CN1289852C - 冷凝罐仪器模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷凝罐系统。该冷凝罐系统包括一个入口、一个出口以及一个浮子(42)，同时入口(30)与出口(32)由一个孔(54)间隔开。该冷凝罐包括一个有效地联结在浮子(42)上并且设置于孔(54)附近的插塞(52)，该插塞(52)被设置成响应所述浮子的运动而打开和关闭所述孔。一个仪器模块(58)包括一个被设置成用于检测冷凝罐中压力的压力变送器(70、72)，一个被设置成用于检测冷凝罐内部温度的温度变送器(74、76)，以及一个被设置成用于检测插塞(52)运动的涡流探针(68)。一个中央处理单元(62)被工作性联结在各个压力变送器、温度变送器以及涡流探针上，并且被设置成接收由它们发出的输出信号，该中央处理单元被设置成对相应的输出信号进行处理，由此来确定出流过冷凝罐的总蒸汽流量和总冷凝剂流量。

Description

冷凝罐仪器模块

技术领域

本发明总体上涉及冷凝罐(steam trap)，更为具体地说，涉及一种与冷凝罐一同使用的仪器模块(an instrument module)，比如用于测定流过冷凝罐的总蒸汽流量和/或总冷凝剂流量，并且还可以被用来检测冷凝罐的故障状况。

背景技术

在生产用蒸汽系统上使用的冷凝罐在本技术领域是公知的。同样公知的还有，许多冷凝罐易于发生故障。当冷凝罐在闭合状态下发生故障时，冷凝剂会滞留于系统之内，由此导致工艺流体的流出温度下降。这种温度下降易于监控和检测，并且由此当冷凝罐处于闭合状态下发生故障时相对来说易于进行检测。

但是，当冷凝罐在敞开状态下发生故障时通常不易于进行检测。当冷凝罐在敞开状态下发生故障时，新的蒸汽(live steam)可以通过排气管道被直接排放至周围环境。系统的效率将快速下降，但是这种故障通常不容易根据典型系统参数的变化进行检测。许多这种冷凝管会被置于遥远或者难以接近的位置处，并因此将在一段时间内不会被检测到。当然，不断排出新蒸汽的故障冷凝罐会对生产系统的总体工作效率造成负面影响。

附图说明

图1是一个生产用蒸汽加热系统的局部示意图；

图2是一个冷凝罐的放大横剖视图，该冷凝罐具有一个按照本发明中的教导组装而成的流量控制模块；以及

图3是一个经放大的局部视图，示出了插塞与通往冷凝剂回路的孔之间的关系。

具体实施方式

在此所描述的示例并非用于穷举，或者并非用于将本发明的保护范围限制成某种精确的形式或在此公开的形式。相反，所选择并进行描述的下述示例性实施例是为了最好地解释本发明的原理，并且使得本领域技术人员能够理解其中的技术方案。

下面参照附图，图1是一个传统生产用蒸汽系统10的示意图，该系统10具有一条蒸汽管线12。蒸汽管线12包括一个输入端14和一个出口或者冷凝剂回路16。生产用蒸汽系统10包括一个需求生产用蒸汽的装置，在所公开的示例中是一个热交换器18。蒸汽系统10典型地将包括多个其它组件(未示出)，它们是一般能够在蒸汽系统上找到的那种类型。这些典型的组件以及它们的工作过程对于本技术领域中的人员来说是已知的，因此无需进行进一步的讨论。应该认识到的是，在此所讨论的热交换器18仅用于例证目的，而并非用于限制在此所描述的发明的保护范围。蒸汽系统10也可以采用其它装置来取代热交换器18。蒸汽系统10包括一个按照本发明中的教导组装而成的冷凝罐，并且通常由附图标记20来指示。

蒸汽系统10包括一个在本技术领域中通常采用的那种类型的控制阀22，和一个从控制阀22通往热交换器18上的入口26的供送管道24。输出管道28从热交换器18通往冷凝罐20上的入口30，并且冷凝罐20上的出口32通往冷凝剂回路16。如所公知的，热交换器18一般包括一个冷水入口34和一个热水出口36。应该认识到的是，取代水，系统10可以使用任何其它适合的处理流体，这些也应是公知的。但是，为了便于进行解释，下面的描述将仅涉及水，应该认识到的是，这里的技术方案也同样适用于采用其它适当流体的处理系统。

