CN103592199B - 湿蒸汽中液相水含量在线检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，设置在一湿蒸汽主管道上，包括旁通管路、第一阀门、第二阀门、测试容器以及加热器。旁通管路与湿蒸汽主管道相联通。第一阀门、第二阀门设置在旁通管路上。测试容器内容装有定量的空气。加热器与测试容器相连。其中，第一阀门与第二阀门之间的旁通管路通过一第三阀门构成一密闭取样空间，测试容器上设置有压力计、温度计和湿度计，且测试容器通过第三阀门与密闭取样空间相联通。本发明进一步提供一种湿蒸汽中液相水含量在线检测方法。本发明可在线测量被测试气体状态，只需配置简单常用的附属设备，测试过程简单易行；并且，无需进行热量的核算，散热损失不影响测量精度，适用于各种压力等级的湿蒸汽。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿蒸汽物性测量技术领域，具体地说，是涉及一种湿蒸汽中液相水含量在线检测装置及检测方法。
背景技术
测量湿蒸汽中液相水的含量，有许多实际的需求，但至今尚没没有一个理想的解决方案。现有研制中的测定方法从原理上讲，主要有热力学法，光学法，示踪与导电法，分离法，临界速度法及利用孔板测量等。在常用的热力学法中，又有凝结法，蒸汽空气混合法，加热法等方法。
凝结法是将被抽取的饱和蒸汽式样，在冷凝器中被冷凝成冷凝水，根据冷却水量来推算气相中液相水的相对比例，其具有不能在线测量的缺点。蒸汽空气混合法的原理是将湿蒸汽的试样与空气相混合，其比例的选择要保证最后的混合气体中的蒸汽是未饱和的，混合后的空气的湿度由湿度计测量，其需要较大的空间，而有限的空间难以保证混合后一定不存在液相水。加热法的原理是将所抽取的饱和湿蒸汽的试样加热到干饱和状态，或者过热状态，然后测出蒸汽试样的流量，根据所加入的热量以及加热前后试样热力参数的变化，求出湿蒸汽的湿度，基于这种方法制成的仪器结构复杂，且位于蒸汽的主管道中，外部配套设备较多，采用热量计量，误差较大，且不可避免。
上述热力学方法虽然能测量湿蒸汽中液相水的含量，且与其他方法相比，原理比较简单，应用较为容易，但是，却不能满足在线测量的需求，而作为工程上使用的方法，为能够起到过程监测的功能，需能具有在线测量的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有湿蒸汽中液相水含量检测存在的不足，提供一种湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，以便能够对湿蒸汽中液相水的含量进行在线测量。
为了实现上述目的，本发明的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，设置在一湿蒸汽主管道上，包括旁通管路、第一阀门、第二阀门、测试容器以及加热器。旁通管路与湿蒸汽主管道相联通。第一阀门、第二阀门设置在旁通管路上。测试容器内装有定量的空气。加热器与测试容器相连。其中，第一阀门与第二阀门之间的旁通管路通过一第三阀门构成一密闭取样空间，测试容器上设置有压力计、温度计和湿度计，且测试容器通过所述第三阀门与密闭取样空间相联通。
上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，其中，所述测试容器上设置有一与外界大气相通、以充装/排放所述定量的空气的第四阀门。
上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，其中，所述密闭取样空间的容积与所述测试容器的体积的比值为3％～5％。
本发明进一步提供一种湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，包括如下步骤：
S100，在湿蒸汽主管道上设置一如上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置；
S200，打开第一阀门、第二阀门，关闭第三阀门，以在密闭取样空间中充满待测试的湿蒸汽；
S300，于测试容器中填充定量的空气；
S400，关闭第一阀门、第二阀门，打开第三阀门，以使湿蒸汽与所述空气相混合形成混合气体；
S500，通过加热器对测试容器内的混合气体加热，并通过压力计、温度计和湿度计分别获取压力值、温度值和湿度值；
S600，根据所述密闭取样空间的体积，测试容器的容积，压力值，温度值和湿度值计算获得湿蒸汽中液相水的含量，本步骤中，通过数据处理，扣除空气中的蒸汽含量和进入的水蒸气饱和状态对应的蒸汽量，多于的量即是进入的湿蒸汽中包含的液相水的含量。
上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其中，在所述步骤S600中，包括通过公式HBS＝γ×VB计算出进入测试容器中的湿蒸汽对应的水量步骤S610，其中，HBS为饱和蒸汽的重量，γ为在测定温度下，饱和蒸汽的重度，VB为饱和蒸汽取样的体积。
