CN104390664B - 气液两相流相变换热循环系统 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种气液两相流相变换热循环系统，经去离子液体制备装置和除氧器处理的纯净液体被送入蒸气发生器中产生饱和蒸气，该饱和蒸气经减压阀进入蒸气过热器，在蒸气过热器中形成干度为1的过热蒸气，该过热干蒸气经过加湿减温器进行定量加湿，形成的气液两相流进入温度精调器，被加热至预定温度，接着，进入换热器被加热为过热蒸气，过热蒸气随后进入冷却器，被完全凝结为液体，并进入凝结液储存箱，该凝结液储存箱中的液体经液体变频循环泵输送至蒸气发生器，蒸气发生器还经加湿变频泵连通到加湿减温器，各环节安装有各种传感器，电控部件与控制器电连接。本发明的有益效果是能够对气液两相流的温度、压力、流量和干度进行精确控制和测量。
Description
技术领域
本发明属于热工参数测量与控制技术领域，具体涉及一种气液两相流相变换热循环系统。
背景技术
管路中气液两相流的流动和传热是能源动力和石油化工设备中的常见的现象，例如：核电站MSR再热器就是一种典型的湿蒸气的相变换热过程。为了了解气液两相流的流动和换热特性，有必要对气液两相流的热工参数进行实时精确测量和控制。
干蒸气现大多数采用孔板、涡街等流量计测量体积流量，并采用密度补偿的方法，得出干蒸气的质量流量。湿蒸气密度是温度(或压力)与饱和蒸气干度的函数，湿蒸气干度的精确测量，在技术上有较大难度，因此，干蒸气的流量测量方法不适用于湿蒸气。
湿蒸气的干度测量有许多种测量方法，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饱和蒸气采样，化验液态中含盐量确定饱和蒸气干度。化验方法是一种实验室检测方法，不适用于工程上的在线实时测量。
非热力学方法有光学探测法、电导探针法、电容法、热线射线法和示踪剂法等。目前，非热力学测量装置造价较高，易受使用场所限制，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、蒸气空气混合法、加热法、相分离法、混合法、凝结法、能量平衡法和量热计法等。此类方法源于湿蒸气干度的热力学定义，测量原理清晰，缺点是需要抽取试样，其在线实用性受到一定的限制。例如：节流法的温度测量误差不得超过±0.3℃，若节流后的蒸气温度低于大气压对应的饱和蒸气温度，则有必要将采样蒸气膨胀到真空状态，为了确保蒸气在量热装置系统中绝热膨胀，需保证装置保温性能良好，且尽可能缩短采样管道长度。凝结法的测量原理简单，受待测湿蒸气参数影响小，干度测量范围宽，具备了在线实时测量的条件。
此外，由于受到制造和工艺条件限制，在实际应用中，气体压缩机的选择范围有限，从而成为高温、高压头、大流量气体输送的难题。
发明内容
本发明根据以上不足，提供了一种气液两相流相变换热循环系统，可以对进入换热器入口的气液两相流的温度、压力、流量和干度等热工参数实现精确测量和控制。
本发明的技术方案是：
一种气液两相流相变换热循环系统，包括：蒸气发生器、减压阀、蒸气过热器、加湿减温器、温度精调器、换热器、冷却器、凝结液储存箱、液体变频循环泵、加湿变频泵、去离子液体制备装置和除氧器、多个温度传感器、多个压力传感器、液体循环量流量计和加湿器液体流量计，经去离子液体制备装置和除氧器处理的纯净液体被送入蒸气发生器中产生饱和蒸气，该饱和蒸气经减压阀进入蒸气过热器，在蒸气过热器中形成干度为1的过热蒸气，该过热干蒸气经过加湿减温器进行定量加湿，形成的气液两相流进入温度精调器，被加热至预定温度，接着，进入换热器被加热为过热蒸气或被冷凝为湿蒸气，过热蒸气或湿蒸气随后进入冷却器，被完全凝结为液体，并进入凝结液储存箱，该凝结液储存箱中的液体经液体变频循环泵输送至蒸气发生器，蒸气发生器还经加湿变频泵连通到加湿减温器，蒸气过热器前设置有第一温度传感器T1和第一压力传感器P1，蒸气过热器后设置有第二温度传感器T2和第二压力传感器P2，温度精调器前设置有第三温度传感器T3和第三压力传感器P3，温度精调器后设置有第四温度传感器T4和第四压力传感器P4，上述各电控部件与控制器电连接，电控部件包括蒸气发生器、蒸气过热器、加湿减温器、温度精调器、冷却器、液体变频循环泵、加湿变频泵、去离子液体制备装置和除氧器、多个温度传感器、多个压力传感器、液体循环量流量计、加湿器液体流量计、第一温度传感器T1、第一压力传感器P1、第三温度传感器T3和第三压力传感器P3、第四温度传感器T4和第四压力传感器P4；
