专利名称：流体高效降温降压器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对高温高压流体具有降温和降压功能于一体的高效降温降压器。
一些生产部门为了某种生产目的，常常将某种常温常压的流体变成高温高压流休。例如火力发电厂、核电站、石油化工等部门的锅炉、再热器将常温常压下的水变成饱和蒸汽、过热蒸汽，其温度可达300-540℃，压强可达10-20MPa，利用这种状态下的蒸汽去推动汽轮机发电，输送热能。这些高温高压流体中所含有害元素的种类、含量大小对热力设备、输送管道的安全、经济运行密切相关，连续在线监测这些有害物质十分重要，但是用于监测这些物质的在线成份分析仪表(俗称化学分析仪表)只能接受常温常压样品，就必须将从采样点流出的高温高压样品流进行降温降压处理，变成常温常压样品才能供分析仪器使用。
目前为止，传统的降温降压处理装置如附
图1所示其核心部件由冷却器(11)和减压器(14)构成。即高温高压样品流经过高温高压阀(10-1)、(10-2)、(10-3)冷却器(11-1)、(11-2)冷却到常温，再经过过滤器(13)、减压器(14)降压变为常压样流，经安全阀(15)最后从阀门(10-4)流出，作为分析仪器或人工取样的样品。现用的冷却器主要有二种，即附图2所示的筒形螺旋管式和附图3示的双套管式。
现用筒形螺旋管式冷却器，如附图2所示，样品流在螺旋管中流动，它是由Φ10-16mm的1Cr18Ni9Ti管绕制而成，外筒通冷却水，用不锈钢或加防腐层碳钢筒制成。这种结构的冷却器效果差，为了提高冷却水的利用率，改变冷却水进水方向，使其沿筒壁切向进水。例如南京电力自动化设备总厂制造的SQT型系列水汽集中取样分析装置，电力部中联动力化学技术实业公司制造的ZLS系列水汽取样分析装置，苏州中新动力设备辅件厂制造的SQZ系列水汽取样装置中使用的冷却器均属此类。改进后的冷却器还存在冷却筒、螺旋管容积大，在运行过程中不能保证冷却水与螺旋管中样品流各部分充分进行热交换，冷却效果不能提得太高。另外因为螺旋管粗，对样品流的降压作用极小。
附图3所示的双套式冷却器由二根不同直径的不锈钢管(如1Cr18Ni9Ti，内管外径Φ10-12mm，外管外径大于Φ20mm)绕制成螺旋管，螺旋管部分必须保证二管同心。工作时，内管通样品流，内外管之间通冷却水，相向而行。这类冷却器中冷却水的利用率较高，但制作困难，如有故障，不易检查和修复，与筒形螺旋管式冷却器一样对样品流不具备降压功能。电力部泰川电站仪表厂生产的QSZ-I型机炉汽水分析装置及宝钢自备电厂等一些引进设备的发电厂的汽水取样架中的冷却器属于此类。
为了将冷却器流出的常温高压样品流降至常压，在冷却器后面配备专用的减压器(14)，70-80年代，国内外通常的做法是使样品流通过一不锈钢制成的毛细管，长度由降压的多少决定。由于毛细管阻塞后不易处理，80年代末改进制成螺旋槽式减压器，如附图4所求，其中(16)为调节杆，(17)为细螺纹，即让高压样品流通过细螺纹达到降压目的，样品流通过螺纹的实际长度可用调节杆调节。目前取样装置生产厂几乎采用这种减压器，这种减压器堵塞后便于拆洗，但几次拆洗后易破损密封，引起渗漏，使用中需精心维护。为减少减压器堵塞，在减压器前面配有用细不锈钢丝制成不同结构的可拆装的过滤器，清洗这种过滤器比较费事。
本实用新型的目的是提供一种对高温高压流体同时具有高效降温和降压功能的降温降压器。
实现本实用新型目的的技术方案是流体高效降温降压器，包括冷却芯管及样品流细管，其特征在于样品流细管自下而上呈螺旋状绕在冷却芯管壁至顶端，再通过冷却芯管内部自上而下引出，冷却芯管及样品流细螺旋管外部套有上端封闭的套管，套管下法兰与冷却芯管下法兰密封，样品流细管进口端穿过冷却芯管下面的法兰侧孔引出，在冷却芯管内壁还衬有隔热管。
本实用新型是一种新型降温降压设备，虽然最终完成的任务与现有设备相同，但其结构完全不同，使用中无需专用减压器，冷却器被本实用新型的降温降压器所代替，样品流的降温降压是在降温降压器一个设备中完成的。如前所述，专用减压器是装置中最易堵塞需精心维护的部件，本实用新型具体优点体现在1、冷却水利用率极高。由于样品流管细，管内流速平均约在8m/s以上，且成螺旋状，螺旋管外径小，雷诺数达到104数量级，样流在管内呈深度湍流状，使样品流各部分通过细管壁能充分与冷却水进行热交换，冷却水在一狭窄的通道内作螺旋运动，冷却水的各部分又有充分的机会与细金属管外壁接触，吸收样品流释放出的热量，因此试验证明，只需约传统冷却器冷却水量的一半就能达到同样冷却效果。现在一般用去离子水作冷却水，节省冷却水，就是有效地降低运行费用。
