Как се измерва потокът на парата? Топлинна енергия: мерни единици и тяхното правилно използване

Г. Сичев

Тази статия описва мократа пара и средствата за нейното отчитане, които се използват в съоръженията за производство на пара (предимно в практиката на промишлени котли и топлоелектрически централи). Тяхната енергийна ефективност се определя до голяма степен от точността на измерване, която зависи както от принципа на измерване, така и от качеството на разходомера за пара.

Свойства на водната пара

Наситената пара е водна пара в термодинамично равновесие с вода, чието налягане и температура са взаимосвързани и са разположени на кривата на насищане, която определя точката на кипене на водата при дадено налягане.

Прегрятата пара е водна пара, нагрята до температура над точката на кипене на водата при дадено налягане, получена например от наситена пара чрез допълнително нагряване.

Сухата наситена пара е безцветен прозрачен газ, който е хомогенна, тоест хомогенна среда. До известна степен може да се счита за абстракция, тъй като е трудно да се получи - в природата се среща само в геотермални източници, а наситената пара, произведена от парни котли, не е суха - типични стойности на степента на сухота за съвременните котли са 0,95-0,97. При аварийни ситуации (капково отстраняване на котелната вода, когато котелът работи при понижено работно налягане или при рязко увеличаване на консумацията на пара), степента на сухота е още по-ниска. Освен това сухата наситена пара е метастабилна: когато топлината се подава отвън, тя лесно се прегрява, а когато топлината се отделя, става мокра наситена.

Мократа наситена пара е механична смес от суха наситена пара със суспендирана фина течност, която е в термодинамично и кинетично равновесие с парата. Колебанията в плътността на газовата фаза, наличието на чужди частици, включително такива, носещи електрически заряди - йони, води до появата на кондензационни центрове, които са хомогенни по природа. Тъй като съдържанието на влага в наситената пара се увеличава, например поради загуба на топлина или повишаване на налягането, най-малките водни капчици стават центрове на кондензация и постепенно нарастват по размер, а наситената пара става хетерогенна, тоест двуфазна среда (парен кондензат смес под формата на мъгла). Наситената пара, която е газовата фаза на пара-кондензатната смес, предава част от своята кинетична и топлинна енергия на течната фаза по време на движение. Газовата фаза на потока носи капчици от течната фаза в своя обем, но скоростта на течната фаза на потока е значително по-ниска от скоростта на неговата парна фаза. Мократа наситена пара може да образува интерфейс, например под въздействието на гравитацията. Структурата на двуфазния поток по време на кондензация на пара в хоризонтални и вертикални тръбопроводи варира в зависимост от съотношението на пропорциите на газовата и течната фази.

Естеството на потока на течната фаза зависи от съотношението на силите на триене и силите на гравитацията. В хоризонтално разположен тръбопровод при висока скорост на парата потокът на кондензат може да остане филмов, като във вертикална тръба, при средна може да придобие спираловидна форма, а при ниска - филмов поток се наблюдава само върху горната вътрешна повърхност на тръбопровода, а в долната се образува непрекъснат поток.

По този начин в общия случай потокът на пара-кондензатна смес по време на движение се състои от три компонента: суха наситена пара, течност под формата на капки в сърцевината на потока и течност под формата на филм или струя върху стените на тръбопровода. Всяка от тези фази има своя собствена скорост и температура, докато движението на пара-кондензатната смес предизвиква относително приплъзване на фазите.

Измерването на масовия поток и топлинната енергия на мокра наситена пара е свързано със следните проблеми:

1) газовата и течната фаза на мократа наситена пара се движат с различни скорости и заемат променлива еквивалентна площ на напречното сечение на тръбопровода;

2) плътността на наситената пара се увеличава с нарастването на нейната влажност, а зависимостта на плътността на мократа пара от налягането при различни степени на сухота е двусмислена;

3) специфичната енталпия на наситената пара намалява с увеличаване на нейното съдържание на влага;

4) трудно е да се определи степента на сухота на мократа наситена пара в потока.

