蒸汽干度的几种测定方法

工作原理、装置组成、特点等方面进行介绍，根据介绍特点可以选择合适的蒸汽干度测定方法。

关键词：蒸汽干度、化学滴定、电导率、体积变化、混合法

1 意义和背景

稠油热采中广泛使用注蒸汽方法（包括蒸汽吞吐和蒸汽驱）。注汽锅炉产生的是干度低于80%的湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽是汽水两相混合物，由饱和水和饱和蒸汽组成，其中饱和蒸汽与湿饱和蒸汽的重量百分比叫干度，干度的大小不仅影响锅炉的安全可靠运行，而且直接关系到稠油开采效果。蒸汽干度过低，无法满足注汽井热量要求，加热降粘效果不明显，不能有效提高地下油层稠油的流动性，不能有效增加地层能量，干度过高时，湿饱和蒸汽中水相减少，不能及时带走锅炉给水中的结垢物质，导致锅炉炉管内壁结垢，降低锅炉的热效率，甚至会危及设备安全运行，发生爆管事故，因此，蒸汽干度是注汽锅炉经济安全运行的重要参数。

2 蒸汽干度测量方法类型

蒸汽干度有许多测量方法，可分为3类：化验方法、非热力学方法和热力学方法。

2.1化验方法

使用稀硫酸对给水和湿蒸汽饱和水进行滴定，检测湿蒸汽饱和水及给水的碱度（）含量，一般以甲基橙作指示剂测出全碱度，然后计算出蒸汽干度，整个过程大概用时十分钟左右。这样测量干度的方法一是滞后时间较长，二是测量结果易受操作精细程度、操作熟练程度等人为因素的影响。

2.2非热力学方法

非热力学方法有光学探测法、电导率法、电容法、热线和γ射线法等。例如，利用水汽两相流在光学界面上不同折射率具有不同的反应，采用光纤传感技术探测折射率与干度的关系来测定干度；根据光的衰减理论，采用光学探头测量干度；依据谐振腔的谐振频率随腔内电介质的介电常数变化发生偏移这一特性， 采用微波谐振腔微扰来测量蒸汽干度；利用超声波在气液两相混合物中的传播速度明显小于在纯液与纯气中的传播速度这一现象来测定蒸汽干度；由湿蒸汽的声速依赖于它的干度这一原理，通过测量湿蒸汽的声速来推算它的干度；采用中子密度计来测定管道中蒸汽密度从而推算蒸汽的干度；采用放射线探测蒸汽干度等。

2.3热力学方法

热力学方法有节流法，蒸汽、空气混合法，加热法，相分离法，混合法，凝结法等。节流法采用孔板和临界流量节流器来测量管道中蒸汽的干度。蒸汽、空气混合法采用加注不凝气体根据热力学原理来测量蒸汽干度。加热法采用蒸汽取样器采样，通过等容加热来推算蒸汽干度。相分离法采用分离器来分离气相和液相，并通过测量气相和液相质量来推算蒸汽干度；或者采用蒸汽取样器进行重力分离，取出液态水样，进行离子分析，测定蒸汽干度；或者利用T型三通的相分离特性，从被测气液两相流体中分流分离出一部分单相气体，通过测量这部分单相气体的流量来确定被测气液两相流体的流量和干度。混合法是将采样蒸汽与冷却水混合，通过测量冷却水的进、出口流量和温度，推算蒸汽干度。凝结法类似于混合法，区别只是凝结法的采样蒸汽不与冷却水混合。

3 几种运用广泛的干度测定方法

3.1 化学滴定法

在饱和蒸汽中只有水蒸汽分子，无任何其他物质，各种盐类只存在于炉水中以及还没有汽化的饱和水中，湿蒸汽中饱和水中碱的浓度越高，注汽锅炉的干度越高。

使用稀硫酸对给水和湿蒸汽饱和水进行滴定，检测湿蒸汽饱和水及给水的碱度含量，一般以甲基橙作指示剂测出全碱度，然后计算出蒸汽干度。

3.2 电导率法

锅炉蒸汽干度是衡量给水的水汽分离程度指标，可以用给水与炉水的离子浓度进行衡量。用电导率電极，分别对给水及炉水的离子浓度（水中氯根离子含量）进行测量，再计算干度。

再根据计算所得干度值Χ与给定值之间的偏差值，以及最近两次干度值Χ的变化率，将它们与调节器的数据进行对比，进行智能推理，然后输出控制信号给变频器以调整锅炉给水泵的输水量，从而将锅炉蒸汽出口处蒸汽的干度值X控制在给定值范围之内。

3.3 体积变化式干度测定方法

锅炉给水被加热后在出口处成为湿蒸汽，其体积增加，出口处的干度和出口处的蒸汽体积间存在一定的线性关系，通过建立算法模型，反映干度与水流量、燃料量、燃烧状况、地层压力等参数的关系。通过对注汽锅炉的蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽体积流量、锅炉给水温度、给水压力、给水流量的测量，根据体积变化与蒸汽干度之间的关系模型，计算得到注汽锅炉蒸汽干度值，实现注汽锅炉蒸汽干度的准确在线监测。

关系式如下：

因此，知道温度、压力、锅炉入口炉水的体积流量以及炉水的体积变化，就可以计算湿蒸汽的干度，该方法称为体积变化式注汽锅炉干度检测方法。利用可编程控制器（PLC），以给水流量和燃料量为系统输入量，以蒸汽干度为输出量，基于传递函数的控制算法，得出输入参数的调节值，及时调节蒸汽干度在设定值的范围内，从而实现注汽锅炉蒸汽干度的自动控制。

3.4 混合法测量蒸汽干度

蒸汽、水混合可以求得任意湿蒸汽区的干度，本方法只需测量混合前后稳定状态下的温度、压力及质量流量，其实用性强，可用于现场在线测量， 测量时只需将入口作为取压口接于主管道中。在原理叙述中所涉及到的取样装置须与外界无热量交换，即在绝热条件下进行。

4 结语

1.介绍上述几种蒸汽干度测定方法以及可能存在的问题，并不是评价这几种方法的实际应用效果，只是提示这几种方法也有不足，一旦在实践中这几种方法出现问题，可以根据上述介绍查找解决办法。

2.虽然存在某些局限性，但是目前，化学滴定法被认为是最简便可行的方法。

3.体积变化式干度测定方法可以实现在线连续监测蒸汽干度，直观显示在电脑显示屏上，但检测结果存在误差，需结合其他干度测定方法进行比对调整。

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