JP4249400B2 - 蒸気乾き度測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気中の水分の含有量、即ち蒸気の単位体積当りの全質量に対する乾き飽和蒸気の占める質量の割合を示す、所謂乾き度：Ｘを測定する装置に関する。乾き度がＸの場合、湿り度は（１−Ｘ）として表される。各種ボイラや蒸気動力を利用する機器、乾燥設備などでは、熱管理のために蒸気の乾き度又は湿り度を測定する必要がある。これは蒸気中の水分の含有量によって例えば乾燥状態が変化してしまうためである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蒸気乾き度測定装置としては、蒸気の等エンタルピ変化を利用して乾き度を測定する絞り乾き度計がある。これは、蒸気供給管からノズルに湿り蒸気を通して測定容器内に噴射し、被測定蒸気を断熱膨脹（等エンタルピ変化）させて過熱蒸気とし、ノズルの上流側の圧力と測定容器内の圧力及び温度を検出することにより、モリエール線図あるいは飽和蒸気表あるいは過熱蒸気表を用いて乾き度を測定するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の絞り乾き度計では、測定可能な蒸気圧力および乾き度の範囲が限られ、一部の湿り蒸気しか測定できない問題があった。即ち、測定すべき湿り蒸気の圧力や乾き度が低い場合は、断熱膨張後に過熱蒸気状態とならないために、測定することができないのである。
【０００４】
また、上記従来の乾き度計では、被測定蒸気が蒸気供給管から測定容器に供給される間が一般的な断熱材によって保温されているだけであるために、放熱によってその乾き度が変化してしまう問題があった。乾き度が変化すると、本来測定すべき蒸気の乾き度と、測定した蒸気の乾き度の値が異なるために、本来測定すべき蒸気の乾き度を正確に検出することができなくなる。
【０００５】
従って、本発明の課題は、測定可能な乾き度の範囲が広く、且つ、蒸気供給部の放熱を極力少なくして正確に乾き度又は湿り度を測定できる蒸気乾き度測定装置を得ること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた本発明の手段は、蒸気の乾き度又は湿り度を測定するものにおいて、所定量の液体を貯留する測定容器と、当該測定容器に被測定蒸気を供給する蒸気供給手段と、当該蒸気供給手段を蒸気で保温する蒸気保温部材と、蒸気供給手段から供給した蒸気量を検出する蒸気量検出手段と、当該蒸気量検出手段が供給蒸気の凝縮した測定容器内の液体の上昇した量を測定して供給蒸気量を検出するものであると共に、測定容器内の液体の温度変化を検出する温度検出手段と、検出した温度変化と供給蒸気量から供給蒸気のエンタルピを演算し、当該供給蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出する演算制御部とを具備することを特徴とする蒸気乾き度測定装置にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
測定容器に所定量の液体が貯留され、蒸気供給手段から所定量の被測定蒸気が測定容器に供給されることにより、測定容器内の液体は、供給される蒸気の熱量に応じて温度が上昇する。この温度上昇を温度検出手段で検出し、一方、供給された蒸気量を蒸気量検出手段で検出して、この供給蒸気量と温度変化から演算制御部で熱量換算に基づき供給蒸気のエンタルピを演算し、この供給蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出することができる。
【０００８】
蒸気の乾き度とエンタルピの関係は、各圧力において、乾き飽和蒸気の乾き度を１００パーセントとし飽和水の乾き度を０パーセントとして、乾き飽和蒸気のエンタルピと飽和水のエンタルピの値の間を比例配分することにより、一義的に決定される。
【０００９】
従って、各圧力毎の蒸気の乾き度又は湿り度とエンタルピの関係を求めて記憶しておくことにより、演算した被測定蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出することができる。