В същото време повишаването на степента на сухота на мократа наситена пара е възможно по два добре известни начина: чрез „месене“ на парата (намаляване на налягането и съответно температурата на мократа пара) с помощта на редуцир на налягането и отделяне на течната фаза с помощта на парен сепаратор и парен уловител. Тези методи са известни от повече от сто години. И така, A.S. Ломшаков в работата си „Тестване на парни котли“ (Санкт Петербург, 1913 г.) пише: „разделянето на вода от пара в паропровод не е трудно. Ако парата се движи със скорост от около 15 m/s или по-бързо, тогава повечето водни сепаратори я изсушават до 1% съдържание на вода, дори ако е била много влажна преди водния сепаратор. Това беше доказано от експериментите на Zentner." Съвременните пароотделители осигуряват почти 100% обезвлажняване на мократа пара.

Принципи на измерване на парния поток

Измерването на дебита на двуфазни среди е изключително трудна задача, която все още не е надхвърлила границите на изследователските лаборатории. Това важи особено за сместа пара-вода. Повечето разходомери за пара са измерватели на скоростта, т.е. измерват скоростта на потока на парата. Те включват разходомери с променливо налягане, базирани на дюзови устройства, вихрови, ултразвукови, тахометрични, корелационни, струйни разходомери. Кориолисовите и термичните разходомери, които директно измерват масата на течащата среда, стоят отделно.

Дебитомерите с променливо налягане, базирани на отвори (диафрагми, дюзи, тръби на Вентури и други местни хидравлични съпротивления), все още са основното средство за измерване на потока на парата. Въпреки това, в съответствие с подраздел 6.2 от GOST R 8.586.1-2005 „Измерване на дебита и количеството на течности и газове чрез метода на падане на налягането“, съгласно условията за използване на стандартни стеснителни устройства, контролираната „среда трябва да бъде еднофазен и хомогенен по физични свойства."

Ако в тръбопровода има двуфазна среда от пара и вода, измерването на дебита на охлаждащата течност с помощта на устройства с променлив спад на налягането с нормализирана точност не се осигурява. В този случай би било възможно да се говори за измерената скорост на потока на парната фаза (наситена пара) на потока мокра пара при неизвестна стойност на степента на сухота. По този начин използването на такива разходомери за измерване на потока на мокра пара ще доведе до ненадеждни показания.

Оценката на получената методологична грешка (до 12% при налягане до 1 MPa и степен на сухота 0,8) при измерване на мокра пара с разходомери с променливо налягане на базата на стеснителни устройства е извършена в работата на Е. Абаринов и K. Sarelo „Методически грешки при измерване на енергията на влажна пара с топломери към суха наситена пара.

Ултразвукови разходомери

Ултразвуковите разходомери, които се използват успешно при измерване на потока на течности и газове, все още не са намерили широко приложение при измерване на потока на пара, въпреки факта, че някои от техните видове са налични в търговската мрежа или са обявени от производителя. Проблемът е, че ултразвуковите разходомери, които прилагат принципа на доплеровото измерване, базиран на честотното изместване на ултразвуковия лъч, не са подходящи за измерване на прегрята и суха наситена пара поради липсата на нехомогенности в потока, необходими за отразяване на лъча, и при измерване на скорост на потока на мокра пара, е силно подценяване на показанията поради разликата в скоростите на газовата и течната фази. Напротив, ултразвуковите разходомери от импулсен тип не са приложими за мокра пара поради отразяването, разсейването и пречупването на ултразвуковия лъч върху водните капки.

Вихрови метри

Вихровите измервателни уреди от различни производители се държат различно при измерване на мокра пара. Това се определя както от дизайна на първичния преобразувател на потока, принципа на откриване на вихри, електронната схема и софтуера. Ефектът на конденза върху работата на чувствителния елемент е фундаментален. При някои конструкции възникват сериозни проблеми при измерване на потока на наситена пара, когато в тръбопровода съществуват както газова, така и течна фаза. Водата се концентрира по стените на тръбата и пречи на нормалното функциониране на сензорите за налягане, монтирани наравно със стената на тръбата. При други конструкции кондензатът може да наводни сензора и напълно да блокира измерването на потока. Но за някои разходомери това практически не влияе на показанията.

