一種溼飽和蒸汽幹度及流量一體化測量裝置及測量方法
2024-01-29 01:37:15
專利名稱：一種溼飽和蒸汽幹度及流量一體化測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明屬於流量計量領域，特別是涉及一種溼飽和蒸汽幹度及流量一體化測量裝置及測量方法。
背景技術：
一次能源大都是轉化成蒸汽而加以利用的。對於溼飽和蒸汽，正確計量蒸汽量並同時得知它的幹度是具有很大意義的。目前多採用分立式測量法——即分別測出蒸汽的幹度和流量爾後推導出蒸汽的全焓。近年來儘管對這類兩相流動的載能體進行了多種物理效應的測量試驗，如輻射吸收法、光測法、電極法，熱線風速法等多種，但精度低，成本高，要求條件荷刻是這些方法的通病。迄今為止未見一臺流量一幹度一體化儀表在線實際應用。另一方面，實用工業蒸汽鍋爐大都是飽和蒸汽鍋爐，不知道蒸汽的幹度，就不能保證蒸汽的品質，繼而也就不能保證產品的質量，這歷來就是鍋爐生產廠家和用戶關心而又沒能解決的問題。此外，隨著熱電聯合應用，聯合循環的發展，不能準確測定蒸汽的幹度，也為利用飽和蒸汽的有關單位的經濟結算帶來困難，因此研製一種實用性強，能一次測量出蒸汽的全焓的流量計既是工業發展的需要，也是一項具有開拓性意義的課題。
發明內容
本發明衝破傳統的要測兩相流，必先測空隙率的束縛，利用蒸汽相變這一兩相流測定的不利因素，提供一種新的測量裝置和測量方法，從而可以在測得溼飽和蒸汽的流量的同時在線測出其幹度，這為即時評價蒸汽的品質品位，結算蒸汽的全焓，提供了一種簡捷直觀的測量裝置和測量方法。一種溼飽和蒸汽幹度及流量一體化測量裝置，其特徵在於包括旁路管道、控制裝置、測溼電熱器、測流電熱器、基點溫度測量裝置、飽和溫度測量裝置、過熱溫度測量裝置、 孔板流量計、前端壓力測量裝置和後端壓力測量裝置，測溼電熱器和測流電熱器順序設置在旁路管道內，基點溫度測量裝置安裝在測溼電熱器一側，飽和溫度測量裝置安裝在測溼電熱器和測流電熱器之間，過熱溫度測量裝置安裝在測流電熱器另一側，旁路管道並聯到主管道上，孔板流量計安裝在主管道內，前端壓力測量裝置和後端壓力測量裝置安裝在孔板流量計兩側。進一步，在旁路管道的入口處安裝有旁通入口閥，旁通入口閥的開度經控制裝置控制。進一步，在旁路管道的出口處安裝有旁通出口閥和放空閥，通過控制旁通出口閥和放空閥來維持旁路管道溼飽和蒸汽幹度和流量的正常測量。進一步，測溼電熱器和測流電熱器置於與旁路管道同心的位置，兩個電熱器的最近端相距80mm。進一步，旁路管道的直徑選為主管道直徑的1/10。進一步，測溼電熱器和測流電熱器選用鎳鉻絲。
本發明還公開了採用上述測量裝置測量全焓的方法，包括如下步驟
1)通過基點溫度測量裝置、飽和溫度測量裝置和過熱溫度測量裝置測量旁路管道中a、 b、c三點的介質溫度，其中a點位於測溼電熱器一側，b點位於測溼電熱器和測流電熱器之間，c點位於測流電熱器另一側；
2)通過前端壓力測量裝置和後端壓力測量裝置測量孔板流量計兩側的壓力值；
3)通過a、b、c三點的溫度查表得到這三點的相應熱力學參數 a點溫度下幹飽和蒸汽的焓ha"，
a點溫度下飽和水的焓ha 『， a點溫度下飽和水的氣化潛熱Y， b點介質的焓hb， c點介質的焓h。， a點的飽和壓力Pa， a點飽和蒸汽的比容va"， b點過熱蒸汽的比容vb， 以及c點過熱蒸汽的比容ν。；
4)根據公式計算出a點的溼飽和蒸汽幹度X，
權利要求
1.一種溼飽和蒸汽幹度及流量一體化測量裝置，其特徵在於包括旁路管道(13)、控制裝置(10)、測溼電熱器(11)、測流電熱器(8)、基點溫度測量裝置(12)、飽和溫度測量裝置(9)、過熱溫度測量裝置(7)、孔板流量計(1)、前端壓力測量裝置(15)和後端壓力測量裝置(3)，測溼電熱器(11)和測流電熱器(8)順序設置在旁路管道(13)內，基點溫度測量裝置(12 )安裝在測溼電熱器(11) 一側，飽和溫度測量裝置(9 )安裝在測溼電熱器(11)和測流電熱器(8 )之間，過熱溫度測量裝置(7 )安裝在測流電熱器(8 )另一側，旁路管道(13 )並聯到主管道上，孔板流量計(1)安裝在主管道(2)內，前端壓力測量裝置(15)和後端壓力測量裝置(3 )安裝在孔板流量計(1)兩側。
2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特徵在於在旁路管道(13)的入口處安裝有旁通入口閥(14)，旁通入口閥(14)的開度經控制裝置(10)控制。
