專利名稱：流體高效降溫降壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)高溫高壓流體具有降溫和降壓功能于一體的高效降溫降壓器。
一些生產(chǎn)部門為了某種生產(chǎn)目的，常常將某種常溫常壓的流體變成高溫高壓流休。例如火力發(fā)電廠、核電站、石油化工等部門的鍋爐、再熱器將常溫常壓下的水變成飽和蒸汽、過熱蒸汽，其溫度可達(dá)300-540℃，壓強(qiáng)可達(dá)10-20MPa，利用這種狀態(tài)下的蒸汽去推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，輸送熱能。這些高溫高壓流體中所含有害元素的種類、含量大小對(duì)熱力設(shè)備、輸送管道的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)，連續(xù)在線監(jiān)測(cè)這些有害物質(zhì)十分重要，但是用于監(jiān)測(cè)這些物質(zhì)的在線成份分析儀表(俗稱化學(xué)分析儀表)只能接受常溫常壓樣品，就必須將從采樣點(diǎn)流出的高溫高壓樣品流進(jìn)行降溫降壓處理，變成常溫常壓樣品才能供分析儀器使用。
目前為止，傳統(tǒng)的降溫降壓處理裝置如附


圖1所示其核心部件由冷卻器(11)和減壓器(14)構(gòu)成。即高溫高壓樣品流經(jīng)過高溫高壓閥(10-1)、(10-2)、(10-3)冷卻器(11-1)、(11-2)冷卻到常溫，再經(jīng)過過濾器(13)、減壓器(14)降壓變?yōu)槌簶恿?，?jīng)安全閥(15)最后從閥門(10-4)流出，作為分析儀器或人工取樣的樣品?，F(xiàn)用的冷卻器主要有二種，即附圖2所示的筒形螺旋管式和附圖3示的雙套管式。
現(xiàn)用筒形螺旋管式冷卻器，如附圖2所示，樣品流在螺旋管中流動(dòng)，它是由Φ10-16mm的1Cr18Ni9Ti管繞制而成，外筒通冷卻水，用不銹鋼或加防腐層碳鋼筒制成。這種結(jié)構(gòu)的冷卻器效果差，為了提高冷卻水的利用率，改變冷卻水進(jìn)水方向，使其沿筒壁切向進(jìn)水。例如南京電力自動(dòng)化設(shè)備總廠制造的SQT型系列水汽集中取樣分析裝置，電力部中聯(lián)動(dòng)力化學(xué)技術(shù)實(shí)業(yè)公司制造的ZLS系列水汽取樣分析裝置，蘇州中新動(dòng)力設(shè)備輔件廠制造的SQZ系列水汽取樣裝置中使用的冷卻器均屬此類。改進(jìn)后的冷卻器還存在冷卻筒、螺旋管容積大，在運(yùn)行過程中不能保證冷卻水與螺旋管中樣品流各部分充分進(jìn)行熱交換，冷卻效果不能提得太高。另外因?yàn)槁菪艽郑瑢?duì)樣品流的降壓作用極小。
附圖3所示的雙套式冷卻器由二根不同直徑的不銹鋼管(如1Cr18Ni9Ti，內(nèi)管外徑Φ10-12mm，外管外徑大于Φ20mm)繞制成螺旋管，螺旋管部分必須保證二管同心。工作時(shí)，內(nèi)管通樣品流，內(nèi)外管之間通冷卻水，相向而行。這類冷卻器中冷卻水的利用率較高，但制作困難，如有故障，不易檢查和修復(fù)，與筒形螺旋管式冷卻器一樣對(duì)樣品流不具備降壓功能。電力部泰川電站儀表廠生產(chǎn)的QSZ-I型機(jī)爐汽水分析裝置及寶鋼自備電廠等一些引進(jìn)設(shè)備的發(fā)電廠的汽水取樣架中的冷卻器屬于此類。
為了將冷卻器流出的常溫高壓樣品流降至常壓，在冷卻器后面配備專用的減壓器(14)，70-80年代，國(guó)內(nèi)外通常的做法是使樣品流通過一不銹鋼制成的毛細(xì)管，長(zhǎng)度由降壓的多少?zèng)Q定。由于毛細(xì)管阻塞后不易處理，80年代末改進(jìn)制成螺旋槽式減壓器，如附圖4所求，其中(16)為調(diào)節(jié)桿，(17)為細(xì)螺紋，即讓高壓樣品流通過細(xì)螺紋達(dá)到降壓目的，樣品流通過螺紋的實(shí)際長(zhǎng)度可用調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)。目前取樣裝置生產(chǎn)廠幾乎采用這種減壓器，這種減壓器堵塞后便于拆洗，但幾次拆洗后易破損密封，引起滲漏，使用中需精心維護(hù)。為減少減壓器堵塞，在減壓器前面配有用細(xì)不銹鋼絲制成不同結(jié)構(gòu)的可拆裝的過濾器，清洗這種過濾器比較費(fèi)事。
