劉慧軒，晏永飛，鄭國(guó)威，吳婷婷

（1.遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧撫順113001；2.山東康源安全技術(shù)咨詢有限公司，山東濟(jì)南250100）

熱力采油是稠油開采工程中常用的方法之一，是利用高溫、高壓蒸汽將能量帶入儲(chǔ)油油藏區(qū)域驅(qū)油的技術(shù)，這一技術(shù)得到了國(guó)內(nèi)外油田的廣泛利用[1]。稠油熱采使用的濕飽和蒸汽由注汽鍋爐生產(chǎn)，通過高壓注汽管線經(jīng)注汽井口注入地下油層。濕飽和蒸汽是由飽和水和飽和蒸汽組成的兩相流體，工況壓力為5～21 MPa，溫度為264～370℃，濕飽和蒸汽的飽和蒸汽占總質(zhì)量的比值即蒸汽干度是衡量濕飽和蒸汽品質(zhì)的重要指標(biāo)[2?3]。若工況下蒸汽干度過大，則注汽鍋爐爐管的傳熱效率降低，溫升和熱疲勞效應(yīng)增大，導(dǎo)致爐管管壁強(qiáng)度下降，易發(fā)生爆管現(xiàn)象；若蒸汽干度過小，則不能保證注入油層蒸汽的品質(zhì)。因此，實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽干度成為稠油熱采工藝中需要迫切解決的關(guān)鍵技術(shù)之一[4?5]。

目前，工業(yè)上測(cè)量濕飽和蒸汽干度主要采用人工化學(xué)滴定法，該方法測(cè)量相對(duì)較準(zhǔn)確，但測(cè)量過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，周期較長(zhǎng)，一般1 h測(cè)一次，且要求流體中有一定的堿度，否則無(wú)法測(cè)量[6]。

矩陣電導(dǎo)法是近年來(lái)國(guó)際上提出的新方法，可測(cè)量管道內(nèi)氣液兩相流體的流型。該方法可直接測(cè)量氣泡或液滴的幾何形狀，以此計(jì)算氣液比或蒸汽干度值精度較高。由于該方法測(cè)量精度高、過程直接，對(duì)介質(zhì)流體物性條件要求小，受工況變化的影響也較小，因此該方法在稠油熱采濕飽和蒸汽干度的測(cè)量上有較好的應(yīng)用前景[7]。

1 矩陣電導(dǎo)測(cè)量方法

矩陣電導(dǎo)法測(cè)量蒸汽干度是將一段時(shí)間內(nèi)管道中的兩相流體微分為數(shù)個(gè)單元，當(dāng)微分流體單元通過一次測(cè)量元件時(shí)掃描測(cè)量各個(gè)發(fā)射金屬絲與接收金屬絲交叉點(diǎn)處的電阻，計(jì)算每一個(gè)瞬態(tài)下管道截面的氣液體積比，再根據(jù)氣液體積比計(jì)算蒸汽干度。統(tǒng)計(jì)該段時(shí)間內(nèi)流過管道測(cè)量截面的濕飽和蒸汽干度，判斷蒸汽干度是否超過臨界值的上下限，隨后對(duì)注汽鍋爐進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。由于測(cè)量目標(biāo)是管道內(nèi)由汽水兩相組成的高溫高壓濕飽和蒸汽，蒸汽的電導(dǎo)率近似于0，而在300℃以上的高溫條件下水的電導(dǎo)率約為0.26 S/m，因此蒸汽與水之間的電導(dǎo)率差異使得一次測(cè)量元件可以很好地區(qū)分瞬態(tài)下截面上的汽液分布[8]。

1.1 一次測(cè)量元件結(jié)構(gòu)組成

矩陣電導(dǎo)法蒸汽干度在線測(cè)量的一次測(cè)量元件由雙層n×n的金屬電導(dǎo)絲組成，根據(jù)管道直徑確定矩陣絲網(wǎng)規(guī)格，金屬電導(dǎo)絲間距2 mm，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 管道內(nèi)矩陣網(wǎng)格半剖示意圖

