CN105626020A - 可调式蒸汽流量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可调式蒸汽流量控制装置，包括流量调节器、传动装置，所述流量调节器包括活动式浮子、临界流喷嘴，所述临界流喷嘴被套在蒸汽管内壁，在临界流喷嘴中心设置活动式浮子，所述活动式浮子外形为圆锥形，临界流喷嘴内壁为喇叭形，并且活动式浮子、临界流喷嘴之间形成环空式流道，所述活动式浮子前端连接传动装置，所述传动装置带动活动式浮子轴向运动进而无级改变环空式流道的过流面积实现蒸汽流量控制。所述流量调节器、传动装置、蒸汽管三者的轴线相重合；所述活动式浮子圆锥外径由左至右逐渐变小，所述临界流喷嘴的喇叭内径由左至右逐渐变大。本发明将大大提高稠油热采开发过程中湿蒸汽的调控和分配水平。

Description

可调式蒸汽流量控制装置

技术领域

本发明涉及流量控制装置，具体地说是一种用于稠油热采过程中油田注汽锅炉出口或地面输送管线的可调式蒸汽流量控制装置。

背景技术

我国稠油储量十分丰富，利用注蒸汽开采稠油是热力采油的一种重要方法,其中注入蒸汽的流量和干度对油井增产和提高经济效益起着十分重要的作用。目前现场单井注汽均用注汽管网内的蒸汽流量调节阀或截止阀进行调控，由于油田注汽过程中，蒸汽干度大部分在30-90％范围内，属于汽水两相流，存在汽水两相滑脱现象，普通的调节阀无法实现精确的流量调控，导致现场各注汽分支或注汽井无法按设计的流量注入，大大限制了油田注汽热效率的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供可调式蒸汽流量控制装置，将大大提高了稠油热采开发过程中，湿蒸汽的调控和分配水平，有效解决了油田开发中的技术难题，在国内外同类产品中具有明显的技术、价格和现场实施优势。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，可调式蒸汽流量控制装置，包括流量调节器、传动装置，所述流量调节器包括活动式浮子、临界流喷嘴，所述临界流喷嘴被套在蒸汽管内壁，在临界流喷嘴中心设置活动式浮子，所述活动式浮子外形为圆锥形，临界流喷嘴内壁为喇叭形，并且活动式浮子、临界流喷嘴之间形成环空式流道，所述活动式浮子前端连接传动装置，所述传动装置带动活动式浮子轴向运动进而无级改变环空式流道的过流面积实现蒸汽流量控制。

所述流量调节器、传动装置、蒸汽管三者的轴线相重合；所述活动式浮子圆锥外径由左至右逐渐变小，所述临界流喷嘴的喇叭内径由左至右逐渐变大。

所述传动装置包括相垂直啮合的水平传动齿轮轴、垂直传动齿轮轴，所述水平传动齿轮轴后端与活动式浮子连接，所述垂直传动齿轮轴的上端穿过蒸汽管的管壁并安装带流量刻度显示手轮盘。

所述垂直传动齿轮轴的上端穿过蒸汽管的管壁处设置有密封填料，密封填料上端设置有压帽。

所述蒸汽管内部还设置有前支架、后支架，所述水平传动齿轮轴前端连接在前支架中心，所述活动式浮子后端通过限位弹簧连接在后支架中心。

所述前支架和后支架在轴向方向呈三脚架形状。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

利用临界流喷嘴的原理开发设计了可调式油田地面蒸汽流量控制装置，该装置是按照油田地面湿蒸汽的干度(30-90％)、压力(0-21MPa)、温度(0-370℃)及管径等参数进行结构设计，保证安装可调式蒸汽流量控制装置的每一注汽分支，每一口井的蒸汽流量能按设计要求分配，从而提高油井的热采效果，减少了无效注汽并节约了蒸汽能耗，提高了单井的产能，并能取代油田地面管网上普遍按照的蒸汽流量调节阀。因此，该技术的应用将大大提高了稠油热采开发过程中，湿蒸汽的调控和分配水平，有效解决了油田开发中的技术难题，在国内外同类产品中具有明显的技术、价格和现场实施优势。

1、可调整流量范围0t/h-23t/h；2、压力0-21MPa；3、温度370℃；4、调控误差小于5％。

附图说明

图1为本发明的可调式蒸汽流量控制装置的结构示意图。

图中：1、管壁；2、前支架；3、水平传动齿轮轴；4、压帽密封腔；5、带流量刻度显示手轮盘；6、密封填料；7、垂直传动齿轮轴；8、活动式浮子；9、临界流喷嘴；10、限位弹簧；11、后支架。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

