CN105372301A - 蒸汽湿度测量装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于测量两相流动流体的气相的湿度的测量系统。测量系统包括用于容纳流体流的具有带平均截面面积(14)的内表面(12)的容器(10)、适于测量穿过容器(10)的两相流体的液膜的流速的液膜测量装置(17)、具有位于容器中的多个电极(22)的电容层析成像装置(20)，以及适于计算容器(10)中的液膜的流速的计算机(11)。测量系统基于电容层析成像装置(20)的测量结果和计算的液膜流速来计算气相的湿度。

Description

蒸汽湿度测量装置

技术领域

本公开涉及一种用于测量在容器中的流动气体如蒸汽的湿度的设备。

背景技术

在使用蒸汽的发电站中，不论它们是核电站、化石燃料电站、地热电站或可选的能源电站如太阳能电站，可有利的是不断地测量各种蒸汽流的湿度，以允许控制蒸汽质量，因此改进过程效率，并且可能避免或至少最小化构件腐蚀。

存在能够测量蒸汽湿度的一定数量的已知技术，包括追踪器注入、声音测量和电容层析成像。尽管追踪器可提供1wt%以下的水分浓度的准确测量，但追踪器技术并未提供控制所需的连续测量。相比之下，尽管单独地基于电容层析成像的测量方法可提供连续测量，但该方法典型地在低水分浓度下具有有限的准确性。相同的缺陷典型地在基于声音的测量系统中发现。

因此，不断需要开发测量系统，其提供包括低水分浓度的蒸汽流的准确的连续湿度测量。

发明内容

提供了一种用于测量两相流动流体的气相的湿度的湿度测量装置。装置的测量基于电容层析成像，并且能够在70bar压力下以0.5wt%的准确性提供0.1wt%湿度的范围中的湿度测量。

本公开试图借助于独立权利要求的主题来解决该问题。有利的实施例在从属权利要求中给出。

一个大体方面包括一种用于测量两相流动流体如蒸汽的气相的湿度的测量系统。测量系统包括用于容纳两相流体流并且具有内表面和平均截面面积的容器、适于测量形成穿过容器的两相流体的液相的液膜的流速的液膜测量装置、具有位于容器中且具有测量表面的多个电极的电容层析成像装置，以及适于基于电容层析成像装置的测量结果和计算的液膜的流速在计算电容测量的湿度之后计算蒸汽的湿度的计算机。独立流速和液膜测量仪器的组合被发现允许甚至在低湿度下使用电容层析成像来可靠地计算两相流系统中的气相的湿度。

实施可包括以下特征中的一个或更多个。

测量系统，其中液膜测量装置的流速计包括第一探头，其适于在第一探头的位置处测量容器中的气相空隙度，以及第二探头，其构造为容器的一部分并且布置在第一探头下游并且与其间隔开，并且还适于在第二探头的位置处测量容器中的气相空隙度。

测量系统从来自第二探头的测量信号计算气体空隙度，并且通过基于第一探头与第二探头之间的距离和第一探头和第二探头的计算的空隙度的交叉关联来计算液膜的流速。

测量系统，其中第一探头和第二探头构造为电容和/或电导测量探头。

测量系统，其中第一探头和第二探头的电极构造为阻抗测量探头。

测量系统，其中电容层析成像装置包括具有组合的测量表面面积的多个电极，其中组合的测量表面面积为平均截面面积的至少两倍。

测量系统，其中多个电极在所述容器中沿周向分布。

测量系统，其中电容层析成像装置具有少于十二个但大于两个的电极。

测量系统，其中电极的数量为准确四个。发现大电极表面尺寸显著地改进了测量准确性，不但允许湿度的更可靠估计，而且能够减少电极数量，而与接受的知识相反没有折衷的测量准确性。这显著地简化了测量装置的安装。

测量系统，其中容器包括电容层析成像装置的多个电极中的各个之间的凸起。凸起凸出，以便减小容器的平均截面面积。

测量系统，其中凸起具有三角形，该三角形沿容器的流动方向延伸。凸起用于在电极上方引导液膜的流速的目的，发现其通过防止可引起测量复杂性的电场区域中的流动而提供了湿度计算的显著改进。