以4×4的矩陣絲網(wǎng)為例闡述矩陣電導(dǎo)法測(cè)量原理，測(cè)量元件的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。一次測(cè)量元件由兩層金屬絲組成，每層都包含4根均勻分布的耐高溫耐腐蝕金屬絲，兩層金屬絲相互垂直布置，層間距為2 mm。激勵(lì)電路與其中的一層金屬絲連接，組成信號(hào)發(fā)射端，另一層金屬絲與數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置等連接，組成數(shù)據(jù)采集端。將電導(dǎo)矩陣置于管道內(nèi)，給構(gòu)成矩陣網(wǎng)格的4根行線與4根列線設(shè)定相對(duì)應(yīng)的橫縱坐標(biāo)i、j。給橫向的第1根金屬絲激勵(lì)信號(hào)，其他3根金屬絲的連接電路斷開，此時(shí)另一組縱向4根金屬絲接受電流后充電，通過運(yùn)算放大電路以及采樣保持電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)字信號(hào)上傳到PC端。隨后，依次導(dǎo)通第2、3、4根金屬絲，重復(fù)上述操作，即可獲得一組二維矩陣測(cè)量值，該組數(shù)據(jù)即表示在某一瞬態(tài)下管道截面的流體特征分布[9]。

圖2 4×4矩陣電導(dǎo)法元件組成

液相流過絲網(wǎng)示意圖如圖3所示。當(dāng)有液相（藍(lán)色區(qū)域）經(jīng)過時(shí)，藍(lán)色區(qū)域覆蓋的交叉點(diǎn)處電壓發(fā)生變化，通過上述循環(huán)掃描采集對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的電壓變化值。隨后，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理以便于后續(xù)的干度計(jì)算。在歸一化處理時(shí)，需要預(yù)先測(cè)得當(dāng)矩陣網(wǎng)格被蒸汽完全包裹時(shí)的電壓測(cè)量值Uv以及矩陣網(wǎng)格被目標(biāo)水樣完全包裹時(shí)的電壓測(cè)量值Uw。

圖3 液相流過絲網(wǎng)示意圖

歸一化公式見式（1）。

式中，U(i,j,k)為每一個(gè)掃描周期內(nèi)每個(gè)交叉點(diǎn)的電壓測(cè)量值，V；下標(biāo)i、j表示對(duì)應(yīng)矩陣的橫縱坐標(biāo)，下標(biāo)k表示測(cè)量幀數(shù)坐標(biāo)；L(i,j,k)為測(cè)量值歸一化后的結(jié)果，L(i,j,k)不表示管道內(nèi)液相的具體位置分布，僅表示交叉點(diǎn)附近液相的分布程度。

1.2 一次測(cè)量元件結(jié)構(gòu)規(guī)格

1.2.1 矩陣絲網(wǎng)規(guī)格 在稠油開采過程中，由于鍋爐大小的差異，其單位時(shí)間內(nèi)的蒸汽流量也存在差異，而不同的蒸汽流量對(duì)一次測(cè)量元件的掃描頻率要求會(huì)有區(qū)別，因此選用的絲網(wǎng)規(guī)格也不同。擬定工況背景為10 MPa、311℃，矩陣絲網(wǎng)層間距2 mm，根據(jù)鍋爐注汽管道尺寸和流量，整理計(jì)算相應(yīng)參數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 一次測(cè)量元件絲網(wǎng)規(guī)格

1.2.2 金屬電導(dǎo)絲的選擇 一次測(cè)量元件長(zhǎng)時(shí)間處于高溫高壓的環(huán)境中，因此在選擇金屬電導(dǎo)絲時(shí)需要考慮溫度對(duì)材料性能的影響，以及金屬絲網(wǎng)格所產(chǎn)生的節(jié)流面積等因素。參考線切割加工過程中通常選用鉬絲作為其電極絲，而鉬絲具有超高的抗拉強(qiáng)度、高表面光潔度、優(yōu)異的穩(wěn)定性，因此是十分理想的電極絲材料[10?11]。

選擇鉬絲作為電導(dǎo)絲時(shí)要選用退火狀態(tài)的鉬絲，這是由于在熱注開采的過程中注汽鍋爐也是周期性地進(jìn)行開閉工作，金屬電導(dǎo)絲并非處于一個(gè)恒定的高溫狀態(tài)，即便選擇控制狀態(tài)的鉬絲，在經(jīng)過多次的高溫、冷卻過程后，其性能可能會(huì)發(fā)生變化，而鉬絲很可能會(huì)在狀態(tài)變化過程中產(chǎn)生形變，影響測(cè)量結(jié)果。

