蒸汽质量计的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型一般地涉及蒸汽质量计，并且特别地，涉及具有用于感测电容和/或阻抗的电极的蒸汽质量计。
【背景技术】
[0002]在过程工业中，蒸汽通常用于加热目的，并且在石油和天然气工业中作为注入流体用于回收碳氢化合物。诸如这些的蒸汽流量应用利用饱和蒸汽，饱和蒸汽可以全是水汽，全是液体，或水汽和液体的结合。热力学关系使用蒸汽质量以计算饱和蒸汽的性质，诸如密度和质量流率和焓流率。这些热力学关系假设饱和蒸汽是在饱和压力和温度下共存的液相和汽相的均质混合物，但是实际上，饱和蒸汽很少被完全混合。因此，诸如文氏管的装置用于混合流体从而可以假设均质。热力学关系还假设已知的蒸汽质量。通常假设1.0或100%的蒸汽质量来执行密度和质量流率计算。然而，对于从0.9到1.0的蒸汽质量，蒸汽质量每减少1%，则均质蒸汽的密度增加大致1%。随着蒸汽质量进一步减少，密度的对于质量每I %的减少的增加变得更大。因而，当计算质量流率时，假设不正确的蒸汽质量可能导致极大的误差。
[0003]在规定的压力下，蒸汽混合物的温度在饱和温度下保持恒定，直到所有的水汽变成液体或所有的液体变成水汽。因此不能仅通过测量温度和压力来确定蒸汽质量。结果，蒸汽质量计使用诸如光、电容、阻抗或其它的方法的手段以确定蒸汽质量。蒸汽混合物的电容随着混合物中液态水的百分比而变化。在随着蒸汽流过水平的管道部分时水滴保持均匀地悬浮在水汽中的假设下，确定混合物的质量。为实现水滴的均匀分布，使用混合装置(诸如文氏管、喷嘴、穿孔板、旋涡装置或其它的这种元件)。然而，水滴可以不均匀地沉积在蒸汽管道的底部处，或随着蒸汽混合物通过管道时水滴朝管道的下游端部。当前的蒸汽质量计不导致水滴的沉积。
【实用新型内容】
[0004]蒸汽质量计包括具有入口和出口的管道。杆定位在管道中位于入口和出口之间。杆限定杆的外壁和管道的内壁之间的环状流动通路。混合装置定位在管道中位于入口和杆的上游端部之间。间隔开的传感器定位在环状流动通路中。每个传感器都被构造成用于感测流过环状流动通路的蒸汽的电容和/或阻抗。
[0005]测量蒸汽质量的方法包括通过管道的入口将蒸汽引导进入管道中，均质化蒸汽，并且使蒸汽流过环状流动通路到管道的出口。该方法进一步包括在环状流动通路中的位置处感测流过环状流动通路的蒸汽的电容和/或阻抗，并且基于在环状流动通路中的每个位置处感测到的电容和/或阻抗来产生流过环状流动通路的蒸汽的蒸汽质量值。
【附图说明】
[0006]图1是在内杆上的具有上电极和下电极的蒸汽质量计的局部侧面截面图，以及用于信号处理的相关联的电子组件的图解示意图。
[0007]图2A是图1的蒸汽质量计沿着图1中的部分2-2的剖视图。
[0008]图2B是图1的蒸汽质量计的可替换的实施例沿着图1中的部分2-2的剖视图。
[0009]图2C是图1的蒸汽质量计的可替换的实施例沿着图1中的部分2-2的剖视图。
[0010]图2D是图1的蒸汽质量计的可替换的实施例沿着图1中的部分2-2的剖视图。
[0011]图3是图1的在内杆上具有纵向隔开的电极的蒸汽质量计的局部侧面截面图。
[0012]图4是图1的在内杆上具有纵向隔开的上电极和下电极的蒸汽质量计的局部侧面截面图。
【具体实施方式】
[0013]总的来说，本实用新型是具有诊断能力的蒸汽质量计。蒸汽质量计具有在管道中的环状流动通路内定位在杆上的多个电极。电极包括感测结构，该感测结构允许蒸汽质量计基于悬浮在主要水平地流过管道中的环状流动通路的汽相中的水滴的介电性能，来测量蒸汽质量。多个电极沿着同中心地定位在管道中的杆放置，以允许沿着流动的轴线的多个电容和/或阻抗测量值。这些测量值用于检测和验证流体混合物沿着环状流动通路的均匀介电性能的假设，并且因此改善蒸汽质量测量值的可信度和可靠性。
[0014]图1是根据一个实施例的蒸汽质量计10的局部侧面截面图。图2A是沿着图1中的线2-2的剖视图。如图1和2A中所示，蒸汽质量计10包括具有入口 14和出口 16的管道
12、混合装置18和杆20。混合装置18和杆20同中心地被定位在管道12中。混合装置18可以是文氏管、喷嘴、穿孔板、旋涡装置或任何其它适当的混合装置。管道12包括内壁22。在示出的实施例中，管道12是电极并且可以是诸如碳钢的任何导电材料。杆20包括具有杆电极28和30的外壁26。在示出的实施例中，杆20可以是诸如陶瓷的任何绝缘材料，并且杆电极28和30可以是诸如碳钢或不锈钢的任何导电材料。杆电极28和30被间隙32分开。在示出的实施例中，杆电极28和30附接到外壁26，并且间隙32表示暴露的外壁26的电分开杆电极28和30的部分。该结构产生了两个传感器，或同轴电容器，一个传感器由管道12和杆电极28形成并且另一传感器由管道12和杆电极30形成。在可替换的实施例中，间隙32可以填充有诸如陶瓷材料的绝缘材料。杆20和管道12之间的空间产生了环状流动通路34。
