CN104237307A - 一种射汽抽汽饱和蒸汽干度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于饱和蒸汽干度测量领域，尤其是能够从负压系统中将待测饱和蒸汽引入到装有一定量冷却水的容器中进行混合换热的凝结式饱和蒸汽干度测量方法及其装置。用射汽抽汽装置将待测饱和蒸汽引入装有一定量水的容器内混合换热，蒸汽在容器内凝结为水，释放热量，水箱中的水位、温度必然上升，从水体积增加计算待测饱和蒸汽总质量；从水温的变化计算蒸汽释放的热量，通过测量饱和蒸汽压力、水位、水温、过热蒸汽流量、压力、温度，并将所检测到的各项数值传输到上位机，利用热平衡方程测算饱和蒸汽的干度，能够实时测量并显示饱和蒸汽干度。

Description

一种射汽抽汽饱和蒸汽干度测量方法及装置

技术领域

本发明属于饱和蒸汽干度测量领域，尤其是能够从负压系统中将待测饱和蒸汽引入到装有一定量冷却水的容器中进行混合换热的凝结式饱和蒸汽干度测量方法及其装置。

背景技术

目前，公知的饱和蒸汽干度测量方法有：(1)化验方法通过对待测饱和蒸汽采样，化验水中含盐量确定饱和蒸汽干度。化验方法是一种实验室检测方法，不适宜在工程上在线实时测量。(2)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。目前，非热力学方法在工程应用中还存在较大的局限性与不足，按此方法制造的测量装置造价较高，受使用场所限制，测量精度和使用寿命都有局限。(3)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。热力学方法需要从待测饱和蒸汽中抽取试样，然后引向测量装置。该方法源于饱和蒸汽干度的热力学定义，测量原理清晰，缺点是需要抽取试样，这使其在线实用性受到一定的限制。在热力学方法中，凝结法的测量原理简单，受待测饱和蒸汽参数影响小，干度测量范围宽。在许多应用场所中，凝结法具有在线实时测量的条件，是实用的测量方法。现有的凝结式饱和蒸汽干度测量装置及测量方法(申请号为CN200610042912)的装置组成包括：换热器、电子天平、热量表、温度计、显示器；测量方法是将待测饱和蒸汽和冷却水引入间壁式换热器，通过换热面进行传导换热；其缺点是(1)仅适用于将处于正压的待测蒸汽引入到换热器中，对于处于负压状态的待测蒸汽则难以引入到换热器中去。(2)换热器的端差及换热面的清洁程度将会影响到换热效果，并影响到测量精度。(3)系统组成复杂，造价高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种射汽抽气饱和蒸汽干度测量方法及装置，旨在解决现有技术中的饱和蒸汽干度测量精度受换热面端差及清洁程度的影响，不能用于负压系统，系统组成复杂造价高的问题。

本发明是这样实现的，一种射汽抽汽饱和蒸汽干度测量方法，该方法将工业蒸汽管网来的过热蒸汽导入设置在容器上方的射汽抽汽器，在射汽抽汽器内形成负压将待测饱和蒸汽引出并带入容器内的水中，进行混合换热，蒸汽在容器内相变降温凝结为水，释放热量，包括：

(1)通入过热蒸汽时，对过热蒸汽的温度、压力以及流量进行监测；

(2)待测饱和蒸汽中的干蒸汽以及过热蒸汽释放汽化潜热凝结成饱和水，在此过程中，相变温度不变；

(3)待测饱和蒸汽中的饱和水及其中的干蒸汽凝结成的饱和水、过热蒸汽凝结成的饱和水与容器中的水混合放热；

(4)循环运行一段时间后，待测饱和蒸汽及过热蒸汽凝结、放热，容器中的水位、温度上升，从容器中水体积的增加即待测饱和蒸汽和过热蒸汽的总质量，从中扣除步骤(1)中测出的过热蒸汽的质量即得到待测饱和蒸汽的质量；从容器中水温的变化计算出待测饱和蒸汽和过热蒸汽释放的热量，从中扣除过热蒸汽释放的热量，即得到待测饱和蒸汽释放的热量；