【００１０】
蒸気供給手段を蒸気で保温する蒸気保温部材を取り付けたことにより、従来のように断熱材を取り付けるだけの場合と比較して、蒸気供給手段をより確実に保温して被測定蒸気の乾き度あるいは湿り度の変化を防止することができる。
【００１１】
【実施例】
図１に蒸気乾き度測定装置の全体構成図を示す。被測定蒸気が左側から右側へ流動する蒸気配管１に、蒸気供給手段としての蒸気供給路２の一端３を接続し、バルブ６を介して他端４を円筒タンク状の測定容器５内に延設する。
【００１２】
蒸気供給路２の部分拡大図を図３に示すように、その端部３は蒸気配管１内で蒸気の流下方向に開口部を有し、被測定蒸気を容器５内に供給する。蒸気配管１には、被測定蒸気の圧力を検出するための圧力センサ１０を取り付ける。また、蒸気供給路２の外周には蒸気保温部材としての保温管７をほぼ全長にわたって設ける。
【００１３】
保温管７内部の蒸気供給路２には、複数の開口部２６を設けて、開口部２５から容器５に供給する蒸気の一部を保温管７内にも供給する。従って、蒸気供給路２は、保温管７内の蒸気によって保温され、容器５に至る間に蒸気の乾き度が変化することを防止される。保温管７の下方に接続管８を設けてスチームトラップ９を取り付ける。保温管７内で蒸気の凝縮した復水がこのスチームトラップ９から外部に自動的に排出される。保温管７の上方には、管路２７とバルブ２８を取り付けて、バルブ２８を開弁することにより大気と連通可能とする。
【００１４】
図３においては、蒸気配管１の両端にフランジ２９，３０を設けて、既設の蒸気配管に取り付けと取り外しが容易にできるようにしてある。従って、蒸気の乾き度を測定する既設の蒸気配管にフランジ２９，３０を接合して容易に測定することができる。
【００１５】
図１に示す測定容器５には、内部に所定量の液体例えば常温水を供給する水供給管１１を、バルブ１２を介して接続する。容器５下部には、容器５内液体を排出するブロー管１３を、バルブ１４を解して接続すると共に、容器５内にパイプ１５を連通して所定液位までの液体を排出する排出管１６を、バルブ１７を介して接続する。
【００１６】
容器５の側部には内部の液温を検出する温度検出手段としての温度センサ１８，１９を取り付ける。容器５の上部には、蒸気量検出手段の一例としての水頭圧センサ２０を取り付けると共に、その上方に容器５の内径よりも小さな内径を有する小径円筒部２１を、容器５と連通して形成する。小径円筒部２１の上端には大気連通管２２を接続する。
【００１７】
容器５に取り付けたそれぞれのセンサ１８，１９，２０と、蒸気配管１に取り付けた圧力センサ１０は、図示しない演算制御部と電気接続する。また、バルブ６，１２，１４，１７等も演算制御部と接続して、演算制御部からの開閉指令によって自動的に開閉弁させる。
【００１８】
測定容器５の内部にはコイル状の蒸気供給管４を配置する。コイル状の蒸気供給管４には図示しない多数の開口部を設けて、流入してきた蒸気を容器５内に所定量貯留されている水の全体に均一に噴射させる。
【００１９】
蒸気の乾き度又は湿り度を測定するには、容器５内に水供給管１１から所定量例えば図１に示すＬ２のレベルまで常温水を供給し、蒸気供給路２から被測定蒸気を供給して水を昇温させる。熱交換した蒸気は復水となって容器５内の液位をレベルＬ３まで上昇させる。この場合、被測定蒸気の供給量は、液位Ｌ２からＬ３までの上昇量を水頭圧センサ２０で検出することができる。
【００２０】
この供給蒸気量と、予め容器５内に貯留していた液体の量（レベルＬ２）と温度、及び、温度センサ１８，１９で検出した液体の温度上昇から、演算制御部で熱量換算に基づき供給蒸気のエンタルピを演算して、この供給蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出することができる。
【００２１】
蒸気の乾き度とエンタルピの関係は、図２に示すように各圧力において、乾き飽和蒸気の乾き度を１００パーセントとし飽和水の乾き度を０パーセントとして、乾き飽和蒸気のエンタルピと飽和水のエンタルピの値の間を比例配分することにより、一義的に決定される。例えば図２の圧力Ｐの場合、Ａ点で示すエンタルピの場合が乾き度１００パーセントであり、Ｂ点で示すエンタルピの場合が乾き度０パーセントとなり、その間を比例配分することによって、圧力Ｐにおける乾き度とエンタルピの関係が求まる。
