便攜式干度測試儀

劉丹(遼河油田鉆采工藝研究院儀表所，遼寧盤錦124010)

便攜式干度測試儀

劉丹(遼河油田鉆采工藝研究院儀表所，遼寧盤錦124010)

本文介紹了新研制的一種便攜式干度測試儀，可直觀地顯示蒸汽干度，實現(xiàn)了蒸汽干度的在線連續(xù)測量。

干度測試;便攜

隨著稠油熱采工藝技術(shù)的不斷完善，蒸汽干度作為衡量蒸汽質(zhì)量的重要指標，其監(jiān)測技術(shù)也越來越受到重視。在兩相流地面計量技術(shù)方面，國內(nèi)外主要有脈沖中子技術(shù)、γ射線密度計組合體、核磁共振、擾動技術(shù)、脈動技術(shù)、放射性原子示蹤法、阻抗探針等技術(shù)，但由于受環(huán)境及條件的限制，使用范圍受到了一定的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，采用分離式的計量方法來測量蒸汽干度，既避開了兩相流體的計量，又將復(fù)雜的兩相流體計量變成單相流體計量，使問題簡單化。這樣只需將飽和蒸汽在工藝流程上進行分離，分離出飽和水樣，通過測定飽和水樣中的導(dǎo)電能力來確定蒸汽干度。

1 測試機理

由于飽和水中溶解的大部分鹽類都是強電解質(zhì)，它們在水中全部電離成離子，用電導(dǎo)率測試電極測量飽和水中離子的導(dǎo)電能力（即電導(dǎo)率）來確定飽和水中的含鹽量，從而推算出干度的大小。由于飽和蒸汽的干度不同，飽和水中離子的濃縮程度不同，即離子的濃度不同，因而導(dǎo)電能力也不同。不同的導(dǎo)電能力（即電導(dǎo)率）對應(yīng)不同的蒸汽干度值。

1.1 電導(dǎo)率測量

把幅度恒定的電壓E加到電導(dǎo)池的電極兩端，這時流過飽和水的電流Ix取決于飽和水中呈現(xiàn)的電阻Rx，即：

金屬導(dǎo)體通過電子的移動而導(dǎo)電，且服從歐姆定律。對溶液（飽和水）則是通過正負離子的移動而導(dǎo)電的，同樣也適用歐姆定律，（3-6）式可表示為：

式中ρ──電阻率，Ω·cm；

L──兩電極間液柱的距離，cm；

A──兩極間液柱的截面積，cm2。

由于電極固定不變，L A是個常數(shù)，稱為電極常數(shù)，用J表示。將J=L/A（cm-1）代入（3-7）式，得到：

由于電導(dǎo)率K是電阻率的倒數(shù)，K=1/ρ，從而可知：ρ=1/K帶入（3-8）式整理：

從原理圖可知：Ix≈If=V0/Rf（3-10）

式中If──反饋電流；

Rf──反饋電阻。

把式（3-10）代入式（3-9）得到：

由式（3-11）可以看出，飽和水的電導(dǎo)率與運算放大器的輸出電壓成正比（在常數(shù)J及輸入電壓E為定值時），只要測出V0的大小就可知飽和水中電導(dǎo)率的高低。

1.2 干度測量

準確測出飽和水的電導(dǎo)率后，根據(jù)標準干度與電導(dǎo)率的對應(yīng)關(guān)系，可歸納出蒸汽干度與電導(dǎo)率的數(shù)字關(guān)系式：

式中X──蒸汽干度，%；

A──對應(yīng)常數(shù)，取值為0.3885；

K0──基準溫度下的電導(dǎo)率，μs/cm。

由飽和水溫度對電導(dǎo)率的影響關(guān)系，可歸納出飽和水瞬時溫度與基準溫度所對應(yīng)電導(dǎo)率的數(shù)學(xué)關(guān)系式：K=K0+β(T-T0)，整理得：

式中K0──不同飽和水樣在基準溫度下所對應(yīng)的電導(dǎo)率，μs/cm；

K──飽和水樣瞬時溫度下的實際電導(dǎo)率，μs/cm；

β──溫度修正系數(shù)，取值為0.00418；

T──飽和水樣瞬時溫度，℃；

T0──基準溫度25℃。

把式（3-13）代入式（3-12）式中得：

把式（3-11）代入式（3-14），則：

由式（3-15）可以看出，只要把電導(dǎo)率儀的輸出電壓信號V0和溫度傳感器測量的溫度T輸送到計算機接口，按式（3-15）進行處理，可計算出蒸汽干度X的大小。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

①鍋爐出口蒸汽干度測量

把干度測試儀的取樣信號與鍋爐化驗分析取樣信號相并聯(lián)，隨時可顯示鍋爐出口的蒸汽干度。

②井口及管線蒸汽干度測量

在井口及管線有取樣點的情況下，把蒸汽干度取樣器接在管線及井口取樣閥門上，用冷水循環(huán)冷卻水樣，冷卻后的水樣經(jīng)干度儀顯示出蒸汽干度，實現(xiàn)了井口、管線蒸汽干度測量。

3 技術(shù)指標及儀器特點

①技術(shù)指標

干度測量范圍5～90%；

干度測量精度＜3%；

介質(zhì)的溫度補償方式手動補償和自動補償兩種方式。手動補償溫度范圍10～40℃，自動補償溫度范圍10～100℃；

消耗功率≤1.5W；

儀器重量＜5kg。

②儀器特點

a.測量精度高。在測量范圍內(nèi)，以化驗干度為基準，測量誤差小于3%；

b.應(yīng)用范圍廣。能測量鍋爐至井口有取樣點的任意處的蒸汽干度；

c.安裝方便。安裝時只需把取樣信號管與取樣器排樣管軟連接，接上電源即可實時監(jiān)測蒸汽干度；

d.在線連續(xù)監(jiān)測蒸汽干度，并定時打印；

e.成本低。

4 結(jié)語

①現(xiàn)場應(yīng)用證明，用電導(dǎo)率法測量蒸汽干度在理論上、技術(shù)上都是可行的，打破了常規(guī)的人工化驗分析干度的方法，在雙相流測試技術(shù)上有了很大的突破，把雙相流的計量變成單相流的計量，用電導(dǎo)率測量蒸汽干度成為干度測試技術(shù)的新起點。

②測試機理簡單，儀器使用方便，測試精度高，能自動監(jiān)測顯示干度，節(jié)省了大量的化驗藥品和化驗儀器；同時，減輕了操作人員的勞動強度，間接經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

③實現(xiàn)了在線連續(xù)測量，保障了鍋爐安全運行，為提高注汽質(zhì)量、降低地下存水提供了依據(jù)。

[1]梁培,余建軍,朱桂榮等.光纖傳感用于油田熱采的蒸汽干度測量[J].光學(xué)與光電技術(shù)，2008，Vol.6 No.3：1-3．