蒸汽干度的幾種測定方法

李金平

摘要：蒸汽干度是注汽鍋爐經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的重要參數(shù)，本文介紹蒸汽干度測量方法的多種類型，重點(diǎn)介紹了運(yùn)用廣泛的幾種蒸汽干度測定方法，包括化學(xué)滴定法、電導(dǎo)率法、體積變化式干度測定方法、混合法，從工作原理、裝置組成、特點(diǎn)等方面進(jìn)行介紹，根據(jù)介紹特點(diǎn)可以選擇合適的蒸汽干度測定方法。

關(guān)鍵詞：蒸汽干度、化學(xué)滴定、電導(dǎo)率、體積變化、混合法

1 意義和背景

稠油熱采中廣泛使用注蒸汽方法（包括蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)）。注汽鍋爐產(chǎn)生的是干度低于80%的濕飽和蒸汽，濕飽和蒸汽是汽水兩相混合物，由飽和水和飽和蒸汽組成，其中飽和蒸汽與濕飽和蒸汽的重量百分比叫干度，干度的大小不僅影響鍋爐的安全可靠運(yùn)行，而且直接關(guān)系到稠油開采效果。蒸汽干度過低，無法滿足注汽井熱量要求，加熱降粘效果不明顯，不能有效提高地下油層稠油的流動(dòng)性，不能有效增加地層能量，干度過高時(shí)，濕飽和蒸汽中水相減少，不能及時(shí)帶走鍋爐給水中的結(jié)垢物質(zhì)，導(dǎo)致鍋爐爐管內(nèi)壁結(jié)垢，降低鍋爐的熱效率，甚至?xí)＜霸O(shè)備安全運(yùn)行，發(fā)生爆管事故，因此，蒸汽干度是注汽鍋爐經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的重要參數(shù)。

2 蒸汽干度測量方法類型

蒸汽干度有許多測量方法，可分為3類：化驗(yàn)方法、非熱力學(xué)方法和熱力學(xué)方法。

2.1化驗(yàn)方法

使用稀硫酸對給水和濕蒸汽飽和水進(jìn)行滴定，檢測濕蒸汽飽和水及給水的堿度（）含量，一般以甲基橙作指示劑測出全堿度，然后計(jì)算出蒸汽干度，整個(gè)過程大概用時(shí)十分鐘左右。這樣測量干度的方法一是滯后時(shí)間較長，二是測量結(jié)果易受操作精細(xì)程度、操作熟練程度等人為因素的影響。

2.2非熱力學(xué)方法

非熱力學(xué)方法有光學(xué)探測法、電導(dǎo)率法、電容法、熱線和γ射線法等。例如，利用水汽兩相流在光學(xué)界面上不同折射率具有不同的反應(yīng)，采用光纖傳感技術(shù)探測折射率與干度的關(guān)系來測定干度；根據(jù)光的衰減理論，采用光學(xué)探頭測量干度；依據(jù)諧振腔的諧振頻率隨腔內(nèi)電介質(zhì)的介電常數(shù)變化發(fā)生偏移這一特性， 采用微波諧振腔微擾來測量蒸汽干度；利用超聲波在氣液兩相混合物中的傳播速度明顯小于在純液與純氣中的傳播速度這一現(xiàn)象來測定蒸汽干度；由濕蒸汽的聲速依賴于它的干度這一原理，通過測量濕蒸汽的聲速來推算它的干度；采用中子密度計(jì)來測定管道中蒸汽密度從而推算蒸汽的干度；采用放射線探測蒸汽干度等。

2.3熱力學(xué)方法

熱力學(xué)方法有節(jié)流法，蒸汽、空氣混合法，加熱法，相分離法，混合法，凝結(jié)法等。節(jié)流法采用孔板和臨界流量節(jié)流器來測量管道中蒸汽的干度。蒸汽、空氣混合法采用加注不凝氣體根據(jù)熱力學(xué)原理來測量蒸汽干度。加熱法采用蒸汽取樣器采樣，通過等容加熱來推算蒸汽干度。相分離法采用分離器來分離氣相和液相，并通過測量氣相和液相質(zhì)量來推算蒸汽干度；或者采用蒸汽取樣器進(jìn)行重力分離，取出液態(tài)水樣，進(jìn)行離子分析，測定蒸汽干度；或者利用T型三通的相分離特性，從被測氣液兩相流體中分流分離出一部分單相氣體，通過測量這部分單相氣體的流量來確定被測氣液兩相流體的流量和干度?；旌戏ㄊ菍⒉蓸诱羝c冷卻水混合，通過測量冷卻水的進(jìn)、出口流量和溫度，推算蒸汽干度。凝結(jié)法類似于混合法，區(qū)別只是凝結(jié)法的采樣蒸汽不與冷卻水混合。