下面参照图2，冷凝罐20包括一个本体38和一个端盖40。本体38和端盖40可以以一种传统方式相互连接起来，并且优选的是可以相互分离开。本体38和端盖40协同限定出一个容腔41。一个浮子42被设置在冷凝罐20的内部，并且利用一个枢轴44安装在安装部分46上。于是，浮子42会沿着由箭头A指示的大体上呈弧形路径自由地上、下运动。应该认识到的是，响应于在冷凝罐20内部存在有流体、缺乏流体或者流体高度变化，浮子42将大体上沿着路径A进行运动。作为替代实施例，应会想到浮子可以用其它方式发生位移或者滑动，比如沿着一个总体呈直线的路径。

在所示出的示例中，浮子42被连接在一根支臂43上，该支臂43具有一个外侧端部45和一个内侧端部47。内侧端部45被安装在枢轴44上。一对支臂48、50被安装在支臂43的内侧端部45上。支臂48总体从枢轴44向上延伸来形成一个标杆(target)49，而支臂50大体从枢轴44向下延伸。插塞52被安装在下部支臂50上或者以其它方式由下部支臂50承载。在冷凝罐20的内部限定出一个孔54，并且在出口32与本体38的内部58之间设置一条通道56。应该认识到的是，插塞52将在浮子42下降时(比如当冷凝罐20的本体38之内没有流体或者仅有少量流体时)孔54将被关闭。应该认识到的是，插塞52将在浮子42向上移动时(比如当冷凝罐20的本体38中聚积有足够多的流体时)远离孔54，并且由此将孔54打开。最后，孔54具有公知尺寸。

一个仪器模块58被附连在冷凝罐20上。该仪器模块58可以被安装在端盖40的安装部分60上，或者被安装在任何其它合适的精制表面或者区域上。优选的是，在仪器模块58与冷凝罐20的配重(balance)之间设置一个空间61，以便防止或者减小仪器模块58可能的过热。仪器模块58包括一个中央处理单元或者CPU 62。该CPU 62可以是多种商用处理单元中的任何一种。仪器模块58还包括一个压力传感系统64，一个温度传感系统66以及一个涡流探针68。

压力传感系统64可以包括一对压力变送器70、72。压力变送器70可以被设置成大体与入口30相邻，而压力变送器72可以被设置成大体与出口32相邻。所述温度传感系统可以包括一对温度变送器74、76。温度变送器74可以被设置在大体与入口30相邻，而温度变送器76可以被设置成大体与出口32相邻。

涡流探针68包括一个端部78，该端部78被设置成大体与支臂48相邻。因此，浮子42的运动会导致支臂48发生相应运动，这种运动会被涡流探针所感知，将在下面会对此进行详细地描述。各个涡流探针68、压力变送器70、72以及温度变送器74、76均以传统的方式有效地(operatively)连接在CPU 62上。

冷凝罐20还可以包括一个相态传感系统80，其可以包括一对相态传感器82、84。相态传感器82可以被设置成大体与入口30相邻，而相态传感器84可以被设置成大体与出口32相邻。相态传感器82、84以传统的方式有效地连接在CPU 62上。相态传感器82、84比如可以是多种商用导电探针中的任何一种。

各种压力变送器70、72均可以是商用的压力变送器。但是，这些压力变送器的尺寸将取决于冷凝罐20的尺寸。适合的压力变送器可以从MN州Chanhassen的Rosemount有限公司获得。应该认识到的是，其它类型的压力传感装置也是合适的。类似地，各个温度变送器74、76均可以是商用的温度变送器，比如可以从Rosemount有限公司获得。同样，其它类型的温度传感装置也是合适的。一种合适的涡流探针68可以从Bently Nevada公司获得。