上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其中，在所述步骤S600中，包括通过公式计算出测试容器中的定量的空气中的含水量步骤S620，其中，HKS为空气中的含水量，η为相对湿度，PS为饱和蒸汽的压力，P为大气压力，VK为测试容器的体积。
上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其中，在所述步骤S600中，还包括通过公式计算出混合气体中的含水量步骤S630，其中，HHS为混合气体中液相水的总含量，VH为混合气体的体积，PH为混合气体加热后的压力，PHS为混合气体加热后的温度条件下，饱和蒸汽的压力。
上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其中，还包括根据公式HY＝HHS-HBS-HKS计算出湿蒸汽中液相水含量步骤S640。
上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其中，在所述步骤S100中，还包括于测试容器上设置一与外界大气相通、以充装/排放所述定量的空气的第四阀门步骤。
上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其中，在所述步骤S100中，包括控制密闭取样空间的容积与测试容器的体积的比值为3％～5％步骤。
本发明的有益功效在于：通过旁通在线取样及形成封闭空间的办法，可以在线测量被测试气体状态，通过状态参数取得液相水的含量，只需配置简单常用的附属设备，测试过程简单易行；并且，无需进行热量的核算，散热损失不影响测量精度，适用于各种压力等级的湿蒸汽。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置的结构原理图；
图2为本发明的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法流程图。
其中，附图标记
11—旁通管路
12—第一阀门
13—第二阀门
14—测试容器
15—加热器
16—密闭取样空间
17—压力计
18—温度计
19—湿度计
110—第三阀门
111—第四阀门
20—湿蒸汽主管道
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
参阅图1本发明的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置的结构原理图，如图所示，本发明的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，设置在一湿蒸汽主管道20上。其包括旁通管路11、第一阀门12、第二阀门13、测试容器14以及加热器15。旁通管路11与湿蒸汽主管道20相联通。第一阀门12、第二阀门13设置在旁通管路11上。测试容器14用于容装定量的空气。加热器15与测试容器14相连。其中，第一阀门12与第二阀门13之间的旁通管路通过一第三阀门110构成一密闭取样空间16，测试容器14上设置有压力计17、温度计18和湿度计19，且测试容器14通过第三阀门110与密闭取样空间16相联通。从上述结构设置可以看出，本发明在湿蒸汽主管道20上接入一个旁通管路11，旁通管路11上的旁通管通过一个阀门(即第三阀门110)与测试容器14相连，正常工作时，旁通管作为管路的一部分，允许湿蒸汽正常通过，在测量时，关闭旁通回路上进出段的阀(即第一阀门12、第二阀门13及第三阀门110)形成一个密闭空间(即，密闭取样空间16)，密闭空间内的湿蒸汽即是测试的样本。
为了方便测试容器14容装或排放空气，测试容器14上设置有一与外界大气相通、以充装/排放定量的空气的第四阀门111。另外，为了方便测量，密闭取样空间的容积与测试容器的体积的比值最好为3％～5％，但在实际使用中并不以此为局限。
进一步地，参阅图2，本发明提供的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，包括如下步骤：
S100，在湿蒸汽主管道上20设置一如上述的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，在本步骤中，包括控制密闭取样空间的容积与测试容器的体积的比值为3％～5％步骤。
S200，打开第一阀门12、第二阀门13，关闭第三阀门110，以在密闭取样空间16中充满待测试的湿蒸汽。
S300，打开第四阀门111于测试容器14中填充定量的空气，打开第四阀门111时，环境空气自然状态进行测试容器14中。。
S400，关闭第四阀门111、第一阀门12、第二阀门13，打开第三阀门110，以使湿蒸汽与所述空气相混合形成混合气体。本步骤中，打开第三阀门110的目的是使测试容器14与旁通管路构成的密闭取样空间16相连，由于测试容器14和密闭取样空间16之间存在压差，连通后，不同压力的气体会相互混合形成混合气体。通过与测试容器14连接的仪器，测试混合后的气体压力，温度，湿度即可确定此时气体的状态，由于测试容器14的容积是有限的，而混入测试容器的蒸汽是湿蒸汽，因此刚刚形成的混合气体的湿度为100％，其中夹带液相水。