本實(shí)用新型的目的是提供一種對(duì)高溫高壓流體同時(shí)具有高效降溫和降壓功能的降溫降壓器。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是流體高效降溫降壓器，包括冷卻芯管及樣品流細(xì)管，其特征在于樣品流細(xì)管自下而上呈螺旋狀繞在冷卻芯管壁至頂端，再通過冷卻芯管內(nèi)部自上而下引出，冷卻芯管及樣品流細(xì)螺旋管外部套有上端封閉的套管，套管下法蘭與冷卻芯管下法蘭密封，樣品流細(xì)管進(jìn)口端穿過冷卻芯管下面的法蘭側(cè)孔引出，在冷卻芯管內(nèi)壁還襯有隔熱管。
本實(shí)用新型是一種新型降溫降壓設(shè)備，雖然最終完成的任務(wù)與現(xiàn)有設(shè)備相同，但其結(jié)構(gòu)完全不同，使用中無需專用減壓器，冷卻器被本實(shí)用新型的降溫降壓器所代替，樣品流的降溫降壓是在降溫降壓器一個(gè)設(shè)備中完成的。如前所述，專用減壓器是裝置中最易堵塞需精心維護(hù)的部件，本實(shí)用新型具體優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在1、冷卻水利用率極高。由于樣品流管細(xì)，管內(nèi)流速平均約在8m/s以上，且成螺旋狀，螺旋管外徑小，雷諾數(shù)達(dá)到104數(shù)量級(jí)，樣流在管內(nèi)呈深度湍流狀，使樣品流各部分通過細(xì)管壁能充分與冷卻水進(jìn)行熱交換，冷卻水在一狹窄的通道內(nèi)作螺旋運(yùn)動(dòng)，冷卻水的各部分又有充分的機(jī)會(huì)與細(xì)金屬管外壁接觸，吸收樣品流釋放出的熱量，因此試驗(yàn)證明，只需約傳統(tǒng)冷卻器冷卻水量的一半就能達(dá)到同樣冷卻效果。現(xiàn)在一般用去離子水作冷卻水，節(jié)省冷卻水，就是有效地降低運(yùn)行費(fèi)用。
2、具有明顯的降壓作用。根據(jù)流體力學(xué)中的范寧公式來估計(jì)樣品流在管內(nèi)壓降ΔPΔP=2fLV2ρgdi×(1+3.74diDc)]]>
其中f-摩擦系數(shù)；V-流體在管內(nèi)平均流速；L-管長(zhǎng)度；di-管內(nèi)徑；Dc-螺旋筒外徑；ρ-流體密度。
若以水為例，當(dāng)樣品流細(xì)管長(zhǎng)L＝4m，內(nèi)徑di＝0.002m，螺旋筒外徑Dc＝0.07m，水樣平均速度V＝8m/s，若取f＝0.1，則管壓降約為2.8MPa，可行性實(shí)驗(yàn)時(shí)，管壓降接近此計(jì)算值。
當(dāng)樣品流通過降溫降壓器時(shí)發(fā)生相變，例如，高溫高壓蒸汽被冷卻變成水時(shí)，范寧公式不適用，其壓降更大，甚至因壓降過大，使樣流達(dá)不到額定流量，需采用較粗的樣品流管。
3、樣品流對(duì)樣品流細(xì)管具有清洗作用。因樣品流細(xì)管內(nèi)樣品流呈湍流狀態(tài)快速流動(dòng)(如當(dāng)額定流量1500ml/min，管內(nèi)徑2mm，管內(nèi)樣品流速達(dá)8m/s)，對(duì)管壁有自清洗作用。
4、便于檢查，維修。將降溫降壓器的外套管拆下后，樣品流管暴露在外，如經(jīng)長(zhǎng)期使用引起部分滲漏，用打壓試驗(yàn)方法，其位置很易確定，若更換螺旋管，只要將冷卻芯管上端和樣品流管焊點(diǎn)處以及樣品流管和接管之間的焊點(diǎn)切開，即可更換樣品流管，而冷卻芯管、套管仍可繼續(xù)使用。
5、結(jié)構(gòu)緊湊、省材料、占地面積小。以電站汽水集中取樣裝置為例，一臺(tái)具有10個(gè)取樣點(diǎn)，即有10套降溫降壓系統(tǒng)的裝置，其長(zhǎng)度約2.2m，寬0.6m，高1.75m，占地面積約為現(xiàn)有設(shè)備的3/5，占有空間約為現(xiàn)有設(shè)備的1/2。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