【００２２】
各圧力毎の蒸気の乾き度又は湿り度とエンタルピの関係を予め求めて記憶しておき、圧力センサ１０で検出した被測定蒸気の圧力を基にして演算した被測定蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出することができる。
【００２３】
本実施例においては、被測定蒸気の乾き度又は湿り度をほぼ連続的に測定することができる。即ち、容器５のレベルＬ３に達した液位を、排出管１６から排出してレベルＬ１まで低下させ、続いて供給管１１から液体を供給してレベルＬ２まで上昇させた後、被測定蒸気をレベルＬ３まで供給することによって、再度被測定蒸気の乾き度又は湿り度を測定することができる。従って、この測定サイクルを連続することにより、蒸気の乾き度又は湿り度をほぼ連続的に測定することができる。
【００２４】
本実施例においては、蒸気量検出手段の一例として水頭圧センサ２０を用いた例を示したが、その他に、測定容器５全体の重量を重量計で測定して重量の増加分から供給蒸気量を検出したり、蒸気供給路２の途中に蒸気流量計等の流量測定機能部を設けたり、あるいは、測定容器５上部の小径円筒部２１の液位の変化を各種レベル計で測定することによっても、同様に行うことができる。
【００２５】
本実施例においては、測定容器５やバルブ等の保温に関して記載していないが、実施することが常識として省略した。また、容器５内の温度検出に関して、温度センサ１８，１９を２本用いた例を示したが、１本あるいは２本以上とすることもできる、また、容器５内の液体の温度を均一にするために、液体の攪拌手段を取り付けることもできる。
【００２６】
本実施例においては、保温管７内に蒸気供給路２の開口部２６から保温用の蒸気を供給する例を示したが、保温管７内へは例えば蒸気配管１内から蒸気を供給することも、あるいは、別途の蒸気源から供給することもできる。
【００２７】
また本実施例においては、容器５内にパイプ１５を連通して所定液位、即ち、レベルＬ１の液位まで、排出管１６から液体を排出する例を示したが、水頭圧センサ２０を容器５の液位レベルＬ１の下方に取り付けることによって、全ての液位Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を水頭圧センサ２０で検出して液位を制御又は検出することができる。
【００２８】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、被測定蒸気のエンタルピから乾き度又は湿り度を算出することにより、流体を過熱状態にすることなく乾き度又は湿り度を測定できるので、測定可能範囲が限られることが無くなると共に、蒸気供給部の放熱を極力少なくして正確に乾き度又は湿り度を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蒸気乾き度測定装置の全体構成図。
【図２】本発明による蒸気乾き度測定装置で用いる、各蒸気圧力毎の蒸気のエンタルピと乾き度の関係図。
【図３】本発明による蒸気乾き度測定装置の蒸気供給路の部分拡大断面図。
【符号の説明】
１ 蒸気配管
２ 蒸気供給路
５ 測定容器
７ 保温管
９ スチームトラップ
１０ 圧力センサ
１１ 水供給管
１６ 排出管
１８，１９ 温度センサ
２０ 水頭圧センサ
２１ 小径円筒部
２９，３０ フランジ
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気中の水分の含有量、即ち蒸気の単位体積当りの全質量に対する乾き飽和蒸気の占める質量の割合を示す、所謂乾き度：Ｘを測定する装置に関する。乾き度がＸの場合、湿り度は（１−Ｘ）として表される。各種ボイラや蒸気動力を利用する機器、乾燥設備などでは、熱管理のために蒸気の乾き度又は湿り度を測定する必要がある。これは蒸気中の水分の含有量によって例えば乾燥状態が変化してしまうためである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蒸気乾き度測定装置としては、蒸気の等エンタルピ変化を利用して乾き度を測定する絞り乾き度計がある。