誤差。因此，在蒸汽計量過程中一般都通過壓力及溫度補償來達到密度補償。但由于蒸汽是比較特殊的介質，隨著工況如溫度、壓力的變化，單相性質的過熱蒸汽經常會轉變為飽和蒸汽，形成氣液兩相流介質，這樣就使得傳統的單相儀表很難實時反映這種變化，更不可能對“飽和蒸汽”和“飽和水”進行實時分別準確計量。

發明內容
本發明所要解決的技術問題就是克服傳統儀表不能實時跟蹤蒸汽計量中相變狀態，提供一種采用單能伽馬測蒸汽干度加文丘里測總質量流量的技術路線，可以直接實現在線測量蒸汽中汽液兩相的各自質量，從而得到總流量熱值的一種蒸汽流量計量裝置，本發明還提供使用該計量裝置計量蒸汽流量的計量方法。本發明的技術問題通過下述技術方案解決
本發明的第一種蒸汽計量裝置，包括一管線，管線入口裝一入口連接法蘭，入口連接法蘭之后的管線上依次裝有溫度變送器和壓力變送器，所述的管線為水平管線，所述水平管線上在壓力變送器之后連接文丘里，所述文丘里的入口上游或者喉部設一單能伽馬傳感器，所述文丘里上裝一差壓變送器，用以實時測量流體流過文丘里產生的差壓值，文丘里之后為管線出口。本發明的第二種蒸汽計量裝置，包括一管線，管線入口端裝一入口連接法蘭，所述的管線為豎直管線，所述豎直管線上入口連接法蘭之后連接一入口盲三通，入口盲三通上依次裝有溫度變送器和壓力變送器，在壓力變送器之后連接文丘里，所述文丘里的入口上游或者喉部設一單能伽馬傳感器，所述文丘里上裝一差壓變送器，用以實時測量流體流過文丘里產生的差壓值，文丘里之后為管線出口。
本發明的第三種蒸汽計量裝置，包括一管線，管線入口端裝一入口連接法蘭，所述的管線為倒U型管線，所述倒U型管線上入口連接法蘭之后連接一入口盲三通，入口盲三通上依次裝有溫度變送器和壓力變送器，在壓力變送器之后連接文丘里，所述文丘里的入口上游或者喉部設一單能伽馬傳感器，所述文丘里上裝一差壓變送器，用以實時測量流體流過文丘里產生的差壓值，文丘里之后為管線出口。所述的單能伽馬傳感器測量蒸汽截面相分率和蒸汽截面干度。上述三種蒸汽計量裝置計量蒸汽的方法，包括以下步驟
1)由單能伽馬傳感器測量飽和蒸汽相分率CT；
2)由壓力變送器和溫度變送器實時測量管道壓力和溫度；
3)計算飽和水和飽和蒸汽的密度，得到流體的混合密度P—和蒸汽干度X；
4)利用文丘里管測量總流量差壓值ΔΡ,對測量的數據進行計算，求得總質量流量率飽和蒸汽流量率O1和飽和水流量率；
5)對汽液相速度差帶來的測量飽和蒸汽流量率β和真實飽和蒸汽流量率ρ/的差
值、飽和水流量率β2和真實飽和水流量率ρ/的差值AqJ4157k采用汽液環狀流滑差解析解的方法進行補償。所述的蒸汽干度通過伽馬射線吸收公式計算得到
其中
權利要求
1.一種蒸汽計量裝置，包括一管線，管線入口裝一入口連接法蘭(1)，入口連接法蘭 (1)之后的管線上依次裝有溫度變送器(2)和壓力變送器(3)，其特征在于所述的管線為水平管線(10)，所述水平管線(10)上在壓力變送器(3)之后連接文丘里(6)，所述文丘里(6) 的入口上游或者喉部設一單能伽馬傳感器(5)，所述文丘里(6)上裝一差壓變送器(5)，用以實時測量流體流過文丘里產生的差壓值，文丘里(6)之后為管線出口(7)。