参照附图1，可调式油田地面蒸汽流量控制装置，前支架2与后支架11一同固定于管壁1的内部，起到扶正整个内部机构的作用，该结构为三角支架结构，水平传动齿轮轴3前端与前支架2连接，后端与活动式浮子8连接在一起，并与上面的垂直传动齿轮轴7组成传动机构，从而控制活动式浮子8在临界流喷嘴9内带动限位弹簧10前进、后退，达到改变蒸汽在临界流喷嘴内的过流面积的目的，从而实现可调式的蒸汽流量控制机构，其中压帽密封腔4和密封填料6组成了一套密封垂直传动齿轮轴7光杆部分的作用，而带流量刻度的显示手轮盘5，上面带有指针和刻度指针盘，转动手轮式调整蒸汽流量同时直观、可调式的蒸汽流量数值。至于手轮盘上的指针和指针盘通过逆运算流量设置好，即通过垂直齿轮轴与水平齿轮轴旋转角度计算喷嘴和浮子之间的流量变化，来设定指针盘和指针的对应关系，设置好后，只需要根据所设定的控制到某流量值来旋转手轮盘，即可实现无极式控制蒸汽的流量。

其核心原理是根据蒸汽-水两相流体的特性，利用单个特制的限流喷嘴装置，按照蒸汽-水两相流理论模型计算蒸汽流量。限流喷嘴用于限制流体的流量或降低流体的压力。流体通过喷嘴就会产生压力降，通过喷嘴的流量则随压力降的增大而增大。但当压力降超过一定数值，即超过临界压力降时，不论出口压力如何降低，流量将维持一定的数值而不再增加。可调式油田地面蒸汽流量控制装置就是根据这个原理，利用垂直和水平齿轮传动机构来控制活动式浮子在临界流喷嘴内过流位置，从而根据不同的注汽压力、干度可人为控制通过此装置的蒸汽流量，从而解决目前常用的蒸汽流量调节阀在有限开度内起到调节的目的，同时也解决了迷宫式调节阀结构复杂，对70％左右干度流量调控误差大的缺点。

可调式油田地面蒸汽流量控制装置蒸汽流量调控按下式计算：

$W=43.78\·C\·{(d_l-d_f)}^2\·P_1\sqrt{\left(\frac{M}{\mathrm{ZT}}\right)\left(\frac{k}{k-1}\right)[{\left(\frac{P_2}{P_1}\right)}^{\frac{2}{k}}-{\left(\frac{P_2}{P_1}\right)}^{\frac{k+1}{k}}]}$

式中：

w——流体的重量流量，kg/h；

c——喷嘴流量系数，由Re和do/D值；

d_l——喷嘴最小内径及喷嘴喉部尺寸，m；

d_f——浮子外径，浮子在喷嘴喉部对应的外径m；

D——管道内径，m；

P₁——喷嘴前压力，Pa；

P₂——喷嘴后压力或临界限流压力，取其大者，Pa；

M——分子量；

Z——压缩系数，根据流体对比压力(Pr)对比温度Tr查气体压缩系数图求取；

T——喷嘴前流体温度，K；

K——绝热指数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (6)

1.可调式蒸汽流量控制装置，其特征在于，包括流量调节器、传动装置，所述流量调节器包括活动式浮子、临界流喷嘴，所述临界流喷嘴被套在蒸汽管内壁，在临界流喷嘴中心设置活动式浮子，所述活动式浮子外形为圆锥形，临界流喷嘴内壁为喇叭形，并且活动式浮子、临界流喷嘴之间形成环空式流道，所述活动式浮子前端连接传动装置，所述传动装置带动活动式浮子轴向运动进而无级改变环空式流道的过流面积实现蒸汽流量控制。

2.根据权利要求1所述的可调式蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述流量调节器、传动装置、蒸汽管三者的轴线相重合；所述活动式浮子圆锥外径由左至右逐渐变小，所述临界流喷嘴的喇叭内径由左至右逐渐变大。

3.根据权利要求1所述的可调式蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述传动装置包括相垂直啮合的水平传动齿轮轴、垂直传动齿轮轴，所述水平传动齿轮轴后端与活动式浮子连接，所述垂直传动齿轮轴的上端穿过蒸汽管的管壁并安装带流量刻度显示手轮盘。

4.根据权利要求3所述的可调式蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述垂直传动齿轮轴的上端穿过蒸汽管的管壁处设置有密封填料，密封填料上端设置有压帽。

5.根据权利要求3所述的可调式蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述蒸汽管内部还设置有前支架、后支架，所述水平传动齿轮轴前端连接在前支架中心，所述活动式浮子后端通过限位弹簧连接在后支架中心。

6.根据权利要求5所述的可调式蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述前支架和后支架在轴向方向呈三脚架形状。