[0015]在本实施例中，电线36将管道12和杆电极28和30连接到电子组件38。电线36包括用于每个杆电极28和30的电线，以及用于管道12的电线。电子组件38可以包括信号处理器40、数字处理器42、本地操作员界面46、存储器44和通信接口 48。通信接口 48可以被连接到监测/控制系统50。蒸汽质量计10可以向监测/控制系统50提供蒸汽质量测量值输出。由管道12和杆电极28和30形成的电容器产生电信号，所述被电线36传输到信号处理器40。电信号被传输到数字处理器42，在数字处理器42处，信号被存储在存储器44中并且可以显示在本地操作员界面46处。信号然后可以被传输到通信接口 48和监测/控制系统50。在可替换的实施例中，电子组件38可以是遥测系统或监督控制和数据采集(SCADA)系统。在另一可替换的实施例中，蒸汽质量计10可以是经由本地操作员界面46监测的单机装置。
[0016]为测量蒸汽质量，蒸汽混合物通过入口 14并且通过混合装置18流进管道12中。混合装置18将流体的液体部分雾化成较小的、均匀的小滴以产生均质混合物。均质混合物离开混合装置18并且进入环状流动通路34中。混合物通过出口 16退出管道12。当蒸汽混合物正在流过环状流动通路34时，形成在杆电极28和30和管道12之间的传感器通过测量电容和/或阻抗来确定混合物的介电性能。上杆电极28和管道12中的每个都用作第一电容器的板并且因而一起感测蒸汽在环状流动通路34的上半部中的电容和/或阻抗。下杆电极30和管道12中的每个都用作第二电容器的板并且因而感测在环状流动通路34的下半部中的蒸汽混合物的电容和/或阻抗。因此，蒸汽质量计10获得穿过环状流动通路34的蒸汽的电容和/或阻抗的两个测量值。
[0017]在示出的实施例中，电容和/或阻抗测量值可以通过电线36被传递到信号处理器40。信号处理器40将感测到的电容和/或阻抗转换为数字的电容和/或阻抗值。数字处理器42使用数字值以计算蒸汽质量测量值。例如，数字处理器42可以平均电容和/或阻抗测量值以计算整体的蒸汽质量值。平均多个电容和/或阻抗值是有利的，因为取得平均值导致比由利用蒸汽质量计10取得的单个测量值所得到的值更精确的蒸汽质量值。蒸汽质量值可以被存储在存储器44中，显示在本地操作员界面46上，并且传输到至监测/控制系统50的通信接口 48，监测/控制系统50可以显示该蒸汽质量值。在可替换的实施例中，遥测系统或SCADA系统可以处理电容和阻抗测量值以确定和/或输出蒸汽质量诊断信息。蒸汽质量值可以被显示为百分比。100%的质量指示流过环状流动通路34的流体完全是水汽。O %的质量指示流过环状流动通路34的流体完全是液体。
[0018]除了提供整体的蒸汽质量值，两个电容和/或阻抗测量值也可以通过数字处理器42被分别地显示或分析，以显示用于环状流动通路34的上半部的蒸汽质量值和用于环状流动通路34的下半部的蒸汽质量值。这允许用户评估流过环状流动通路34的上半部和环状流动通路34的下半部的蒸汽混合物中的差值。分离的电容和/或阻抗测量值还可以提供整体的蒸汽质量值的可靠性的指示。例如，如果用于环状流动通路34的上半部的电容测量值低于用于环状流动通路34的下半部的电容测量值，则这可以指示沉积发生在环状流动通路34的下半部中或混合物的流率已经下降。两个分离的测量值中的极大的差值可以警示用户以调节流率或管道尺寸以保持混合物的质量。多个电容和/或阻抗测量值也是有利的，因为多个测量值允许冗余。
[0019]图2B是蒸汽质量计10的可替换的实施例沿着图1中的线2-2的剖视图。蒸汽质量计10包括管道12和杆20。管道12包括内壁22。在示出的实施例中，管道12是电极并且可以是诸如碳钢的任何导电材料。杆20包括具有杆电极28和30的绝缘层27和外壁26。在示出的实施例中，杆20可以由绝缘层27围绕的导电材料制成。绝缘层27可以由诸如陶瓷的任何绝缘材料制成。杆电极28和30可以是诸如碳钢或不锈钢的任何导电材料。杆电极28和30被间隙32分开。在示出的实施例中，杆电极28和30附接到外壁26，并且间隙32表不暴露的外壁26的电分开杆电极28和30的部分。该结构产生了两个传感器，或同轴电容器，一个传感器由管道12和杆电极28形成并且一个传感器由管道12和杆电极30形成。在可替换的实施例中，间隙32可以填充有诸如陶瓷材料的绝缘材料。杆20和管道12之间的空间产生了环状流动通路34。
[0020]图2C是蒸汽质量计10的可替换的实施例沿着图1中的线2-2的剖视图。蒸汽质量计10包括管道12’和杆20。管道12’包括具有管道电极24的内壁22。在示出的实施例中，管道12’可以是诸如陶瓷的绝缘材料，并且管道电极24和可以是诸如碳钢的任何导电材料。杆20包括具有杆电极28和30的外壁26。在示出的实施例中，杆20可以是诸如陶瓷的任何绝缘材料，并且杆电极28和30可以是诸如碳钢或不锈钢的任何导电材料。杆电极28和30被间隙32分开。在示出的实施例中，杆电极28和30附接到外壁