(5)利用容器中的水位、温度的变化规律建立热平衡方程，计算出饱和蒸汽干度。

进一步地，热平衡方程为：

式1中各变量的含义如下：

x：待测饱和蒸汽的干度；

H₂：汽水混合后的水位，mm；

H₁：水箱中原始水位，mm；

t₂：汽水混合后水温,℃；

t₁：容器内原始水温,℃；

m_干：过热蒸汽的质量，kg/h；

ρ_水：水的密度，kg/m³；

s：容器的底面积，㎡；

h_w(t2)：根据汽水混合后水温查得焓值，kJ/kg；

h_w(t1)：根据原始水温查得焓值，kJ/kg；

h_w(p干)：过热蒸汽的焓值，kJ/kg；

p_干：过热蒸汽的压力，bar；

p_湿：待测饱和蒸汽的压力，bar；

h_w(p湿)：压力P下的饱和水焓值，kJ/kg；

r_湿：待测饱和蒸汽的汽化潜热，kJ/kg。

本发明还提供了一种射汽抽汽饱和蒸汽干度测量装置，该装置包括：

容器，用于盛放一定量的水，水量以能够达到水位计量程下限为宜；

射汽抽汽器，一端通入过热蒸汽，另一端通入容器的水位下，并在其上设置待测饱和蒸汽进口，通过过热蒸汽流在射汽抽汽器内形成真空将待测饱和蒸汽引出；

设置过热蒸汽的管道与射汽抽汽器连接，过热蒸汽的管道上设置节流孔板用于测量流量，与节流孔板配套的差压变送器将流量信号传输；在过热蒸汽的管道上还设置温度传感器以及压力变送器分别用于测量过热蒸汽的温度与汽压并将温度压力信号进行传输；

水位计及与其配套的差压变送器，设置在容器上用于检测水位的变化并将水位信号进行传输；

温度传感器，设置在容器内，用于测量水的温度并将温度信号进行传输；

压力表及与其配套的压力变送器，设置在待测饱和蒸汽的管道上，用于测量待测饱和蒸汽的压力并将压力信号进行传输；

上位机，通过输入端与差压变送器、压力变送器以及温度传感器连接，用于参数的采集并按照热平衡方程计算出饱和蒸汽干度值。

进一步地，过热蒸汽的管道与射汽抽汽器之间依次设置闸阀与逆止阀。

进一步地，所述射汽抽汽器按照进汽方向包括依次相连的喷嘴、混合室和扩压管，在混合室上设置逆止门与待检测饱和蒸汽的输送管道连接，具有一定压力的过热蒸汽进入喷嘴，该喷嘴采用缩放喷嘴，可使喷嘴出口汽流速度高达1000m/s，将压力能变为动能，使混合室中形成高度真空，待测饱和蒸汽被吸进混合室，被高速汽流带进扩压管，在扩压管中，混合汽体的动能变成压力能，扩压管的出口压力略高于大气压，待测饱和蒸汽排入容器的水中，过热蒸汽停止时，逆止门自动关闭，防止容器中的水倒流。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明方法以及装置既适用于处于正压状态的待测饱和蒸汽也适用于处于负压状态的待测饱和蒸汽，本发明方法采用混合换热，不存在换热面端差及清洁程度的影响，所需测量的参数较少，所用的表计技术成熟、精度较高，因此测量结果精度相对高，装置组成简单造价低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种射汽抽汽饱和蒸汽干度测量方法，该方法将具有一定压力的过热蒸汽导入在容器上方设置的蒸汽引出装置——射汽抽汽器，其中的喷嘴采用缩放喷嘴，它可使喷嘴出口汽流速度高达1000m/s，将压力能变为动能，使混合室中形成高度真空，待测饱和蒸汽被吸进混合室，被高速汽流带进扩压管，在扩压管中，混合汽体的动能变成压力能，扩压管的出口压力略高于大气压，待测饱和蒸汽排入容器的水中，进行混合换热。蒸汽在容器内相变降温凝结为水，释放热量，包括：