在工作过程中，生产用蒸汽系统10以传统方式进行工作。来自于一个蒸汽发生源(未示出)的蒸汽以传统方式穿过蒸汽管线12被送往热交换器18或者其它装置。蒸汽在入口26处进入热交换器。在热交换器的内部，由蒸汽放出的热量被用于加热通过冷水入口34进入热交换器18的冷水。加热后的水经由热水出口36排出热交换器18，并且可以最终被用于那些已知的加热或者其它目的。所述热交换器的工作过程属于常规方式，并且也是已知的。

在热交换过程中，随着蒸汽失去热量并且相态变化回液态，至少一部分蒸汽将发生冷凝而形成冷凝剂。所述冷凝剂在穿过冷凝罐20之后，将经由冷凝剂回路16以传统方式返回至蒸汽系统10。

如图2中所示，蒸汽或者冷凝剂，或者它们的混合物，将经由入口30进入冷凝罐20。浮子20的位置将取决于冷凝罐20内部液体或者冷凝剂的高度。因此，随着冷凝剂在冷凝罐中的聚积，浮子将升高，由此使得插塞52远离孔54移动，并且允许冷凝罐20的本体38内部的冷凝剂通过出口32流向冷凝剂回路16。

涡流探针68会产生一个被送往CPU 62的输出信号68a。压力变送器70、72分别会产生一个被送往CPU 62的输出信号70a、72a。类似地，温度变送器74、76分别会产生一个被送往CPU 62的输出信号74a、76a。最后，相态传感器82、84(如果提供了该传感器的话)也分别会产生一个被送往CPU 62的输出信号82a、84a。

由于多种原因，会需要测定出流过冷凝罐20的总的冷凝剂流量(在正常工作过程中)或者总的蒸汽流量(在冷凝罐发生故障的条件下)。如果所述冷凝罐已经发生故障而处于敞开状态，那么涡流探针将能够检测出插塞52相对于孔54的位置。这是因为由于支臂48、50的尺寸是已知的，所以支臂48上的标杆49的运动能够反映出插塞52远离孔54的运动。还有，由于插塞52和孔54的尺寸是已知的，所以通道56的横剖面积将是已知的。

下面参照图3，例如在插塞52非常接近孔54的情况下，冷凝剂或者蒸汽将沿着一个大体呈圆环状的通道86流过插塞52并且进入孔54。在插塞52非常接近孔54的情况下，圆环状通道86的总横剖面积(通常被称作“圆环面积”)将相对较小。在另一方面，在插塞52进一步远离孔54的情况下，通道86的总横剖面积将相对增大。由于所述孔和插塞的尺寸是已知的，并且由于插塞52相对于孔54的位置可以经由涡流探针68发出的输出信号68a来加以确定，所以通道86的总横剖面积可以利用已知的几何原理进行计算。应该认识到的是，通道86的总横剖面积将随着插塞52远离孔54而增大，因为浮子42会响应容腔41中冷凝剂的增多而升高。在另一方面，应该认识到的是，通道86的总横剖面积会随着插塞52由于浮子42响应容腔41中冷凝剂的减少或者缺乏下降而朝向孔54移动而减小。当插塞52被设置成如图2中所示时，应该认识到的是，由于插塞52置靠在孔54上，所以通道86的总横剖面积为零。

利用由压力传感系统64、温度传感系统66、涡流探针68以及相态传感系统80发出的相应输出信号，CPU可以利用公知的工程原理确定出流过所述孔的总的冷凝剂和/或蒸汽流量，比如利用ASME水与蒸汽对照表以及通用热力学和流体动力学原理，对于本技术领域的那些熟练人员来说，这些都是可以轻易获得和知晓的，并且可以轻易地以程序形式编写入CPU 62或者以其它方式为CPU 62所利用。因此，基于由各个温度、压力和相态传感系统发出的输出信号，并且基于圆环通道86的已知尺寸，CPU 62可以轻易计算出在正常工作过程中流过冷凝罐20的总的冷凝剂流量，或者计算出在冷凝罐20已经在敞开状态下发生故障的情况下流过冷凝罐20的总的蒸汽流量。

