CN105222837B

CN105222837B - 一种蒸汽流量测量方法及其蒸气流量测量装置

Info

Publication number: CN105222837B
Application number: CN201510630599.1A
Authority: CN
Inventors: 黄彦平; 唐瑜; 徐建军; 洪刚; 谢添舟
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: CN105222837A

Abstract

本发明公开的是一种蒸汽流量测量方法及其蒸气流量测量装置，一种蒸气流量测量装置，包括用以生成蒸汽的蒸汽发生装置，蒸汽发生装置连通有文丘里流量计，蒸汽发生装置的蒸汽输出口与文丘里流量计之间设置有整流加热装置，整流加热装置包括过渡段I，过渡段I还连通有加热装置，加热装置还连通有过渡段II，过渡段II与文丘里流量计连通，过渡段I与蒸汽发生装置的蒸汽输出口连通，其中，过渡段II上设置有测压组件和测温组件，文丘里流量计上设置有智能式压差变送器，还包括计算机，测压组件的信号和测温组件的信号、智能式压差变送器的信号都输入到计算机，计算机用以计算出湿蒸汽流量。

Description

一种蒸汽流量测量方法及其蒸气流量测量装置

技术领域

本发明涉及蒸汽流量测量技术，具体涉及到了一种蒸汽流量测量方法及其蒸气流量测量装置。

背景技术

在蒸汽流量测量技术中，冷却剂在实验回路中循环流动，在热源处吸热，在冷源处放热。吸热后，液态水经沸腾相变称为湿蒸汽或过热蒸汽；放热后，蒸汽凝结为液态水。相变过程交替往复。

在热工水力学实验中，冷却剂的压力、温度及流量都是需要重点测量的物理量。单相液和单相汽的流量测量较为成熟，常见的压差式测量装置，如：孔板流量计和文丘里流量计等，都能进行精度较高地测量。但是，像湿蒸汽这样的两相混合物，其流量测量的难度极大。主要原因在于两相混合物的物性参数（密度、粘度）不易确定。

液态水及过热蒸汽的物性参数可由其基本热力学参数惟一确定。基本的热力学参数包括温度、压力、焓值、熵等，对于液态水及过热蒸汽，若已知其中任意两个参数值，就可惟一地确定其热力学状态和物性参数。但是，对于湿蒸汽而言，仅知道其热力学基本参数不足以确定其物性参数，还必须知道蒸汽的干度，即汽相占混合物的比例。测量湿蒸汽干度尽管有多种方法，但均不易施行，且精度有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单的蒸汽流量测量方法及其蒸气流量测量装置，在本发明中，无需直接测量湿蒸汽的流量。这样，就可有效避开获取湿蒸汽物性参数的困难。通过温度补偿和压力补偿，文丘里流量计可以准确测量过热蒸汽的质量流量。而根据质量守恒原理，湿蒸汽的流量应与过热蒸汽的流量相同。

为解决上述缺点，本发明的技术方案如下：

一种蒸汽流量测量方法，包括以下步骤：

A、使用蒸汽发生装置生成蒸汽；

B、使用过渡段I对蒸汽发生装置的蒸汽进行整流形成整流后湿蒸汽；

C、使用加热装置对整流后湿蒸汽进行二次加热，保证加热装置输出的蒸汽为过热蒸汽；

D、将加热装置输出的过热蒸汽输入到过渡段II内，在过渡段II上设置测压组件和测温组件，测压组件和测温组件将测定的参数输入到计算机，通过测压组件和测温组件测定的TP参数判断加热装置输出的蒸汽是否为过热蒸汽，通过测压组件和测温组件测定的TP参数为文丘里流量计的测量提供温度补偿和压力补偿的依据；

E、使用文丘里流量计与过渡段II的输出端口连接，在文丘里流量计上安装智能式压差变送器，通过智能式压差变送器测量过热蒸汽流过丘里流量计时产生的压降参数，采用计算机根据压降参数和TP参数来计算出过热蒸汽的流量，根据质量守恒原理，湿蒸汽在转变为过热蒸汽的过程中质量流量保持不变，因此，过热蒸汽的流量即为湿蒸汽流量。

本发明是一种简易的测量湿蒸汽流量的方法及其装置。其基本原理是通过外加热源将湿蒸汽变成过热蒸汽，再利用文丘里流量计测量过热蒸汽的流量来确定湿蒸汽的流量。从蒸汽发生装置出来的湿蒸汽，经过渡段I整流后进入加热装置将湿蒸汽转变为过热蒸汽，保证过热蒸汽中不含液态水。进入过渡段II的是具有一定过热度的过热蒸汽，在过渡段II的合适位置分别布置有一个测压组件和一个测温组件。压力测量和温度测量的结果会通过数据采集系统传入计算机中，进行存储和实时显示。进行压力和温度测量的目的有两个：1、保证进入过渡段II的流体为过热蒸汽。通过温度测量判断流体是否已转变为过热蒸汽，如尚未过热，则调整加热装置，使得加热装置的输出更大功率，保证进入过渡段II的流体为过热蒸汽；2、为文丘里流量计的测量提供温度补偿和压力补偿的依据。