圖1，傳統(tǒng)的降溫降壓裝置系統(tǒng)圖2，筒形螺旋管式冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3，雙套管式冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4，螺旋槽式減壓器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5，本實(shí)用新型降溫降壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)如附圖5所示一根外徑約4-8mm，壁厚約為1-2mm的細(xì)金屬管(1)(如1Cr18Ni9Ti)作為樣品流細(xì)管繞在一外徑約25mm，壁厚約2mm(外徑和壁厚也可由設(shè)計(jì)者另定)的金屬芯管(2)上(通常用1Cr18Ni9Ti)的金屬管外壁，呈螺旋狀，螺距一般約為樣品流細(xì)金屬管(1)外徑的2-4倍。螺距由冷卻水壓強(qiáng)決定，壓強(qiáng)大，螺距可適當(dāng)減小，以滿足冷卻水流量為宜。細(xì)金屬管(1)繞到芯管(2)上端后，再拐彎自上而下穿過芯管(2)中央引出，引出口是降溫降壓后的樣品流出口。芯管(2)內(nèi)壁襯有隔熱管(3)，如聚乙稀或ABS塑料管，用來削弱管內(nèi)外之間的熱傳遞。芯管(2)和螺旋管(1)外套上一金屬套管(4)，套管(4)與螺旋管(1)之間形成滑配合，其間隙約在0.5-1mm為宜。套管下法蘭(5)與芯管下法蘭(6)間用密封墊密封，用螺栓(7)固定。芯管(2)下法蘭(6)有一法蘭側(cè)孔(8)與接管(9)連接。螺旋管(1)下端有一直段，穿過芯管(2)下面的法蘭側(cè)孔(8)和接管(9)引出。細(xì)管(1)與接管(9)的引出部位焊接。
本實(shí)用新型降溫降壓器的工作過程如下冷卻水從芯管(2)下端引入，沿隔熱管(3)內(nèi)壁和細(xì)金屬管(1)外壁形成的空隙向上流動(dòng)，至頂端后，沿著由芯管(2)外壁、套管(4)內(nèi)壁、螺旋管外壁形成的螺旋狀通道自上而下流動(dòng)，最后從芯管(2)下法蘭側(cè)孔(8)的接管(9)流出，而高溫高壓樣品流從接管處的細(xì)金屬管(1)流入，進(jìn)入螺旋管后自下而上流到螺旋管頂，然后拐彎通過芯管(2)中央的細(xì)金屬管(1)流出。冷卻水和樣品流在相向流動(dòng)過程中完成熱交換，樣品述的目的。
在實(shí)際生產(chǎn)中，一般一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)可安裝1-2個(gè)本實(shí)用新型的降溫降壓器，也可根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)安裝多個(gè)。發(fā)明人制成具有9個(gè)采樣點(diǎn)、每個(gè)采樣點(diǎn)安裝2個(gè)降溫降壓器的降溫降壓設(shè)備對(duì)電廠的鍋爐給水(220℃，15MPa)和過熱蒸汽(540℃，10MPa)進(jìn)行降溫降壓實(shí)驗(yàn)，達(dá)到如期效果。
權(quán)利要求1.流體高效降溫降壓器，包括冷卻芯管及樣品流細(xì)管，其特征在于樣品流細(xì)管自下而上呈螺旋狀繞在冷卻芯管外壁至頂端，再通過冷卻芯管內(nèi)部自上而下引出，冷卻芯管及樣品流細(xì)螺旋管外部套有上端封閉的套管，套管下法蘭與冷卻芯管下法蘭密封，樣品流細(xì)管進(jìn)口端穿過冷卻芯管下面的法蘭側(cè)孔引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體高效降溫降壓器，其特征在于冷卻芯管內(nèi)壁襯有隔熱管。
專利摘要流體高效降溫降壓器,集降溫降壓功能于一體,包括冷卻芯管及樣品流細(xì)管,其特征在于:樣品流細(xì)管自下而上呈螺旋狀繞在冷卻芯管外壁至頂端,再通過冷卻芯管內(nèi)部自上而下引出,冷卻芯管及樣品流細(xì)螺旋管外部套有上端封閉的套管,套管下法蘭與冷卻芯管下法蘭密封,樣品流細(xì)管進(jìn)口端穿過冷卻芯管下面的法蘭側(cè)孔引出。
文檔編號(hào)F28D1/047GK2274331SQ9522931
公開日1998年2月11日 申請(qǐng)日期1995年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月28日
發(fā)明者承慰才, 邢光普, 杜春風(fēng) 申請(qǐng)人:承慰才