作为对一种示例性工作模式的进一步解释，入口30处的压力由压力变送器70进行感测，而出口32处的压力由该出口32处的压力变送器72进行感测。相应的输出信号70a和72a被送往CPU 62。入口30处的温度由温度变送器74进行感测，同时输出信号74a被送往CPU 62。插塞52的行程由涡流探针68加以确定，同时其输出信号68a也被送往CPU 62。CPU对各种输出信号进行处理，并且使用前述对照表计算出流过冷凝罐20的总量。

在所述浮子机构在打开状态发生下出现故障的情况下，蒸气会流过冷凝罐20，同时所有冷凝剂会通过冷凝回路16流出直至新的蒸气流过冷凝罐20，然后经由CPU处理的温度和压力值成为冷凝罐20失效的指示，并且CPU会计算通过冷凝罐20的总体上的蒸气损失。

在所述浮子机构处于关闭状态发生故障的情况下(比如此时插塞52将孔54闭塞住)，冷凝剂将注满冷凝罐20中的容腔41。同样，所述压力、温度和相态传感器的读数将能够反映出冷凝罐中水或者流体的存在状态。

本领域技术人员将会明白的是，尽管已经结合特定的示例性实施例对本发明中的技术方案进行了例证，但是并非将本发明局限于所公开的示例。相反，本申请希望覆盖所有完全落入所附权利要求的保护范围之内的变型实施例，无论是在字面上或者是遵循等效原则。

Claims (20)

1、一种冷凝罐系统，包括：

一个冷凝罐，该冷凝罐包括一入口、一出口以及一浮子，所述入口与出口由一个孔间隔开，该冷凝罐还包括一个有效地联结在所述浮子上的插塞，该插塞设置所述孔附近，并且被设置成响应所述浮子的运动而打开和关闭所述孔；

一个安装在所述冷凝罐上的仪器模块，该仪器模块包括一个中央处理单元，该中央处理单元有效地连接到入口压力变送器、出口压力变送器、温度变送器以及涡流探针的每一个上；

被设置成用于检测冷凝罐入口处压力的入口压力变送器；

被设置成用于检测冷凝罐出口处压力的出口压力变送器；

被设置成用于检测冷凝罐内部温度的温度变送器；

被设置成用于检测插塞运动状态的涡流探针；以及

中央处理单元，用于接收来自入口压力变送器、出口压力变送器、温度变送器以及涡流探针中每一个的输出信号，该中央处理单元被设置成用于确定流过冷凝罐的总的蒸汽流量和总的冷凝剂流量。

2、如权利要求1所述的冷凝罐系统，其中：所述温度变送器被设置在冷凝罐的出口附近。

3、如权利要求1所述的冷凝罐系统，其中：所述温度变送器被设置在冷凝罐的入口附近。

4、如权利要求2所述的冷凝罐系统，包括一个第二温度变送器，该第二温度变送器被设置在冷凝罐的入口附近，所述中央处理单元被有效地联结到该第二温度变送器上，并且接收来自该第二温度变送器的输出信号。

5、如权利要求1所述的冷凝罐系统，其中：所述浮子被安装在一个枢转支臂上，并且包括一个安装在所述枢转支臂上的标杆，所述枢转支臂和标杆能够与所述浮子一同运动，并且所述涡流探针被设置成响应所述标杆运动。

6、如权利要求1所述的冷凝罐系统，包括一个设置于所述冷凝罐之内的相态传感器。

7、如权利要求1所述的冷凝罐系统，包括一个设置于所述冷凝罐之内的相态传感器，该相态传感器被设置成用于检测所述冷凝罐入口或出口处的冷凝剂。

8、一种冷凝罐系统，包括：

一个冷凝罐，该冷凝罐包括一入口、一出口以及一浮子，所述入口与出口由一个孔间隔开，该冷凝罐还包括一个有效地联结在所述浮子上的插塞，该插塞靠近所述孔设置，并且被设置成响应所述浮子的运动而打开和关闭所述孔；

一个仪器模块，该仪器模块包括一个被设置成用于检测所述冷凝罐入口处压力的入口压力变送器，一个被设置成用于检测所述冷凝罐出口处压力的出口压力变送器，一个被设置成用于检测所述冷凝罐内的温度的温度变送器，以及一个被设置成用于检测所述插塞运动状态的涡流探针；以及

