CN110108595B - 一种气-汽混合法湿度监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气‑汽混合法湿度监测装置，包括干洁空气供给管和蒸汽供给管，与干洁空气供给管和蒸汽供给管连接的换热机构，与换热机构连接的恒温水浴，换热机构包括同轴双套管换热器以及设置在同轴双套管换热器一侧的变频风机，同轴双套管换热器包括内管以及套设在内管外侧的外管，内管上设有多个开口，内管与外管之间形成气‑汽混合腔，同轴双套管换热器的内管一端设有干洁压空接入口，干洁压空接入口与所述干洁空气供给管连接；同轴双套管换热器的外管一端与所述蒸汽供给管连接，外管的另一端通过混合气管与所述恒温水浴连接。该湿度检测装置可测量高温高压蒸汽的含湿量及相对湿度。

Description

一种气-汽混合法湿度监测装置
技术领域
本发明涉及高温蒸汽湿度监测装置，尤其是一种气-汽混合法湿度监测装置。
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JJF 1076-2001《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CN 103712882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与预热的干洁空气混合并辅以空冷降温将高温高压高湿蒸汽降温、降湿、降压，通过恒温水浴精确控温，气流充分混合后通过世界气象组织(WMO)湿度最高标准所采用的冷镜式露点仪测量恒温、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。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与干洁空气混合、精确控温后的气流温度、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CN 103712882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。
该专利主要是采集原气体温度、压力，降压后的气体温度、蒸汽分压和压力，通过计算得出原蒸汽的相对湿度，但是在蒸汽分压以及降温的结构***上可以进一步完善，保证蒸汽分压降温后压力与温度稳定。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种气-汽混合法湿度监测装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种气-汽混合法湿度监测装置，包括干洁空气供给管和蒸汽供给管，与干洁空气供给管和蒸汽供给管连接的换热机构，与换热机构连接的恒温水浴，换热机构包括同轴双套管换热器以及设置在同轴双套管换热器一侧的变频风机，同轴双套管换热器包括内管以及套设在内管外侧的外管，内管上设有多个开口，内管与外管之间形成气-汽混合腔，同轴双套管换热器的内管一端设有干洁压空接入口，干洁压空接入口与所述干洁空气供给管连接；
同轴双套管换热器的外管一端与所述蒸汽供给管连接，外管的另一端通过混合气管与所述恒温水浴连接。
进一步，所述恒温水浴包括与混合气管连接的换热盘管，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，气体测量腔连接温度传感器、湿度传感器和气体流量计。
进一步，所述干洁空气供给管上设有气体电磁阀、气体过滤器、质量流量计以及单向阀。
进一步，所述蒸汽供给管上设有蒸汽电磁阀、温度传感器、压力传感器、蒸汽流量计。
进一步，所述气体测量腔上的温度传感器、湿度传感器、气体流量计，干洁空气供给管上的质量流量计，蒸汽供给管上的温度传感器、压力传感器、蒸汽流量计均连接处理***。
本发明的有益效果为：该湿度检测装置可测量高温高压蒸汽的含湿量及相对湿度。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，一种气-汽混合法湿度监测装置，包括干洁空气供给管1和蒸汽供给管2，与干洁空气供给管1和蒸汽供给管2连接的换热机构3，与换热机构3连接的恒温水浴4，换热机构3包括同轴双套管换热器5以及设置在同轴双套管换热器5一侧的变频风机6，同轴双套管换热器5包括内管7以及套设在内管7外侧的外管8，内管7上设有多个开口，内管7与外管8之间形成气-汽混合腔，同轴双套管换热器5的内管一端设有干洁压空接入口，干洁压空接入口与所述干洁空气供给管1连接；
同轴双套管换热器的外管8一端与所述蒸汽供给管2连接，外管8的另一端通过混合气管9与所述恒温水浴4连接。
进一步，恒温水浴4包括与混合气管9连接的换热盘管10，与换热盘管10连接的气体测量组件，气体测量组件连接排气管11。气体测量组件带有气体测量腔12，气体测量腔12与所述换热盘管10连接，气体测量腔12内设有气流均衡器13和气流均衡挡板14。气体测量腔12连接温度传感器15、湿度传感器16、气体流量计26。
进一步，干洁空气供给管1上设有气体电磁阀17、气体过滤器18、质量流量计19以及单向阀20。蒸汽供给管2上设有蒸汽电磁阀21、温度传感器22、压力传感器23、蒸汽流量计24。
气体测量腔12上的温度传感器15、湿度传感器16、气体流量计26，干洁空气供给管1上的质量流量计19，蒸汽供给管2上的温度传感器22、压力传感器23、蒸汽流量计24均连接处理***25。处理***25内设型号为89C2051的单片机。
本发明中，蒸汽电磁阀21控制蒸汽流量的通断。温度传感器16和温度传感器22，压力传感器23能精确监测所测蒸汽的温度、压力参数。蒸汽流量计24控制并监测通过蒸汽的流量、质量。气体电磁阀17控制气体流量的通断。气体过滤器18滤除干洁空气中可能载带的固体微粒。质量流量计19精确控制气体的流量、质量，可以精确调节气-汽混合气流的相对湿度。单向阀20确保气体的单一流向。变频风机6根据换热器实际工况提供确定的风速风量给同轴双套管换热器5内的气流降温，结合混合气管9中气流实时温度通过PID调节混合气流达到确定的温度范围内。同轴双套管换热器5的内管7通干洁空气(相对湿度RH为0％)，外管8通蒸汽，内管7和外管8的气流逆向流动实现干洁空气高效加热目的。内管7中的干洁空气通过内管7上的开口进入内管7与外管8之间形成的气-汽混合腔与外管8中的蒸汽混合，干洁空气和蒸汽在气-汽混合腔内混合后从外管8流出经变频风机6初步降温到某一设定的温度范围后进入恒温水浴4中的换热盘管10。换热盘管10精确控温，确保进入气体测量腔12的气流温度稳定。气体在气体测量腔12内依次经过气流均衡器13、气流均衡挡板14达到降速、匀速的目的。气体测量腔12内的温度传感器15、湿度传感器16、气体流量计26精确监测气流参数并实时传送给处理***25。
处理***25将恒温水浴4中气体的温度、湿度、流量、压力(默认为当地大气压，如有需要可以在测量腔中安装压力传感器进行压力监测并参与计算)参数综合计算出单位时间/体积气流中的含水量，结合蒸汽供给管2上的温度、压力、质量流量等参数对比，依据IAPWS-IF97公式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详细描述，具体如下：
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)。某一设定流量m2(g/min)的干洁空气经同轴双套管换热器5的内管7与外管8中的蒸汽逆向流动预热后与蒸汽气-汽混合，变频风机6通过PID实时调节风机频率给同轴双套管换热器5空冷降温，使流经混合气管中的气流降温到设定的温度范围。气流经水浴的换热盘管10精确控温后进入气体测量腔12。通过气流均衡器13和气流均衡挡板14，气流在气体测量腔12内恒温、匀速流动。测量腔内气流温度T2、压力P2、相对湿度X1％，体积流量V1(L/min)。
单片机实时接收温度传感器15、湿度传感器16、气体流量计26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计算出该条件下饱和水蒸气蒸汽压P或质量流量m(g/min)。根据蒸汽质量流量m1(g/min)、干洁空气质量流量m2(g/min)、水浴测量腔气流温度T2、压力P2、相对湿度X1％，计算出气流含水量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)，计算出单位时间气流含水量m3(质量流量g/min)。单位时间气流含水量m3即为进入测量装置单位时间的蒸汽含水量(质量流量g/min)。根据蒸汽温度T1、压力P1、蒸汽含水量m3(质量流量g/min)、蒸汽质量流量m1(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。
该湿度检测装置可测量高温高压蒸汽的含湿量及相对湿度。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。