當(dāng)溫度為300℃時(shí)，鉬絲的電阻率為0.119 169×10－6Ω?m。以內(nèi)徑為63 mm的管道為例，選用32×32的鉬絲矩陣，直徑不同的鉬絲在退火狀態(tài)下的參數(shù)不同（見表2）。

表2 不同直徑鉬絲的物理性能參數(shù)

電導(dǎo)絲的電阻越小，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響就越小，隨著鉬絲直徑的減小，其電阻隨之增加。因此，如果只考慮這層因素，則應(yīng)該選擇直徑盡可能大的鉬絲。但是，當(dāng)鉬絲直徑增大時(shí)，鉬絲網(wǎng)格在管道內(nèi)形成的節(jié)流面積也隨之增加，為減小鉬絲網(wǎng)格對(duì)管道內(nèi)流體的影響，應(yīng)選用直徑較小的鉬絲。綜合以上因素，應(yīng)選擇直徑為0.2 mm的鉬絲，其產(chǎn)生的節(jié)流面積不足管道面積的1/10，單位長(zhǎng)度的電阻小于1.00Ω/m，與直徑為0.3 mm的鉬絲相比，抗拉強(qiáng)度有優(yōu)勢(shì)，在受到高速流體沖擊后不易產(chǎn)生塑性變形。

2 矩陣電導(dǎo)法測(cè)量蒸汽干度算法模型

蒸汽干度是指濕飽和蒸汽中干蒸汽質(zhì)量占總質(zhì)量的比值。在熱工基礎(chǔ)中濕飽和蒸汽干度的基礎(chǔ)計(jì)算方法主要分為質(zhì)量、焓值、熵值和比容公式，但無(wú)論那種公式所涉及的參數(shù)實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量都比較困難，因此需要將基礎(chǔ)公式中的參數(shù)變換成可直接測(cè)量的參數(shù)，以此可間接測(cè)量并計(jì)算濕飽和蒸汽干度[12?13]。

濕飽和蒸汽干度W的定義見式（2）。

式中，m1為管道內(nèi)飽和水的質(zhì)量，kg；m2為管道內(nèi)飽和蒸汽的質(zhì)量，kg。

2.1 基于熱力學(xué)性質(zhì)的算法模型建立

區(qū)別于其他蒸汽干度測(cè)量方法的數(shù)學(xué)模型，矩陣電導(dǎo)法測(cè)量蒸汽干度的數(shù)學(xué)模型從本質(zhì)上講是直接基于蒸汽干度的定義公式進(jìn)行運(yùn)算的。矩陣電導(dǎo)法通過一次測(cè)量元件掃描測(cè)量每一個(gè)瞬態(tài)下管道截面中水域面積與氣域面積，將管道內(nèi)部的兩相流體微分化，每一個(gè)掃描測(cè)量周期視作一個(gè)微分單元，可測(cè)量濕飽和蒸汽的微分質(zhì)量流量dQ，微分質(zhì)量流量值即為瞬態(tài)截面下對(duì)應(yīng)的氣液相質(zhì)量。根據(jù)式（2）可推出蒸汽干度的計(jì)算式，見式（3）。

式中，dQ1、dQ2分別為飽和水與飽和蒸汽的微分質(zhì)量流量，kg；ρ1、ρ2分別為飽和水與飽和蒸汽的密度，kg/m3；S1、S2分別為瞬態(tài)截面中飽和水與飽和蒸汽的面積，m2；v為濕飽和蒸汽的流速，m/s；dt為單位掃描周期，s。

水域面積與氣域面積的關(guān)系式：

式中，S為內(nèi)管道截面采樣面積，m2。

瞬態(tài)界面下的氣液體積比α定義如下：

將式（3）—（5）整合化簡(jiǎn)，得到矩陣電導(dǎo)法濕飽和蒸汽干度測(cè)量算法模型：

在式（6）中，工況下飽和水和飽和蒸汽的密度是對(duì)應(yīng)工況蒸汽壓力的函數(shù)，可通過測(cè)量蒸汽壓力，再根據(jù)水和水蒸氣的性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算。在氣液體積比計(jì)算過程中，矩陣電導(dǎo)法管道內(nèi)截面積是固定值，只要在濕飽和蒸汽流經(jīng)矩陣電導(dǎo)絲網(wǎng)時(shí)測(cè)量采樣周期內(nèi)瞬時(shí)截面水域面積并計(jì)算即可，瞬時(shí)截面水域面積計(jì)算精度決定矩陣電導(dǎo)法的整體測(cè)量精度。

