一种微流控蒸汽干度检测仪和检测方法与流程

1.本发明涉及蒸汽干度检测装置和方法，具体为一种微流控蒸汽干度检测仪和检测方法。


背景技术：

2.蒸汽干度是油气热采生产的一项重要指标，蒸汽干度能否满足要求将直接影响油气比和采收效率，因此需要对蒸汽干度进行实时且精准检测。现有的检测技术各有优劣，国外的放射法、孔板和临界流量节流器法、声监控法均不能实现在线检测，其中放射法的检测成本极高，孔板和临界流量节流器法的检测精度较低，声监控法易受外界影响。国内目前多采用人工滴定法，得到氢氧根oh-的含量从而计算蒸汽干度，操作过程复杂，检测周期长，试剂及人工成本高，会产生大量废液，且检测精度较差，误差在3%左右；少数采用光谱分析法及电导率法，可实现实时检测，但检测精度较差，且易受炉水中的杂质及温度影响，误差在3%-10%。


技术实现要素：

3.鉴于上述缺点与不足，本发明提供一种微流控蒸汽干度检测仪和检测方法，本发明采用的主要技术方案包括：仪器外壳，其特征在于：还包括设于仪器外壳内部的控制系统、生水及炉水进样系统、排液及均质系统、试剂进样系统、光学检测系统及微流控芯片反应器，其中生水及炉水进样系统、试剂进样系统和排液及均质系统的均质输出端均连接至微流控芯片反应器，光学检测系统设在微流控芯片反应器两侧，生水及炉水进样系统、排液及均质系统、试剂进样系统、光学检测系统均与控制系统电连接，控制系统将测量结果反馈到设置在仪器外壳表面的显示屏上。
4.所述生水及炉水进样系统包括过滤装置、进样管路、生水及炉水微流管路和生水及炉水进样器，其中过滤装置包括生水过滤装置和炉水过滤装置，进样管路包括生水进样管路和炉水进样管路，生水进样管路和炉水进样管路输入端分别与外界油田注汽锅炉的生水出水口和炉水出水口连接，生水进样管路和炉水进样管路的输出端分别经生水过滤装置和炉水过滤装置连接至转接管，生水过滤装置和炉水过滤装置与转接管之间的管路上分别设有夹管阀，转接管的唯一输出端与分别经生水及炉水进样器、第一流量转换器、生水及炉水微流管路接至微流控芯片反应器。
5.所述排液及均质系统包括第一~二排液及气态管路、排液及均质发生器、废液收集桶，其中，排液及均质发生器的排液输出端通过第一排液及气态管路连接至废液收集桶，排液及均质发生器的均质输出端通过第二排液及气态管路连接至微流控芯片反应器的废液输出端。
6.所述试剂进样系统包括铬酸钾溶液进样系统及硝酸银溶液进样系统，其中，铬酸钾溶液进样系统包括铬酸钾溶液储存罐、铬酸钾溶液进样管路、铬酸钾溶液进样器、铬酸钾
溶液微流管路和第二流量转换器，铬酸钾溶液储存罐设于仪器外壳中，其输出端分别经钾溶液进样器、第二流量转换器通过铬酸钾溶液进样管路连接，第二流量转换器的输出端通过铬酸钾溶液微流管路输出至微流控芯片反应器。
7.所述硝酸银溶液进样系统包括硝酸银溶液储存罐、高精度进样器、硝酸银溶液进样管路、硝酸银溶液微流管路及第三流量转换器，硝酸银溶液储存罐设于仪器外壳中，其输出端通过硝酸银溶液进样管路第三流量转换器的输入端连接，第三流量转换器的输出端通过硝酸银溶液微流管路输出至微流控芯片反应器。
8.所述高精度进样器包括高压换向泵、高精度注射器、连接件、升降丝杠、丝母、电机和支架，其中支架和升降丝杠的底座均固定安装在仪器外壳的内壁上，电机的底座固定安装在支架上，电机的输出轴与升降丝杠连接，与升降丝杠啮合的丝母表面设有连接件；高精度注射器竖直安装在支架上，高精度注射器的下部可推进端与连接件固定连接，上部注射端与高压换向泵的下端出口连接，高压换向泵上端设有吸入阀与排出阀，第三流量转换器内设有两个临时溶液存储罐，吸入阀与排出阀分别经管路与两个临时溶液存储罐连通。