これは、蒸気供給管からノズルに湿り蒸気を通して測定容器内に噴射し、被測定蒸気を断熱膨脹（等エンタルピ変化）させて過熱蒸気とし、ノズルの上流側の圧力と測定容器内の圧力及び温度を検出することにより、モリエール線図あるいは飽和蒸気表あるいは過熱蒸気表を用いて乾き度を測定するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の絞り乾き度計では、測定可能な蒸気圧力および乾き度の範囲が限られ、一部の湿り蒸気しか測定できない問題があった。即ち、測定すべき湿り蒸気の圧力や乾き度が低い場合は、断熱膨張後に過熱蒸気状態とならないために、測定することができないのである。
【０００４】
また、上記従来の乾き度計では、被測定蒸気が蒸気供給管から測定容器に供給される間が一般的な断熱材によって保温されているだけであるために、放熱によってその乾き度が変化してしまう問題があった。乾き度が変化すると、本来測定すべき蒸気の乾き度と、測定した蒸気の乾き度の値が異なるために、本来測定すべき蒸気の乾き度を正確に検出することができなくなる。
【０００５】
従って、本発明の課題は、測定可能な乾き度の範囲が広く、且つ、蒸気供給部の放熱を極力少なくして正確に乾き度又は湿り度を測定できる蒸気乾き度測定装置を得ること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた本発明の手段は、蒸気の乾き度又は湿り度を測定するものにおいて、所定量の液体を貯留する測定容器と、当該測定容器に被測定蒸気を供給する蒸気供給手段と、当該蒸気供給手段を蒸気で保温する蒸気保温部材と、蒸気供給手段から供給した蒸気量を検出する蒸気量検出手段と、当該蒸気量検出手段が供給蒸気の凝縮した測定容器内の液体の上昇した量を測定して供給蒸気量を検出するものであると共に、測定容器内の液体の温度変化を検出する温度検出手段と、検出した温度変化と供給蒸気量から供給蒸気のエンタルピを演算し、当該供給蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出する演算制御部とを具備することを特徴とする蒸気乾き度測定装置にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
測定容器に所定量の液体が貯留され、蒸気供給手段から所定量の被測定蒸気が測定容器に供給されることにより、測定容器内の液体は、供給される蒸気の熱量に応じて温度が上昇する。この温度上昇を温度検出手段で検出し、一方、供給された蒸気量を蒸気量検出手段で検出して、この供給蒸気量と温度変化から演算制御部で熱量換算に基づき供給蒸気のエンタルピを演算し、この供給蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出することができる。
【０００８】
蒸気の乾き度とエンタルピの関係は、各圧力において、乾き飽和蒸気の乾き度を１００パーセントとし飽和水の乾き度を０パーセントとして、乾き飽和蒸気のエンタルピと飽和水のエンタルピの値の間を比例配分することにより、一義的に決定される。
【０００９】
従って、各圧力毎の蒸気の乾き度又は湿り度とエンタルピの関係を求めて記憶しておくことにより、演算した被測定蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出することができる。
【００１０】
蒸気供給手段を蒸気で保温する蒸気保温部材を取り付けたことにより、従来のように断熱材を取り付けるだけの場合と比較して、蒸気供給手段をより確実に保温して被測定蒸気の乾き度あるいは湿り度の変化を防止することができる。
【００１１】
【実施例】
図１に蒸気乾き度測定装置の全体構成図を示す。被測定蒸気が左側から右側へ流動する蒸気配管１に、蒸気供給手段としての蒸気供給路２の一端３を接続し、バルブ６を介して他端４を円筒タンク状の測定容器５内に延設する。
【００１２】
蒸気供給路２の部分拡大図を図３に示すように、その端部３は蒸気配管１内で蒸気の流下方向に開口部を有し、被測定蒸気を容器５内に供給する。蒸気配管１には、被測定蒸気の圧力を検出するための圧力センサ１０を取り付ける。また、蒸気供給路２の外周には蒸気保温部材としての保温管７をほぼ全長にわたって設ける。
