一种高温高压蒸汽湿度测量装置的制作方法

本发明涉及一种高温高压蒸汽湿度测量装置，可应用在食品、化工、制药、电力等以蒸汽为工质的生产、科研领域。

背景技术：

在化工、电力、食品、医药、建材等领域，高温蒸汽是生产制备、工艺处理过程中重要的工质或环境条件。高温蒸汽相对湿度是一项关键性指标参数，精确的湿度控制和监测在工业生产中具有重要的经济价值。

目前国内主要采用jjf1076-2001《湿度传感器校准规范》，其通过标准湿度发生器产生标准湿度环境。湿度发生器的湿度范围：(5-95)％rh；温度范围：5-50℃；压力：常压。在此标准湿度环境中，其最大的蒸汽分压力是在湿度95％rh。温度50℃时，查饱和蒸汽压力表可知在50℃时，饱和蒸汽压力为12.378kpa，如相对湿度95％rh，其蒸汽分压力为11.759kpa。这也就意味着其感湿元件的最高蒸汽分压标定值为11.759kpa，对于更高的蒸汽分压不一定适用。国外一些产品也有通过更高温度标准的湿度发生器标定，但现有最高标准都限于常压环境，即使在100％rh湿度下，其蒸汽分压最高达到101.325kpa,所以理论上讲，湿度传感器测量蒸汽分压的范围应在101.325kpa以内。同时在蒸汽接近饱和状态时会有结露，易导致湿度传感器触水失效。所以理论上讲，湿度传感器测量相对湿度的范围达不到100％rh。

专利公告号为cn103712882公开的专利是通过节流膨胀，利用压力传感器、温湿度传感器测量蒸汽状态变化前以及降温降湿降压后加热保温的气体参数(气体压力高于常压0.1-0.4atm，温度处于110-180℃)，通过温度压力的转换计算得到原气体的湿度和相关参数的测量方法。该发明由于降温降湿降压后的气流参数仍是温度和压力较高的气体，仍不符合世界气象组织(wmo)湿度最高标准所采用的冷镜式露点仪的使用要求。实际达到的精度较低。本发明高温高湿高压气体通过节流膨胀后采用冷凝换热的方式将气流冷凝到0-5℃后通过高精度电子天平准确称量冷凝液、通过世界气象组织(wmo)湿度最高标准所采用的冷镜式露点仪测量0℃-常温、常压下的气流相对湿度，通过测量气流温度、压力、流量计算出气体的含湿量。冷凝液的质量与冷却后的气流含湿量的总质量就是原高温高湿高压气体的含湿量。通过气体状态方程，结合节流膨胀前高温高压高湿气体温度、压力、流量参数以及节流膨胀后冷凝液质量、冷却气流温度、压力、流量、相对湿度等参数计算出原高温高压高湿气体的相对湿度。本发明具有较高的精度及实际使用价值。本发明专利与专利公告号为cn103712882公开的专利在相对湿度测量采用的方法和原理有本质的不同。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种高温高压蒸汽湿度测量装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高温高压蒸汽湿度测量装置，包括蒸汽导入管，与蒸汽导入管连接的冷凝器，冷凝器连接恒温水浴，所述冷凝器包括箱体，设置在箱体内的冷凝盘管，气液分离器以及设置在箱体底部的积液罐，冷凝盘管和气液分离器与蒸汽导入管连接，冷凝盘管缠设在气液分离器的外侧；

所述积液罐上连接液位计、排液管和回流管，积液罐内气流挡板，排液管一端伸入到积液罐的底部，另一端伸出到冷凝器的箱体外并连接积液称重组件，回流管的一端伸入到积液罐的底部，另一端与所述气液分离器内腔的底部连接；

所述气液分离器的顶部连接气体导出管，气体导出管连接恒温水浴。

进一步，所述恒温水浴包括与气体导出管连接的换热盘管，与换热盘管连接的气体测量组件，气体测量组件连接排气管。

进一步，所述气体测量组件带有气体测量腔，气体测量腔与所述换热盘管连接，气体测量腔内设有气流均衡器和气流均衡挡板。

进一步，积液称重组件包括积液桶，积液桶的底部设有电子天平，积液桶与所述排液管连接。

进一步，所述箱体的底部设有冷却水注入口，箱体顶部设有冷却水出口。圆柱箱体冷却水喷射部件为“s”型，喷嘴为缩口尖嘴，冷却水通过喷射部件在圆柱形箱体内高速旋转加强与冷凝盘管内的气流热交换。冷却水与蒸气冷凝盘管、积液罐、气液分离器物理隔离。

进一步，所述蒸汽导入管上设有温度传感器，压力传感器，蒸汽电磁阀以及蒸汽流量计，蒸汽导入管及各部件保温良好。

进一步，所述气体测量腔连接温度传感器、湿度传感器、气体流量计。

本发明的有益效果为：该装置能测量蒸汽/气体的相对湿度、含湿量，为精密设备及其生产工艺过程高品质蒸汽提供保障，也可以精确测量蒸汽相对湿度为电力等能源行业中蒸汽高效利用提供依据。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式

如图1所示，一种高温高压蒸汽湿度测量装置，包括蒸汽导入管1，与蒸汽导入管1连接的冷凝器2，冷凝器2连接恒温水浴3，冷凝器2包括箱体4，设置在箱体4内的冷凝盘管5，气液分离器6以及设置在箱体4底部的积液罐7，冷凝盘管5和气液分离器6与蒸汽导入管1连接，冷凝盘管5缠设在气液分离器6的外侧；