В допълнение, двуфазният поток, падащ върху тялото на блъфа, образува цял спектър от вихрови честоти, свързани както със скоростта на газовата фаза, така и със скоростта на течната фаза (капковата форма на ядрото на потока и филма или струйна област около стената) на мокри наситени пари. В същото време амплитудата на вихровия сигнал на течната фаза може да бъде доста значителна и ако електронната схема не включва цифрово филтриране на сигнала с помощта на спектрален анализ и специален алгоритъм за изолиране на "истинския" сигнал, свързан с газова фаза на потока, което е типично за опростените модели на разходомери, тогава ще има силно подценяване на показанията на потреблението. Най-добрите модели вихрови разходомери имат системи DSP (цифрова обработка на сигнала) и SSP (бърза спектрална обработка на сигнала с трансформация на Фурие), които не само подобряват съотношението сигнал/шум, подчертават „истинския“ вихров сигнал, но също така елиминират влиянието вибрации на тръбопровода и електрически смущения.

Въпреки факта, че вихровите разходомери са предназначени за измерване на дебита на еднофазна среда, те могат да се използват за измерване на дебита на двуфазна среда, включително пара с водни капки, с известно влошаване на метрологичните характеристики. Така че, според експериментални проучвания на компаниите EMCO и Spirax Sarco, мократа наситена пара със степен на сухота над 0,9 може да се счита за хомогенна и поради „маржа“ в точността на разходомери PhD и VLM (±0,8-1,0%), масовата консумация и топлинната мощност ще бъдат в границите на грешките, нормализирани в "Правилата за отчитане на топлинната енергия и охлаждащата течност".

При степен на сухота от 0,7-0,9 относителната грешка при измерване на масовия поток на тези разходомери може да достигне 10% или повече.

За да се избегне блокиране на чувствителния елемент на вихров разходомер, като чувствителното крило, с кондензат, някои производители препоръчват ориентиране на сензора така, че оста на чувствителния елемент да е успоредна на границата пара/кондензат.

Други видове разходомери

Разходомери с променлив диференциал/променлива площ, разходомери с амортисьор с пружина и мишени с променлива площ не позволяват измерване на двуфазна среда поради възможно ерозионно износване на пътя на потока по време на движение на кондензат.

По принцип само масовите разходомери от типа на Кориолис могат да измерват двуфазна среда, но проучванията показват, че грешките на измерване на разходомери на Кориолис до голяма степен зависят от съотношението на фазовите фракции и "опитите за разработване на универсален разходомер за многофазна среда по-скоро водят в задънена улица" (доклад на В. Кравченко и М. Рикен "Измервания на потока с помощта на кориолисови разходомери в случай на двуфазен поток" на XXIV международна научно-практическа конференция "Търговско отчитане на енергоносителите" в Санкт Петербург) . В същото време разходомерите на Кориолис се развиват интензивно и може би скоро ще се постигне успех, но досега на пазара няма такива индустриални измервателни уреди.

Корекция на сухотата на парата

За да се изчисли масовият поток и топлинната мощност на мократа пара, е необходимо измерване на сухота. Много топлинни калкулатори и контролери за топлина и мощност от руско производство имат като опция въвеждането на постоянна „степен на сухота на парата“, с помощта на която се коригират специфичната плътност и енталпията на мократа наситена пара.

Плътността на наситената водна пара се определя по формулата:

ρ1 . ρ2

ρ = --------------------- ,

ρ2 . (1 - X) + ρ1. х

X е степента на сухота на наситената водна пара, kg/kg.

Фиксирана стойност на степента на сухота може да бъде установена въз основа на експертна оценка или масов баланс (последният може да бъде установен чрез анализиране на статистически данни и наличие на един източник и един потребител на пара), но тези методи ще създадат значително грешка, тъй като те не вземат предвид динамичните грешки, свързани с промяната в степента на сухота по време на работа.

През годините в Русия и ОНД се появи информация за внедряването на измерватели на сухотата на парата в поток (линейни влагомери), базирани например на диелкометричния метод за измерване (зависимост на диелектричната константа от влагата на парата), предаване на радиация на тръбопровод с гама лъчи, обаче промишлените парни влагомери все още не са на пазара.

Всъщност американската компания EMCO (от 2005 г. марката Spirax Sarco) произвежда компютър за поток FP-100, който има 4-20 mA токов вход с функция за въвеждане на "влага на пара" и действителния влагомер на пара, действащ от зависимостта на степента на поглъщане на микровълновата енергия в потока на мокра пара. Въпреки това, в началото на 90-те. този вход вече не се използва и влагомерът вече не се произвежда, тъй като стана съвсем очевидно, че използването на мокра пара за всякакви цели, с изключение на много ограничени технологични, е неприемливо поради намаляването на енергийната ефективност на парата кондензни системи, повишено износване на паропроводи, фитинги, фитинги и други устройства, увеличаване на риска от аварии и катастрофи в опасни промишлени и други съоръжения.