一个大体方面包括一种测量流过容器的两相流体如蒸汽的湿度的方法，该方法包括使用第一测量装置来计算形成两相流体的液相的液膜的流速，以及基于电容层析成像装置的测量结果和计算的液膜的流速来计算气相的湿度。

本发明的又一个目的在于克服或至少改善现有技术的缺点或不足，或提供有用的备选方案。

本公开的其它方面和优点将从连同附图进行的以下描述变得显而易见，该附图经由实例示出了本发明的示例性实施例。

附图说明

经由实例，下文参照附图更完整地描述了本公开的实施例，在该附图中：

图1为本发明的示例性实施例的湿度测量系统的示意图；以及

图2为图1的电容层析成像装置的断面视图。

部件列表

10容器

11计算机

12内表面

14平均直径

16凸起

17液膜测量装置的流速计

18第一探头

19第二探头

20电容层析成像装置

22电极

24测量表面。

具体实施方式

现在参照附图来描述本公开的示例性实施例，其中相似的附图标记用于表示各处相似的元件。在以下描述中，为了阐释的目的，阐明了许多具体细节以提供本公开的彻底理解。然而，本公开可在没有这些具体细节的情况下实践，并且不限于本文中公开的示例性实施例。

在整个说明书中，提到平均截面面积14。该用语限定为由暴露于流体的容器10的内表面限制的截面，因为它们可流过容器，其面积沿穿过容器10的流体流的方向在容器10的长度上在数字上平均。

在本说明书中，液膜采用成意思是如本领域技术人员将理解的薄液体覆盖层。

在本说明书中，两相流是指气体/液体流，其中弯液面将两相分开，其中气相中包含的液滴认作是形成气相的部分。

在图1中所示的示例性实施例中，示例性测量系统包括液膜测量装置17的流速计和电容层析成像装置20，两者形成用于容纳蒸汽流的容器10的部分。测量系统还包括计算机11，其用于基于来自液膜测量装置17的流速计和电容层析成像装置20的测量结果来计算流过容器10的蒸汽的湿度。在该示例性实施例中，液膜对应于两相流动流体的液相。

在图1中所示的示例性实施例中，容器10具有带平均截面面积14的内表面12，以及位于内部容积中的多个电极22。电极22中的各个具有测量表面24。

在图1中所示的示例性实施例中，容器10为管节段。在未示出的实施例中，容器10为导管或通道或任何其它容器10，其目的在于在两点之间引导流体流。此外，沿容器10的流程，截面面积和形状可保持恒定、增大或减小，而不有损于为本公开的容器10。

在图1中所示的示例性实施例中，液膜测量装置17的流速计包括第一探头18和位于第一探头18下游一距离处的第二探头19。

在示例性实施例中，借助于电容、电导或阻抗，第一探头18和第二探头19中的各个在第一探头18和第二探头19中的各个的位置处测量容器14的气体空隙度。通过由第一探头18和第二探头19估计的空隙度的交叉关联，并且进一步考虑第一探头18与第二探头19之间的已知距离，计算机11使用已知的交叉关联方法来计算容器10中的膜的流速。计算机还使用流体的流速，其可为体积流速的质量，以校正来自电容层析成像装置20的测量信号，以便提供气相湿度的估计。

在图2中所示的示例性实施例中，电容层析成像装置20由容器10容纳。多个电极22位于容器10中，并且形成测量系统的容器10的内表面12的一部分，以便在容器10中沿周向分布。

在图1中所示的示例性实施例中，电容层析成像装置20位于液膜测量装置17的流速计的下游。

在未示出的示例性实施例中，电容层析成像装置20位于液膜测量装置17的流速计的上游。

在未示出的示例性实施例中，电极22容纳在容器10内，但并未形成容器10的内表面12的一部分。在此类布置中，电极22位于内壁之间的流动路径中，该内壁形成容器10的内表面12。

电极还包含在正常流动方向上暴露于容器10中流动的流体的测量表面24。因此，测量表面24的面积为暴露于流动的气体且构造成测量流体的特性的电极22的面积。在其中电极22适于用作电容层析成像测量传感器的示例性实施例中，测量特性为介电常数。

