[发明专利]一种蒸汽流量计量装置及计量方法

说明书

技术领域

本发明涉及蒸汽流量及热值的在线计量技术领域，特别在油田蒸汽驱动稠油生产过程中，可以用来实现对注入蒸汽进行实时计量的一种蒸汽流量计量装置，本发明还包括使用该计量装置计量蒸汽流量的计量方法。

背景技术

蒸汽是石油化工企业重要的二次能源，从企业效益出发，降低生产成本需要降低对蒸汽的消耗。谈节能降耗，首先是能源计量，在油田蒸汽驱动稠油生产过程中,只有对注入蒸汽实施了准确计量，才能够明确节能的量化指标。近年来，国内稠油资源的不断勘探和开发，90% 以上依靠蒸汽吞吐或蒸汽驱动进行稠油开采，但由于注入蒸汽高温高压气液夹带的特殊性，在准确计量方面存在诸多困难，长期以来一直是流量测量中的老大难问题。目前，工业中通常采用涡街流量计、差压式流量计（以孔板流量计为代表）或弯管流量计对蒸汽进行计量。计量蒸汽常用质量流量，质量流量大小与蒸汽的密度有关，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的压力及温度的影响。在蒸汽计量过程中，随着热汽压力及温度的不断变化，密度也随着变化，使质量流量也随着变化，如果计量仪表不能跟踪这种变化，势必造成较大的计量误差。因此，在蒸汽计量过程中一般都通过压力及温度补偿来达到密度补偿。但由于蒸汽是比较特殊的介质，随着工况如温度、压力的变化，单相性质的过热蒸汽经常会转变为饱和蒸汽，形成气液两相流介质，这样就使得传统的单相仪表很难实时反映这种变化，更不可能对“饱和蒸汽”和“饱和水”进行实时分别准确计量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是克服传统仪表不能实时跟踪蒸汽计量中相变状态，提供一种采用单能伽马测蒸汽干度加文丘里测总质量流量的技术路线，可以直接实现在线测量蒸汽中汽液两相的各自质量，从而得到总流量热值的一种蒸汽流量计量装置，本发明还提供使用该计量装置计量蒸汽流量的计量方法。

本发明的技术问题通过下述技术方案解决：

本发明的第一种蒸汽计量装置，包括一管线，管线入口装一入口连接法兰，入口连接法兰之后的管线上依次装有温度变送器和压力变送器，所述的管线为水平管线，所述水平管线上在压力变送器之后连接文丘里，所述文丘里的入口上游或者喉部设一单能伽马传感器，所述文丘里上装一差压变送器，用以实时测量流体流过文丘里产生的差压值，文丘里之后为管线出口。

本发明的第二种蒸汽计量装置，包括一管线，管线入口端装一入口连接法兰，所述的管线为竖直管线，所述竖直管线上入口连接法兰之后连接一入口盲三通，入口盲三通上依次装有温度变送器和压力变送器，在压力变送器之后连接文丘里，所述文丘里的入口上游或者喉部设一单能伽马传感器，所述文丘里上装一差压变送器，用以实时测量流体流过文丘里产生的差压值，文丘里之后为管线出口。

本发明的第三种蒸汽计量装置，包括一管线，管线入口端装一入口连接法兰，所述的管线为倒U型管线，所述倒U型管线上入口连接法兰之后连接一入口盲三通，入口盲三通上依次装有温度变送器和压力变送器，在压力变送器之后连接文丘里，所述文丘里的入口上游或者喉部设一单能伽马传感器，所述文丘里上装一差压变送器，用以实时测量流体流过文丘里产生的差压值，文丘里之后为管线出口。

所述的单能伽马传感器测量蒸汽截面相分率和蒸汽截面干度。

上述三种蒸汽计量装置计量蒸汽的方法，包括以下步骤：

1）由单能伽马传感器测量饱和蒸汽相分率                                                ;

2）由压力变送器和温度变送器实时测量管道压力和温度；

3）计算饱和水和饱和蒸汽的密度，得到流体的混合密度  和蒸汽干度X；

4)利用文丘里管测量总流量差压值，对测量的数据进行计算，求得总质量流量率 ，饱和蒸汽流量率  和饱和水流量率 ；

 5）对汽液相速度差带来的测量饱和蒸汽流量率 和真实饱和蒸汽流量率的差值、饱和水流量率和真实饱和水流量率的差值采用汽液环状流滑差解析解的方法进行补偿。

所述的蒸汽干度通过伽马射线吸收公式计算得到：

其中： 

表示物质水的质量吸收系数，与状态无关；

：分别表示在线测量时和空管状态下的伽马射线计数；

 ：伽马射线穿过的距离；

 分别表示“饱和蒸汽”和“饱和水”的在线线性吸收系数

 分别表示“饱和蒸汽”和“饱和水”的在线密度

蒸汽的干度：

 所述的饱和蒸汽和饱和水的质量流量根据总质量流量和干度计算得到