Claims (1)

1.一种气-汽混合法湿度监测装置，包括干洁空气供给管和蒸汽供给管，与干洁空气供给管和蒸汽供给管连接的换热机构，与换热机构连接的恒温水浴，其特征在于，换热机构包括同轴双套管换热器以及设置在同轴双套管换热器一侧的变频风机，同轴双套管换热器包括内管以及套设在内管外侧的外管，内管上设有多个开口，内管与外管之间形成气-汽混合腔，同轴双套管换热器的内管一端设有干洁压空接入口，干洁压空接入口与所述干洁空气供给管连接；
同轴双套管换热器的外管一端与所述蒸汽供给管连接，外管的另一端通过混合气管与所述恒温水浴连接；
所述恒温水浴包括与混合气管连接的换热盘管，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；
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；
所述气体测量腔连接温度传感器、湿度传感器和气体流量计；
所述干洁空气供给管上设有气体电磁阀、气体过滤器、质量流量计以及单向阀；
所述蒸汽供给管上设有蒸汽电磁阀、温度传感器、压力传感器、蒸汽流量计；
所述气体测量腔上的温度传感器、湿度传感器、气体流量计，干洁空气供给管上的质量流量计，蒸汽供给管上的温度传感器、压力传感器、蒸汽流量计均连接处理***。
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