CN103134834A - 一种湿蒸汽干度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿蒸汽干度测量装置，包括湿蒸汽取样管道、温度测量器、压力传感器和电加热器，电加热器设置在湿蒸汽取样管道中，在湿蒸汽取样管道上固定有温度测量器，压力传感器设置在湿蒸汽取样管道的进气口。还公开了一种用这种装置测量湿蒸汽干度的方法。本发明不仅测量装置结构简单可靠，测量参数少，测量装置上采用的仪表技术成熟，精度能得到保证，而且测量方法简单，计算量小，测量成本低，整个装置测量误差小，抗干扰能力强。

Description

一种湿蒸汽干度测量装置及方法

技术领域

本发明属于动力工程领域，涉及一种湿蒸汽干度的测量装置，还涉及一种湿蒸汽干度测量方法。

背景技术

水蒸汽是工程中常用的一种工质。在动力工程、石油化工领域中，通常需要用到处于汽液两相共存状态的湿蒸汽，并且需要确定其干度，以用于过程控制或能量评价等方面。

湿蒸汽的干度有许多种测量方法，可分为化验方法、非热力学方法、热力学方法。化验方法通过对待测湿蒸汽采样，化验水中含盐量确定饱和蒸汽干度。非热力学方法有光学探测法、电导探针法、电容法、热线和γ射线法等，但其工程应用中存在着较大的局限性与不足，测量装置造价较高，使用场所易受限制，测量精度和使用寿命都不是十分理想。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。此方法需要从待测湿蒸汽中抽取试样，然后引向测量装置。该方法测量原理清晰，但需要测量的参数较多，且不易测准，其在实用性受到一定的限制。其它大多数的蒸汽干度测量方法，蒸汽的流量或质量均需要以某种方法测量或计算确定，而流量的测量相比压力和温度的测量而言，测量的精度较低，且测量过程对被测参数的影响比较大。大多数的干度测量方法中，还需要测量一个蒸汽加热量(或散热量)的绝对值，因而在加热过程中需要用到保温或绝热方法，不仅需要付出较大的成本，而且会有较大的测量误差。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在对湿蒸汽的干度测量困难且不准确的问题和不足，本发明的目的是提供一种湿蒸汽干度的测量装置及方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用一种湿蒸汽干度测量装置，包括湿蒸汽取样管道、温度测量器、压力传感器和电加热器，电加热器设置在湿蒸汽取样管道中，在湿蒸汽取样管道上固定有温度测量器，压力传感器设置在湿蒸汽取样管道的进气口。

温度测量器优选为热电偶或热电阻。

进一步，温度测量器优选为7个。

进一步，温度测量器等间距固定在湿蒸汽取样管道上。

本发明还提供一种湿蒸汽干度测量方法，

(1)在湿蒸汽取样管道中设置电加热器，并在湿蒸汽取样管道上固定温度测量器，在湿蒸汽取样管道的进气口设置压力传感器；

(2)将被测湿蒸汽从湿蒸汽取样管道的进气口输入；

(3)在热蒸汽区取任意两点，根据公式

获得进气口的蒸汽焓值h₁，式中，l_a、l_b分别指a、b两点的加热距离，h_a、h_b分别指a、b两点的蒸汽焓值；

(4)根据公式

获得湿蒸汽取样管道进气口的湿蒸汽干度x₁，式中，h'和h"分别指在湿蒸汽取样管道进气口处的压力下饱和水焓值和饱和蒸汽焓值。

步骤(1)中所述电加热器优选为棒状。

进一步，步骤(1)中所述电加热器的加热功率密度保持不变。

进一步，步骤(1)中所述温度测量器优选为7个。

进一步，温度测量器沿被测蒸汽在湿蒸汽取样管流动的方向依次设置。

有益效果：本发明与现有技术相比，不仅测量装置结构简单可靠，测量参数少，测量装置上采用的仪表技术成熟，精度能得到保证，而且测量方法简单，计算量小，测量成本低，整个装置误差小，抗干扰能力强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中加热距离l与蒸汽焓值h的函数图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，在湿蒸汽取样管道1中固定棒状电加热器2，在湿蒸汽取样管道1的进气口处设置压力传感器3，在湿蒸汽取样管道1的进气口与出气口之间沿蒸汽的流动方向依次设置7个温度测量器4。

如图2所示，图2中点1、2、3、4、5、6、7分别依次对应为从湿蒸汽取样管道的进气口至出气口之间7个温度测量器处的检测值，点11为湿蒸汽变成过热蒸汽的临界点。湿蒸汽在沿湿蒸汽取样管道长度加热方向流动的过程中，因吸收电加热棒的热量，蒸汽的焓值不断提高，但在1-2-3-11区段，虽然蒸汽焓值在增大，但因饱和压力保持不变，所以温度保持不变，即图2中1-2-3-11区段中的温度值是相同的。所以在湿蒸汽区，即使测得了蒸汽的压力和温度两个参数，其对应的状态可以是从1到11点间的任一点，具体位置无法确定，因此也无法确定蒸汽的干度。