从过渡段II流出的过热蒸汽进入文丘里流量计。文丘里流量计是一种成熟的压差式流量测量设备，它通过测量过热蒸汽流过文丘里流量计时产生的压降来计算流量。流量测量数据通过数采系统进入计算机，进行存储和实时显示。尽管文丘里流量计所测量的是过热蒸汽流量，根据质量守恒原理，湿蒸汽在转变为过热蒸汽的过程中质量流量保持不变，因此，过热蒸汽的流量即为湿蒸汽流量。

还包括显示参数步骤，采用显示器与计算机连接，实时显示压降参数和TP参数和过热蒸汽的流量。

因此，根据上述测定方法，本发明设置有一种蒸气流量测量装置，包括用以生成蒸汽的蒸汽发生装置，蒸汽发生装置连通有文丘里流量计，蒸汽发生装置的蒸汽输出口与文丘里流量计之间设置有整流加热装置，整流加热装置包括过渡段I，过渡段I还连通有加热装置，加热装置还连通有过渡段II，过渡段II与文丘里流量计连通，过渡段I与蒸汽发生装置的蒸汽输出口连通，其中，过渡段II上设置有测压组件和测温组件，文丘里流量计上设置有智能式压差变送器，还包括计算机，测压组件的信号和测温组件的信号、智能式压差变送器的信号都输入到计算机，计算机用以计算出湿蒸汽流量。

所述加热装置包括加热管，加热管两端都设置有导电铜牌，前端的导电铜牌通过绝缘法兰与过渡段I连通，后端的导电铜牌通过绝缘法兰与过渡段II连通，两端的导电铜牌连接到直流电源的正负极上。

述加热管外壁设置有保温层。

所述加热管的内壁面为内螺纹结构。

本发明的重点改造点在于加热装置和过渡段I和过渡段II，加热装置优选采用电加热装置的方式进行，也即采用直接电加热且加热管进出口两端的电压可以在一定范围内进行调节。加热管内壁面采用内螺纹结构，湿蒸汽从加热管的入口进入后，在流道中旋转前进。湿蒸汽主要由饱和蒸汽以及由蒸汽裹挟的液滴所组成，湿蒸汽在旋转过程中，湿蒸汽中的液滴由于离心力的作用被甩至加热管的管壁并汇集成为液膜。液膜在沿管壁向前流动的过程中，管壁与之进行直接的热交换，使液膜迅速气化。比光管相比，换热能力显著提高，可有效缩短加热段的长度。同时，在加热管外侧包裹保温材料，以减小散热损失，使电加热的热量尽可能多地用于加热湿蒸汽。

优选的，加热装置的另外一种实施方式为烘烤管方式进行，即所述加热装置包括加热管，加热管的前端与过渡段I连通，加热管的后端与过渡段II连通，加热管下方设置有烘烤装置，烘烤装置发热对加热管的管壁加热，从而使得加热管内部的湿蒸汽转变为过热蒸汽。在实际操作中，并不限于上述加热装置的实施方式，加热装置的结构可以采用其他结构，只要能达到将湿蒸汽加热成过热蒸汽的加热装置均可以运用到本发明中。

优选的，上述实施方式中，烘烤装置为红外加热装置或燃料烘烤装置。所述加热管的内壁面为内螺纹结构。

本发明的效果在于：利用本发明提供的湿蒸汽流量测量装置可以较为准确地获得湿蒸汽的实时流量，通过分析，可进一步获得蒸汽产量以及蒸汽产生过程中的能量转换效率。掌握蒸汽流量，还可以为后续蒸汽做功或冷凝提供准确地输入条件，以便于系统的调节控制，能够提供一种简单的测定蒸汽的方法和装置，不必必须测定干度这类复杂参数。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

其中，图中附图标记对应的零部件名称为：

1、过渡段I， 2、绝缘法兰， 3、导电铜牌，4、加热管，5、过渡段II，6、测压组件，7、测温组件，8、智能式压差变送器，9、文丘里流量计，10、直流电源，11、计算机，12、显示器，13、蒸汽发生装置。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示。

一种蒸汽流量测量方法，包括以下步骤：

A、使用蒸汽发生装置13生成蒸汽；

B、使用过渡段I1对蒸汽发生装置13的蒸汽进行整流形成整流后湿蒸汽；

D、将加热装置输出的过热蒸汽输入到过渡段II5内，在过渡段II5上设置测压组件6和测温组件7，测压组件6和测温组件7将测定的参数输入到计算机11，通过测压组件6和测温组件7测定的TP参数判断加热装置输出的蒸汽是否为过热蒸汽，通过测压组件6和测温组件7测定的TP参数为文丘里流量计的测量提供温度补偿和压力补偿的依据；

