一种在线式蒸汽湿度测量系统的制作方法

本实用新型涉及蒸汽湿度测量技术领域，具体涉及一种在线式蒸汽湿度测量系统及方法。

背景技术：

自上世纪六十年代起，蒸汽湿度测量方法的研究呈现多样化，但是大部分都局限于理论研究或者试验室条件下，相对应用较广的光学测量法、电容法、超声波法以及微波谐振腔法等均对使用条件有诸多要求，不适用于高温高压条件下的内部结构复杂的在线蒸汽湿度测量。经典热力学法适用范围较广，但测量精度较差。当前核电领域广为使用的示踪剂法需要进行取样离线检定，才能获得湿度结果，不能实现在线测量。

技术实现要素：

本实用新型提供一种在线式蒸汽湿度测量系统及方法，尤其适用于高温高压条件下的蒸汽湿度测量。本实用新型能够在高温高压条件下，结构复杂的测量环境中，有效提高蒸汽湿度测量的实时性以及精确性。

本实用新型的技术方案为：

一种在线式蒸汽湿度测量系统，包括取样装置、测量装置及其后台测控系统；取样装置与测量装置相连，测量装置由后台测控系统控制；

测量装置包括定容加热装置、调节阀、减压阀、冷凝装置、流量计以及配套的截止阀、电磁阀、压力传感器、温度传感器；定容加热装置、调节阀、减压阀、冷凝装置、流量计通过管道依次串联，在定容加热装置前端和后端分别设置有一组电磁阀、截止阀、传感器；

后台测控系统控制电磁阀、调节阀，接收流量计、传感器的数据，计算被测蒸汽湿度。

所述取样装置安装在被测管道边界上，包括调节螺钉、缸体、活塞、牵引杆、柔性弯头、蒸汽引出管、取样头；

取样头通过柔性弯头与蒸汽引出管相连，取样头能够进行摆动，蒸汽引出管将取得的被测蒸汽传送给测量装置；

被测管道边界外部设置有与内部连通的缸体，缸体的端部安装有调节螺钉，调节螺钉的末端与缸体内的活塞固定连接，活塞通过牵引杆与取样头相连；转动调节螺钉，牵动或推动活塞在缸体内做直线运动，进而带动牵引杆，牵引杆拉动或推动取样头做旋转运动。

取样头整体为厚壁管状结构，中心通孔为全压取压口，在管壁上对称开有四个轴向通孔为静压取压口，通过全压取压口与静压取压口形成的动压差能够计算流速，全压取压口和静压取压口还能够反馈流速角度信息，控制调节螺钉调整取样头的角度，使得取样头处于迎流状态。

所述定容加热装置采用内置电加热元件的方式或外壁缠绕电加热丝的方式或二者联合加热的方式。

所述定容加热装置包括加热器筒、加热元件、保温组件，加热元件安装在加热器筒内部，保温组件安装在加热器筒外部；被测蒸汽从加热器筒顶部流入、底部流出，加热元件在加热器筒内竖直放置，对加热器筒内的被测蒸汽进行加热；在加热器筒的外层缠绕电加热丝，在电加热丝外面包覆保温材料。

所述传感器包括压力传感器和温度传感器。

还包括标定装置，标定装置包括蒸汽发生装置、安装在蒸汽发生装置上的汽水分离装置、与蒸汽发生装置连通的取样槽；接入测量装置，蒸汽发生装置产生的蒸汽经过汽水分离装置进入测量装置。

所述汽水分离装置为可拆卸结构。

所述汽水分离装置选用丝网式或旋叶式。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型适用于高温高压内构复杂的湿度测量场所，能够实现在线湿度测量，有效提高蒸汽湿度测量的实时性以及精确性。本实用新型设计采用多功能取样头，能够确保取样头始终处于迎流状态，并能够通过动压差计算流速。

附图说明

图1为取样装置结构示意图。

图2为测量装置系统示意图。

图3为后台测控系统示意图。

图4为标定装置示意图。

图中，11-调节螺钉，12-缸体，13-活塞，14-被测管道边界，15-牵引杆，16-柔性弯头，17-蒸汽引出管，18-取样头，2-测量装置，21-截止阀，22-电磁阀，23-定容加热装置，24-调节阀，25-减压阀，26-冷凝装置，27-流量计，41-蒸汽发生装置，42-汽水分离装置，43-取样槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述。

本实用新型的设计依据为热力学定容法的基本原理，即在一定容积条件下，通过蒸汽被加热的最终状态获得入口蒸汽的湿度参数，该方法涉及影响因素较少，影响传统加热法以及冷凝法精度的关键因素——换热量对该方法没有影响，能够有效提高测量精度。

本实用新型是一种在线式蒸汽湿度测量系统，包括取样装置、标定装置、测量装置2及其后台测控系统；进行测量时，选用取样装置、测量装置2及其后台测控系统，对被测蒸汽湿度进行测量；进行标定时，选用标定装置、测量装置2及其后台测控系统，对测量装置进行标定来修正参数。

如图1所示，取样装置设计采用多功能取样头18，具备外部调节转向和测量流速矢量的功能，可应对复杂流场的流速变化。取样装置安装在被测管道边界14上，包括调节螺钉11、缸体12、活塞13、牵引杆15、柔性弯头16、蒸汽引出管17、取样头18。取样头18通过柔性弯头16与蒸汽引出管17相连，取样头18能够进行一定范围内的摆动，蒸汽引出管17将取得的被测蒸汽传送给测量装置2。