当湿蒸汽的干度达到1.0以后，即进入过热蒸汽区，其温度开始随加热的进行而升高，即图2中11-4-5-6-7区段的温度值会逐渐升高。

如果忽略蒸汽流动的阻力，可认为湿蒸汽在取样管中的压力保持不变。管道内棒状电加热器单位长度上的加热功率为q，管道蒸汽流量为m。

根据过热蒸汽的热力性质，可以由蒸汽的压力和温度两个参数确定过热蒸汽区点4、5、6、7的焓值h₄、h₅、h₆、h₇，即

h₄＝f(p,t₄),

h₅＝f(p,t₅),

h₆＝f(p,t₆),

h₇＝f(p,t₇),

式中，p为压力传感器的测量值，t₄、t₅、t₆、t₇分别指过热蒸汽区点4、5、6、7的温度值。

根据加热过程中的能量守恒原则，4、5、6、7点的焓值和其加热距离l之间存在：

m(h₄-h₁)＝q·l₄

m(h₅-h₁)＝q·l₅

m(h₆-h₁)＝q·l₆

m(h₇-h₁)＝q·l₇

式中，h₁为点1处热蒸汽焓值，l₄、l₅、l₆、l₇分别指图2中点4、5、6、7的加热距离。

对其中任意两式相除，例如以最后两式(即7和6点)为例：

$\frac{m(h_7-h_1)}{m(h_6-h_1)}=\frac{q\·l_7}{q\·l_6}$

$\⇒\frac{(h_7-h_1)}{(h_6-h_1)}=\frac{l_7}{l_6}$

$\⇒h_1=\frac{l_7{h}_6-l_6{h}_7}{l_7-l_6}$

如根据压力p查出该压力的饱和水焓h’以及饱和蒸汽焓h″，可由h₁计算得到取样管进口处的湿蒸汽干度x₁：

$x_1=\frac{h_1-h^{\′}}{h^{\′\′}-h^{\′}}$

当然，使用4、5、6、7中的任意两个点的温度压力值，可用相同的方法计算获得取样管进口处的蒸汽干度。在实际使用中，可以通过多种组合获得多个湿蒸汽干度的测量值，并以平均法或取中值法确定更为合理的干度值。

Claims (9)

1.一种湿蒸汽干度测量装置，其特征在于：包括湿蒸汽取样管道、温度测量器、压力传感器和电加热器，所述电加热器设置在湿蒸汽取样管道中，在湿蒸汽取样管道上固定有温度测量器，所述压力传感器设置在湿蒸汽取样管道的进气口。

2.根据权利要求1所述的一种湿蒸汽干度测量装置，其特征在于：所述温度测量器为热电偶或热电阻。

3.根据权利要求1或2所述的一种湿蒸汽干度测量装置，其特征在于：所述温度测量器有7个。

4.根据权利要求3所述的一种湿蒸汽干度测量装置，其特征在于：所述温度测量器等间距固定在湿蒸汽取样管道上。

5.一种湿蒸汽干度测量方法，其特征在于：

(1)在湿蒸汽取样管道中设置电加热器，并在湿蒸汽取样管道上固定温度测量器，在湿蒸汽取样管道的进气口设置压力传感器；

(2)将被测湿蒸汽从湿蒸汽取样管道的进气口输入；

(3)在过热蒸汽区取任意两点，根据公式获得进气口的蒸汽焓值h₁，式中，l_a、l_b分别指a、b两点的加热距离，h_a、h_b分别指a、b两点的蒸汽焓值；

(4)根据公式

获得湿蒸汽取样管道进气口的湿蒸汽干度x₁，式中，h'和h"分别指在湿蒸汽取样管道进气口处的压力下饱和水焓值和饱和蒸汽焓值。

6.根据权利要求5所述的一种湿蒸汽干度测量方法，其特征在于：(1)中所述电加热器为棒状。

7.根据权利要求5所述的一种湿蒸汽干度测量方法，其特征在于：(1)中所述电加热器的加热功率密度保持不变。

8.根据权利要求5所述的一种湿蒸汽干度测量方法，其特征在于：(1)中所述温度测量器有7个。

9.根据权利要求8所述的一种湿蒸汽干度测量方法，其特征在于：所述温度测量器沿被测蒸汽在湿蒸汽取样管流动的方向依次设置。

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