E、使用文丘里流量计9与过渡段II5的输出端口连接，在文丘里流量计上安装智能式压差变送器8，通过智能式压差变送器测量过热蒸汽流过丘里流量计时产生的压降参数，采用计算机根据压降参数和TP参数来计算出过热蒸汽的流量，根据质量守恒原理，湿蒸汽在转变为过热蒸汽的过程中质量流量保持不变，因此，过热蒸汽的流量即为湿蒸汽流量。

本发明是一种简易的测量湿蒸汽流量的方法及其装置。其基本原理是通过外加热源将湿蒸汽变成过热蒸汽，再利用文丘里流量计测量过热蒸汽的流量来确定湿蒸汽的流量。从蒸汽发生装置13出来的湿蒸汽，经过渡段I整流后进入加热装置将湿蒸汽转变为过热蒸汽，保证过热蒸汽中不含液态水。进入过渡段II的是具有一定过热度的过热蒸汽，在过渡段II的合适位置分别布置有一个测压组件和一个测温组件。压力测量和温度测量的结果会通过数据采集系统传入计算机中，进行存储和实时显示。进行压力和温度测量的目的有两个：1保证进入过渡段II的流体为过热蒸汽。通过温度测量判断流体是否已转变为过热蒸汽，如尚未过热，则调整加热装置，使得加热装置的输出更大功率，保证进入过渡段II的流体为过热蒸汽；2为文丘里流量计的测量提供温度补偿和压力补偿的依据。

实施例2

如图1所示：根据上述测定方法，本发明设置有一种蒸气流量测量装置，包括用以生成蒸汽的蒸汽发生装置13，蒸汽发生装置13连通有文丘里流量计9，蒸汽发生装置13的蒸汽输出口与文丘里流量计9之间设置有整流加热装置，整流加热装置包括过渡段I1，过渡段I1还连通有加热装置，加热装置还连通有过渡段II5，过渡段II与文丘里流量计9连通，过渡段I1与蒸汽发生装置13的蒸汽输出口连通，其中，过渡段II5上设置有测压组件6和测温组件7，文丘里流量计9上设置有智能式压差变送器8，还包括计算机11，测压组件6的信号和测温组件7的信号、智能式压差变送器8的信号都输入到计算机11，计算机11用以计算出湿蒸汽流量。

当单相水在蒸汽发生装置中吸收热量、发生相变，成为汽水混合的湿蒸汽后，通过实验管路将湿蒸汽引入本专利提供的湿蒸汽流量测量系统。

湿蒸汽首先进入过渡段I1，在过渡段中，蒸汽中裹挟的液滴会逐渐沉积到管道底部，而蒸汽则更多的聚集在管道的上部空间。经过整流后的湿蒸汽进入加热装置。加热装置启动后，使加热壁面产生持续稳定的热流。流过加热装置的湿蒸汽在吸收壁面发出的热量后，干度逐渐增加，最终变成过热蒸汽。从加热装置流出的蒸汽进入过渡段II，其热力学状态未知。因此，在过渡段II中布置了测温组件、测压组件，通过温度、压力的测量结果来判断流体的状态，相应对加热装置的加热功率进行调整。比如，测得流体的温度与流体压力对应的饱和温度相同，则可判断流体尚未过热，需增加输出功率。由于温度测量本身带有一定的不确定性，为了保证流体过热，要求进入过渡段II的蒸汽必须具有5℃以上的过热度。若测量结果不满足此要求，则增加加热功率直至该条件满足为止。

从过渡段II流出的过热蒸汽进入文丘里流量测量系统，蒸汽流过文丘里流量计时产生的压差信号被导入智能式差压变送器，并经由数据采集系统进入计算机，经过计算分析，最终转换为流量信息被实时显示出来。

实施例3

在实施例2的基础上，优选的，所述加热装置包括加热管4，加热管两端都设置有导电铜牌3，前端的导电铜牌3通过绝缘法兰2与过渡段I1连通，后端的导电铜牌3通过绝缘法兰2与过渡段II5连通，两端的导电铜牌3连接到直流电源10的正负极上。