Решаване на проблема с измерването на потока на мокра пара

Единственото правилно решение за прилагане на метрологично надеждно и надеждно отчитане на топлинната мощност и масовия поток на мокра наситена пара е следният метод:

1) отделяне на влажна пара с помощта на сепаратор и парен уловител;

2) измерване на дебита на суха наситена пара с всеки подходящ разходомер;

3) измерване на дебита на кондензат с всеки подходящ разходомер;

4) изчисляване на масовия дебит и топлинната мощност на пара и кондензат;

5) интегриране на параметрите във времето, архивиране и формиране на измервателни протоколи.

Измерването на дебита на кондензат трябва да се извършва в онази част от тръбопровода за кондензат, където се осигурява еднофазно състояние на кондензат (без мигновена пара), например след резервоар за кондензат (приемник), който има връзка с атмосферата (ветряна тръба) , използвайки кондензна помпа или трансферен парен уловител.

Измерване на променливи разходи

Измерването на бързо променящи се (пулсиращи) потоци с разходомери с променливо диференциално налягане в някои случаи може да достигне неприемливо големи стойности. Това се дължи на голям брой източници на грешки: влиянието на квадратичната връзка между потока и спада на налягането, влиянието на локалното ускорение, влиянието на акустични явления и импулсни (свързващи) тръби. Следователно, клауза 6.3.1 от GOST R 8.586.1-2005 „Измерване на дебита и количеството на течности и газове чрез метода на падане на налягането“ установява, че: „Дебитът трябва да бъде постоянен или бавно променящ се във времето.“

Измерването на променливи дебити с вихрови разходомери не е проблем, тъй като тези разходомери са достатъчно бързи, за да измерват потока на пара. Честотният диапазон на отделяне на вихри от тялото на блъфа при измерване на парния поток е стотици и хиляди херца, което съответства на интервали от време от единици до десетки милисекунди. Съвременните електронни схеми на вихровите разходомери анализират спектъра на сигнала за 3-7 периода на синусоидален вихров сигнал, осигурявайки реакция в рамките на по-малко от 30-70 ms, достатъчна за проследяване на бързи процеси.

Измерване на преходен поток на пара

Пусковите режими на тръбопровода са свързани с нагряване на тръбопровода с наситена или прегрята пара и интензивно образуване на кондензат. Наличието на кондензат ще застраши както самите тръбопроводи за пара, така и фитингите, фитингите и другите устройства, монтирани на тръбопровода за пара, когато парата влезе в контакт с кондензата. Отводняването на паропроводите е абсолютно необходимо не само при загряване и пускане, но и при нормална работа. В същото време отделянето на кондензата, образуван в преходни условия с помощта на пароотделители и пароуловители, заедно с производството на суха наситена пара, осигурява отстраняването на кондензат, което може да бъде измерено с дебитомер за течност от всякакъв тип, подходящ за тази среда.

Наличието на кондензат във влажна пара представлява сериозна заплаха от воден удар. В този случай е възможно както образуването на кондензатна тапа, така и мигновената кондензация на пара при контакт с течност. Разходомерите на стесняващите устройства не се страхуват от воден удар, а с вихрови устройства е малко по-трудно. Факт е, че във вихровите разходомери, базирани на пулсации на налягането, чувствителните елементи са разположени под тънка мембрана и следователно не са защитени от воден удар. Производителите, като правило, честно предупреждават за това, напомняйки, че гаранцията на устройството в този случай е невалидна. При вихровите разходомери, базирани на напрежения на огъване, чувствителният елемент е отделен от измерваната среда и не може да бъде повреден в случай на воден удар.

В момента на пазара има стотици производители на вихрови разходомери, но световните лидери в разработката и производството на този тип устройства са Yokogawa Electric Corporation (Япония), Endress + Hauser (Германия) и EMCO (САЩ).

Точността на измерване на парния поток зависи от редица фактори. Една от тях е степента на нейната сухота. Често този показател се пренебрегва при избора на измервателни уреди и напълно напразно. Факт е, че наситената влажна пара е по същество двуфазна среда и това създава редица проблеми при измерването на нейния масов поток и топлинна енергия. Как да разрешим тези проблеми, ще разберем днес.