3 幾種運(yùn)用廣泛的干度測定方法

3.1 化學(xué)滴定法

在飽和蒸汽中只有水蒸汽分子，無任何其他物質(zhì)，各種鹽類只存在于爐水中以及還沒有汽化的飽和水中，濕蒸汽中飽和水中堿的濃度越高，注汽鍋爐的干度越高。

使用稀硫酸對給水和濕蒸汽飽和水進(jìn)行滴定，檢測濕蒸汽飽和水及給水的堿度含量，一般以甲基橙作指示劑測出全堿度，然后計(jì)算出蒸汽干度。

3.2 電導(dǎo)率法

鍋爐蒸汽干度是衡量給水的水汽分離程度指標(biāo)，可以用給水與爐水的離子濃度進(jìn)行衡量。用電導(dǎo)率電極，分別對給水及爐水的離子濃度（水中氯根離子含量）進(jìn)行測量，再計(jì)算干度。

再根據(jù)計(jì)算所得干度值Χ與給定值之間的偏差值，以及最近兩次干度值Χ的變化率，將它們與調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，進(jìn)行智能推理，然后輸出控制信號給變頻器以調(diào)整鍋爐給水泵的輸水量，從而將鍋爐蒸汽出口處蒸汽的干度值X控制在給定值范圍之內(nèi)。

3.3 體積變化式干度測定方法

鍋爐給水被加熱后在出口處成為濕蒸汽，其體積增加，出口處的干度和出口處的蒸汽體積間存在一定的線性關(guān)系，通過建立算法模型，反映干度與水流量、燃料量、燃燒狀況、地層壓力等參數(shù)的關(guān)系。通過對注汽鍋爐的蒸汽壓力、蒸汽溫度、蒸汽體積流量、鍋爐給水溫度、給水壓力、給水流量的測量，根據(jù)體積變化與蒸汽干度之間的關(guān)系模型，計(jì)算得到注汽鍋爐蒸汽干度值，實(shí)現(xiàn)注汽鍋爐蒸汽干度的準(zhǔn)確在線監(jiān)測。

關(guān)系式如下：

因此，知道溫度、壓力、鍋爐入口爐水的體積流量以及爐水的體積變化，就可以計(jì)算濕蒸汽的干度，該方法稱為體積變化式注汽鍋爐干度檢測方法。利用可編程控制器（PLC），以給水流量和燃料量為系統(tǒng)輸入量，以蒸汽干度為輸出量，基于傳遞函數(shù)的控制算法，得出輸入?yún)?shù)的調(diào)節(jié)值，及時(shí)調(diào)節(jié)蒸汽干度在設(shè)定值的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)注汽鍋爐蒸汽干度的自動(dòng)控制。

3.4 混合法測量蒸汽干度

蒸汽、水混合可以求得任意濕蒸汽區(qū)的干度，本方法只需測量混合前后穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度、壓力及質(zhì)量流量，其實(shí)用性強(qiáng)，可用于現(xiàn)場在線測量， 測量時(shí)只需將入口作為取壓口接于主管道中。在原理敘述中所涉及到的取樣裝置須與外界無熱量交換，即在絕熱條件下進(jìn)行。

4 結(jié)語

1.介紹上述幾種蒸汽干度測定方法以及可能存在的問題，并不是評價(jià)這幾種方法的實(shí)際應(yīng)用效果，只是提示這幾種方法也有不足，一旦在實(shí)踐中這幾種方法出現(xiàn)問題，可以根據(jù)上述介紹查找解決辦法。

2.雖然存在某些局限性，但是目前，化學(xué)滴定法被認(rèn)為是最簡便可行的方法。

3.體積變化式干度測定方法可以實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測蒸汽干度，直觀顯示在電腦顯示屏上，但檢測結(jié)果存在誤差，需結(jié)合其他干度測定方法進(jìn)行比對調(diào)整。