(1)通入过热蒸汽时，对过热蒸汽的温度、压力以及流量进行监测；

(2)待测饱和蒸汽中的干蒸汽以及过热蒸汽释放汽化潜热凝结成饱和水，在此过程中，相变温度不变；

(3)待测饱和蒸汽中的饱和水及其中的干蒸汽凝结成的饱和水、过热蒸汽凝结成的饱和水与容器中的水混合放热；

(4)循环运行一段时间后，待测饱和蒸汽及过热蒸汽凝结、放热，容器中的水位、温度上升，从容器中水体积的增加即待测饱和蒸汽和过热蒸汽的总质量，从中扣除步骤(1)中测出的过热蒸汽的质量即得到待测饱和蒸汽的质量；从容器中水温的变化计算出待测饱和蒸汽和过热蒸汽释放的热量，从中扣除过热蒸汽释放的热量，即得到待测饱和蒸汽释放的热量；

(5)利用容器中的水位、温度的变化规律建立热平衡方程，计算出饱和蒸汽干度。

热平衡方程为：

式1中各变量的含义如下：

x：待测饱和蒸汽的干度；

H₂：汽水混合后的水位，mm；

H₁：水箱中原始水位，mm；

t₂：汽水混合后水温,℃；

t₁：容器内原始水温,℃；

m_干：过热蒸汽的质量，kg/h；

ρ_水：水的密度，kg/m³；

s：容器的底面积，㎡；

h_w(t2)：根据汽水混合后水温查得焓值，kJ/kg；

h_w(t1)：根据原始水温查得焓值，kJ/kg；

h_w(p干)：过热蒸汽的焓值，kJ/kg；

p_干：过热蒸汽的压力，bar；

p_湿：待测饱和蒸汽的压力，bar；

h_w(p湿)：压力P下的饱和水焓值，kJ/kg；

r_湿：待测饱和蒸汽的汽化潜热，kJ/kg。

上述装置循环运行过程中，容器的溢流管需保持敞开状态，容器的保温层需完整。

本实施例中，上述方法可以通过下列装置实现测量饱和蒸汽干度的目的，该装置包括：

容器7，用于盛放一定量的水；

射汽抽汽器5，一端通入过热蒸汽，另一端通入容器7的水位下，并在其上设置待测饱和蒸汽进口，通过过热蒸汽流在射汽抽汽器5内形成真空将待测饱和蒸汽引出；

设置过热蒸汽的管道9与射汽抽汽器连接，过热蒸汽管路上设置闸阀3(用于在需要时关断管路)，设置有节流孔板及与其配套的差压变送器，设置有压力表及压力变送器、温度表计及温度传感器，将过热蒸汽导入射汽抽流器5中；射汽抽汽器5，包括喷嘴52、逆止门53、混合室54、扩压管55，具有一定压力的过热蒸汽经喷嘴52喷出，将压力能变为动能，使混合室54中形成高度真空，待测饱和蒸汽被吸进混合室54，被工作水带进扩压管55，扩压管55的出口压力略高于大气压，待测饱和蒸汽随过热蒸汽一起排入容器的水中。当过热蒸汽停止时，逆止门53自动关闭，防止水倒流。设置在容器7上的水位计及与其配套的差压变送器11，用于检测水位的变化；设置在容器7上的温度表及与其配套的温度传感器8用于测量温度；设置在待测饱和蒸汽的管道上的压力表及与其配套的压力变送器4，用于测量待测饱和蒸汽的压力；上位机12，通过输入端与差压变送器、压力变送器以及温度传感器连接，用于参数的采集，其内存有热平衡方程的计算程序，计算出饱和蒸汽干度。在容器的底部设置放水阀10用于放水。为了防止水位过高，在容器的顶端设置溢流管6(保持畅通)，容器7用于盛放一定量的水(水量以能够达到水位计量程下限为宜)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种射汽抽汽饱和蒸汽干度测量方法，其特征在于，该方法将工业蒸汽管网来的过热蒸汽导入设置在容器上方的射汽抽汽器，在射汽抽汽器内形成负压将待测饱和蒸汽引出并带入容器内的水中，进行混合换热，蒸汽在容器内相变降温凝结为水，释放热量，包括：

