本發(fā)明涉及一種在線定量測量泄漏水蒸汽的測量方法及測量裝置，用于測量熱力系統(tǒng)試驗及應(yīng)用中熱力設(shè)備或管道蒸汽的泄漏量。

背景技術(shù)：

在熱力系統(tǒng)試驗及應(yīng)用中，熱力設(shè)備或管道需要保持密封性，當系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)為干燥氣體時，泄漏量測量相對容易實現(xiàn)。但當系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)為水蒸氣時，由于泄漏出的水蒸汽狀態(tài)會發(fā)生較大變化，溫度、壓力、氣體成分(濕度、含水量)、形態(tài)(氣化或冷凝)都會發(fā)生變化，所以泄漏水蒸汽的定量測量是比較困難的。

常用的檢測方法燭光法、薄膜法、只能測量較大的泄漏，鹵素檢漏法、氦質(zhì)譜檢漏法只能在停機檢修時使用，同時這幾種方法都只能做定性的檢測。已公開的涉及蒸汽泄漏檢測專利中還有采用紅外法、聲波法等方法，但也都只能做定性的檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能在線定量測量泄漏水蒸汽的方法及測量裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種泄漏水蒸汽定量測量方法，其特征是：在設(shè)備或管路蒸汽泄漏部位設(shè)置收集罩，該收集罩能確保泄漏的蒸汽全部被收集到收集罩內(nèi)并且不會被冷凝，通過測量收集氣罩內(nèi)氣體溫度、濕度、壓力變化，并根據(jù)氣體狀態(tài)方程計算得到氣體質(zhì)量的變化。

一種實現(xiàn)所述泄漏蒸汽定量測量方法的裝置，其特征是：包括收集罩、溫度傳感器、濕度傳感器、多路萬用表、壓力變送器和計算機，收集罩密封地連接在蒸汽設(shè)備的泄漏接口處，在該收集罩上裝有溫度傳感器、濕度傳感器和壓力引壓接口，該溫度傳感器和濕度傳感器通過多路萬用表與計算機的輸入接口連接；壓力引壓接口通過閥門組與壓力變送器連接，壓力變送器的信號輸出端與計算機的輸入接口連接。

所述的收集罩通過緊固件將蒸汽設(shè)備的泄漏接口罩住，在該收集罩的外側(cè)設(shè)有保溫材料，在該保溫材料內(nèi)側(cè)設(shè)有加熱器，該加熱器與一溫度控制器的輸出端連接，該溫度控制器的輸入端與所述的溫度傳感器的信號輸出端連接。

所述的閥門組包括引壓閥門、變送器閥門和大氣接口閥門，引壓閥門和變送器閥門依次串聯(lián)在該壓力引壓接口與壓力變送器之間，該引壓閥門與變送器閥門之間通過大氣接口閥門與大氣連通。

在所述的收集罩上設(shè)有溫度傳感器接口和濕度傳感器接口，所述的該溫度傳感器和濕度傳感器分別密封地安裝在該溫度傳感器接口和濕度傳感器接口內(nèi)。

本發(fā)明的優(yōu)點是：在設(shè)備或管路蒸汽泄漏部位設(shè)置收集罩，通過測量收集罩內(nèi)氣體的溫度、濕度、壓力變化得到氣體質(zhì)量變化的方法實現(xiàn)泄漏蒸汽定量測量。結(jié)構(gòu)簡單，容易實施。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的整體構(gòu)成示意圖。

圖中標記說明：1.緊固件；2.保溫材料；3.加熱器；4.溫度傳感器接口；5溫度傳感器；6.(泄漏蒸汽)收集罩；7.多路萬用表；8.濕度傳感器；9.濕度傳感器接口；10.引壓接口；11.三閥組；12.壓力變送器；13.計算機；14.溫度控制器；K1.引壓閥門；K2.變送器閥門；K3.大氣接口閥門。

具體實施例

參見圖1，本發(fā)明一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的泄漏蒸汽定量測量裝置，包括收集罩6、溫度傳感器5、濕度傳感器8、多路萬用表7、壓力變送器12和計算機13，收集罩6密封地連接在蒸汽設(shè)備的泄漏接口16處，在該收集罩6上裝有溫度傳感器5、濕度傳感器8和壓力引壓接口10，該溫度傳感器5和濕度傳感器8通過多路萬用表7與計算機13的輸入接口連接；壓力引壓接口10通過閥門組11與壓力變送器12連接，壓力變送器12的信號輸出端與計算機13的輸入接口連接。

圖1中左邊是熱力設(shè)備15的一處接口。用緊固件1將收集罩6與蒸汽設(shè)備接口16緊密連接固定，收集罩6本身容積固定密封并可將熱力設(shè)備16欲測量泄漏部位全部罩住，用于收集泄漏蒸汽；緊固件1包含密封墊、密封膠以保證密封；保溫材料2將收集罩6全部覆蓋；加熱器3可對收集罩6內(nèi)氣體進行加熱，以防止氣體產(chǎn)生冷凝。溫度傳感器5用于測量收集罩6內(nèi)氣體溫度。多路萬用表7用于測量溫度、濕度傳感器信號；濕度傳感器8用于測量收集罩6內(nèi)的氣體濕度。壓力變送器12選用高精度、高分辨率并自帶溫度測量功能的壓力變送器，用于測量收集罩6內(nèi)的氣體壓力。采集分析計算機13用于采集分析測量數(shù)據(jù)。溫度控制器14用來控制加熱器3使收集罩6內(nèi)氣體溫度為合適值，以防止收集罩6內(nèi)蒸汽產(chǎn)生冷凝。