S500，通过加热器15对测试容器14内的混合气体加热，并通过压力计、温度计和湿度计分别获取压力值、温度值和湿度值。本步骤中，通过加热器15(加热器15优选电阻丝)对测试容器14中的混合气体加温，随着温度的升高，混合气体中的液相水会逐渐被汽化，当气体中夹带的液相水完全汽化后，如果继续加温，混合气体的湿度值将下降。测量湿度值出现下降时的临界状态值或湿度小于100％时的任何状态值，据此即可获得此时空气中水蒸气的总量。
S600，根据密闭取样空间16的体积，测试容器14的容积，压力计、温度计和湿度计获取的压力值，温度值和湿度值计算获得湿蒸汽中液相水的含量。本步骤中，通过数据处理，扣除空气中的蒸汽含量和进入的水蒸气饱和状态对应的蒸汽量，多于的量即是进入的湿蒸汽中包含的液相水的含量。
测试完毕后首先关闭第三阀门110，将旁通管路11与测试容器14隔断，然后再开启第一阀门12和第二阀门13，使旁通管路进入正常运行状态。然后打开第四阀门111，将测试的混合气体放空，测试容器重新被环境空气充满，为进行下一次测试做准备。
在所述步骤S600中，包括通过公式HBS＝γ×VB计算出进入测试容器中的饱和蒸汽对应的水量步骤S610，其中，HBS为饱和蒸汽的重量(Kg)，γ为在测定温度下饱和蒸汽的重度(Kg/M3)，VB为饱和蒸汽取样的体积(M3)。由于旁通管路和湿蒸汽主管道20通过的蒸汽具有同样的特性，通过仪表可测知饱和蒸汽的温度，则根据表1(见下表)，可知在此状态下，蒸汽的重度。由于密闭取样空间的体积是确定的，则饱和蒸汽取样的体积即是已知的，从而可以计算出进入测试容器中的饱和蒸汽对应的水量，即，HBS。
表1饱和蒸汽的特性
| 温度 | 重度 | 压力 | 温度 | 重度 | 压力 |
| t | γ | Pa | t | γ | Pa |
| ℃ | kg/m3 | MPa | ℃ | kg/m3 | MPa |
| 0 | 0.004851 | 0.815 | 190 | 6.390 | 1.18 |
| 10 | 0.009404 | 0.831 | 200 | 7.854 | 1.21 |
| 20 | 0.01731 | 0.847 | 210 | 9.580 | 1.24 |
| 30 | 0.03040 | 0.863 | 220 | 11.61 | 1.26 |
| 40 | 0.05121 | 0.883 | 230 | 13.98 | 1.29 |
| 50 | 0.08308 | 0.896 | 240 | 16.74 | 1.33 |
| 60 | 0.1303 | 0.913 | 250 | 19.96 | 1.36 |
| 70 | 0.1982 | 0.930 | 260 | 23.70 | 1.40 |
| 80 | 0.2943 | 0.947 | 270 | 28.06 | 1.44 |
| 90 | 0.4234 | 0.966 | 280 | 33.15 | 1.49 |
| 100 | 0.5975 | 0.984 | 290 | 39.12 | 1.54 |
| 110 | 0.8260 | 1.00 | 300 | 46.15 | 1.61 |
| 120 | 1.121 | 1.02 | 310 | 54.52 | 1.71 |
| 130 | 1.495 | 1.04 | 320 | 64.60 | 1.04 |
| 140 | 1.965 | 10.6 | 330 | 77.00 | 2.24 |
| 150 | 2.545 | 1.08 | 340 | 92.68 | 2.82 |
| 160 | 3.256 | 1.11 | 350 | 113.5 | 3.83 |
| 170 | 4.118 | 1.13 | 360 | 143.7 | 5.34 |
| 180 | 5.154 | 1.15 | 370 | 200.7 | 15.7 |
在所述步骤S600中，包括通过公式计算出测试容器中的定量的空气中的含水量步骤S620，其中，HKS为空气中的含水量(Kg)，η为相对湿度(％，可通过湿度计测得)，PS为饱和蒸汽的压力(Pa，可根据室温查表1取得)，P为大气压力(Pa，可通过气压表测得)，VK为测试容器的体积(M3，为已知量)，从而可计算出测试容器中的定量的空气中的含水量，即，HKS。
在所述步骤S600中，还包括通过公式计算出混合气体中的含水量步骤S630，其中，HHS为混合气体中液相水的总含量(Kg)，VH为混合气体的体积(M3，VH＝VB+VK)，PH为混合气体加热后的压力(Pa，可通过压力计测得)，PHS为混合气体加热后的温度条件下饱和蒸汽的压力(Pa，由于加热后的温度可通过温度计测得，可据此温度查表1获得压力)，从而可计算出混合气体中液相水的总含量，即，HHS。
在所述步骤S600中，还包括根据公式HY＝HHS-HBS-HKS计算出湿蒸汽中液相水含量步骤S640。
从上述可以看出，本发明将混合法和加热法的机理结合起来，通过旁通在线取样及形成封闭空间的办法，可以在线测量被测试气体状态，通过状态参数取得液相水的含量，只需配置简单常用的附属设备，测试过程简单易行；并且，无需进行热量的核算，散热损失不影响测量精度，适用于各种压力等级的湿蒸汽。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，设置在一湿蒸汽主管道上，其特征在于，包括：