2.2 瞬時(shí)截面水域面積的計(jì)算

矩陣電導(dǎo)法將管道截面劃分為數(shù)個(gè)微小的單元網(wǎng)格，根據(jù)各交叉點(diǎn)測(cè)量數(shù)值的差異判斷交叉點(diǎn)所屬網(wǎng)格中飽和水與飽和蒸汽所占比重，統(tǒng)計(jì)瞬時(shí)截面測(cè)量值的總和，計(jì)算水域面積。

瞬時(shí)截面水域面積S1：

式中，s為一個(gè)單位的矩陣網(wǎng)格面積，m2。

2.3 密度的計(jì)算

由式（6）可知，進(jìn)行干度計(jì)算時(shí)，需對(duì)飽和水與飽和蒸汽的密度求解，而密度與比容（ν，m3/kg）呈反比例關(guān)系：

對(duì)飽和水與飽和蒸汽的比容進(jìn)行求解時(shí)，需要先計(jì)算飽和溫度T。

2.3.1 飽和溫度計(jì)算 基于水和蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)的IAPWS?IF97飽和線特性，飽和溫度T的計(jì)算公式可用式（9）表示。

其中，

式中，T*=1 K；p*=1 MPa；ps為實(shí)測(cè)工況下的蒸汽壓力，MPa；式（9）—（13）中的系數(shù)na的取值可參考文獻(xiàn)[14]。

2.3.2 飽和水的比容 基于水和蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)的IAPWS?IF97飽和水特性，計(jì)算濕飽和蒸汽中水的比容：

其中，

式中，π＝p/p*；τ＝T*/T；p*＝16.53 MPa；T*＝1 386 K；p為實(shí)測(cè)工況下的蒸汽壓力，MPa；R為水物質(zhì)氣體常數(shù)，R＝0.461 526 kJ/(kg·K)，式（16）中的系數(shù)nb及指數(shù)Ib和Jb取值可參考文獻(xiàn)[14]。

2.3.3 飽和蒸汽的比容 基于水和蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)的IAPWS?IF97飽和蒸汽特性，計(jì)算濕飽和蒸汽中蒸汽的比容。

其中，

式中，θ＝T/T*；p*＝1 MPa；T*＝1 K；式（20）的系數(shù)nc及指數(shù)Ic和Jc取值可參考文獻(xiàn)[14]。

3 測(cè)量流程

矩陣電導(dǎo)法的測(cè)量流程示意圖如圖4所示。檢測(cè)系統(tǒng)硬件部分由壓力傳感器、矩陣傳感器以及PC端組成，負(fù)責(zé)測(cè)量管道內(nèi)的壓力、氣液相數(shù)據(jù)以及測(cè)量數(shù)據(jù)的上傳；其中，壓力傳感器與矩陣傳感器內(nèi)置于管道中。給水經(jīng)過注汽鍋爐加熱變?yōu)闈耧柡驼羝筮M(jìn)入注汽管線，通過各傳感元件對(duì)管道內(nèi)各種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后采集上傳至PC端，根據(jù)矩陣電導(dǎo)法干度計(jì)算模型求解蒸汽干度，輸出實(shí)時(shí)的測(cè)量結(jié)果，通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽干度的在線監(jiān)控。

圖4 矩陣電導(dǎo)法的測(cè)量流程示意圖

4 誤差分析

4.1 影響誤差的因素

通過矩陣電導(dǎo)法的蒸汽干度算法模型可知，引起誤差的測(cè)量參數(shù)有兩個(gè)：

（1）計(jì)算飽和水與飽和蒸汽的密度時(shí)所需的管道內(nèi)蒸汽壓力測(cè)量值。管道內(nèi)的壓力通過壓力表可以直接測(cè)量，選用1級(jí)精度壓力表，其測(cè)量誤差為±0.1 MPa，此時(shí)測(cè)量的壓力值對(duì)后續(xù)的干度計(jì)算結(jié)果影響極其微小。

（2）計(jì)算氣液面積比時(shí)的水域面積測(cè)量值。擬定工況條件為壓力10 MPa、溫度311℃，矩陣絲網(wǎng)規(guī)格32×32，單一液相，液相位置處于管道截面中心，液相半徑不斷增加直至充滿整個(gè)管道，比較理論干度值與程序模擬的矩陣法測(cè)量干度值。

