專利名稱：節(jié)流式濕蒸汽兩相流熱量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體熱量計(jì)，特別涉及一種濕蒸汽兩相流熱量計(jì)。
在石油化工、熱能動(dòng)力、地?zé)衢_發(fā)及采熱利用等工程技術(shù)領(lǐng)域中經(jīng)常遇到濕蒸汽兩相流動(dòng)過程。濕蒸汽兩相流體的載熱量是一個(gè)重要參數(shù)，如何精確測(cè)量濕蒸汽兩相流體的載熱量是汽液兩相流動(dòng)研究中的一個(gè)重要課題。例如，在稠油開發(fā)中，精確計(jì)量注入各油井濕蒸汽兩相流體的載熱量是稠油注汽熱采工藝的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)提高原油產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。在供熱系統(tǒng)、地?zé)衢_發(fā)和余熱利用中，也迫切需要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠的濕蒸汽兩相流體熱量計(jì)量?jī)x表。
在現(xiàn)有的濕蒸汽兩相流計(jì)量方法中，人們通常采用兩種特性不同的測(cè)量元件組合在一起，先測(cè)出濕蒸汽兩相流體的流量和干度，然后再算出兩相流體的載熱量，例如γ射線密度計(jì)與其它常規(guī)流量計(jì)組合法，擾流子與文丘利管組合法，節(jié)流元件與多孔動(dòng)壓探針組合法、孔板與文丘利管組合法等(文獻(xiàn)①中國(guó)專利CN86207384;②中國(guó)專利CN86203508)。這些方法大多成本太高，難以推廣，而且由于兩相流雙參數(shù)測(cè)量的復(fù)雜性，使其測(cè)量精度很低，對(duì)高壓濕蒸汽兩相流的測(cè)量尤為困難。
本發(fā)明的目的在于克服上述測(cè)量方法中的缺點(diǎn)，提出了一種節(jié)流式濕蒸汽兩相流熱量計(jì)，采用單個(gè)節(jié)流元件就可根據(jù)具體的應(yīng)用對(duì)象實(shí)現(xiàn)對(duì)各種壓力和干度條件下的濕蒸汽兩相流體載熱量及其折算干飽和蒸汽流量的精確計(jì)量。
由大量的高壓汽水兩相流室內(nèi)試驗(yàn)及油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出濕蒸汽兩流通過節(jié)流元件的壓差可用下式精確計(jì)算△P= (M2)/(2ρl(αmA)2) ｛1+( (ρ1)/(ρg) -1)［BX(1-X)+X2］｝……(1)式中△P-節(jié)流元件前后的壓差;
M-濕蒸汽流量;
X-濕蒸汽干度;
ρl-飽和水密度;
Pg-飽和汽密度;
α-節(jié)流元件流量系數(shù);
m-節(jié)流元件開孔截面比;
A-濕蒸汽管道截面積;
B=a+b (ρl)/(Pg) ，其中a、b為試驗(yàn)常數(shù)。
由式(1)可知，當(dāng)節(jié)流元件確定后，節(jié)流元件前、后的壓差△P取決于濕蒸汽的流量M、干度X及壓力。
濕蒸汽的載熱量Q＝(il+rx)M……(2)式中Q-濕蒸汽的載熱量;
il-飽和水焓;
r-汽化潛熱。
由式(2)可知，濕蒸汽的載熱量Q亦取決于濕蒸汽的流量M、干度x及壓力。
將式(1)代入式(2)得Q=amA2ΔPρl(il+rX)21+(ρlPg-1)[BX(1-X)+X2]]]>……(3)
盡管載熱量計(jì)算式(3)中仍含有濕蒸汽干度，但大量計(jì)算表明在一定蒸汽干度范圍內(nèi)，蒸汽干度的變化對(duì)載熱量的影響極小，例如，當(dāng)蒸汽干度在X＝0.45～0.75變化時(shí)，載熱量的變化量只有4%，這樣的誤差完全能夠滿足實(shí)際計(jì)量的精度要求。因此，載熱量主要取決于節(jié)流元件的壓差。
折算干飽和蒸汽流量為Q=amA(il+r)2ΔPρl(il+rX)21+(ρlPg-1)[BX(1-X)+X2]]]>……(4)其精度與載熱量相同。