Свойства на водната пара

Като начало, нека дефинираме терминологията и да разберем какви са характеристиките на мократа пара.

Наситената пара е водна пара, която е в термодинамично равновесие с вода, чието налягане и температура са взаимосвързани и се намират на кривата на насищане (фиг. 1), която определя точката на кипене на водата при дадено налягане.

Прегрята пара - водна пара, нагрята до температура над точката на кипене на водата при дадено налягане, получена например от наситена пара чрез допълнително нагряване.

Сухата наситена пара (фиг. 1) е безцветен прозрачен газ, той е хомогенен, т.е. хомогенна среда. До известна степен това е абстракция, тъй като е трудно да се получи: в природата се среща само в геотермални източници, а наситената пара, произведена от парни котли, не е суха - типични стойности на степента на сухота за съвременните котли са 0,95-0,97. Най-често степента на сухота е още по-ниска. В допълнение, сухата наситена пара е метастабилна: когато топлината се подава отвън, тя лесно се прегрява, а когато топлината се отделя, става мокра наситена:

Фигура 1. Линия на насищане на водни пари

Мократа наситена пара (фиг. 2) е механична смес от суха наситена пара със суспендирана фино диспергирана течност, която е в термодинамично и кинетично равновесие с парата. Колебанията в плътността на газовата фаза, наличието на чужди частици, включително такива, носещи електрически заряди - йони, води до появата на кондензационни центрове, които са хомогенни по природа. Тъй като съдържанието на влага в наситената пара се увеличава, например поради загуба на топлина или повишаване на налягането, най-малките водни капчици стават центрове на кондензация и постепенно нарастват по размер, а наситената пара става хетерогенна, т.е. двуфазна среда (паро-кондензатна смес) под формата на мъгла. Наситената пара, която е газовата фаза на пара-кондензатната смес, предава част от своята кинетична и топлинна енергия на течната фаза по време на движение. Газовата фаза на потока носи капчици от течната фаза в своя обем, но скоростта на течната фаза на потока е значително по-ниска от скоростта на неговата парна фаза. Мократа наситена пара може да образува интерфейс, например под въздействието на гравитацията. Структурата на двуфазен поток по време на кондензация на пара в хоризонтални и вертикални тръбопроводи варира в зависимост от съотношението на дяловете на газовата и течната фази (фиг. 3):

Фигура 2. PV диаграма на водна пара

Фигура 3. Структура на двуфазен поток в хоризонтален тръбопровод

Естеството на потока на течната фаза зависи от съотношението на силите на триене и силите на гравитацията, а в хоризонтално разположен тръбопровод (фиг. 4) при висока скорост на пара кондензатният поток може да остане филмов, както във вертикална тръба, при средна може да придобие спираловидна форма (фиг. 5) , а при ниска филмов поток се наблюдава само върху горната вътрешна повърхност на тръбопровода, а в долната се образува непрекъснат поток, "поток".

Фигура 5. Спирално движение на кондензата.

Проблеми с измерването на потока

Измерването на масовия поток и топлинната енергия на мокра наситена пара е свързано със следните проблеми:
1. Газовите и течните фази на мократа наситена пара се движат с различни скорости и заемат променлива еквивалентна площ на напречното сечение на тръбопровода;
2. Плътността на наситената пара се увеличава с нарастването на нейната влажност, а зависимостта на плътността на мократа пара от налягането при различни степени на сухота е двусмислена;
3. Специфичната енталпия на наситената пара намалява с увеличаване на нейното съдържание на влага.
4. Трудно е да се определи степента на сухота на мократа наситена пара в поток.

Измерването на потока на двуфазни среди е изключително трудна задача, която все още не е надхвърлила границите на изследователските лаборатории. Това важи особено за сместа пара-вода.

Повечето паромери са високоскоростни, т.е. измервайте дебита на парата. Те включват разходомери с променливо налягане, базирани на дюзови устройства, вихрови, ултразвукови, тахометрични, корелационни, струйни разходомери. Кориолисовите и термичните разходомери, които директно измерват масата на течащата среда, стоят отделно.

Нека да разгледаме как се представят различните видове разходомери при работа с мокра пара.