被测管道边界14外部设置有与内部连通的缸体12，缸体12的端部安装有调节螺钉11，调节螺钉11的末端与缸体12内的活塞13固定连接，活塞13通过牵引杆15与取样头18相连；转动调节螺钉11，螺纹的旋转运动转化为螺钉轴向上的直线运动，牵动或推动活塞13在缸体12内做直线位移，活塞13的直线运动带动牵引杆15，牵引杆15拉动或推动取样头18做旋转运动。

取样头18整体为厚壁管状结构，采用金属制成，中心通孔为全压取压口，在管壁上对称开有四个轴向通孔为静压取压口，通过全压取压口与静压取压口形成的动压差可以用来计算流速，为后续测量装置稳定质量流量提供调节输入，以实现等速取样，确保测量结果的精准性；布置在取样头18上的取压口还可以反馈流速角度信息，据此控制调节螺钉11调整取样头18的角度，确保取样头18处于迎流状态。

如图2所示，测量装置2包括定容加热装置23、调节阀24、减压阀25、冷凝装置26、流量计27以及配套的截止阀21、电磁阀22、压力传感器、温度传感器；定容加热装置23、调节阀24、减压阀25、冷凝装置26、流量计27通过管道依次串联，在定容加热装置23前端和后端分别设置有一组电磁阀22、截止阀21、传感器，传感器包括压力传感器和温度传感器；被测蒸汽依次经过截止阀21、电磁阀22进入定容加热装置23，从定容加热装置23流出后依次经过电磁阀22、截止阀21、调节阀24、减压阀25进入冷凝装置26，流出冷凝装置26后通过流量计27，最终经截止阀21排出或回收。

定容加热装置23通过换热产生蒸汽，既可以采用内置电加热元件的方式也可以采用外壁缠绕电加热丝的方式又或者采用其他热源方式。本实施例中，定容加热装置23包括加热器筒、加热元件、保温组件，加热元件安装在加热器筒内部，保温组件安装在加热器筒外部。被测蒸汽从加热器筒顶部流入、底部流出，加热元件在加热器筒内竖直放置避免水滴积聚，对加热器筒内的被测蒸汽进行加热；虽然定容加热装置23的加热功率以及系统散热量对于测量结果没有影响，但为了提升测量效率，采用保温组件来进行保温减少热量损失，在加热器筒的外层缠绕电加热丝，在电加热丝外面再包覆保温材料。

冷凝装置26采用盘管式热交换器形式，用于将加热至过热的蒸汽冷凝后排出或者流回再利用。

流量计27为质量流量计。

调节阀24用于调节取样流量。

减压阀25安装于冷凝装置26前端，用于限制被测蒸汽压力，保证冷凝装置26的正常工作，同时，防止冷凝装置26的不稳定性影响前部装置。

电磁阀22选用高温高压隔离电磁阀，电磁阀22前后的截止阀21用于提供冗余保障，当电磁阀22失效时，仍可手动控制截止阀21实现相同功能。

压力传感器和温度传感器用于监测蒸汽状态。传感器共设置有两组，一组安装在定容加热装置23前端尽量靠近取样源，一组安装在定容加热装置23末端，根据采集的两组参数，通过等比容计算出蒸汽湿度。

如图3所示，后台测控系统能够接收压力传感器、温度传感器、流量计27等的数据，也能够控制电磁阀22、调节阀24等阀门，后台测控系统控制整套装置的测量步骤，依据传感器采集的数据计算出被测蒸汽湿度。后台测控系统实现了控制阀门开闭、收集传感器信息、计算蒸汽湿度等测量和控制功能。

取样测量前，后台测控系统根据流量计27反馈值，通过调节阀24调节取样流量，使得满足等流速取样要求，达到设定流量并自动稳定一段时间后，开始加热。开始加热时，后台测控系统同时关闭定容加热装置23进出口的电磁阀22，后台测控系统纪录传感器测得的初始数据，两个电磁阀22同步闭合从而在阀之间形成密闭空间，定容加热装置23对被测蒸汽进行密封加热，通过定容加热装置23末端的传感器实时监测被测蒸汽状态参数，直至被测蒸汽加热至过热态，后台测控系统纪录当前数据并停止加热，后台测控系统能够根据纪录的过热态值，计算出加热前被测蒸汽湿度。停止加热后，后台测控系统打开定容加热装置23后端的电磁阀22，压力差使得被测蒸汽排出，经过减压阀25进入冷凝装置26，再经冷凝后排放或者流回循环装置。能够通过多次采集多组数据，进行多次计算来提高计算精度。

如图4所示，标定装置采用示踪剂法为标准测量方式对蒸汽湿度进行测量，把测量装置2接入标定装置，将测量装置2测量结果与标定装置示踪剂测量结果进行对比，对测量装置2进行标定，以修正测量装置2参数。标定装置包括蒸汽发生装置41、安装在蒸汽发生装置41上的汽水分离装置42、与蒸汽发生装置41连通的取样槽43；接入测量装置2后，蒸汽发生装置41产生的蒸汽经过汽水分离装置42进入测量装置2。蒸汽发生装置41可由电加热压力容器实现，电加热水产生不同工况下的蒸汽后，经过汽水分离装置42，部分蒸汽通过测量装置2中的冷凝器冷凝后利用高位差自然回流至蒸汽发生装置41，以此来稳定蒸汽发生装置41内的蒸汽湿度。汽水分离装置42为可拆卸结构，可以选用丝网或旋叶等，用于在同样工况参数下产生不同的湿度以获得多个标定。

上面对本实用新型的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本实用新型的最优实施例，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。