便携式干度测试仪

刘丹(辽河油田钻采工艺研究院仪表所，辽宁盘锦124010)

便携式干度测试仪

刘丹(辽河油田钻采工艺研究院仪表所，辽宁盘锦124010)

本文介绍了新研制的一种便携式干度测试仪，可直观地显示蒸汽干度，实现了蒸汽干度的在线连续测量。

干度测试;便携

随着稠油热采工艺技术的不断完善，蒸汽干度作为衡量蒸汽质量的重要指标，其监测技术也越来越受到重视。在两相流地面计量技术方面，国内外主要有脉冲中子技术、γ射线密度计组合体、核磁共振、扰动技术、脉动技术、放射性原子示踪法、阻抗探针等技术，但由于受环境及条件的限制，使用范围受到了一定的影响。通过研究发现，采用分离式的计量方法来测量蒸汽干度，既避开了两相流体的计量，又将复杂的两相流体计量变成单相流体计量，使问题简单化。这样只需将饱和蒸汽在工艺流程上进行分离，分离出饱和水样，通过测定饱和水样中的导电能力来确定蒸汽干度。

1 测试机理

由于饱和水中溶解的大部分盐类都是强电解质，它们在水中全部电离成离子，用电导率测试电极测量饱和水中离子的导电能力（即电导率）来确定饱和水中的含盐量，从而推算出干度的大小。由于饱和蒸汽的干度不同，饱和水中离子的浓缩程度不同，即离子的浓度不同，因而导电能力也不同。不同的导电能力（即电导率）对应不同的蒸汽干度值。

1.1 电导率测量

把幅度恒定的电压E加到电导池的电极两端，这时流过饱和水的电流Ix取决于饱和水中呈现的电阻Rx，即：

金属导体通过电子的移动而导电，且服从欧姆定律。对溶液（饱和水）则是通过正负离子的移动而导电的，同样也适用欧姆定律，（3-6）式可表示为：

式中ρ──电阻率，Ω·cm；

L──两电极间液柱的距离，cm；

A──两极间液柱的截面积，cm2。

由于电极固定不变，L A是个常数，称为电极常数，用J表示。将J=L/A（cm-1）代入（3-7）式，得到：

由于电导率K是电阻率的倒数，K=1/ρ，从而可知：ρ=1/K带入（3-8）式整理：

从原理图可知：Ix≈If=V0/Rf（3-10）

式中If──反馈电流；

Rf──反馈电阻。

把式（3-10）代入式（3-9）得到：

由式（3-11）可以看出，饱和水的电导率与运算放大器的输出电压成正比（在常数J及输入电压E为定值时），只要测出V0的大小就可知饱和水中电导率的高低。

1.2 干度测量

准确测出饱和水的电导率后，根据标准干度与电导率的对应关系，可归纳出蒸汽干度与电导率的数字关系式：

式中X──蒸汽干度，%；

A──对应常数，取值为0.3885；

K0──基准温度下的电导率，μs/cm。

由饱和水温度对电导率的影响关系，可归纳出饱和水瞬时温度与基准温度所对应电导率的数学关系式：K=K0+β(T-T0)，整理得：

式中K0──不同饱和水样在基准温度下所对应的电导率，μs/cm；

K──饱和水样瞬时温度下的实际电导率，μs/cm；

β──温度修正系数，取值为0.00418；

T──饱和水样瞬时温度，℃；

T0──基准温度25℃。

把式（3-13）代入式（3-12）式中得：

把式（3-11）代入式（3-14），则：

由式（3-15）可以看出，只要把电导率仪的输出电压信号V0和温度传感器测量的温度T输送到计算机接口，按式（3-15）进行处理，可计算出蒸汽干度X的大小。

2 现场应用

①锅炉出口蒸汽干度测量

把干度测试仪的取样信号与锅炉化验分析取样信号相并联，随时可显示锅炉出口的蒸汽干度。

②井口及管线蒸汽干度测量

在井口及管线有取样点的情况下，把蒸汽干度取样器接在管线及井口取样阀门上，用冷水循环冷却水样，冷却后的水样经干度仪显示出蒸汽干度，实现了井口、管线蒸汽干度测量。

3 技术指标及仪器特点

①技术指标

干度测量范围5～90%；

干度测量精度＜3%；

介质的温度补偿方式手动补偿和自动补偿两种方式。手动补偿温度范围10～40℃，自动补偿温度范围10～100℃；

消耗功率≤1.5W；

仪器重量＜5kg。

②仪器特点

a.测量精度高。在测量范围内，以化验干度为基准，测量误差小于3%；

b.应用范围广。能测量锅炉至井口有取样点的任意处的蒸汽干度；

c.安装方便。安装时只需把取样信号管与取样器排样管软连接，接上电源即可实时监测蒸汽干度；

d.在线连续监测蒸汽干度，并定时打印；

e.成本低。

4 结语

①现场应用证明，用电导率法测量蒸汽干度在理论上、技术上都是可行的，打破了常规的人工化验分析干度的方法，在双相流测试技术上有了很大的突破，把双相流的计量变成单相流的计量，用电导率测量蒸汽干度成为干度测试技术的新起点。

②测试机理简单，仪器使用方便，测试精度高，能自动监测显示干度，节省了大量的化验药品和化验仪器；同时，减轻了操作人员的劳动强度，间接经济效益和社会效益显著。

③实现了在线连续测量，保障了锅炉安全运行，为提高注汽质量、降低地下存水提供了依据。

[1]梁培,余建军,朱桂荣等.光纤传感用于油田热采的蒸汽干度测量[J].光学与光电技术，2008，Vol.6 No.3：1-3．