【００１３】
保温管７内部の蒸気供給路２には、複数の開口部２６を設けて、開口部２５から容器５に供給する蒸気の一部を保温管７内にも供給する。従って、蒸気供給路２は、保温管７内の蒸気によって保温され、容器５に至る間に蒸気の乾き度が変化することを防止される。保温管７の下方に接続管８を設けてスチームトラップ９を取り付ける。保温管７内で蒸気の凝縮した復水がこのスチームトラップ９から外部に自動的に排出される。保温管７の上方には、管路２７とバルブ２８を取り付けて、バルブ２８を開弁することにより大気と連通可能とする。
【００１４】
図３においては、蒸気配管１の両端にフランジ２９，３０を設けて、既設の蒸気配管に取り付けと取り外しが容易にできるようにしてある。従って、蒸気の乾き度を測定する既設の蒸気配管にフランジ２９，３０を接合して容易に測定することができる。
【００１５】
図１に示す測定容器５には、内部に所定量の液体例えば常温水を供給する水供給管１１を、バルブ１２を介して接続する。容器５下部には、容器５内液体を排出するブロー管１３を、バルブ１４を解して接続すると共に、容器５内にパイプ１５を連通して所定液位までの液体を排出する排出管１６を、バルブ１７を介して接続する。
【００１６】
容器５の側部には内部の液温を検出する温度検出手段としての温度センサ１８，１９を取り付ける。容器５の上部には、蒸気量検出手段の一例としての水頭圧センサ２０を取り付けると共に、その上方に容器５の内径よりも小さな内径を有する小径円筒部２１を、容器５と連通して形成する。小径円筒部２１の上端には大気連通管２２を接続する。
【００１７】
容器５に取り付けたそれぞれのセンサ１８，１９，２０と、蒸気配管１に取り付けた圧力センサ１０は、図示しない演算制御部と電気接続する。また、バルブ６，１２，１４，１７等も演算制御部と接続して、演算制御部からの開閉指令によって自動的に開閉弁させる。
【００１８】
測定容器５の内部にはコイル状の蒸気供給管４を配置する。コイル状の蒸気供給管４には図示しない多数の開口部を設けて、流入してきた蒸気を容器５内に所定量貯留されている水の全体に均一に噴射させる。
【００１９】
蒸気の乾き度又は湿り度を測定するには、容器５内に水供給管１１から所定量例えば図１に示すＬ２のレベルまで常温水を供給し、蒸気供給路２から被測定蒸気を供給して水を昇温させる。熱交換した蒸気は復水となって容器５内の液位をレベルＬ３まで上昇させる。この場合、被測定蒸気の供給量は、液位Ｌ２からＬ３までの上昇量を水頭圧センサ２０で検出することができる。
【００２０】
この供給蒸気量と、予め容器５内に貯留していた液体の量（レベルＬ２）と温度、及び、温度センサ１８，１９で検出した液体の温度上昇から、演算制御部で熱量換算に基づき供給蒸気のエンタルピを演算して、この供給蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出することができる。
【００２１】
蒸気の乾き度とエンタルピの関係は、図２に示すように各圧力において、乾き飽和蒸気の乾き度を１００パーセントとし飽和水の乾き度を０パーセントとして、乾き飽和蒸気のエンタルピと飽和水のエンタルピの値の間を比例配分することにより、一義的に決定される。例えば図２の圧力Ｐの場合、Ａ点で示すエンタルピの場合が乾き度１００パーセントであり、Ｂ点で示すエンタルピの場合が乾き度０パーセントとなり、その間を比例配分することによって、圧力Ｐにおける乾き度とエンタルピの関係が求まる。
【００２２】
各圧力毎の蒸気の乾き度又は湿り度とエンタルピの関係を予め求めて記憶しておき、圧力センサ１０で検出した被測定蒸気の圧力を基にして演算した被測定蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出することができる。
【００２３】
本実施例においては、被測定蒸気の乾き度又は湿り度をほぼ連続的に測定することができる。即ち、容器５のレベルＬ３に達した液位を、排出管１６から排出してレベルＬ１まで低下させ、続いて供給管１１から液体を供給してレベルＬ２まで上昇させた後、被測定蒸気をレベルＬ３まで供給することによって、再度被測定蒸気の乾き度又は湿り度を測定することができる。従って、この測定サイクルを連続することにより、蒸気の乾き度又は湿り度をほぼ連続的に測定することができる。
