CN112185595A - 一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统及方法 - Google Patents

一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统及方法，所述在线测量系统包括主气管、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器；所述压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器安装在主气管的侧壁上；所述压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器布置在主气管的同一轴向平面上。本发明采用双温度测量获得截面平均温度，采用双密度测量获得载面平均密度，利用压力与温度信息获得单组分密度，根据单组分密度与混合物平均浓度关系，得到蒸汽混合的蒸汽浓度，具有准确度高的优点。

Description

一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统及方法
技术领域
本发明涉及仪表测量领域，具体涉及一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统及方法。
背景技术
反应堆破口事故发生时，高温高压流体从破口处进入安全壳，上游液体迅速闪蒸形成大量蒸汽，并与安全壳内的空气混合，形成蒸汽与不可凝气体的气相混合物。为防止安全壳内压力和温度超过设计限值，需要对气相混合物中的蒸汽进行冷凝。不可凝气体对蒸汽冷凝特性影响很大，不可凝气体聚集在汽液界面附近，增加了冷凝传热热阻，会极大影响蒸汽冷凝的传热能力。
为研究不可凝气体浓度对于蒸汽冷凝特性的影响规律，为安全壳内蒸汽冷凝相关安全系统设计提供输入，需要获得蒸汽与空气混合物内的蒸汽浓度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统及方法，能够准确测量气相混合物中的蒸汽浓度。
本发明通过下述技术方案实现：
一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统，包括主气管、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器；
所述压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器安装在主气管的侧壁上；所述压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器布置在主气管的同一轴向平面上。
即本发明的测量系统包括1个压力传感器、2个温度传感器和2个密度传感器；采用双温度测量获得截面平均温度，采用双密度测量获得载面平均密度，基于物性状态方程得到纯蒸汽密度和纯空气密度；再根据混合物平均密度，得到蒸汽浓度。
进一步地，第一温度传感器和第二温度传感器以主气管的中心轴呈对称设置。
进一步地，第一密度传感器和第二密度传感器以主气管的中心轴呈对称设置。
进一步地，以压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器所在平面的右侧水平点为0°，逆时针方向旋转；压力传感器位于45°方位，第一密度传感器和第二密度传感器分别位于0°和180°方位，第一温度传感器和第二温度传感器分别位于90°和270°方位。
上述布置的效果是，一是使不同信号的传感器布置在截面的不同方位，尽量减少测量过程的相互干扰；二是将同类型的传感器采用双重测量，且180°对称布置，便于减少通道内因流体参数分布不均而对测量产生的影响，提高测量的精准度。
进一步地，压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器所在平面与上游直管段的距离大于等于10倍主气管的直径。
进一步地，压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器所在平面与下游直管段的距离大于等于5倍主气管的直径。
以上传感器的布置方式的主要考虑是将传感器布置在直管段流动稳定区域，减少管道上下游可能存在的阻力件、弯头等引起的流动不稳定对测量结果产生的不利影响。
进一步地，第一密度传感器和第二密度传感器均为音叉式密度计。
所述音叉式密度计能够提高密度测量的准确度。
基于气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统的测量方法，包括以下步骤：
S1、通过压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一密度传感器和第二密度传感器分别获得所在位置处的压力P、温度T1、温度T2、密度ρ1和密度ρ2；
S2、根据温度T1和温度T2获得所在平面的平均温度T，根据密度ρ1和密度ρ2获得所在平面的平均密度ρ；
S3、根据步骤S2获得的平均温度T和平均密度ρ得到该条件下的空气密度ρair和蒸汽密度ρvap；
S4、根据空气密度ρair和蒸汽密度ρvap结合平均密度定义获得蒸汽浓度x的计算模型；
S5、将步骤S3获得的空气密度ρair和蒸汽密度ρvap带入蒸汽浓度x的计算模型计算蒸汽浓度x。
进一步地，步骤S4中平均密度定义如下式：
ρ＝ρvap*x+ρair*(1-x)；
根据平均密度定义获得的计算模型如下式：
x＝(ρ-ρair)/(ρvap-ρair)。
进一步地，第一温度传感器和第二温度传感器以主气管的中心轴呈对称设置；所述第一密度传感器和第二密度传感器以主气管的中心轴呈对称设置。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明采用双点重复测量，可有效反映管道截面上的密度参数。
2、本发明所述在线测量系统布置简单，安装空间小，易于部署，成本相对较低。
3、本发明采用音叉式密度计测量，密度测量精度高。
4、本发明所述方法中的压力、温度测点可以直接利用实验装置中的原有测点，实现信息共用，减小测点数目。
5、本发明对于蒸汽参数干扰和影响较小，可以实现蒸汽组分的在线测量。
6、本发明可以测量蒸汽混合物中的蒸汽浓度，为反应堆安全壳相关实验中蒸汽浓度测量提供了手段。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为在线测量系统的明结构示意图；
图2为图1A-A截面图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-主气管，2-压力传感器，3-第一温度传感器，4-第二温度传感器，5-第一密度传感器，6-第二密度传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1、图2所示，一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统，包括主气管1、压力传感器2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、第一密度传感器5和第二密度传感器6；
所述压力传感器2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、第一密度传感器5和第二密度传感器6安装在主气管1的侧壁上；所述压力传感器2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、第一密度传感器5和第二密度传感器6布置在主气管1的同一轴向平面上；所述第一密度传感器5和第二密度传感器6均为音叉式密度计。