9.所述应用微流控蒸汽干度检测仪的蒸汽干度检测方法，其特征在于包括以下步骤：1）管道生水润洗；2）检测生水中氯离子的浓度；3）管道炉水润洗；4）检测炉水中氯离子的浓度；5）根据生水和炉水中的氯离子浓度计算蒸汽湿度，由蒸汽湿度得出蒸汽干度。
10.步骤1）或步骤3）采用步骤相同，具体如下：启用生水及炉水进样系统，分别将生水样本或炉水样本注入至微流控芯片反应器；启用排液及均质系统的排液功能，将微流控芯片反应器中的生水或炉水排至废液收集桶；上述过程重复三次，以保证管道均被生水或炉水润洗完全。
11.步骤2）或步骤4）采用步骤相同，具体如下：启用生水及炉水进样系统，将生水或炉水通过注入至微流控芯片反应器；启用铬酸钾溶液进样系统，将铬酸钾溶液注入至微流控芯片反应器；启用光学检测系统监测微流控芯片反应器中的液体颜色变化，监测结果以曲线形式显示在显示器上；待颜色不再变化后，启用排液及均质系统的均质功能，将气体通过排液及气态管路输入至微流控芯片反应器，使微流控芯片反应器中的液体混合均匀；启用硝酸银溶液进样系统，将硝酸银溶液注入至微流控芯片反应器，砖红色沉淀出现反应结束；步骤5）中，根据反应结束时使用的硝酸银溶液的体积得到生水或炉水中氯离子的浓度ci和c0。
12.通过以下公式进行计算，蒸汽湿度y=ci/ c0，得到蒸汽干度x=1-y。
13.本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明采用全自动微流控技术，使产品兼具高精度、节省试剂、在线检测、操作简单等特点；仪器可直接连入锅炉管道，不影响锅炉正常运行，适用于油田注汽锅炉等极端工况现场检测需求；2.本发明全自动在线取样检测，每小时检测一次；无需人工，操作简单，触屏及按钮操作，指示灯清晰展示反应进度；自动检测以及手动检测模式任意切换，且具有自动管路冲洗系统，无留液影响。
附图说明
14.图1为本发明外部侧视图；图2为本发明的内部结构示意图；图3为本发明的内部局部结构示意图；图4为本发明高精度进样器的结构示意图。
15.其中，1为仪器外壳，2为生水进样管路，3为炉水进样管路，4为排液及气态管路，5a为生水过滤装置，5b为炉水过滤装置，6为铬酸钾溶液进样管路，7为废液收集桶，8为微流控芯片反应器，9为光学检测系统，10为高精度进样器，101高压换向泵，102为高精度注射器，103为连接件，104为升降丝杠，105为电机，106为支架，11为生水及炉水进样器，12为排液及均质发生器，13为铬酸钾溶液进样器，14为硝酸银溶液储存罐，15为控制系统，16为铬酸钾溶液储存罐，17为硝酸银溶液进样管路，18为显示屏，19为指示灯，20为第一流量转换器，201为生水及炉水微流管路， 21为第二流量转换器，211为铬酸钾溶液微流管路， 22为第三流量转换器，221为硝酸银溶液微流管路。
具体实施方式
