CN117347324B - 一种蒸汽干度在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸汽干度在线检测装置，包括光学定位流通池，光学定位流通池水平相对的蒸汽进出口两端分别设置有法兰，法兰用于将光学定位流通池串接于蒸汽流通管路中，光学定位流通池的池壁相对侧面分别为透镜底座，在两个相对的透镜底座上分别设置有光源透镜和射光接收透镜，光源发生器发出的光源经滤光准直器和光源透镜聚焦射出，在射光接收透镜之后设置有光接收器，光接收器分为透射光接收器和散射光接收器，所述散射光接收器有多个，多个散射光接收器环绕透射光接收器设置，散射光接收器的散射光接收直线通路与透射光接收直线通路呈一定夹角直对射光接收透镜的光接收中心点，透射光接收器和散射光接收器的信号输出连接检测分析处理器。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸汽干度在线检测装置。
背景技术
蒸汽是最常见的二次能源，广泛用于动力、石油化工、制冷和供热系统中。蒸汽从输送到应用，汽液同时共存的两相流是普遍的状态。蒸汽干度是蒸汽品质重要的指标，体现蒸汽的载热量，有些场合，干度的大小不仅和含热量有关，还关系到设备的安全、效率的问题。如果蒸汽的干度不达标，携带的水滴会造成用设备的水腐蚀现象，降低设备的使用寿命。蒸汽干度也影响着蒸汽流量监测的准确性。
目前蒸汽干度有许多测量方法，可分为人工取样化验法，节流法，加热法、凝结法、电导率法等，但其同时存在着不足：蒸汽干度依靠人工化验，不能在线实时检测，化验实时性差、主观误差大；管理监督不方便；采用节流法，加热法、凝结法、电导率法方式，精度低，容易受到干扰，尤其在高温高压条件下虽有极个别方法可应用于高温高压环境下，但由于高压力、高温度下接触式传感器精度下降或多种测量设备误差叠加等原因，使测量结果难以达到要求，经常出现测量不准确、测量值波动大的现象，严重时可能产生误报，加大了维护人员的工作量。
发明内容
本发明的目的是提出一种蒸汽干度在线检测装置，通过在蒸汽输送通道中设置本装置，可以实现对蒸汽干度的在线测量，采用光学采样可以准确、稳定检测，本装置结构杜绝因温度、压力较大从而导致精度下降、无法测量的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种蒸汽干度在线检测装置，包括光学定位流通池，所述光学定位流通池水平相对分别设置有蒸汽进口和蒸汽进口，所述光学定位流通池的蒸汽进出口两端分别设置有法兰，法兰用于将光学定位流通池串接于蒸汽流通管路中，所述光学定位流通池的池壁相对侧面分别为透镜底座，在两个相对的透镜底座的中心透孔上分别设置有光源透镜和射光接收透镜，两个透镜中心点相对直线垂直于蒸汽流通管路形成光路通道，在光源透镜之前顺序设置有滤光准直器、光源发生器，光源发生器发出的光源经滤光准直器和光源透镜聚焦射出，在射光接收透镜之后设置有光接收器，光接收器分为透射光接收器和散射光接收器，所述透射光接收器的透射光接收直线通路与两个透镜形成的所述光路通道重合，所述散射光接收器有多个，多个散射光接收器环绕透射光接收器设置，所述散射光接收器的散射光接收直线通路与透射光接收直线通路呈一定夹角直对射光接收透镜的光接收中心点，在透射光接收直线通路中设置有透射光滤光器，在散射光接收直线通路中设置有散射光滤光器，所述透射光接收器和散射光接收器的信号输出连接检测分析处理器。
方案进一步是：所述透镜底座表面是经黑化处理后的墨黑色。
方案进一步是：所述散射光接收直线通路与透射光接收直线通路呈11度夹角直对射光接收透镜的光接收中心点。
方案进一步是：所述光源发生器是热光光源发生器或冷光光源发生器。
方案进一步是：所述散射光接收器是8个，8个散射光接收器环绕透射光接收器均匀分布设置。
方案进一步是：所述光源透镜和射光接收透镜是耐温大于300摄氏度的平凸透镜。
方案进一步是：所述滤光准直器是光源多点滤光准直器。
方案进一步是：所述透镜底座外端侧面为平面，在平面上通过螺栓连接设置有连接盘，连接盘上设置有连接端口，所述光源透镜侧的光源发生器、滤光准直器设置在提供光源筒柱中，提供光源筒柱通过螺纹孔旋紧套在光源透镜侧连接盘的连接端口上；所述射光接收透镜侧的光接收器、透射光滤光器、散射光滤光准直器设置在射光接收筒柱中，射光接收筒柱与射光接收透镜侧连接盘的连接端口相套定位固定，在所述射光接收筒柱外相套设置有保护套。
方案进一步是：所述的两个筒柱暴露于光源发生器、滤光准直器的内侧表面，以及暴露于光接收器、透射光滤光器、散射光滤光准直器的内侧表面是经黑化处理后的墨黑色。
方案进一步是：所述透镜底座外端侧平面与连接盘之间设置有“O”型密封圈和peek弹性垫，peek弹性垫置于“O”型密封圈内的内圈，密封圈和peek弹性垫耐温不小于300摄氏度。
本发明的有益效果是：通过在蒸汽输送通道中设置本装置，可以实现对蒸汽干度的在线测量，采用光学采样可以准确、稳定检测，本装置采用的密封结构杜绝因温度、压力较大从而导致精度下降、无法测量的问题。
利用本发明可采用光学水粒子散射法测量蒸汽干度技术手段，利用光学原理，通过水粒子群对电磁波的散射和吸收，确定水分子在湿蒸汽中的占比，从而得出蒸汽干度值。本发明设备测量范围宽，在与光接触的工作面采用的表面黑化以及密封结构，可以使测量不受介质温度、压力、流速等影响，不受环境温度、湿度、振动、盐雾等干扰，测量稳定、维护量小可实现快速测量、在线测量。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明散射光接收器环绕透射光接收器设置端面示意图。
具体实施方式
一种蒸汽干度在线检测装置，用于高压高温蒸汽管道的在线检测，如图1和图2所示，所述蒸汽干度在线检测装置包括光学定位流通池1，为了实现在线检测，将所述光学定位流通池1等同于蒸汽流通管的管节头，因此，所述光学定位流通池水平相对分别设置有蒸汽进口和蒸汽进口，所述光学定位流通池1的蒸汽进出口两端分别设置有法兰2，法兰2用于将光学定位流通池1串接于蒸汽流通管路中实现在线检测，所述光学定位流通池1的池壁相对侧面分别为透镜底座3，在两个相对的透镜底座3的中心透孔上分别设置有光源透镜4和射光接收透镜5，两个透镜中心点相对直线垂直于蒸汽流通管路形成光路通道6，蒸汽A垂直穿过光路通道6，在光源透镜4之前顺序设置有滤光准直器7、光源发生器8，光源发生器8发出的光源经滤光准直器和光源透镜聚焦射出，所述光源发生器8可以是热光光源发生器或冷光光源发生器；在射光接收透镜5之后设置有光接收器，光接收器分为透射光接收器9和散射光接收器10，所述透射光接收器9的透射光接收直线通路901与两个透镜形成的所述光路通道6重合，所述散射光接收器10有多个，多个散射光接收器10环绕透射光接收器9设置，所述散射光接收器10的散射光接收直线通路1001与透射光接收直线通路901呈一定夹角直对射光接收透镜5的光接收中心点，在透射光接收直线通路901中设置有透射光滤光器11，在散射光接收直线通路1001中设置有散射光滤光器12，所述透射光接收器和散射光接收器的信号输出连接检测分析处理器（计算机）13。
光源发生器由恒流电源供电用于产生精准聚焦的恒定光强准直光源束穿透蒸汽介质，透射光接收器和散射光接收器用于接受穿过光学定位流通池的汽、液两相的光源束通过光电转换原理转换成电信号，其中的出射光与入射光符合朗伯比尔定律，根据出射光与入射光的光强，可以计算蒸汽干度值；因此，检测分析处理器根据接收到的光电流数据实时准确计算出蒸汽干度。
实施例中，为了防止干扰：所述透镜底座表面是经黑化处理后的墨黑色。
其中，在实际的检测中，经多次数据比较：所述散射光接收直线通路1001与透射光接收直线通路901呈11度夹角直对射光接收透镜的光接收中心点，其11度夹角保证散射光和透射光穿过蒸汽介质的距离相等，因此干扰性极小，11度夹角对于检测的准确度是最佳的夹角。
实施例中：所述散射光接收器是8个，8个散射光接收器环绕透射光接收器均匀分布设置，散射光和透射光是两个波长，散射光波长的吸光度与蒸汽中存在的水分子的浓度相关，透射光波长的吸光度与蒸汽中汽体的浓度相关，环绕设置的8个散射光接收器可以无死角的充分的获取蒸汽信号，提高了检测的准确度和精度。
实施例中检测对象是温度达到100摄氏度的蒸汽，因此，所述光源透镜和射光接收透镜是耐温大于300摄氏度的平凸透镜。是一种卫生级光学蓝宝石透镜，卫生级光学蓝宝石透镜透光率可达约99%，拥有极其出色的光学透光性能，远超过LSR、PMMA与PC透镜，耐温-40至500摄氏度。
实施例中：所述滤光准直器是光源多点滤光准直器，作为热光是将热光的可见光和其它光过滤只允许红外光射出，并将过滤的红外光线进行多道调制准直和控制光束的大小保证直线射出；其后的光源透镜4用于对非线性的红外光体的射出光进行精确准直聚焦；准直器聚焦调制后的红外光，红外波长为850nm，光量程焦距为40mm。
实施例中的散射光接收器10和透射光接收器9采用的是硅光电二极管。
