一种探究水蒸气干度与压力关系的实验系统

摘要

本发明公开一种探究水蒸气干度与压力关系的实验系统，包括釜体和数据采集控制系统，釜体外壁上设有加热保温套，釜体下部设有高压可视计量管、高压视窗、液体入口、气体入口、压力传感器、热电偶和安全阀，釜体内设有活塞，活塞与活塞升降机构相连接；数据采集控制系统与压力传感器、热电偶、加热保温套、安全阀和活塞升降机构电连接。通过改变压力，结合从高压可视计量管内读取的水的体积，来分析压力对水蒸气的影响规律。通过保温加热套可以实现任意温度下的实验工况以及达到控温的效果。通过气体入口充入一定量的气体改变实验压力，实现不同压力下的实验研究。通过改变总压和分压来探究水蒸气的干度是受分压影响还是受总压影响。

说明书

技术领域

本发明涉及蒸汽干度研究技术领域，特别是涉及一种探究水蒸气干度与压力关系的实验系统。

背景技术

近年来，随着石油的不断开采，油田进入了稠油超稠油的开采阶段。实践证明注蒸汽热力采油是行之有效的开采方式之一，而其中SAGD技术又是效率最好的热采方式。在国家节能减排、低碳生产、保护环境、原油价格等一系列政策、因素的要求背景下，需要探寻更高效、成本的稠油热采技术。现有SAGD技术注高干度湿蒸汽、非凝气体辅助蒸汽等一系列技术的应用证明，影响SAGD技术开发最大的因素依然是蒸汽的品质和热量，所以研究水蒸气的干度与压力的关系是有必要的。

一些研究者围绕饱和蒸汽干度主要对双涡街法测量饱和蒸汽干度、电导式测量饱和蒸汽干度、节流法测量饱和蒸汽干度等干度测量问题以及饱和水蒸汽流量中干度修正问题展开了讨论和研究，但这些技术主要集中在干度的测量问题上，并未进行实质的物理模拟实验来对影响干度的因素展开研究，也没有在高压情况下对蒸汽干度是否受分压影响进行过研究。就目前来看还没有一种实验装置来探究水蒸气的干度是和总压有关还是和分压有关，还有水蒸气的干度与压力的具体关系。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种探究水蒸气干度与压力关系的实验系统，可以便捷地研究水蒸气的干度与压力的关系。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种探究水蒸气干度与压力关系的实验系统，包括釜体和数据采集控制系统，所述釜体外壁上设置有加热保温套，所述釜体下部设置有高压可视计量管、高压视窗、液体入口、气体入口、压力传感器、热电偶和安全阀，所述釜体内设置有一活塞，所述活塞通过一活塞杆与设置于所述釜体上方的活塞升降机构相连接；所述液体入口处设置有液体流量控制单元，所述气体入口处设置有气体流量控制单元，所述数据采集控制系统与所述压力传感器、所述热电偶、所述液体流量控制单元、所述气体流量控制单元、所述加热保温套、所述安全阀和所述活塞升降机构电连接。

可选的，所述釜体采用耐高压材料制成，承受压力范围为0-15MPa。

可选的，所述热电偶分为多组，每组所述热电偶包括多个热电偶器，所述多组热电偶在所述釜体内由上至下依次设置。

可选的，包括四组热电偶，每组所述热电偶包括四个热电偶器，所述四个热电偶器均匀分布于所述釜体的周围。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明探究水蒸气干度与压力关系的实验系统主要结构包括釜体、高压可视计量管、高压视窗、液体入口、气体入口、压力传感器、热电偶、安全阀和数据采集控制系统；通过改变压力，结合从高压可视计量管内读取的水的体积，来分析压力对水蒸气的影响规律。通过保温加热套可以实现任意温度下的实验工况以及达到控温的效果。通过气体入口充入一定量的气体改变实验压力，实现不同压力下的实验研究。通过改变总压和分压来探究水蒸气的干度是受分压影响还是受总压影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明探究水蒸气干度与压力关系的实验系统示意图；

图2为本发明探究水蒸气干度与压力关系的实验系统中第一层热电偶器的排布示意图；

图3为本发明探究水蒸气干度与压力关系的实验系统中第二层热电偶器的排布示意图；

图4为本发明探究水蒸气干度与压力关系的实验系统中第三层热电偶器的排布示意图；

图5为本发明探究水蒸气干度与压力关系的实验系统中第四层热电偶器的排布示意图。

附图标记说明：1、釜体；2、压力传感器；3、高压可视计量管；4、温度传感器；5、高压视窗；6、液体入口；7、气体入口；8、安全阀；9、加热保温套；10、活塞；11、活塞升降机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种探究水蒸气干度与压力关系的实验系统，如图1所示，其包括釜体1和数据采集控制系统，所述釜体1外壁上设置有加热保温套9，所述釜体1下部设置有高压可视计量管3、高压视窗5、液体入口6、气体入口7、压力传感器2、热电偶和安全阀8，所述釜体1内设置有一活塞10，所述活塞10通过一活塞杆与设置于所述釜体1上方的活塞升降机构11相连接，其中，所述活塞升降机构11包括一电机，所述电机的输出轴连接一螺纹杆，所述螺纹杆的底端与所述活塞杆相连接，所述活塞杆能够随所述螺纹杆沿轴向移动，但不随所述螺纹杆转动，通过电机控制螺纹杆转动，来实现活塞的升降；所述液体入口6处设置有液体流量控制单元，所述气体入口7处设置有气体流量控制单元，所述数据采集控制系统与所述压力传感器2、所述热电偶、所述液体流量控制单元、所述气体流量控制单元、所述加热保温套9、所述安全阀8和所述活塞升降机构11电连接。

所述釜体1采用耐高压材料制成，承受压力范围为0-15MPa。

所述热电偶分为四组，每组所述热电偶包括四个热电偶器，所述四个热电偶器均匀分布于所述釜体1的周围。每层所示热电偶器的分布如图2-5所示，这种分布方式，可以有效地检测出釜体1内的温度分布情况。

具体工艺流程为：水从液体入口6进入釜体1，通过加热保温套将水加热，此时可以看到活塞10缓慢上移，通过高压视窗5观察釜体1内的水，直到所有的水变为蒸汽，该过程中保持釜体1内温度恒定。当蒸汽变为干饱和蒸汽时，通过活塞升降机构11将活塞10固定，通过压力传感器2和温度传感器4记录此时釜体1内的压力和温度。维持釜体1内的温度不变，体积不变，通过气体进口7向釜体1内通入氮气，观察釜体1内的水蒸气是否出现液滴，如果水蒸气干度受总压影响，此时水蒸汽的饱和温度大于釜体1内的温度，釜体1内总压降低，水蒸气的饱和温度下降，釜体1内开始有液滴出现；相反，如果釜体1内没有液滴出现，则可以认为水蒸气的干度与总压无关，停止充入氮气，继续维持釜体1内的温度不变，向下推动活塞10，观察釜体1内是否出现液滴，如果出现液滴，说明水蒸气的干度与分压有关，反之，水蒸气的干度与分压无关。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。