由此可見，所發(fā)明的熱量?jī)x只要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓差△P和壓力P的采集，對(duì)濕蒸汽物性參數(shù)及式(3)、(4)的有效計(jì)算就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)濕蒸汽的載熱量Q及折算干飽和蒸汽流量Mg的計(jì)量。
圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
圖2是本發(fā)明的微機(jī)處理器(8)的工作原理圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)的說明。
本發(fā)明包括一節(jié)流元件〔1〕、壓力變送器〔6〕、壓差變送器〔7〕。壓力變送器〔6〕和壓差變送器〔7〕分別采集濕蒸汽管道的壓力P及節(jié)流元件〔1〕前后的壓差△P以電流信號(hào)的形式一并送入微機(jī)處理器〔8〕。
微機(jī)處理器〔8〕包括一電流/電壓(I/V)轉(zhuǎn)換裝置、A/D轉(zhuǎn)換裝置及濕蒸汽兩相流的物性參數(shù)、載熱量、折算干飽和蒸汽流量的計(jì)算模塊，其工作流程是，首先將壓力變送器〔6〕及壓差變送器〔7〕送入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后計(jì)算濕蒸汽兩相流的物性參數(shù)及載熱量Q、折算干飽和蒸汽流量M，并顯示或打印。
由此可見，由于本發(fā)明采用了微機(jī)處理器，不但可以計(jì)量各種壓力和干度條件下濕蒸汽載熱量的瞬態(tài)值、累計(jì)值，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。


〔1〕是節(jié)流元件、〔2〕是節(jié)流元件法蘭、〔3〕是濕蒸汽管道、〔4〕是節(jié)流元件取壓孔、〔5〕是濕蒸汽管道取壓孔、〔6〕是壓力變送器、〔7〕是壓差變送器、〔8〕是微機(jī)處理器。
應(yīng)用本發(fā)明測(cè)量注入油井高壓濕蒸汽兩相流體載熱量及其折算干飽和蒸汽流量。
已知注汽管道內(nèi)徑D＝50mm，蒸汽干度在0.45～0.75范圍內(nèi)。采用角接取壓標(biāo)準(zhǔn)銳邊孔板，其開孔截面比m＝0.4182。
測(cè)得管內(nèi)蒸汽壓力P＝80bar，孔板前后壓差△P＝92.636KPa，微機(jī)顯示并打印出注入油井濕蒸汽兩相流體的載熱量Q＝4798KW，折算到P＝80bar條件下的干飽和蒸汽流量Mg＝6.26t/h。
權(quán)利要求
節(jié)流式濕蒸汽兩相流熱量計(jì)，包括一節(jié)流元件，本發(fā)明的特征是本發(fā)明還包括一采集濕蒸汽管道壓力的壓力變送器，采集所說節(jié)流元件前后壓差的壓差變送器以及接受壓力變送器、壓差變送器的輸出信號(hào)的微機(jī)處理器，所說微機(jī)處理器包括一電流/電壓轉(zhuǎn)換裝置及其后的A/D轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算濕蒸汽兩相流的物性參數(shù)、載熱量、折算干飽和蒸汽量的計(jì)算模塊。
全文摘要
一種用于石油化工、熱能動(dòng)力、地?zé)衢_發(fā)及余熱利用等工程技術(shù)領(lǐng)域中的節(jié)流式濕蒸汽兩相流熱量計(jì)，包括一節(jié)流元件、壓力變送器、壓差變送器及微機(jī)處理器，壓力變送器和壓差變送器分別采集濕蒸汽管道的壓力P及節(jié)流元件前后的壓差△P以電流信號(hào)的形式一并送入微機(jī)處理器，經(jīng)微機(jī)處理后，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種壓力和干度條件下的濕蒸汽兩相流體載熱量及其折算干飽和蒸汽流量的精確計(jì)量。
文檔編號(hào)G01K17/00GK1055816SQ90102039
公開日1991年10月30日 申請(qǐng)日期1990年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月17日
發(fā)明者陳聽寬 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)