积液罐7上连接液位计8、排液管9和回流管10，积液罐7内气流挡板，排液管9一端伸入到积液罐7的底部，另一端伸出到冷凝器2的箱体4外连接积液称重组件，回流管10的一端伸入到积液罐7的底部，另一端与所述气液分离器6内腔的底部连接；积液称重组件包括积液桶11，积液桶11的底部设有电子天平12，积液桶11与排液管9连接。箱体4的底部设有冷却水注入口13，箱体4的顶部设有冷却水出口27，冷却水注入口13连接冷却水喷射部件，圆柱型箱体4的冷却水喷射部件为“s”型，喷嘴为缩口尖嘴，冷却水通过喷射部件在圆柱形箱体4内高速旋转加强与冷凝盘管5内的气流热交换。冷却水与蒸气冷凝盘管5、积液罐7、气液分离器6物理隔离。

气液分离器6的顶部连接气体导出管25，气体导出管25连接恒温水浴3。恒温水浴3包括与气体导出管25连接的换热盘管14，与换热盘管14连接的气体测量组件，气体测量组件连接排气管15。

进一步，气体测量组件带有气体测量腔16，气体测量腔16与所述换热盘管14连接，气体测量腔16内设有气流均衡器17和气流均衡挡板18。

进一步，蒸汽导入管1上设有温度传感器19，压力传感器20，蒸汽电磁阀21以及蒸汽流量计22。气体测量腔16连接温度传感器23、湿度传感器24、气体流量计28。

蒸汽导入管1导入蒸汽时，温度传感器19和压力传感器20能精确监测所测蒸汽的温度、压力参数。蒸汽流量计22控制并监测通过蒸汽的流量、质量。蒸汽导入管1导入的蒸汽进入到冷凝盘管5，蒸汽在冷凝器2的冷凝盘管5内降温凝露，析出的液态收集于积液罐7，低温气体进一步经过气液分离器6后排出冷凝器2进入气体导出管25。

进一步，积液罐7上连接液位计8、排液管9和回流管10，积液罐7内气流挡板，排液管9伸出到冷凝器2的箱体4外连接积液称重组件，回流管10的一端伸入到积液罐7的底部，另一端与所述气液分离器6内腔的底部连接。气流挡板有效降低低温气流对积液罐7中液体的动压。气液分离器6由空腔和焊接的多层金属过滤器组成。低温气流进入气液分离器6后流速迅速降低，气流载带的液滴在重力作用和过滤器过滤双重作用下收集并回流进入积液罐7。回流管10伸入积液罐7底部，避免气流通过积液罐7进入积液桶11排出。

排液管9伸入积液罐7底部，冷凝液在积液罐7中形成液封来实现低温气流和冷凝液分离的目的。低温气流通过气液分离器6排出，积液罐7内的冷凝液通过排液管9收集到积液桶11中。冷凝析出的液态水经电子天平12实时称重后将温度和重量参数传给处理系统26，处理系统26内设型号为89c2051的单片机。

气体经冷凝器2排出到气体导出管25中的蒸汽进入恒温水浴3中的换热盘管14，气体在换热盘管14精确控温后进入气体测量腔16。气体在气体测量腔16内依次经过气流均衡器17、气流均衡挡板18达到降速、匀速的目的，并进一步经过气体流量计28后通过排气管15排出。

本发明中，蒸汽通过冷凝盘管5换热并将蒸汽冷凝成低温液态水。蒸汽中的气体在冷凝盘管5中换热降温后进入气液分离器6，气液分离器6去除气流载带的液滴后气体进入恒温水浴3中的换热盘管14，经换热盘管14精确控温后进入气体测量腔16。气体测量腔16内的温度传感器23、湿度传感器24、流量计28精确监测气流参数并实时传送给处理系统26。处理系统26将电子天平12传输的液态水的温度和重量参数与恒温水浴3中气体的温度、湿度、流量参数综合计算后与蒸汽导入管1上的蒸汽温度、压力以及流量计22的参数对比计算出蒸汽的含湿量及相对湿度。

下面结合具体的实施例对本发明进行说明：

案例1

某蒸汽管路进入测量装置的蒸汽温度t1、压力p1、质量流量m1(g/min)，蒸汽经冷凝器2冷凝后冷凝液连续收集到积液桶11中,电子天平12测量冷凝液质量流量为m2(g/min)。冷却气流经气液分离器6后进入水浴测量腔换热盘管，精确控温后气流温度t2、压力p2、相对湿度x1％，体积流量v1(l/min)。处理系统26的单片机实时接收温度传感器、压力传感器、流量计、电子天平等监测传感器/设备的信号并计算出蒸汽的相对湿度等相关参数。

根据蒸汽温度t1、压力p1计算出该条件下水蒸气饱和蒸汽压p或质量流量m(g/min)。根据蒸汽质量流量m1(g/min)、电子天平测量冷凝水m2(g/min)，水浴测量腔气流温度t2、压力p2、相对湿度x1％，计算出冷却气流含水量m3(质量流量g/min)。也可通过水浴测量腔气流温度t2、压力p2、相对湿度x1％、体积流量v1(l/min)，计算出冷却气流含水量m3(质量流量g/min)。根据蒸汽温度t1、压力p1、电子天平测量冷凝水m2(g/min)、冷却气流含水量m3(质量流量g/min)，计算出蒸汽的分压p3。蒸汽相对湿度rh＝(p3/p)×100％。计算参照iapws-if97公式。

该装置能测量蒸汽/气体的相对湿度、含湿量，为精密设备及其生产工艺过程高品质蒸汽提供保障，也可以精确测量蒸汽相对湿度为电力等能源行业中蒸汽高效利用提供依据。

最后应说明的是，以上各个实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例说记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不是相应技术方案的本质脱离本发明个实施例技术方案的范围。