32×32矩陣干度誤差與半徑的關(guān)系如圖5所示。由圖5可以看出，當(dāng)液相半徑小于10 mm時(shí)，干度誤差為－5.0%～3.5%；當(dāng)液相半徑大于10 mm小于20 mm時(shí)，干度誤差小于±2.0%；當(dāng)液相半徑大于20 mm時(shí)，干度誤差小于±0.5%。

圖5 32×32矩陣干度誤差與半徑的關(guān)系

測(cè)得的干度誤差呈波動(dòng)性變化，這是由于一次測(cè)量元件對(duì)液相的識(shí)別是通過交叉點(diǎn)處電壓變化做出判斷的，當(dāng)液相逐漸擴(kuò)大到覆蓋某一個(gè)交叉點(diǎn)前后時(shí)，測(cè)量的面積會(huì)產(chǎn)生一個(gè)階梯型變化，因此其干度的誤差會(huì)出現(xiàn)突然變大到突然變小或相反的情況出現(xiàn)。

蒸汽干度的測(cè)量精度隨著液相面積的增大而逐步提高，這是由于液相覆蓋的面積越大，其覆蓋的矩陣網(wǎng)格數(shù)量也隨之增加，測(cè)量精度隨之增高。當(dāng)測(cè)量的液相半徑小于5 mm時(shí)，其結(jié)果失真更為明顯，這也符合香濃采樣定理，即采樣率越高，恢復(fù)的波形也就越接近原信號(hào)。

考慮到增加網(wǎng)格密度會(huì)提高采樣精度，減小測(cè)量誤差，因而提出一種猜想，即應(yīng)用插值算法對(duì)歸一化后的矩陣進(jìn)行插值，增加測(cè)量值矩陣中的虛擬坐標(biāo)點(diǎn)，以期進(jìn)一步縮減誤差范圍。

對(duì)32×32歸一數(shù)值矩陣分別進(jìn)行線性插值（Linear插值）和三次樣條插值（Spline插值），插值后干度誤差與半徑的關(guān)系如圖6所示。由圖6可以看出，通過兩種插值方法插值后誤差范圍較插值前都有所降低，誤差的波動(dòng)頻率增加；對(duì)比兩種插值方法，三次樣條插值與線性插值誤差范圍的變化趨勢(shì)相同，但三次樣條插值的誤差范圍更小，其測(cè)量誤差小于±3.0%。在液相半徑大于15 mm時(shí)，用兩種插值方法插值后的干度值小于理論干度值，這是由于插值算法并不能完整描述對(duì)液相邊緣兩點(diǎn)間的電壓變化，當(dāng)插值點(diǎn)數(shù)量變多后，插值計(jì)算的液相面積占比被放大，因而整體干度誤差偏小。

圖6 Linear/Spline插值后干度誤差與半徑的關(guān)系

通過上述討論可知，產(chǎn)生測(cè)量誤差的主要原因在于對(duì)水域面積識(shí)別計(jì)算的不精確，若要提高測(cè)量精度則測(cè)量方法必須對(duì)水域面積的大小做出更為準(zhǔn)確的判斷。

4.2 產(chǎn)生測(cè)量誤差點(diǎn)位位置分布

在計(jì)算水域面積的過程中，產(chǎn)生的誤差主要集中分布在水域與氣域的邊界處，而非邊界內(nèi)水域部分。為便于解釋，對(duì)單位網(wǎng)格面積的計(jì)算按網(wǎng)格左上點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，分別對(duì)水域中心與水域邊緣處取樣分析。

當(dāng)液相內(nèi)部覆蓋間距為3 mm的網(wǎng)格和2 mm的網(wǎng)格時(shí)，即液相內(nèi)側(cè)覆蓋密度不同時(shí)的網(wǎng)格取樣示意圖如圖7所示。

圖7 液相內(nèi)側(cè)覆蓋密度不同時(shí)的網(wǎng)格取樣示意圖

一次測(cè)量元件獲取的數(shù)值歸一處理后的圖7（a）的數(shù)值矩陣為：

水域計(jì)算面積為：

圖7（b）數(shù)值矩陣為：

水域計(jì)算面積為：

兩次計(jì)算結(jié)果相同，可見液相內(nèi)部覆蓋網(wǎng)格密度的不同并未對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。