16.下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。 如图1~4所示，本发明提供了一种微流控蒸汽干度检测仪和应用所述微流控蒸汽干度检测仪的蒸汽干度检测方法，一种微流控蒸汽干度检测仪包括：仪器外壳1、设于仪器外壳1内部的控制系统15、生水及炉水进样系统、排液及均质系统、试剂进样系统、光学检测系统9及微流控芯片反应器8，其中生水及炉水进样系统、试剂进样系统和排液及均质系统的均质输出端均连接至微流控芯片反应器，光学检测系统设在微流控芯片反应器两侧，生水及炉水进样系统、排液及均质系统、试剂进样系统、光学检测系统均与控制系统电连接，控制系统将测量结果反馈到设置在仪器外1表面的显示屏上。
17.所述生水及炉水进样系统包括过滤装置、进样管路、生水及炉水微流管路201和生水及炉水进样器11，其中过滤装置包括生水过滤装置5a和炉水过滤装置5b，进样管路包括生水进样管路2和炉水进样管路3，生水进样管路2和炉水进样管路3输入端分别与外界油田注汽锅炉的生水出水口和炉水出水口连接，生水进样管路2和炉水进样管路3的输出端分别经生水过滤装置5a和炉水过滤装置5b连接至转接管，生水过滤装置5a和炉水过滤装置5b与转接管之间的管路上分别设有夹管阀，转接管的唯一输出端与分别经生水及炉水进样器、第一流量转换器20、生水及炉水微流管路201接至微流控芯片反应器。
18.所述排液及均质系统包括第一~二排液及气态管路4a~4b、排液及均质发生器12、废液收集桶7，其中，排液及均质发生器12的排液输出端通过第一排液及气态管路4a连接至废液收集桶7，排液及均质发生器12的均质输出端通过第二排液及气态管路4b连接至微流控芯片反应器8的废液输出端。
19.所述试剂进样系统包括铬酸钾溶液进样系统及硝酸银溶液进样系统，其中，铬酸钾溶液进样系统包括铬酸钾溶液储存罐16、铬酸钾溶液进样管路6、铬酸钾溶液进样器13、铬酸钾溶液微流管路211和第二流量转换器21，铬酸钾溶液储存罐16设于仪器外壳1中，其输出端分别经钾溶液进样器13、第二流量转换器21通过铬酸钾溶液进样管路6连接，第二流量转换器21的输出端通过铬酸钾溶液微流管路211输出至微流控芯片反应器8。
20.所述硝酸银溶液进样系统包括硝酸银溶液储存罐14、高精度进样器10、硝酸银溶液进样管路17、硝酸银溶液微流管路221及第三流量转换器22，硝酸银溶液储存罐14设于仪器外壳1中，其输出端通过硝酸银溶液进样管路17第三流量转换器22的输入端连接，第三流量转换器22的输出端通过硝酸银溶液微流管路221输出至微流控芯片反应器8。
21.所述高精度进样器包括高压换向泵101、高精度注射器102、连接件103、升降丝杠104、丝母、电机105和支架106，其中支架106和升降丝杠104的底座均固定安装在仪器外壳1的内壁上，电机105的底座固定安装在支架106上，电机105的输出轴与升降丝杠104连接，与升降丝杠104啮合的丝母表面设有连接件103；高精度注射器102竖直安装在支架106上，高精度注射器102的下部可推进端与连接件103固定连接，上部注射端与高压换向泵101的下端出口连接，高压换向泵101上端设有吸入阀与排出阀，第三流量转换器内设有两个临时溶液存储罐，吸入阀与排出阀分别经管路与两个临时溶液存储罐连通。
22.所述光学检测系统9包括光发射端和光接收端，光发射端的入射光线经微流控芯片反应器8一侧射入其内部，再经流控芯片反应器8另一侧输出由光接收端接收，光接收端与控制系统15电连接。