2、具有明显的降压作用。根据流体力学中的范宁公式来估计样品流在管内压降ΔPΔP=2fLV2ρgdi×(1+3.74diDc)]]>
其中f-摩擦系数；V-流体在管内平均流速；L-管长度；di-管内径；Dc-螺旋筒外径；ρ-流体密度。
若以水为例，当样品流细管长L＝4m，内径di＝0.002m，螺旋筒外径Dc＝0.07m，水样平均速度V＝8m/s，若取f＝0.1，则管压降约为2.8MPa，可行性实验时，管压降接近此计算值。
当样品流通过降温降压器时发生相变，例如，高温高压蒸汽被冷却变成水时，范宁公式不适用，其压降更大，甚至因压降过大，使样流达不到额定流量，需采用较粗的样品流管。
3、样品流对样品流细管具有清洗作用。因样品流细管内样品流呈湍流状态快速流动(如当额定流量1500ml/min，管内径2mm，管内样品流速达8m/s)，对管壁有自清洗作用。
4、便于检查，维修。将降温降压器的外套管拆下后，样品流管暴露在外，如经长期使用引起部分渗漏，用打压试验方法，其位置很易确定，若更换螺旋管，只要将冷却芯管上端和样品流管焊点处以及样品流管和接管之间的焊点切开，即可更换样品流管，而冷却芯管、套管仍可继续使用。
5、结构紧凑、省材料、占地面积小。以电站汽水集中取样装置为例，一台具有10个取样点，即有10套降温降压系统的装置，其长度约2.2m，宽0.6m，高1.75m，占地面积约为现有设备的3/5，占有空间约为现有设备的1/2。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。
图1，传统的降温降压装置系统图2，筒形螺旋管式冷却器结构示意图；图3，双套管式冷却器结构示意图；图4，螺旋槽式减压器结构示意图；图5，本实用新型降温降压器的结构示意图。
本实用新型结构如附图5所示一根外径约4-8mm，壁厚约为1-2mm的细金属管(1)(如1Cr18Ni9Ti)作为样品流细管绕在一外径约25mm，壁厚约2mm(外径和壁厚也可由设计者另定)的金属芯管(2)上(通常用1Cr18Ni9Ti)的金属管外壁，呈螺旋状，螺距一般约为样品流细金属管(1)外径的2-4倍。螺距由冷却水压强决定，压强大，螺距可适当减小，以满足冷却水流量为宜。细金属管(1)绕到芯管(2)上端后，再拐弯自上而下穿过芯管(2)中央引出，引出口是降温降压后的样品流出口。芯管(2)内壁衬有隔热管(3)，如聚乙稀或ABS塑料管，用来削弱管内外之间的热传递。芯管(2)和螺旋管(1)外套上一金属套管(4)，套管(4)与螺旋管(1)之间形成滑配合，其间隙约在0.5-1mm为宜。套管下法兰(5)与芯管下法兰(6)间用密封垫密封，用螺栓(7)固定。芯管(2)下法兰(6)有一法兰侧孔(8)与接管(9)连接。螺旋管(1)下端有一直段，穿过芯管(2)下面的法兰侧孔(8)和接管(9)引出。细管(1)与接管(9)的引出部位焊接。
本实用新型降温降压器的工作过程如下冷却水从芯管(2)下端引入，沿隔热管(3)内壁和细金属管(1)外壁形成的空隙向上流动，至顶端后，沿着由芯管(2)外壁、套管(4)内壁、螺旋管外壁形成的螺旋状通道自上而下流动，最后从芯管(2)下法兰侧孔(8)的接管(9)流出，而高温高压样品流从接管处的细金属管(1)流入，进入螺旋管后自下而上流到螺旋管顶，然后拐弯通过芯管(2)中央的细金属管(1)流出。冷却水和样品流在相向流动过程中完成热交换，样品述的目的。
在实际生产中，一般一个监测系统中有多个采样点，每个采样点可安装1-2个本实用新型的降温降压器，也可根据需要自行设计安装多个。发明人制成具有9个采样点、每个采样点安装2个降温降压器的降温降压设备对电厂的锅炉给水(220℃，15MPa)和过热蒸汽(540℃，10MPa)进行降温降压实验，达到如期效果。
权利要求1.流体高效降温降压器，包括冷却芯管及样品流细管，其特征在于样品流细管自下而上呈螺旋状绕在冷却芯管外壁至顶端，再通过冷却芯管内部自上而下引出，冷却芯管及样品流细螺旋管外部套有上端封闭的套管，套管下法兰与冷却芯管下法兰密封，样品流细管进口端穿过冷却芯管下面的法兰侧孔引出。
2.根据权利要求1所述的流体高效降温降压器，其特征在于冷却芯管内壁衬有隔热管。
专利摘要流体高效降温降压器,集降温降压功能于一体,包括冷却芯管及样品流细管,其特征在于:样品流细管自下而上呈螺旋状绕在冷却芯管外壁至顶端,再通过冷却芯管内部自上而下引出,冷却芯管及样品流细螺旋管外部套有上端封闭的套管,套管下法兰与冷却芯管下法兰密封,样品流细管进口端穿过冷却芯管下面的法兰侧孔引出。
文档编号F28D1/047GK2274331SQ9522931
公开日1998年2月11日 申请日期1995年12月28日 优先权日1995年12月28日
发明者承慰才, 邢光普, 杜春风 申请人:承慰才