还包括安装在所述液体变频循环泵输出端的第一流量计F1和安装在所述加湿变频泵输出端的第二流量计F2，所述控制器采集第一流量计F1、第二流量计F2的信号，获得液体变频循环泵和加湿变频泵流量之差，并且控制所述蒸气发生器的加热量，最终决定所述蒸气发生器所产生的饱和蒸气的温度和流量。
所述干度为1的过热蒸气，其过热度由所述蒸气过热器入口的焓值和蒸气过热器的加热量决定。
所述加湿减温器的加液量由安装在所述液体变频循环泵输出端的第一流量计F1测得的液体流量值乘以所述气液两相流的额定干度百分比计算而得，其值可由所述加湿变频泵输出端的第二流量计F2测量，并由加湿变频泵控制。
所述气液两相流的温度由所述换热器输入端的第四温度传感器T4检测，并由所述温度精调器控制。
所述气液两相流的压力由所述换热器输入端的第四压力传感器P4检测，由所述减压阀控制。
所述冷却器的风量开度根据所述换热器输出端的第五温度传感器T5和第五压力传感器P5实现控制。
本发明通过将蒸气加热为干度为1的过热干蒸气后，再进行定量加湿，即，干度x＝(hx-hf)/(hs-hf)，hx为湿蒸气的焓，hf为饱和水的焓，hs为饱和蒸气的焓。从过热器3出来的是干度x为1的过热干蒸气，通过饱和蒸气的温度可以查出饱和蒸气的焓hs，根据加入的饱和水不同可以得到不同温度和流量饱和水对应的饱和水焓hf，最后得到hs，因此只要通过在过热器3出来的过热干蒸气中加入不同流量的凝结液，就可以得到不同干度的湿蒸气。解决了气液两相流干度的精确测量与控制问题。通过将干蒸气或气液两相流通过冷却器(气体或液体)冷却后，形成凝结液，再由液体变频循环泵输送至蒸气发生器；不使用气体压缩机，而采用常规的液体循环泵，解决了高压头、大流量、高温气体的流量测量、控制和输送问题。本发明的有益效果是能够对气液两相流的温度、压力、流量和干度进行精确控制和测量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的说明：
如图所示，一种气液两相流相变换热循环系统，包括：蒸气发生器1、减压阀2、蒸气过热器3、加湿减温器4、温度精调器5、换热器6、冷却器7、凝结液储存箱8、液体变频循环泵9、加湿变频泵10、去离子液体制备装置和除氧器11、多个温度传感器12、多个压力传感器13、液体循环量流量计14和加湿器液体流量计15，经去离子液体制备装置和除氧器11处理的纯净液体被送入蒸气发生器1中产生饱和蒸气，该饱和蒸气经减压阀2进入蒸气过热器3，在蒸气过热器3中形成干度为1的过热蒸气，该过热干蒸气经过加湿减温器4进行定量加湿，形成的气液两相流进入温度精调器5，被加热至预定温度，接着，进入换热器6被加热为过热蒸气或被冷凝为湿蒸气，过热蒸气或湿蒸气随后进入冷却器7，被完全凝结为液体，并进入凝结液储存箱8，该凝结液储存箱8中的液体经液体变频循环泵9输送至蒸气发生器1，蒸气发生器1还经加湿变频泵10连通到加湿减温器4，蒸气过热器3前设置有第一温度传感器T1和第一压力传感器P1，蒸气过热器3后设置有第二温度传感器T2和第二压力传感器P2，温度精调器5前设置有第三温度传感器T3和第三压力传感器P3，温度精调器5后设置有第四温度传感器T4和第四压力传感器P4，上述各电控部件与控制器电连接，电控部件指的是加湿减温器4，蒸气过热器3等。
多个温度传感器12包括：第一温度传感器T1至第七温度传感器T7；
多个压力传感器13包括：第一压力传感器P1至第七压力传感器P7。
还包括安装在所述液体变频循环泵9输出端的第一流量计F1和安装在加湿变频泵10输出端的第二流量计F2，控制器采集第一流量计F1、第二流量计F2的信号，获得液体变频循环泵9和加湿变频泵10流量之差，并且控制蒸气发生器1的加热量，最终决定气液两相流的流量。