23.本发明微流控蒸汽干度检测仪采用摩尔滴定法，用铬酸钾溶液为指示剂。在中性或弱碱性溶液中，用硝酸银溶液直接滴定氯离子浓度，根据分步沉淀的原理，首先是生产氯化银白色沉淀，随着硝酸银溶液的不断加入，溶液中氯离子越来越少，银离子相应的增大，砖红色沉淀铬酸银的出现指示滴定终点，由于氯离子和银离子是一比一反应的，根据滴定终点时所使用的硝酸银溶液的体积可以得到相应液体中氯离子的浓度比例。利用锅炉生水氯离子浓度和炉水氯离子浓度的比值即是蒸汽湿度。然后用1减去蒸汽湿度，即可得到蒸汽干度。
24.使用时，通过仪器外壳表面设置的操作面板开机，可选择自动或手动模式。整机均在控制系统15的控制下自动运行，运行过程中无需任何操作，每一步的结果显示在仪器外壳的显示屏或指示灯上。
25.首先，管道生水润洗：启用生水进样系统11将生水样本通过生水过滤装置5a过滤后，通过生水及炉水微流管路注入至微流控芯片反应器8；启用排液及均质发生器12的排液功能，将微流控芯片反应器8中的生水通过第一排液及气态管路4a排至废液收集桶7；该过程重复三次，以保证管道均被生水润洗；该过程完成后，仪器外壳上的第一个
指示灯变为红色，自动开始下一步操作。
26.第二步，检测生水中氯离子的浓度：启用生水及炉水进样系统11，将生水注入至微流控芯片反应器；启用铬酸钾溶液进样系统，将铬酸钾溶液注入至微流控芯片反应器8；启用光学检测系统9监测微流控芯片反应器中的液体颜色变化，监测结果以曲线形式显示在显示器上；待液体颜色不再变化后，启用排液及均质系统的均质功能，将气体通过第二排液及气态管路4b输入至微流控芯片反应器8，使微流控芯片反应器8中的液体混合均匀；启用硝酸银溶液进样系统，将硝酸银溶液注入至微流控芯片反应器8，砖红色沉淀出现反应结束；该过程完成后，显示屏上显示此次检测的生水值，仪器外壳上的第二个指示灯变为红色，并由控制系统记录保存；启用排液及均质发生器12的排液功能，将微流控芯片反应器8中的废液通过第一排液及气态管路4a排至废液收集桶7；自动开始下一步操作。
27.第三步，管道炉水润洗：启用生水进样系统11将炉水样本通过炉水过滤装置5b过滤后，通过生水及炉水微流管路注入至微流控芯片反应器8；启用排液及均质发生器12的排液功能，将微流控芯片反应器8中的炉水通过第一排液及气态管路4a排至废液收集桶7；该过程重复三次，以保证管道均被炉水润洗；该过程完成后，仪器外壳上的第三个指示灯变为红色，自动开始下一步操作。
28.第四步，检测炉水中氯离子的浓度：启用生水及炉水进样系统11，将炉水注入至微流控芯片反应器；启用铬酸钾溶液进样系统，将铬酸钾溶液注入至微流控芯片反应器8；启用光学检测系统9监测微流控芯片反应器中的液体颜色变化，监测结果以曲线形式显示在显示器上；待液体颜色不再变化后，启用排液及均质系统的均质功能，将气体通过第二排液及气态管路4b输入至微流控芯片反应器8，使微流控芯片反应器8中的液体混合均匀；启用硝酸银溶液进样系统，将硝酸银溶液注入至微流控芯片反应器8，砖红色沉淀出现反应结束；该过程完成后，显示屏上显示此次检测的炉水值和蒸汽干度值，仪器外壳上的第四个指示灯变为红色，并由控制系统记录保存；启用排液及均质发生器12的排液功能，将微流控芯片反应器8中的废液通过第一排液及气态管路4a排至废液收集桶7；仪器外壳上的第五个指示灯变为绿色，此时整个检测过程已完成。
29.非检测时间，可启用数据查询功能，通过显示屏查看最多100组监测数据。
30.在实际使用时，本发明微流控蒸汽干度检测仪可设定自动检测模式及手动检测模式，其中自动检测模式可根据需要设定的检测频度，自动连续检测，例如每小时检测一次；手动模式为单次检测，检测完毕即停，供不同需求使用。