在示例性实施例中，多个电极22的组合测量表面24的面积与容器10的平均截面面积14之比大于二。例如，如果容器的平均截面面积14为10cm，则多个电极22的表面面积将为至少20cm²。尽管从测量观点看，不存在多个电极22的尺寸的上限，但从实际观点看，考虑到增大显著多于二的多个电极的尺寸的减少的测量益处，多个电极22的面积可限于容器的平均截面面积14的六倍，优选四倍。

在图2中所示的示例性实施例中，电容层析成像装置的电极的数量优选在二到十二之间，并且更优选准确为四个。

在图2中所示的示例性实施例中，容器10的内表面12包括凸起16，其在电容层析成像装置20的电极22之间延伸。凸起16的目的在于确保液膜的流速越过(passover)电极22，而非围绕电极22。为了实现该目的，在图2中所示的示例性实施例中，凸起16具有三角形，其沿容器10的流动方向延伸。然而，凸起16可采用实现凸起16的目的的其它形式和形状。

尽管本公开在本文中已经示出和描述了构想为最实际的示例性实施例的内容，但本公开可以以其它特定形式实施。当前公开的实施例在所有方面都认作是示范性的而非限制性的。本公开的范围由所附权利要求而非前述描述指示，并且落入意义和范围和其等同物内的所有变化旨在包含在其中。

Claims (12)

1.一种用于测量两相流动流体的气相的湿度的测量系统，所述测量系统包括：

用于容纳气体的容器(10)，其具有内表面(12)和平均截面面积(14)；

流速测量装置(17)，其适于测量形成所述内表面(12)上的膜的液相的流速；

电容层析成像装置(20)，其具有位于所述容器(10)中的多个电极(22)，所述多个电极(22)具有测量表面(24)，

计算机(11)，其适于：

计算所述容器(10)中的液膜的流速；并且接着

基于所述电容层析成像装置(20)的测量结果和所述计算的液膜的流速来计算所述气相的湿度。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，液膜测量装置(17)的流速计包括：

第一探头(18)，其适于在所述第一探头(18)的位置处测量所述容器(10)中的气相空隙度；以及

第二探头(19)，其构造为所述容器(10)的一部分，并且布置在所述第一探头(18)下游并且与其间隔开一距离，适于在所述第二探头(19)的位置处测量所述容器(10)中的气体空隙度，其中所述计算机(11)适于计算所述湿度，构造成：

计算来自所述第一探头(18)的气体空隙度；

计算来自所述第二探头(19)的气体空隙度；以及

通过基于所述第一探头(18)和所述第二探头(19)之间的距离和所述第一探头(18)和所述第二探头(19)的计算的气体空隙度的交叉关联来计算液膜的流速。

3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述第一探头(18)和所述第二探头(19)构造为电容和/或电导测量探头(18,19)。

4.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述第一探头(18)和所述第二探头(19)的电极(22)构造为阻抗测量探头(18,19)。

5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述电容层析成像装置(20)包括具有组合的测量表面(24)面积的多个电极(22)，其中所述组合的测量表面(24)面积为所述平均截面面积(14)的至少两倍。

6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述电容层析成像装置(20)的电极(22)在所述容器(10)中沿周向分布。

7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述电容层析成像装置(20)具有小于十二个但大于两个的电极(22)。

8.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述电容层析成像装置(20)具有准确的四个电极(22)。

9.根据权利要求5至权利要求8中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述容器(10)包括所述电容层析成像装置(20)的多个电极(22)中的各个之间的构造成减小所述平均截面面积(14)的凸起。

10.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于，所述凸起具有三角形，其沿所述容器(10)的流动方向延伸。

11.一种用于测量流过容器(10)的两相流体的气相的湿度的方法，所述方法包括：

基于膜测量装置(17)的测量结果计算液膜的流速，所述液膜形成所述两相流体的液相；以及

基于电容层析成像装置(20)的测量结果和所述计算的液膜的流速来计算所述气相的湿度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，计算液膜的流速的步骤包括：

使用构造为电容或电导测量探头的第一探头(17)计算所述容器中的气体空隙度；

使用第二探头(18)计算所述容器中的气体空隙度，所述第二探头(18)构造为电容或电导测量探头，位于所述第一探头(17)下游的第一距离处；以及

通过基于所述第一探头与所述第二探头之间的所述第一距离和所述第一探头(18)的计算的气体空隙度和所述第二探头(19)的计算的气体空隙度的交叉关联来计算液膜的流速。