當(dāng)液相邊緣覆蓋間距為3 mm的網(wǎng)格和2 mm的網(wǎng)格時(shí)，即液相邊緣覆蓋密度不同時(shí)的網(wǎng)格取樣示意圖如圖8所示。

圖8 液相邊緣覆蓋密度不同時(shí)的網(wǎng)格取樣示意圖

當(dāng)液相邊緣覆蓋間距為3 mm的網(wǎng)格時(shí)，圖8（a）的數(shù)值矩陣為：

水域面積為：

當(dāng)液相邊緣覆蓋間距為2 mm的網(wǎng)格時(shí)，圖8（b）的數(shù)值矩陣為：

水域面積為：

此時(shí)，兩種結(jié)果便有了較大區(qū)別，顯然矩陣網(wǎng)格密度較大時(shí)的計(jì)算所得面積更為接近水域的實(shí)際面積。增加網(wǎng)格密度或使用插值方法增加虛擬矩陣點(diǎn)目的就是為了增加空間分辨率，盡可能降低誤差。

盡管加密網(wǎng)格和插值理論上都能減小誤差，但遺憾的是這種誤差并不能被無(wú)限制地縮減。矩陣絲網(wǎng)加密后與其他同類節(jié)流式測(cè)量裝置相比，對(duì)流體的節(jié)流影響依然很小，但高頻采集電極會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_，故空間分辨率難以繼續(xù)提高。而且，電極充放電需要一定時(shí)間，因此掃描頻率受硬件系統(tǒng)影響，存在一定上限，加密絲網(wǎng)的絲間距意味著掃描點(diǎn)位的增加，掃描一組數(shù)據(jù)的時(shí)間延長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)的掃描頻率下降，測(cè)量結(jié)果同樣會(huì)受到影響。

使用插值方法雖然可以避免上述硬件因素的影響，但礙于各個(gè)插值方法都有其固定的公式，插值產(chǎn)生的虛擬坐標(biāo)點(diǎn)并不能夠保證與液相邊緣兩點(diǎn)間的電壓變化曲線完美擬合，甚至部分插值算法還會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響，而插值過程同樣需要計(jì)算時(shí)間，為節(jié)約時(shí)間成本，對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的插值處理。

綜上所述，對(duì)特定管道設(shè)計(jì)測(cè)量裝置時(shí)，從測(cè)量精度上考量，一次測(cè)量元件的金屬絲排列間距要適當(dāng)，平衡掃描頻率與網(wǎng)格密度的關(guān)系，選擇適宜規(guī)格的矩陣絲網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上輔以合理的數(shù)學(xué)插值方法，以便求得更為準(zhǔn)確的干度值。

一次測(cè)量元件的測(cè)量誤差主要集中在液相邊緣，這表明這種測(cè)量方法對(duì)液泡較大、兩相邊界總周長(zhǎng)較小的流型測(cè)量更加準(zhǔn)確，對(duì)霧狀流這種液滴直徑小但分布密集、氣液邊界總周長(zhǎng)大的流型測(cè)量誤差較大。

由于管道內(nèi)流體狀態(tài)復(fù)雜，通常認(rèn)為注汽管道內(nèi)的濕蒸汽會(huì)呈環(huán)霧狀，飽和水主要以連續(xù)流動(dòng)的液相且?guī)в猩倭快F狀水的形式存在。濕蒸汽流動(dòng)時(shí)液相并不單一，上述分析結(jié)果僅為理論狀態(tài)下對(duì)單一理想模型的測(cè)量誤差分析，對(duì)測(cè)量精度的進(jìn)一步優(yōu)化還需結(jié)合工況環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以分析。

5 結(jié) 論

（1）該理論方法測(cè)量原理簡(jiǎn)單，不僅易于實(shí)現(xiàn)干度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，還能反饋每一個(gè)瞬態(tài)下的汽液相分布，是稠油熱采蒸汽測(cè)量的一項(xiàng)重要突破，具有重要的研究意義。

（2）矩陣網(wǎng)格間距2 mm的一次測(cè)量元件，對(duì)水域測(cè)量面積進(jìn)行插值處理后的蒸汽干度理論測(cè)量誤差保持在小于±3.0%，具有較高的測(cè)量精度。

（3）本次研究只討論了測(cè)量方法的結(jié)構(gòu)組成，在應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)之前，還需對(duì)裝置的密封工藝、承壓能力等進(jìn)行具體分析。