2.一種蒸汽計量裝置，包括一管線，管線入口端裝一入口連接法蘭(1)，其特征在于所述的管線為豎直管線(11)，所述豎直管線(11)上在入口連接法蘭(1)之后連接一入口盲三通(8 )，入口盲三通(8 )上依次裝有溫度變送器(2 )和壓力變送器(3 )，壓力變送器(3 )之后連接文丘里(6)，所述文丘里(6)的入口上游或者喉部設一單能伽馬傳感器(5)，所述文丘里(6)上裝一差壓變送器(5)，用以實時測量流體流過文丘里產生的差壓值，文丘里(6)之后為管線出口(7)。
3.一種蒸汽計量裝置，包括一管線，管線入口端裝一入口連接法蘭(1)，其特征在于所述的管線為倒U型管線(9)，所述倒U型管線(9)上入口連接法蘭(1)之后連接一入口盲三通(8 )，入口盲三通(8 )上依次裝有溫度變送器(2 )和壓力變送器(3 )，壓力變送器(3 )之后連接文丘里(6)，所述文丘里(6)的入口上游或者喉部設一單能伽馬傳感器(5)，所述文丘里(6)上裝一差壓變送器(5)，用以實時測量流體流過文丘里產生的差壓值，文丘里(6)之后為管線出口(7)。
4.根據權利要求1-3任一項所述的蒸汽計量裝置，其特征在于所述的單能伽馬傳感器 (4)測量蒸汽截面相分率、蒸汽截面干度。
5.一種使用權利要求1-3任一項所述的蒸汽計量裝置計量蒸汽的方法，包括以下步驟1)由單能伽馬傳感器測量飽和蒸汽相分率Qf；2)由壓力變送器和溫度變送器實時測量管道壓力和溫度；3)計算飽和水和飽和蒸汽的密度，得到流體的混合密度Pmix和蒸汽干度X；4)利用文丘里管測量總流量差壓值ΔΡ,對測量的數據進行計算，求得總質量流量率 Q ,飽和蒸汽流量率Q,和飽和水流量率Q1 ；5)對汽液相速度差帶來的測量飽和蒸汽流量率込和真實飽和蒸汽流量率的差值AO!，:、飽和水流量率和真實飽和水流量率ρ/的差值采用汽液環狀流滑差解析解的方法進行補償。
6.根據權利要求5所述的一種使用權利要求1-3任一項所述的蒸汽計量裝置計量蒸汽的方法，其特征在于所述的蒸汽干度通過伽馬射線吸收公式計算得到
7.根據權利要求6所述的一種使用權利要求1-3任一項所述的蒸汽計量裝置計量蒸汽的方法，其特征在于所述的飽和蒸汽和飽和水的質量流量根據總質量流量和干度計算得到總質量流量率
8.根據權利要求5所述的一種使用權利要求1-3任一項所述的蒸汽計量裝置計量蒸汽的方法，其特征在于所述的最終飽和蒸汽和飽和水流量需要采用汽液環狀流滑差解析解的方法進行補償蒸汽計量中可能存在相速度差使得直接測量飽和蒸汽量O，和真實飽和蒸汽量O:存在一個差值，直接測量飽和水量β,和真實飽和水量α'存在一個差全文摘要
本發明涉及蒸汽流量及熱值在線計量的一種蒸汽流量計量裝置及計量方法，該裝置主要包括單能伽馬傳感器，文丘里流量計，溫度變送器，壓力變送器，蒸汽入口連接管段，蒸汽出口連接管段，其功能在于有效實時測量蒸汽中的飽和水量和飽和蒸汽量。其測量方法為單能伽馬傳感器測量截面飽和蒸汽干度，文丘里流量計測量總蒸汽質量流量，同時考慮飽和蒸汽和飽和水可能存在的滑差(相速度差)，采用汽液環狀流滑差解析解的方法，從而用計算機系統可以實時計算出飽和蒸汽量，飽和水量以及它們對應的熱值。此測量方法可直接分辨、測量蒸汽中的汽液兩相，不同于傳統的單相計量加密度修正的方法，沒有附加誤差，不受流型、氣液相變的影響，測量精度更高。
文檔編號G01F1/88GK102435245SQ20121000614
公開日2012年5月2日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者吳國棟, 吳治永, 潘艷芝, 陳繼革 申請人:蘭州海默科技股份有限公司