本实施例所述在线测量系统的测量方法，包括以下步骤：
S1、通过压力传感器2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、第一密度传感器5和第二密度传感器6分别获得所在位置处的压力P、温度T1、温度T2、密度ρ1和密度ρ2；
S2、根据温度T1和温度T2获得所在平面的平均温度T，根据密度ρ1和密度ρ2获得所在平面的平均密度ρ；
T＝(T1+T2)/2，ρ＝(ρ1+ρ2)/2
S3、根据步骤S2获得的平均温度T和平均密度ρ得到该条件下的空气密度ρair和蒸汽密度ρvap；
ρair＝density(air,P,T)；ρvap＝density(vapor,P,T)
S4、根据空气密度ρair和蒸汽密度ρvap结合平均密度定义获得蒸汽浓度x的计算模型；
平均密度定义如下式：
ρ＝ρvap*x+ρair*(1-x)；
根据平均密度定义获得的计算模型如下式：
x＝(ρ-ρair)/(ρvap-ρair)
S5、将步骤S3获得的空气密度ρair和蒸汽密度ρvap带入蒸汽浓度x的计算模型计算蒸汽浓度x。
本实施例的测量系统包括1个压力传感器、2个温度传感器和2个密度传感器；采用双温度测量获得截面平均温度，采用双密度测量获得载面平均密度，基于物性状态方程得到纯蒸汽密度和纯空气密度；再根据混合物平均密度，得到蒸汽浓度，可以实现对蒸汽浓度的精确测量。
实施例2：
如图1、图2所示，本实施例基于实施例1，所述第一温度传感器3和第二温度传感器4以主气管1的中心轴呈对称设置；所述第一密度传感器5和第二密度传感器6以主气管1的中心轴呈对称设置，具体地：
以压力传感器2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、第一密度传感器5和第二密度传感器6所在平面的右侧水平点为0°，逆时针方向旋转；压力传感器2位于45°方位，第一密度传感器5和第二密度传感器6分别位于0°和180°方位，第一温度传感器3和第二温度传感器4分别位于90°和270°方位。
实施例3：
如图1、图2所示，本实施例基于实施例1，压力传感器2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、第一密度传感器5和第二密度传感器6所在平面与上游直管段的距离大于等于10倍主气管1的直径；压力传感器2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、第一密度传感器5和第二密度传感器6所在平面与下游直管段的距离大于等于5倍主气管1的直径。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统，其特征在于，包括主气管(1)、压力传感器(2)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)；
所述压力传感器(2)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)安装在主气管(1)的侧壁上；所述压力传感器(2)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)布置在主气管(1)的同一轴向平面上。
2.根据权利要求1所述的一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统，其特征在于，所述第一温度传感器(3)和第二温度传感器(4)以主气管(1)的中心轴呈对称设置。
3.根据权利要求2所述的一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统，其特征在于，所述第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)以主气管(1)的中心轴呈对称设置。
4.根据权利要求3所述的一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统，其特征在于，以压力传感器(2)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)所在平面的右侧水平点为0°，逆时针方向旋转；压力传感器(2)位于45°方位，第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)分别位于0°和180°方位，第一温度传感器(3)和第二温度传感器(4)分别位于90°和270°方位。
5.根据权利要求1所述的一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统，其特征在于，压力传感器(2)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)所在平面与上游直管段的距离大于等于10倍主气管(1)的直径。
6.根据权利要求5所述的一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统，其特征在于，压力传感器(2)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)所在平面与下游直管段的距离大于等于5倍主气管(1)的直径。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统，其特征在于，所述第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)均为音叉式密度计。
8.基于权利要求1-7任一项所述的一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过压力传感器(2)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)、第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)分别获得所在位置处的压力P、温度T1、温度T2、密度ρ1和密度ρ2；
S2、根据温度T1和温度T2获得所在平面的平均温度T，根据密度ρ1和密度ρ2获得所在平面的平均密度ρ；
S3、根据步骤S2获得的平均温度T和平均密度ρ得到该条件下的空气密度ρair和蒸汽密度ρvap；
S4、根据空气密度ρair和蒸汽密度ρvap结合平均密度定义获得蒸汽浓度x的计算模型；
S5、将步骤S3获得的空气密度ρair和蒸汽密度ρvap带入蒸汽浓度x的计算模型计算蒸汽浓度x。
9.根据权利要求8所述的一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统的测量方法，其特征在于，步骤S4中平均密度定义如下式：
ρ＝ρvap*x+ρair*(1-x)；
根据平均密度定义获得的计算模型如下式：
x＝(ρ-ρair)/(ρvap-ρair)。
10.根据权利要求8所述的一种气相混合物的蒸汽浓度在线测量系统的测量方法，其特征在于，所述第一温度传感器(3)和第二温度传感器(4)以主气管(1)的中心轴呈对称设置；所述第一密度传感器(5)和第二密度传感器(6)以主气管(1)的中心轴呈对称设置。
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