3.根據權利要求1或2所述的測量裝置，其特徵在於在旁路管道(13)的出口處安裝有旁通出口閥(4)和放空閥(5)，通過控制旁通出口閥(4)和放空閥(5)來維持旁路管道 (13)溼飽和蒸汽幹度和流量的正常測量。
4.根據權利要求1-3任一項所述的測量裝置，其特徵在於測溼電熱器(11)和測流電熱器(8)置於與旁路管道(13)同心的位置，兩個電熱器的最近端相距80mm。
5.根據權利要求1-4任一項所述的測量裝置，其特徵在於旁路管道(13)的直徑選為主管道直徑的1/10。
6.根據權利要求1-5任一項所述的測量裝置，其特徵在於測溼電熱器(11)和測流電熱器(8)選用鎳鉻絲。
7.採用權利要求1-6任一項所述的測量裝置測量全焓的方法，包括如下步驟1)通過基點溫度測量裝置(12)、飽和溫度測量裝置(9)和過熱溫度測量裝置(7)測量旁路管道中a、b、c三點的介質溫度，其中a點位於測溼電熱器(11) 一側，b點位於測溼電熱器(11)和測流電熱器(8 )之間，c點位於測流電熱器(8 )另一側;2)通過前端壓力測量裝置(15)和後端壓力測量裝置(3)測量孔板流量計(1)兩側的壓力值；3)通過a、b、c三點的溫度查表得到這三點的相應熱力學參數 a點溫度下幹飽和蒸汽的焓ha"；a點溫度下飽和水的焓ha 『； a點溫度下飽和水的氣化潛熱Y ； b點介質的焓hb; c點介質的焓h。； a點的飽和壓力Pa ； a點飽和蒸汽的比容va"，； b點過熱蒸汽的比容vb; 以及c點過熱蒸汽的比容V。；4)根據公式(8)計算出a點的溼飽和蒸汽幹度χ:⑶，其中χ——a點溼飽和蒸汽的幹度(kg/kg)； ha'——a點溫度下飽和水的焓(kj/kg)； hb——b點介質的焓(kj/kg)； hc——c點介質的焓(kj/kg)；K——測溼電加熱器對介質的加熱功率(kw)；Wy—測流電加熱器對介質的加熱功率(kw)；Y——a點溫度下飽和水的氣化潛熱(kj/kg)； 5 )根據公式(9 )計算出旁路管道(13)中質量流量G〃 = Wy /( hc-hb)O);6)、根據公式(10)計算出主管道中的質量流量φ - ^4 ε 4 ^2 AFp1，其中G'——主管道的質量流量(kg/s); c——流出係數； e——體流束膨脹係數； β—直徑比；d——孔板流量計節流直徑(m)； Δ P——上下遊壓差(Pa)； P ！——上遊流體密度；7)根據公式(13)計算旁路管道和主管道的總質量流量 G=G' +G"(13)；8)根據公式(14)計算出單位時間內流經管道的介質的總焓(kj/s) H=G ha=G[x ha" +(1-x) ha' ](14)。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於調節旁路管道(13)入口處旁通入口閥 (14)的開度，保證測溼加熱器(11)的功率巧=2 3kw時，b、a兩點間的溫差C1 = 2°C，使得測溼加熱器(11)能夠將溼蒸汽加熱成微過熱蒸汽；同時調節測流加熱器(8)的功率,使得c、b兩點間的溫差C2 = 5°C。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於在主管道流量不足時，通過關閉旁路管道(13)出口處安裝的旁通出口閥(4)和開啟旁路管道(13)出口處安裝的放空閥(5)來維持旁路管道(13)溼飽和蒸汽幹度和流量的正常測量。
全文摘要
本發明公開了一種溼飽和蒸汽幹度及流量一體化測量裝置，測溼電熱器(11)和測流電熱器(8)順序設置在旁路管道(13)內，基點溫度測量裝置(12)安裝在測溼電熱器(11)一側，飽和溫度測量裝置(9)安裝在測溼電熱器(11)和測流電熱器(8)之間，過熱溫度測量裝置(7)安裝在測流電熱器(8)另一側，旁路管道(13)並聯到主管道上，孔板流量計(1)安裝在主管道(2)內，前端壓力測量裝置(15)和後端壓力測量裝置(3)安裝在孔板流量計(1)兩側。通過測量旁路管道內的三個點的溫度以及電加熱量，即可測量出管道內溼飽和蒸汽的幹度及全焓。此裝置原理可靠、信號處理簡單、測量方法實用，對可變兩相流測量的理論和實踐具有重大意義。
文檔編號G01F1/86GK102353412SQ201110190519
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者張萬璐, 張穹希, 李景儀, 杜文偉, 趙奕奕 申請人:中國計量科學研究院