凝結(jié)式蒸汽干度儀優(yōu)化設(shè)計(jì)

趙豐君

摘要：依據(jù)能量守恒原理以及凝結(jié)式干度儀測量原理，提出了提高凝結(jié)式干度儀測量精度與靈敏度的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路，設(shè)計(jì)研制得到了凝結(jié)式蒸汽干度儀，并通過測量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該蒸汽干度儀達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有較高的準(zhǔn)確性和靈敏度。

關(guān)鍵詞：濕蒸汽;凝結(jié)式于度儀;優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、引言

國內(nèi)在稠油開采中，普遍采用蒸汽吞吐方式。濕蒸汽干度對稠油開發(fā)有著決定性的作用，由于供油系統(tǒng)及其他問題的影響，蒸汽干度波動(dòng)大的問題一直困擾著稠油開發(fā)的管理者。常規(guī)的蒸汽干度測量方法是化學(xué)滴定法，人工因素造成測量的不一致性和不確定性，導(dǎo)致注汽干度管理相對粗放，并由此可能產(chǎn)生能源的浪費(fèi)和注汽質(zhì)量的不穩(wěn)定，不連續(xù)的人工測量無法為自動(dòng)控制蒸汽干度提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);為降低熱采成本、提高效率，從監(jiān)測、管理角度，濕蒸汽的干度在線檢測控制勢在必行[1-2]。

由于濕蒸汽干度是汽液兩相流特有的參量，它與注汽鍋爐多個(gè)運(yùn)行參數(shù)有復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)檢測的噪聲很多，所以不能像壓力和溫度那樣直接測量。雖然在實(shí)際應(yīng)用中很重要，但由于兩相流型的復(fù)雜性和汽液之間的相變，使得干度的測量成為國際上一直沒有很好解決的一個(gè)難題。

目前，蒸汽干度測量的主要控制和測量方法有數(shù)學(xué)模型類、現(xiàn)場人工化驗(yàn)法、熱力學(xué)類和非熱力學(xué)類[3]。

二、凝結(jié)式干度儀測量原理

干度儀的示意圖如圖1所示。從圖1中可以知道，假定濕蒸汽管道中入口焓值為h，換熱后焓值為h，取樣流量為W，二次側(cè)冷卻水入口焓值為h，出口燴值為h，流量為W。在考慮熱量損失的情況下，盡管間壁式換熱器采取了良好的保溫，但也不可避免會(huì)對外界有少許散熱。在實(shí)驗(yàn)之前，先通過單相水和單相汽對干度儀進(jìn)行熱平衡測試，獲得熱效率η。根據(jù)能量守恒方程;

從而可以計(jì)算出鍋爐出口的干度值。

對式（4）進(jìn)行變換，則可以把二次側(cè)恰值變化表示為：

從上式中可以看到，二次側(cè)出口溫度T的變化量△T是△x的函數(shù)，而且△T隨△x的變化關(guān)系主要取決于k值（即一、二次側(cè)的流量之比）和一次側(cè)濕蒸汽出口焓值的變化量△h。當(dāng)W遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于W（即k非常大）時(shí)，或者當(dāng)△h非常大時(shí)，同時(shí)△x變化較小時(shí)，二次側(cè)出口溫度的變化量△T會(huì)非常的小，導(dǎo)致干度計(jì)不能靈敏地測量出鍋爐出口濕蒸汽的干度變化。所以，進(jìn)行凝結(jié)式干度測量儀必須確保即使樣品濕蒸汽的干度發(fā)生微弱變化時(shí)，二次側(cè)冷卻水的出口溫度明顯變化較大，能夠被熱電偶準(zhǔn)確測量。

三、干度測量裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化的路線如圖2所示。首先確定優(yōu)化目標(biāo)，指的是濕蒸汽干度的變化量對二次側(cè)冷卻水出口溫度的影響程度。例如，本次優(yōu)化的目標(biāo)是確?！鱴=0.02時(shí)，△T≥2℃;其次，設(shè)定濕蒸汽出口焓值不變，即△h=0，根據(jù)能量守恒，計(jì)算得到一次側(cè)與二次側(cè)之間的流量比，該流量比是影響△T的關(guān)鍵參數(shù);最后根據(jù)確定的一、二次側(cè)流量，結(jié)合其他位置的熱工參數(shù)以及一些約束條件就可以確定干度儀間壁式換熱器的最小換熱面積。約束條件主要包括兩個(gè)，第一個(gè)是一次側(cè)濕蒸汽出口溫度要低于對應(yīng)壓力下的飽和水溫度，第二個(gè)是二次側(cè)冷卻水出口溫度要低于對應(yīng)壓力下的飽和水溫度。這兩個(gè)約束條件是為了確保熱電偶對上述兩處的流體溫度測量的準(zhǔn)確性。

四、結(jié)論

（1）凝結(jié)式蒸汽干度測量方法具有測量原理簡單、受待測蒸汽參數(shù)影響小、干度測量范圍寬的特點(diǎn)，并能在工程實(shí)時(shí)測量中應(yīng)用。

（2）為了提高凝結(jié)式蒸汽干度測量的準(zhǔn)確性和靈敏度，提出了一種優(yōu)化設(shè)計(jì)凝結(jié)式蒸汽干度儀的方法。

（3）根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路，設(shè)計(jì)研制得到了凝結(jié)式蒸汽干度儀，并通過測量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該蒸汽干度儀達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有較高的準(zhǔn)確度和靈敏度。

參考文獻(xiàn)：

[1]張明岳，于云華，時(shí)海濤.稠油熱采鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)[J].化工自動(dòng)化及儀表，2011，38（10）：1174-1176.

[2]柳富明，黃婷萍，申龍涉，于顯永，谷文淵.油田熱注蒸汽干度測量方法的研究進(jìn)展[J].化工自動(dòng)化及儀表，2012第39卷：151-155.

[3]徐英，吳經(jīng)緯，楊會(huì)峰，等.內(nèi)錐流量計(jì)流出系數(shù)預(yù)測方法研究[J].計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào)2009，26（5）：727-733.