述加热管外壁设置有保温层。

所述加热管的内壁面为内螺纹结构。

本发明的重点改造点在于加热装置和过渡段I1和过渡段II5，加热装置优选采用电加热装置的方式进行，也即采用直接电加热且加热管进出口两端的电压可以在一定范围内进行调节。加热管内壁面采用内螺纹结构，湿蒸汽从加热管的入口进入后，在流道中旋转前进。湿蒸汽主要由饱和蒸汽以及由蒸汽裹挟的液滴所组成，湿蒸汽在旋转过程中，湿蒸汽中的液滴由于离心力的作用被甩至加热管的管壁并汇集成为液膜。液膜在沿管壁向前流动的过程中，管壁与之进行直接的热交换，使液膜迅速气化。比光管相比，换热能力显著提高，可有效缩短加热段的长度。同时，在加热管外侧包裹保温材料，以减小散热损失，使电加热的热量尽可能多地用于加热湿蒸汽。加热管两端焊接导电铜牌，在导电铜牌的前端和后端分别设置绝缘法兰，使加热装置绝缘，避免整个实验系统带电。加热管的内壁面采用内螺纹结构，通过旋转时产生的离心力使液滴更多地与壁面接触，提高了换热能力，有利于缩短加热管的长度。

实施例4

在实施例2的基础上，优选的，加热装置的另外一种实施方式为烘烤管方式进行，即所述加热装置包括加热管4，加热管的前端与过渡段I1连通，加热管的后端与过渡段II5连通，加热管下方设置有烘烤装置，烘烤装置发热对加热管的管壁加热，从而使得加热管内部的湿蒸汽转变为过热蒸汽。在实际操作中，并不限于上述加热装置的实施方式，加热装置的结构可以采用其他结构，只要能达到将湿蒸汽加热成过热蒸汽的加热装置均可以运用到本发明中。

优选的，上述实施方式中，烘烤装置为红外加热装置或燃料烘烤装置。所述加热管4的内壁面为内螺纹结构。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种蒸汽流量测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、使用蒸汽发生装置（13）生成蒸汽；

B、使用过渡段I（1）对蒸汽发生装置（13）的蒸汽进行整流形成整流后湿蒸汽；

D、将加热装置输出的过热蒸汽输入到过渡段II（5）内，在过渡段II（5）上设置测压组件（6）和测温组件（7），测压组件（6）和测温组件（7）将测定的参数输入到计算机（11），通过测压组件（6）和测温组件（7）测定的TP参数判断加热装置输出的蒸汽是否为过热蒸汽，通过测压组件（6）和测温组件（7）测定的TP参数为文丘里流量计的测量提供温度补偿和压力补偿的依据；

E、使用文丘里流量计（9）与过渡段II（5）的输出端口连接，在文丘里流量计上安装智能式压差变送器（8），通过智能式压差变送器测量过热蒸汽流过丘里流量计时产生的压降参数，采用计算机根据压降参数和TP参数来计算出过热蒸汽的流量，根据质量守恒原理，湿蒸汽在转变为过热蒸汽的过程中质量流量保持不变，因此，过热蒸汽的流量即为湿蒸汽流量；

所述加热装置包括加热管（4），所述加热管的内壁面为内螺纹结构。

2.根据权利要求1所述的一种蒸汽流量测量方法，其特征在于：还包括显示参数步骤，采用显示器与计算机连接，实时显示压降参数和TP参数和过热蒸汽的流量。

3.蒸气流量测量装置，包括用以生成蒸汽的蒸汽发生装置（13），蒸汽发生装置（13）连通有文丘里流量计（9），其特征在于：蒸汽发生装置（13）的蒸汽输出口与文丘里流量计（9）之间设置有整流加热装置，整流加热装置包括过渡段I（1），过渡段I（1）还连通有加热装置，加热装置还连通有过渡段II（5），过渡段II与文丘里流量计（9）连通，过渡段I（1）与蒸汽发生装置（13）的蒸汽输出口连通，其中，过渡段II（5）上设置有测压组件（6）和测温组件（7），文丘里流量计（9）上设置有智能式压差变送器（8），还包括计算机（11），测压组件（6）的信号和测温组件（7）的信号、智能式压差变送器（8）的信号都输入到计算机（11），计算机（11）用以计算出湿蒸汽流量；所述加热装置包括加热管（4），所述加热管的内壁面为内螺纹结构。

4.根据权利要求3所述的蒸气流量测量装置，其特征在于：加热管两端都设置有导电铜牌（3），前端的导电铜牌（3）通过绝缘法兰（2）与过渡段I（1）连通，后端的导电铜牌（3）通过绝缘法兰（2）与过渡段II（5）连通，两端的导电铜牌（3）连接到直流电源（10）的正负极上。

5.根据权利要求4所述的蒸气流量测量装置，其特征在于：所述加热管外壁设置有保温层。

6.根据权利要求3所述的蒸气流量测量装置，其特征在于：加热管的前端与过渡段I（1）连通，加热管的后端与过渡段II（5）连通，加热管下方设置有烘烤装置。

7.根据权利要求6所述的蒸气流量测量装置，其特征在于：烘烤装置为红外加热装置或燃料烘烤装置。