一个中央处理单元，该中央处理单元有效地联结到入口压力变送器、出口压力变送器、温度变送器以及涡流探针中的每一个上，并且被设置成接收来自它们每一个的输出信号，该中央处理单元被设置成处理相应的输出信号，由此来确定流过冷凝罐的总蒸汽流量和总冷凝剂流量。

9、如权利要求8所述的冷凝罐系统，其中：所述温度变送器被设置在所述冷凝罐的出口附近。

10、如权利要求8所述的冷凝罐系统，其中：所述温度变送器被设置在所述冷凝罐的入口附近。

11、如权利要求9所述的冷凝罐系统，包括一个第二温度变送器，该第二温度变送器被设置在所述冷凝罐的入口附近，所述中央处理单元有效地联结在该第二温度变送器上，并且接收来自该第二温度变送器的输出信号。

12、如权利要求8所述的冷凝罐系统，其中：所述浮子被安装在一个枢转支臂上，并且包括一个安装在所述枢转支臂上的标杆，所述枢转支臂和标杆可与所述浮子一同移动，并且所述涡流探针被设置成对所述标杆的运动作出响应。

13、如权利要求8所述的冷凝罐系统，包括一个设置于所述冷凝罐之内并且有效地联结在所述中央处理单元上的相态传感器。

14、如权利要求8所述的冷凝罐系统，包括一个安装于所述浮子上的标杆，该标杆被设置在所述涡流探针的附近。

15、如权利要求8所述的冷凝罐系统，其中：所述仪器模块被容置在一个壳体中，该壳体被可拆卸地附连到所述冷凝罐上。

16、一种冷凝罐系统，包括：

一个冷凝罐，该冷凝罐包括一入口、一出口以及一浮子，所述入口与出口由一个孔间隔开，该冷凝罐还包括一个有效地联结在所述浮子上的插塞，该插塞靠近所述孔设置，并且被设置成响应所述浮子的运动而打开和关闭所述孔；

一个仪器模块，该仪器模块包括一个被设置成用于检测所述冷凝罐中压力的压力变送器，一个被设置成用于检测所述冷凝罐内的温度的温度变送器，一个被设置成用于检测所述插塞的运动的涡流探针以及一个被设置成用于检测所述冷凝罐内的相态的相态传感器；以及

一个中央处理单元，该中央处理单元有效地联结在压力变送器、温度变送器、涡流探针以及相态传感器每一个上，并且被设置成接收来自它们的输出信号，该中央处理单元被设置成对相应的输出信号进行处理，来由此确定出流过冷凝罐的总蒸汽流量和总冷凝剂流量。

17、如权利要求16所述的冷凝罐系统，其中：所述压力变送器被设置成用于检测所述入口或出口附近的压力。

18、如权利要求16所述的冷凝罐系统，其中：所述温度变送器被设置成用于检测所述入口或出口附近的温度。

19、一种冷凝罐系统，包括：

一个冷凝罐，该冷凝罐包括一入口、一出口以及一浮子，所述入口与出口由一个孔间隔开，该冷凝罐还包括一个有效地联结在所述浮子上的插塞，该插塞靠近所述孔设置，并且被设置成响应所述浮子的运动而打开和关闭所述孔；

一个仪器模块，该仪器模块包括一个被设置成用于检测所述冷凝罐中压力的压力变送器，一个被设置成用于检测所述冷凝罐内的温度的温度变送器以及一个被设置成用于检测所述插塞的运动的涡流探针；以及

一个中央处理单元，该中央处理单元有效地联结到压力变送器、温度变送器以及涡流探针每一个上，并且被设置成接收来自它们的输出信号，该中央处理单元被设置成对相应的输出信号进行处理，来由此确定流过冷凝罐的总蒸汽流量和总冷凝剂流量。

20、如权利要求19所述的冷凝罐系统，其中：所述压力变送器被设置成用于检测所述入口和出口附近的压力，所述温度变送器被设置成用于检测所述入口和出口附近的温度，并且包括一个相态传感器，该相态传感器被设置成用于检测所述冷凝罐内部相态的变化，并且有效地连接到所述中央处理单元上。

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