(1)通入过热蒸汽时，对过热蒸汽的温度、压力以及流量进行监测；

(2)待测饱和蒸汽中的干蒸汽以及过热蒸汽释放汽化潜热凝结成饱和水，在此过程中，相变温度不变；

(3)待测饱和蒸汽中的饱和水及其中的干蒸汽凝结成的饱和水、过热蒸汽凝结成的饱和水与容器中的水混合放热；

(4)循环运行一段时间后，待测饱和蒸汽及过热蒸汽凝结、放热，容器中的水位、温度上升，从容器中水体积的增加即待测饱和蒸汽和过热蒸汽的总质量，从中扣除步骤(1)中测出的过热蒸汽的质量即得到待测饱和蒸汽的质量；从容器中水温的变化计算出待测饱和蒸汽和过热蒸汽释放的热量，从中扣除过热蒸汽释放的热量，即得到待测饱和蒸汽释放的热量；

(5)利用容器中的水位、温度的变化规律建立热平衡方程，计算出饱和蒸汽干度。

2.按照权利要求1所述的射汽抽汽饱和蒸汽干度测量方法，其特征在于，热平衡方程为：

式1中各变量的含义如下：

x：待测饱和蒸汽的干度；

H₂：汽水混合后的水位，mm；

H₁：水箱中原始水位，mm；

t₂：汽水混合后水温,℃；

t₁：容器内原始水温,℃；

m_干：过热蒸汽的质量，kg/h；

ρ_水：水的密度，kg/m³；

s：容器的底面积，㎡；

h_w(t2)：根据汽水混合后水温查得焓值，kJ/kg；

h_w(t1)：根据原始水温查得焓值，kJ/kg；

h_w(p干)：过热蒸汽的焓值，kJ/kg；

p_干：过热蒸汽的压力，bar；

p_湿：待测饱和蒸汽的压力，bar；

h_w(p湿)：压力P下的饱和水焓值，kJ/kg；

r_湿：待测饱和蒸汽的汽化潜热，kJ/kg。

3.一种射汽抽汽饱和蒸汽干度测量装置，其特征在于，该装置包括：

容器，用于盛放一定量的水，水量以能够达到水位计量程下限为宜；

射汽抽汽器，一端通入过热蒸汽，另一端通入容器的水位下，并在其上设置待测饱和蒸汽进口，通过过热蒸汽流在射汽抽汽器内形成真空将待测饱和蒸汽引出；

设置过热蒸汽的管道与射汽抽汽器连接，过热蒸汽的管道上设置节流孔板用于测量流量，与节流孔板配套的差压变送器将流量信号传输；在过热蒸汽的管道上还设置温度传感器以及压力变送器分别用于测量过热蒸汽的温度与汽压并将温度压力信号进行传输；

水位计及与其配套的差压变送器，设置在容器上用于检测水位的变化并将水位信号进行传输；

温度传感器，设置在容器内，用于测量水的温度并将温度信号进行传输；

压力表及与其配套的压力变送器，设置在待测饱和蒸汽的管道上，用于测量待测饱和蒸汽的压力并将压力信号进行传输；

上位机，通过输入端与差压变送器、压力变送器以及温度传感器连接，用于参数的采集并按照热平衡方程计算出饱和蒸汽干度值。

4.如权利要求3所述的射汽抽汽饱和蒸汽干度测量装置，其特征在于，过热蒸汽的管道与射汽抽汽器之间依次设置闸阀与逆止阀。

5.如权利要求3所述的射汽抽汽饱和蒸汽干度测量装置，其特征在于，所述射汽抽汽器按照进汽方向包括依次相连的喷嘴、混合室和扩压管，在混合室上设置逆止门与待检测饱和蒸汽的输送管道连接，具有一定压力的过热蒸汽进入喷嘴，该喷嘴采用缩放喷嘴，可使喷嘴出口汽流速度高达1000m/s，将压力能变为动能，使混合室中形成高度真空，待测饱和蒸汽被吸进混合室，被高速汽流带进扩压管，在扩压管中，混合汽体的动能变成压力能，扩压管的出口压力略高于大气压，待测饱和蒸汽排入容器的水中，过热蒸汽停止时，逆止门自动关闭，防止容器中的水倒流。