旁通管路，与所述湿蒸汽主管道相联通；
第一阀门，设置在所述旁通管路上；
第二阀门，设置在所述旁通管路上；
测试容器，其内装有定量的空气；以及
加热器，与所述测试容器相连；
其中，所述第一阀门与第二阀门之间的旁通管路通过一第三阀门构成一密闭取样空间，所述测试容器上设置有压力计、温度计和湿度计，且所述测试容器通过所述第三阀门与所述密闭取样空间相联通。
2.根据权利要求1所述的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，其特征在于，所述测试容器上设置有一与外界大气相通、以充装/排放所述定量的空气的第四阀门。
3.根据权利要求2所述的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置，其特征在于，所述密闭取样空间的容积与所述测试容器的体积的比值为3％～5％。
4.一种湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100，在湿蒸汽主管道上设置一如权利要求1所述的湿蒸汽中液相水含量在线检测装置；
S200，打开第一阀门、第二阀门，关闭第三阀门，以在密闭取样空间中充满待测试的湿蒸汽；
S300，于测试容器中填充定量的空气；
S400，关闭第一阀门、第二阀门，打开第三阀门，以使湿蒸汽与所述空气相混合形成混合气体；
S500，通过加热器对测试容器内的混合气体加热，并通过压力计、温度计和湿度计分别获取压力值、温度值和湿度值；
S600，根据所述密闭取样空间的体积，测试容器的容积，压力值，温度值和湿度值计算获得湿蒸汽中液相水的含量，本步骤中，通过数据处理，扣除空气中的蒸汽含量和进入的水蒸气饱和状态对应的蒸汽量，多于的量即是进入的湿蒸汽中包含的液相水的含量。
5.根据权利要求4所述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其特征在于，在所述步骤S600中，包括通过公式HBS＝γ×VB计算出进入测试容器中的饱和蒸汽对应的水量步骤S610，其中，HBS为饱和蒸汽的重量，γ为在测定温度下，饱和蒸汽的重度，VB为饱和蒸汽取样的体积。
6.根据权利要求5所述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其特征在于，在所述步骤S600中，包括通过公式计算出测试容器中的定量的空气中的含水量步骤S620，其中，HKS为空气中的含水量，η为相对湿度，PS为饱和蒸汽的压力，P为大气压力，VK为测试容器的体积。
7.根据权利要求6所述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其特征在于，在所述步骤S600中，还包括通过公式计算出混合气体中的含水量步骤S630，其中，HHS为混合气体中液相水的总含量，VH为混合气体的体积，PH为混合气体加热后的压力，PHS为混合气体加热后的温度条件下，饱和蒸汽的压力。
8.根据权利要求7所述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其特征在于，在所述步骤S600中，还包括根据公式HY＝HHS-HBS-HKS计算出湿蒸汽中液相水含量步骤S640。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其特征在于，在所述步骤S100中，还包括于测试容器上设置一与外界大气相通、以充装/排放所述定量的空气的第四阀门步骤。
10.根据权利要求4-8中任意一项所述的湿蒸汽中液相水含量在线检测方法，其特征在于，在所述步骤S100中，包括控制密闭取样空间的容积与测试容器的体积的比值为3％～5％步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100089 Beijing West Third Ring Road, Haidian District, No. 5 Applicant after: China Zhong Yuan international project company limited Address before: 100089 Beijing West Third Ring Road, Haidian District, No. 5 Applicant before: China Ippr International Engineering Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: CHINA IPPR INTERNATIONAL ENGINEERING CORPORATION TO: CHINA IPPR INTERNATIONAL ENGINEERING CORPORATION |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |