洩漏蒸汽定量測量方法及裝置與流程

2023-11-07 15:38:02

本發明涉及一種在線定量測量洩漏水蒸汽的測量方法及測量裝置，用於測量熱力系統試驗及應用中熱力設備或管道蒸汽的洩漏量。

背景技術：

在熱力系統試驗及應用中，熱力設備或管道需要保持密封性，當系統內介質為乾燥氣體時，洩漏量測量相對容易實現。但當系統內介質為水蒸氣時，由於洩漏出的水蒸汽狀態會發生較大變化，溫度、壓力、氣體成分(溼度、含水量)、形態(氣化或冷凝)都會發生變化，所以洩漏水蒸汽的定量測量是比較困難的。

常用的檢測方法燭光法、薄膜法、只能測量較大的洩漏，滷素檢漏法、氦質譜檢漏法只能在停機檢修時使用，同時這幾種方法都只能做定性的檢測。已公開的涉及蒸汽洩漏檢測專利中還有採用紅外法、聲波法等方法，但也都只能做定性的檢測。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種能在線定量測量洩漏水蒸汽的方法及測量裝置。

本發明的技術方案是：

一種洩漏水蒸汽定量測量方法，其特徵是：在設備或管路蒸汽洩漏部位設置收集罩，該收集罩能確保洩漏的蒸汽全部被收集到收集罩內並且不會被冷凝，通過測量收集氣罩內氣體溫度、溼度、壓力變化，並根據氣體狀態方程計算得到氣體質量的變化。

一種實現所述洩漏蒸汽定量測量方法的裝置，其特徵是：包括收集罩、溫度傳感器、溼度傳感器、多路萬用表、壓力變送器和計算機，收集罩密封地連接在蒸汽設備的洩漏接口處，在該收集罩上裝有溫度傳感器、溼度傳感器和壓力引壓接口，該溫度傳感器和溼度傳感器通過多路萬用表與計算機的輸入接口連接；壓力引壓接口通過閥門組與壓力變送器連接，壓力變送器的信號輸出端與計算機的輸入接口連接。

所述的收集罩通過緊固件將蒸汽設備的洩漏接口罩住，在該收集罩的外側設有保溫材料，在該保溫材料內側設有加熱器，該加熱器與一溫度控制器的輸出端連接，該溫度控制器的輸入端與所述的溫度傳感器的信號輸出端連接。

所述的閥門組包括引壓閥門、變送器閥門和大氣接口閥門，引壓閥門和變送器閥門依次串聯在該壓力引壓接口與壓力變送器之間，該引壓閥門與變送器閥門之間通過大氣接口閥門與大氣連通。

在所述的收集罩上設有溫度傳感器接口和溼度傳感器接口，所述的該溫度傳感器和溼度傳感器分別密封地安裝在該溫度傳感器接口和溼度傳感器接口內。

本發明的優點是：在設備或管路蒸汽洩漏部位設置收集罩，通過測量收集罩內氣體的溫度、溼度、壓力變化得到氣體質量變化的方法實現洩漏蒸汽定量測量。結構簡單，容易實施。

附圖說明

圖1是本發明實施例的整體構成示意圖。

圖中標記說明：1.緊固件；2.保溫材料；3.加熱器；4.溫度傳感器接口；5溫度傳感器；6.(洩漏蒸汽)收集罩；7.多路萬用表；8.溼度傳感器；9.溼度傳感器接口；10.引壓接口；11.三閥組；12.壓力變送器；13.計算機；14.溫度控制器；K1.引壓閥門；K2.變送器閥門；K3.大氣接口閥門。

具體實施例

參見圖1，本發明一種實現權利要求1所述的洩漏蒸汽定量測量裝置，包括收集罩6、溫度傳感器5、溼度傳感器8、多路萬用表7、壓力變送器12和計算機13，收集罩6密封地連接在蒸汽設備的洩漏接口16處，在該收集罩6上裝有溫度傳感器5、溼度傳感器8和壓力引壓接口10，該溫度傳感器5和溼度傳感器8通過多路萬用表7與計算機13的輸入接口連接；壓力引壓接口10通過閥門組11與壓力變送器12連接，壓力變送器12的信號輸出端與計算機13的輸入接口連接。

圖1中左邊是熱力設備15的一處接口。用緊固件1將收集罩6與蒸汽設備接口16緊密連接固定，收集罩6本身容積固定密封並可將熱力設備16欲測量洩漏部位全部罩住，用於收集洩漏蒸汽；緊固件1包含密封墊、密封膠以保證密封；保溫材料2將收集罩6全部覆蓋；加熱器3可對收集罩6內氣體進行加熱，以防止氣體產生冷凝。溫度傳感器5用於測量收集罩6內氣體溫度。多路萬用表7用於測量溫度、溼度傳感器信號；溼度傳感器8用於測量收集罩6內的氣體溼度。壓力變送器12選用高精度、高解析度並自帶溫度測量功能的壓力變送器，用於測量收集罩6內的氣體壓力。採集分析計算機13用於採集分析測量數據。溫度控制器14用來控制加熱器3使收集罩6內氣體溫度為合適值，以防止收集罩6內蒸汽產生冷凝。

正式測量前應先對收集罩6及安裝在上面的緊固件1、溫度傳感器接口4、溫度傳感器5、溼度傳感器8、溼度傳感器接口9、引壓接口10和連接三閥組11、壓力變送器12的管路進行密封性測試，可通過三閥組11對大氣接口向收集罩內充氣檢漏實現。

正式測量時首先關閉三閥組11對大氣接口閥門K3，同時確認三閥組另兩個閥門K1、K2處於打開狀態。這時多路萬用表7(由計算機13控制)定時採集溫度傳感器5、溼度傳感器8的溫、溼度模擬信號，並將該模擬信號轉換成數字量後送入採集分析計算機13，收集罩6內氣體壓力經過壓力引壓接口10、三閥組11送入壓力變送器12，壓力變送器12將測量出的收集罩6內氣體壓力數值及壓力變送器所在點溫度數值也送入採集分析計算機13，採集分析計算機對這些數據進行採集、計算、顯示、分析、存儲。

此時收集罩6中氣體由罩內原有氣體和洩漏蒸汽組成，原有氣體由幹空氣和少量水蒸氣組成，都可被認為是符合理想氣體要求的。洩漏蒸汽是由幹空氣和較多量的水蒸氣組成，在熱力設備裡時它是一種實際氣體，不能看做是理想氣體。但當洩漏出來後，由於壓力變化到接近於常壓及和原有氣體混合氣化，它也變得可被看做是理想氣體，由於質量守恆被收集的蒸汽狀態改變後其質量是不變的。經過一段時間運行，熱力設備接口處洩漏出的蒸氣被收集在收集罩6內使罩內氣體總質量發生改變。通過測量收集罩6內氣體溫度、溼度、壓力參數後，根據下面所給公式經過計算可得到收集罩6內氣體總質量變化情況，即可得到洩漏出的蒸氣定量數值。

根據道爾頓分壓定律氣罩內t1時刻氣體壓力為：

p1＝pa1+pv1

由理想氣體方程氣罩內t1時刻氣體質量為：

<![CDATA[ m 1 = m a 1 + m v 1 = P a 1 V M a RT 1 + P v 1 V M v RT 1 ]]>

經過一段時間到t2時刻氣罩內氣體壓力、質量變為：

p2＝pa2+pv2

<![CDATA[ m 2 = m a 2 + m v 2 = P a 2 V M a RT 2 + P v 2 V M v RT 2 ]]>

則氣體質量變化量為：

Δm＝m2-m1

由於收集氣罩是密封的，這一氣體質量變化僅由洩漏蒸汽造成，即這氣體質量變化量就是洩漏的蒸汽質量值。

式中：Mv為水蒸氣的摩爾質量，數值為18；

Ma為幹空氣的摩爾質量，數值為29；

P1、P2為罩內空氣的總壓力；

Pa1、Pa1為罩內幹空氣的分壓力；

Pv1、Pv1為罩內水蒸氣的分壓力；

m1、m2為罩內空氣的總質量

ma1、ma2為罩內幹空氣的質量

mv1、mv2為罩內水蒸氣的質量

T1、T2為罩內空氣的溫度，單位為K；

R為氣體常數，8.3143J/mol·K

V為收集氣罩容積；

水蒸氣分壓可由下式得出：

式中：H為罩內空氣的相對溼度％；T為罩內空氣的溫度，單位為℃。

在測量過程中為防止洩漏出的水蒸氣產生冷凝，可通過溫度控制器14根據溫度傳感器5溫度信號控制加熱器3對罩內氣體進行加熱。另外測量裝置有溫度報警，當罩內氣體狀態接近儀表限值時，要打開收集氣罩6經過三閥組11與大氣的連接閥門K3，使收集罩內氣體狀態回到初始狀態。