【００２４】
本実施例においては、蒸気量検出手段の一例として水頭圧センサ２０を用いた例を示したが、その他に、測定容器５全体の重量を重量計で測定して重量の増加分から供給蒸気量を検出したり、蒸気供給路２の途中に蒸気流量計等の流量測定機能部を設けたり、あるいは、測定容器５上部の小径円筒部２１の液位の変化を各種レベル計で測定することによっても、同様に行うことができる。
【００２５】
本実施例においては、測定容器５やバルブ等の保温に関して記載していないが、実施することが常識として省略した。また、容器５内の温度検出に関して、温度センサ１８，１９を２本用いた例を示したが、１本あるいは２本以上とすることもできる、また、容器５内の液体の温度を均一にするために、液体の攪拌手段を取り付けることもできる。
【００２６】
本実施例においては、保温管７内に蒸気供給路２の開口部２６から保温用の蒸気を供給する例を示したが、保温管７内へは例えば蒸気配管１内から蒸気を供給することも、あるいは、別途の蒸気源から供給することもできる。
【００２７】
また本実施例においては、容器５内にパイプ１５を連通して所定液位、即ち、レベルＬ１の液位まで、排出管１６から液体を排出する例を示したが、水頭圧センサ２０を容器５の液位レベルＬ１の下方に取り付けることによって、全ての液位Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を水頭圧センサ２０で検出して液位を制御又は検出することができる。
【００２８】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、被測定蒸気のエンタルピから乾き度又は湿り度を算出することにより、流体を過熱状態にすることなく乾き度又は湿り度を測定できるので、測定可能範囲が限られることが無くなると共に、蒸気供給部の放熱を極力少なくして正確に乾き度又は湿り度を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蒸気乾き度測定装置の全体構成図。
【図２】本発明による蒸気乾き度測定装置で用いる、各蒸気圧力毎の蒸気のエンタルピと乾き度の関係図。
【図３】本発明による蒸気乾き度測定装置の蒸気供給路の部分拡大断面図。
【符号の説明】
１ 蒸気配管
２ 蒸気供給路
５ 測定容器
７ 保温管
９ スチームトラップ
１０ 圧力センサ
１１ 水供給管
１６ 排出管
１８，１９ 温度センサ
２０ 水頭圧センサ
２１ 小径円筒部
２９，３０ フランジ
Claims (1)
- 蒸気の乾き度又は湿り度を測定するものにおいて、所定量の液体を貯留する測定容器と、当該測定容器に被測定蒸気を供給する蒸気供給手段と、当該蒸気供給手段を蒸気で保温する蒸気保温部材と、蒸気供給手段から供給した蒸気量を検出する蒸気量検出手段と、当該蒸気量検出手段が供給蒸気の凝縮した測定容器内の液体の上昇した量を測定して供給蒸気量を検出するものであると共に、測定容器内の液体の温度変化を検出する温度検出手段と、検出した温度変化と供給蒸気量から供給蒸気のエンタルピを演算し、当該供給蒸気のエンタルピから蒸気の乾き度又は湿り度を算出する演算制御部とを具備することを特徴とする蒸気乾き度測定装置。
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| JP2001037836A JP4249400B2 (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 蒸気乾き度測定装置 |
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| CN107389749B (zh) * | 2017-08-04 | 2024-03-01 | 中国石油天然气股份有限公司 | 井下蒸汽干度测量装置 |
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2001
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