〔12〕发明专利申请公开说明书
[21]申请号90102039.7
[11]公开号CN 1055816A
[51]Int.CI5
G01K 17/00
〔43〕公开日1991年10月30日[22]申请日90.4.17
[71]申请人西安交通大学
地址710049陕西省西安市咸宁路28号[72]发明人陈听宽
[74]专利代理机构西安交通大学专利事务所
代理人贾玉健 徐文权
G01F 1/34
权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页
[54]发明名称
节流式湿蒸汽两相流热量计
[57]摘要
一种用于石油化工、热能动力、地热开发及余热利用等工程技术领域中的节流式湿蒸汽两相流热量计，包括一节流元件、压力变送器、压差变送器及微机处理器，压力变送器和压差变送器分别采集湿蒸汽管道的压力P及节流元件前后的压差△P以电流信号的形式一并送入微机处理器，经微机处理后，即可实现对各种压力和干度条件下的湿蒸汽两相流体载热量及其折算干饱和蒸汽流量的精确计量。
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权 利 要 求 书
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节流式湿蒸汽两相流热量计，包括一节流元件，本发明的特征是：本发明还包括一采集湿蒸汽管道压力的压力变送器，采集所说节流元件前后压差的压差变送器以及接受压力变送器、压差变送器的输出信号的微机处理器，所说微机处理器包括一电流/电压转换装置及其后的A/D转换装置和计算湿蒸汽两相流的物性参数、载热量、折算干饱和蒸汽量的计算模块。
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说 明 书
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节流式湿蒸汽两相流热量计
本发明涉及一种流体热量计，特别涉及一种湿蒸汽两相流热量计。 在石油化工、热能动力、地热开发及采热利用等工程技术领域中经常遇到湿蒸汽两相流动过程。湿蒸汽两相流体的载热量是一个重要参数，如何精确测量湿蒸汽两相流体的载热量是汽液两相流动研究中的一个重要课题。例如，在稠油开发中，精确计量注入各油井湿蒸汽两相流体的载热量是稠油注汽热采工艺的一项关键技术，对提高原油产量和经济效益具有十分重要的意义。在供热系统、地热开发和余热利用中，也迫切需要结构简单、造价低廉、工作可靠的湿蒸汽两相流体热量计量仪表。 在现有的湿蒸汽两相流计量方法中，人们通常采用两种特性不同的测量元件组合在一起，先测出湿蒸汽两相流体的流量和干度，然后再算出两相流体的载热量，例如γ射线密度计与其它常规流量计组合法，扰流子与文丘利管组合法，节流元件与多孔动压探针组合法、孔板与文丘利管组合法等（文献：①中国专利CN86207384;②中国专利CN86203508）。这些方法大多成本太高，难以推广，而且由于两相流双参数测量的复杂性，使其测量精度很低，对高压湿蒸汽两相流的测量尤为困难。 本发明的目的在于克服上述测量方法中的缺点，提出了一种节流式湿蒸汽两相流热量计，采用单个节流元件就可根据具体的应用对象实现对各种压力和干度条件下的湿蒸汽两相流体载热量及其折算干饱和蒸汽流量的精确计量。
由大量的高压汽水两相流室内试验及油田现场试验得出湿蒸汽两
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流通过节流元件的压差可用下式精确计算：
△P= (M)/(2ρl(αmA)) ｛1+( (ρ1)/(ρg) -1)［BX(1-X)+X］｝……（1）
式中：△P-节流元件前后的压差; M-湿蒸汽流量; X-湿蒸汽干度; ρl-饱和水密度; Pg-饱和汽密度; α-节流元件流量系数; m-节流元件开孔截面比; A-湿蒸汽管道截面积;
B=a+b (ρl)/(Pg) ，其中a、b为试验常数。
由式（1）可知，当节流元件确定后，节流元件前、后的压差△P取决于湿蒸汽的流量M、干度X及压力。
湿蒸汽的载热量：Q＝（il+rx）M……（2） 式中：Q-湿蒸汽的载热量; il-饱和水焓; r-汽化潜热。
由式（2）可知，湿蒸汽的载热量Q亦取决于湿蒸汽的流量M、干度x及压力。
将式（1）代入式（2）得：
……（3）
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尽管载热量计算式（3）中仍含有湿蒸汽干度，但大量计算表明：在一定蒸汽干度范围内，蒸汽干度的变化对载热量的影响极小，例如，当蒸汽干度在X＝0.45～0.75变化时，载热量的变化量只有4%，这样的误差完全能够满足实际计量的精度要求。因此，载热量主要取决于节流元件的压差。
折算干饱和蒸汽流量为：
……（4）
其精度与载热量相同。
由此可见，所发明的热量仪只要能够实现对压差△P和压力P的采集，对湿蒸汽物性参数及式（3）、（4）的有效计算就能够实现对湿蒸汽的载热量Q及折算干饱和蒸汽流量Mg的计量。 图1是本发明的系统原理图。
图2是本发明的微机处理器（8）的工作原理图。
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细的说明。 本发明包括一节流元件〔1〕、压力变送器〔6〕、压差变送器〔7〕。压力变送器〔6〕和压差变送器〔7〕分别采集湿蒸汽管道的压力P及节流元件〔1〕前后的压差△P以电流信号的形式一并送入微机处理器〔8〕。 微机处理器〔8〕包括一电流/电压（I/V）转换装置、A/D转换装置及湿蒸汽两相流的物性参数、载热量、折算干饱和蒸汽流量的计算模块，其工作流程是，首先将压力变送器〔6〕及压差变送器〔7〕送入的电流信号转换成电压信号，即实现I/V转换，然后进行A/D转换，最后计算湿蒸汽两相流的物性参数及载热量Q、折算干饱和蒸汽流量M，并显示或打印。
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由此可见，由于本发明采用了微机处理器，不但可以计量各种压力和干度条件下湿蒸汽载热量的瞬态值、累计值，而且具有结构简单、工作可靠、易实现标准化的特点。 附图说明：
〔1〕是节流元件、〔2〕是节流元件法兰、〔3〕是湿蒸汽管道、〔4〕是节流元件取压孔、〔5〕是湿蒸汽管道取压孔、〔6〕是压力变送器、〔7〕是压差变送器、〔8〕是微机处理器。
应用本发明测量注入油井高压湿蒸汽两相流体载热量及其折算干饱和蒸汽流量。
已知：注汽管道内径D＝50mm，蒸汽干度在0.45～0.75范围内。采用角接取压标准锐边孔板，其开孔截面比m＝0.4182。 测得管内蒸汽压力P＝80bar，孔板前后压差△P＝92.636KPa，微机显示并打印出注入油井湿蒸汽两相流体的载热量Q＝4798KW，折算到P＝80bar条件下的干饱和蒸汽流量Mg＝6.26t/h。
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说 明 书 附 图
图1
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90102039.7说 明 书 附 图 第2/2页
图2
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