正式測量前應(yīng)先對收集罩6及安裝在上面的緊固件1、溫度傳感器接口4、溫度傳感器5、濕度傳感器8、濕度傳感器接口9、引壓接口10和連接三閥組11、壓力變送器12的管路進行密封性測試，可通過三閥組11對大氣接口向收集罩內(nèi)充氣檢漏實現(xiàn)。

正式測量時首先關(guān)閉三閥組11對大氣接口閥門K3，同時確認三閥組另兩個閥門K1、K2處于打開狀態(tài)。這時多路萬用表7(由計算機13控制)定時采集溫度傳感器5、濕度傳感器8的溫、濕度模擬信號，并將該模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送入采集分析計算機13，收集罩6內(nèi)氣體壓力經(jīng)過壓力引壓接口10、三閥組11送入壓力變送器12，壓力變送器12將測量出的收集罩6內(nèi)氣體壓力數(shù)值及壓力變送器所在點溫度數(shù)值也送入采集分析計算機13，采集分析計算機對這些數(shù)據(jù)進行采集、計算、顯示、分析、存儲。

此時收集罩6中氣體由罩內(nèi)原有氣體和泄漏蒸汽組成，原有氣體由干空氣和少量水蒸氣組成，都可被認為是符合理想氣體要求的。泄漏蒸汽是由干空氣和較多量的水蒸氣組成，在熱力設(shè)備里時它是一種實際氣體，不能看做是理想氣體。但當泄漏出來后，由于壓力變化到接近于常壓及和原有氣體混合氣化，它也變得可被看做是理想氣體，由于質(zhì)量守恒被收集的蒸汽狀態(tài)改變后其質(zhì)量是不變的。經(jīng)過一段時間運行，熱力設(shè)備接口處泄漏出的蒸氣被收集在收集罩6內(nèi)使罩內(nèi)氣體總質(zhì)量發(fā)生改變。通過測量收集罩6內(nèi)氣體溫度、濕度、壓力參數(shù)后，根據(jù)下面所給公式經(jīng)過計算可得到收集罩6內(nèi)氣體總質(zhì)量變化情況，即可得到泄漏出的蒸氣定量數(shù)值。

根據(jù)道爾頓分壓定律氣罩內(nèi)t₁時刻氣體壓力為：

p₁＝p_a1+p_v1

由理想氣體方程氣罩內(nèi)t₁時刻氣體質(zhì)量為：

$m_1=m_{a1}+m_{v1}=P_{a1}V\·\frac{M_a}{{\mathrm{RT}}_1}+P_{v1}V\·\frac{M_v}{{\mathrm{RT}}_1}$

經(jīng)過一段時間到t₂時刻氣罩內(nèi)氣體壓力、質(zhì)量變?yōu)椋?/p>

p₂＝p_a2+p_v2

$m_2=m_{a2}+m_{v2}=P_{a2}V\·\frac{M_a}{{\mathrm{RT}}_2}+P_{v2}V\·\frac{M_v}{{\mathrm{RT}}_2}$

則氣體質(zhì)量變化量為：

Δm＝m₂-m₁

由于收集氣罩是密封的，這一氣體質(zhì)量變化僅由泄漏蒸汽造成，即這氣體質(zhì)量變化量就是泄漏的蒸汽質(zhì)量值。

式中：M_v為水蒸氣的摩爾質(zhì)量，數(shù)值為18；

M_a為干空氣的摩爾質(zhì)量，數(shù)值為29；

P₁、P₂為罩內(nèi)空氣的總壓力；

P_a1、P_a1為罩內(nèi)干空氣的分壓力；

P_v1、P_v1為罩內(nèi)水蒸氣的分壓力；

m₁、m₂為罩內(nèi)空氣的總質(zhì)量

m_a1、m_a2為罩內(nèi)干空氣的質(zhì)量

m_v1、m_v2為罩內(nèi)水蒸氣的質(zhì)量

T₁、T₂為罩內(nèi)空氣的溫度，單位為K；

R為氣體常數(shù)，8.3143J/mol·K

V為收集氣罩容積；

水蒸氣分壓可由下式得出：

$P_v=6.1078\×{10}^{-6}\×H\×{10}^{\frac{7.5\×T}{T+237.3}}$

式中：H為罩內(nèi)空氣的相對濕度％；T為罩內(nèi)空氣的溫度，單位為℃。

在測量過程中為防止泄漏出的水蒸氣產(chǎn)生冷凝，可通過溫度控制器14根據(jù)溫度傳感器5溫度信號控制加熱器3對罩內(nèi)氣體進行加熱。另外測量裝置有溫度報警，當罩內(nèi)氣體狀態(tài)接近儀表限值時，要打開收集氣罩6經(jīng)過三閥組11與大氣的連接閥門K3，使收集罩內(nèi)氣體狀態(tài)回到初始狀態(tài)。