实施例中：所述透镜底座3的外端侧面为平面，在外端平面上通过螺栓连接设置有连接盘14，连接盘14上设置有连接端口，连接端口是凸起或下凹，光源透镜侧的连接盘14的连接端口是凸起连接端口，射光接收透镜侧的连接盘14的连接端口是下凹连接端口；所述光源透镜侧的光源发生器、滤光准直器设置在提供光源筒柱15中，提供光源筒柱15通过螺纹孔旋紧套在光源透镜侧连接盘的凸起连接端口上；所述射光接收透镜侧的光接收器、透射光滤光器、散射光滤光准直器设置在射光接收筒柱16中，由于需要多个散射光接收直线通路1001需要定位，不能采用螺纹连接，因此，射光接收筒柱16与射光接收透镜侧连接盘的下凹连接端口相套定位固定，在所述射光接收筒柱16外相套设置有保护套17。
实施例中：为了避免干扰，提高检测的准确性，所述提供光源筒柱15暴露于光源发生器、滤光准直器的内侧表面，以及射光接收筒柱16暴露于光接收器、透射光滤光器、散射光滤光准直器的内侧表面是经黑化处理后的墨黑色，所述的黑化处理可以是涂黑或者是化学上黑处理。
实施例中，由于检测的是高温高压蒸汽，因此：所述透镜底座外端侧平面与连接盘之间设置有“O”型密封圈和peek弹性垫，并且，peek弹性垫置于“O”型密封圈内的内圈，密封圈和peek弹性垫耐温不小于300摄氏度。
上述实施例是采用光学水粒子散射法测量蒸汽干度技术手段，正常干度为100%的蒸汽中，不会含有液体状态的水，蒸汽处于均匀稳定的状态。当蒸汽的干度达不到100%时，说明蒸汽中含有一定量的以液体状态存在的水，我们可以利用光学原理，通过水粒子群对电磁波的散射和吸收，确定水分子在湿蒸汽中的占比，从而得出蒸汽干度值。上述实施例方案的优势是设备测量范围宽，不受介质温度、压力、流速等影响，不受环境温度、湿度、振动、盐雾等干扰，测量稳定、维护量小可实现快速测量、在线测量。
Claims (5)
1.一种蒸汽干度在线检测装置，包括光学定位流通池，其特征在于，所述光学定位流通池水平相对分别设置有蒸汽进口和蒸汽进口，所述光学定位流通池的蒸汽进出口两端分别设置有法兰，法兰用于将光学定位流通池串接于蒸汽流通管路中，所述光学定位流通池的池壁相对侧面分别为透镜底座，在两个相对的透镜底座的中心透孔上分别设置有光源透镜和射光接收透镜，两个透镜中心点相对直线垂直蒸汽流通管路形成光路通道，在光源透镜之前顺序设置有滤光准直器、光源发生器，光源发生器发出的光源经滤光准直器和光源透镜聚焦射出，在射光接收透镜之后设置有光接收器，光接收器分为透射光接收器和散射光接收器，所述透射光接收器的透射光接收直线通路与两个透镜形成的所述光路通道重合，所述散射光接收器是8个，8个散射光接收器环绕透射光接收器均匀分布设置；散射光和透射光是两个波长，散射光波长的吸光度与蒸汽中存在的水分子的浓度相关，透射光波长的吸光度与蒸汽中汽体的浓度相关，所述散射光接收器的散射光接收直线通路与透射光接收直线通路呈11度夹角直对射光接收透镜的光接收中心点，保证散射光和透射光穿过蒸汽介质的距离相等，在透射光接收直线通路中设置有透射光滤光器，在散射光接收直线通路中设置有散射光滤光器，所述透射光接收器和散射光接收器的信号输出连接检测分析处理器；
所述透镜底座表面是经黑化处理后的墨黑色，所述透镜底座外端侧面为平面，在平面上通过螺栓连接设置有连接盘，连接盘上设置有连接端口，所述光源透镜侧的光源发生器、滤光准直器设置在提供光源筒柱中，提供光源筒柱通过螺纹孔旋紧套在光源透镜侧连接盘的连接端口上；所述射光接收透镜侧的光接收器、透射光滤光器、散射光滤光准直器设置在射光接收筒柱中，射光接收筒柱与射光接收透镜侧连接盘的连接端口相套定位固定，在所述射光接收筒柱外相套设置有保护套；所述的两个筒柱暴露于光源发生器、滤光准直器的内侧表面，以及暴露于光接收器、透射光滤光器、散射光滤光准直器的内侧表面是经黑化处理后的墨黑色。
2.根据权利要求1所述的蒸汽干度在线检测装置，其特征在于，所述光源发生器是热光光源发生器或冷光光源发生器。
3.根据权利要求1所述的蒸汽干度在线检测装置，其特征在于，所述光源透镜和射光接收透镜是耐温大于300摄氏度的平凸透镜。
4.根据权利要求1所述的蒸汽干度在线检测装置，其特征在于，所述滤光准直器是光源多点滤光准直器。
5.根据权利要求1所述的蒸汽干度在线检测装置，其特征在于，所述透镜底座外端侧平面与连接盘之间设置有“O”型密封圈和peek弹性垫，peek弹性垫置于“O”型密封圈内的内圈，密封圈和peek弹性垫耐温不小于300摄氏度。
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Also Published As
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