干度为1的过热蒸气，其过热度由蒸气过热器3入口的焓值和蒸气过热器3的加热量决定。
加湿减温器4的加液量由安装在液体变频循环泵9输出端的第一流量计F1测得的液体流量值乘以气液两相流的额定干度百分比计算而得，其值可由加湿变频泵10输出端的第二流量计F2测量，并由加湿变频泵10控制。
气液两相流的温度由所述换热器6输入端的第四温度传感器T4检测，并由所述温度精调器5控制。
气液两相流的压力由所述换热器6输入端的第四压力传感器P4检测，由减压阀2控制。
冷却器7的风量开度根据换热器6输出端的第五温度传感器T5和第五压力传感器P5实现控制。
Claims (6)
1.一种气液两相流相变换热循环系统，包括：蒸气发生器(1)、减压阀(2)、蒸气过热器(3)、加湿减温器(4)、温度精调器(5)、换热器(6)、冷却器(7)、凝结液储存箱(8)、液体变频循环泵(9)、加湿变频泵(10)、去离子液体制备装置和除氧器(11)、多个温度传感器(12)、多个压力传感器(13)、液体循环量流量计(14)和加湿器液体流量计(15)，其特征是，经去离子液体制备装置和除氧器(11)处理的纯净液体被送入蒸气发生器(1)中产生饱和蒸气，该饱和蒸气经减压阀(2)进入蒸气过热器(3)，在蒸气过热器(3)中形成干度为1的过热蒸气，该过热干蒸气经过加湿减温器(4)进行定量加湿，形成的气液两相流进入温度精调器(5)，被加热至预定温度，接着，进入换热器(6)被加热为过热蒸气或被冷却为湿蒸气，过热蒸气或湿蒸气随后进入冷却器(7)，被完全凝结为液体，并进入凝结液储存箱(8)，该凝结液储存箱(8)中的液体经液体变频循环泵(9)输送至蒸气发生器(1)，蒸气发生器(1)还经加湿变频泵(10)连通到加湿减温器(4)，蒸气过热器(3)前设置有第一温度传感器T1和第一压力传感器P1，蒸气过热器(3)后设置有第二温度传感器T2和第二压力传感器P2，温度精调器(5)前设置有第三温度传感器T3和第三压力传感器P3，温度精调器(5)后设置有第四温度传感器T4和第四压力传感器P4，上述各电控部件与控制器电连接，电控部件包括蒸气发生器(1)、蒸气过热器(3)、加湿减温器(4)、温度精调器(5)、冷却器(7)、液体变频循环泵(9)、加湿变频泵(10)、去离子液体制备装置和除氧器(11)、多个温度传感器(12)、多个压力传感器(13)、液体循环量流量计(14)、加湿器液体流量计(15)、第一温度传感器T1、第一压力传感器P1、第三温度传感器T3和第三压力传感器P3、第四温度传感器T4和第四压力传感器P4；
所述干度为1的过热蒸气，其过热度由所述蒸气过热器(3)入口的焓值和蒸气过热器(3)的加热量决定。
2.如权利要求1所述的一种气液两相流相变换热循环系统，其特征是，还包括安装在所述液体变频循环泵(9)输出端的第一流量计F1和安装在所述加湿变频泵(10)输出端的第二流量计F2，所述控制器采集第一流量计F1、第二流量计F2的信号，获得液体变频循环泵(9)和加湿变频泵(10)流量之差，并且控制所述蒸气发生器(1)的加热量，最终决定所述蒸气发生器(1)所产生的饱和蒸气的温度和流量。
3.如权利要求1所述的一种气液两相流相变换热循环系统，其特征是，所述加湿减温器(4)的加液量由安装在所述液体变频循环泵(9)输出端的第一流量计F1测得的液体流量值乘以所述气液两相流的额定干度百分比计算而得，其值可由所述加湿变频泵(10)输出端的第二流量计F2测量，并由加湿变频泵(10)控制。
4.如权利要求1所述的一种气液两相流相变换热循环系统，其特征是，所述气液两相流的温度由所述换热器(6)输入端的第四温度传感器T4检测，并由所述温度精调器(5)控制。
5.如权利要求1所述的一种气液两相流相变换热循环系统，其特征是，所述气液两相流的压力由所述换热器(6)输入端的第四压力传感器P4检测，由所述减压阀(2)控制。
6.如权利要求1所述的一种气液两相流相变换热循环系统，其特征是，所述冷却器(7)的风量开度根据所述换热器(6)输出端的第五温度传感器T5和第五压力传感器P5实现控制。
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