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对冷凝式蒸汽干度仪和检测台的研究报告
对冷凝式蒸汽干度仪和检测台的研究报告
陈群飞 刘一雄 马宜春 马朝华 吉卫
(西北工业大学动力与能源学院,陕西 西安 710072)
摘要: 根据湿蒸汽在冷却水中进行热量交换后会变为冷凝水这一基本现象和能量守恒原理。我们研究并设计冷凝式蒸汽干度仪及其检测台,并详细阐述了干度仪及检测台的工作原理。通过理论计算得出了干度仪的各种工作性能指标。之后对这些性能指标进行了精度的分析。最后对这种冷凝式蒸汽干度仪和检测台的工程造价进行了预算,与国内外同类产品比较后可证明其可行性是极高的。
关键字:冷凝式,干度,能量守恒,湿蒸汽,热量表。
引 言
湿蒸汽指饱和液体和饱和蒸汽的混合物,干度的定义为单位质量的混合蒸汽中干饱和蒸汽的比例。给井注入高温高压蒸汽,是稠油的主要开采方法。湿蒸汽干度也是稠油开采中的一项重要指标,为确保稠油开采的效果以及注气锅炉的安全运行,实时、准确的测量锅炉出口湿蒸汽的干度成为当今两相流学界研究的热点课题之一。在化工,工业等很多领域都需要对蒸汽干度的检测和控制,但国内外没有实际的干度仪投入市场。故对湿蒸汽干度的研究有重大意义,本文将对此进行研究和解决。
一.设计背景:
1.目前国内外研究状况: 国内外专家学者的研究包括一些物理方面的方法,其中有: ①.在两相流中, 由于水汽两相流在光学界面上折射率不同而进行折射率调制的光纤传感方法。②.由于蒸汽和液态水的物性不同而采用蒸汽和液态水分离,测量出两者质量从而进行计算的方法。③流动噪音测量法, 根据液态水与水蒸汽流动时产生的噪音不同,利用测量仪器测量计算得出。④电导式饱和蒸汽干度在线测量装置,属于多相流测量技术领域,其特征在于,它含有:具有双电极接口和计算功能的在线电导率测量仪,一对相同特性的电导率测量电极。⑤利用水蒸气和液态水导电性能不同而进行测量,再进行数据采集而计算出的干度. ⑥湿蒸汽的热流量测量法,该方法是以蒸汽质量流量测量为基础的,质量流量乘以蒸汽热焓而得到的。蒸汽质量流量的测量是通过测量节流元件不同部位引出的压差或通过测量蒸汽的流速,以及间接求得蒸汽密度来实现的。这些方法在工程应用中目前还存在着较大的局限与不足,而且一般来说,按这类方法制造的仪器,造价高、受使用场合限制多、测量精度和使用寿命都不是十分理想。⑦联合式湿蒸汽流量、干度测量装置 由经过标定的标准孔板、经典文丘里管作为一次测量元件,高精度压力传感器、智能型差压变送器转换并传输标准信号,进入高速数据采集,最后在中央处理器中根据压力信号调用汽、水性质的IAPWS-IF97计算公式模块计算出饱和水、饱和蒸汽的密度及比焓、汽化潜热,从而算出湿蒸汽的干度。
二.调研及可行性分析:
1.市场需求分析:
蒸汽干度是一个表征注汽锅炉安全运行的重要参数,同时也是注汽锅炉控制系统的技术瓶颈。目前的注汽锅炉自动化改造主要就集中在对蒸汽干度控制方法的尝试和探索上。同时,湿蒸汽两相流体通过节流元件的压差决定于流量,蒸汽干度及压力。该仪表除适用于稠油开采工艺外,亦可广泛用于化工,动力,冶金等其它工业领域。也可以用于直流锅炉产汽参数的计量。其适用于工作压力为常压-21MPa,工作介质为汽水两相流,干度范围为0-100%,管道尺寸为工业常用高、中、低压蒸汽管道的场合,其测量精度高,采用单片计算机,实现智能化。具有在线测量的特点。并具有数字显示及定时打印锅炉产汽干度流量及压力等参数的功能。结构简单,操作方便,与同等产品相比成本低。市场情景广阔。
我国既有城市采暖住宅和公共采暖建筑为70亿平方米,每年新建城市采暖住宅和公共采暖建筑为6亿平方米。如果运用干度仪对供暖蒸汽进行实时测量,从而监测蒸汽的品质达到更大效率的利用能量资源。我国以后会加大集中供热的力度,采用这种干度仪有对国家整体能源的最优化利用,对节能事业、社会的发展进步起到促进作用。
本课题针对国家基础工业生产过程中的一些简单的且一直以来没有得到很好的解决的测量问题,成为我国在国际上相对先进的知识产权,突破了在热工测量中的有一个瓶颈,从而为工业发展打好了又一个基础。
2.技术可行性分析:
本课题运用了热力学第一定律---能量守恒原理,通过热量交换计算出湿蒸汽的干度,计算简单。
采用热管换热器交换热量:热管换热器属于冷、热流量互不接触的表面式换热器。一般情况下,热管换热器以有一个矩形的外壳,在矩形外壳中布满了带肋片的热管。热管的布置可以是错列三角形排列,也可以是直列正方形排列。在矩形壳体的内部的中央有一块隔板把壳体分成两个部分,一部分与热流体通道相连,为热管的蒸发段;另一部分与冷流体相连,为热管的冷凝段。冷、热流体均在热管外部横向流过,通过热管轴向传输热量,将热量从热流体传给冷流体。
采用单片机处理数据: 。
水的热力学性质:饱和湿蒸汽由饱和液体和饱和
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