Разходомери с променливо налягане

Дебитомерите с променливо налягане, базирани на отвори (диафрагми, дюзи, тръби на Вентури и други местни хидравлични съпротивления), все още са основното средство за измерване на потока на парата. Въпреки това, в съответствие с подраздел 6.2 на GOST R 8.586.1-2005 „Измерване на дебита и количеството на течности и газове чрез метода на падане на налягането“: При условията за използване на стандартни ограничителни устройства, контролирани „ средата трябва да бъде еднофазна и хомогенна по физични свойства":

Ако в тръбопровода има двуфазна среда от пара и вода, измерването на дебита на охлаждащата течност с помощта на устройства с променлив спад на налягането с нормализирана точност не се осигурява. В този случай "би било възможно да се говори за измерен дебит на парна фаза (наситена пара) на влажна пара при неизвестна стойност на степента на сухота."

По този начин използването на такива разходомери за измерване на потока на мокра пара ще доведе до ненадеждни показания.

В работата беше извършена оценка на получената методологична грешка (до 12% при налягане до 1 MPa и степен на сухота 0,8) при измерване на мокра пара с разходомери с променлив спад на налягането, базирани на стеснителни устройства.

Ултразвукови разходомери

Вихрови метри

Вихровите измервателни уреди от различни производители се държат различно при измерване на мокра пара. Това се определя както от конструкцията на първичния преобразувател на потока, принципа на откриване на вихри, електронната схема, така и от характеристиките на софтуера. Ефектът на конденза върху работата на чувствителния елемент е фундаментален. При някои конструкции „възникват сериозни проблеми при измерване на потока на наситена пара, когато в тръбопровода съществуват както газова, така и течна фаза. Водата се концентрира по протежение на стените на тръбата и пречи на нормалното функциониране на сензорите за налягане, монтирани наравно със стената на тръбата. „При други конструкции кондензатът може да наводни сензора и да блокира напълно измерването на потока. Но за някои разходомери това е почти никакво ефект върху показанията.

В допълнение, двуфазният поток, падащ върху тялото на блъфа, образува цял спектър от вихрови честоти, свързани както със скоростта на газовата фаза, така и със скоростите на течната фаза (капковата форма на ядрото на потока и филма или струйна област около стената) на мокри наситени пари. В този случай амплитудата на вихровия сигнал на течната фаза може да бъде доста значителна и ако електронната схема не включва цифрово филтриране на сигнала с помощта на спектрален анализ и специален алгоритъм за извличане на „истинския“ сигнал, свързан с газа, фаза на потока, което е характерно за опростени модели разходомери, след това силно подценяване на консумацията. Най-добрите модели вихрови разходомери имат системи DSP (цифрова обработка на сигнала) и SSP (бърза спектрална обработка на сигнала с трансформация на Фурие), които не само подобряват съотношението сигнал/шум, подчертават „истинския“ вихров сигнал, но също така елиминират влиянието вибрации на тръбопровода и електрически смущения.

Въпреки факта, че вихровите разходомери са проектирани да измерват дебита на еднофазна среда, документът показва, че те могат да се използват за измерване на дебита на двуфазна среда, включително пара с водни капки, с известно влошаване на метрологични характеристики.

Влажната наситена пара със степен на сухота над 0,9 според експерименталните изследвания на EMCO и Spirax Sarco може да се счита за хомогенна и поради „маржа“ в точността на разходомери PhD и VLM (± 0,8-1,0%), масов дебит и топлинна показанията на мощността ще бъдат в границите на грешка.

Когато степента на сухота е 0,7-0,9, относителната грешка при измерване на масовия дебит на тези разходомери може да достигне десет процента или повече.

Други изследвания например дават по-оптимистичен резултат - грешката при измерване на масовия разход на влажна пара с дюзи на Вентури на специална инсталация за калибриране на разходомери за пара е в рамките на ± 3,0% за наситена пара със степен на сухота над 0,84 .

За да се избегне блокиране на чувствителния елемент на вихровия разходомер, като чувствителното крило, с кондензат, някои производители препоръчват ориентиране на сензора така, че оста на чувствителния елемент да е успоредна на границата пара/кондензат.

Други видове разходомери

Доктор на науките, А. В. Коваленко

Използваните измерватели на прегрята пара определят: налягане, температура и, един"разходен параметър". Както вече беше отбелязано, тази информация не е достатъчна за определяне на топлината и масата на мократа пара.

За да се осигури възможност за контрол на топлината и масата на мократа пара за такива измервателни уреди, се планира да се използват калкулатори с възможност за въвеждане на корекция за параметъра „степен на сухота“. Въпреки това, такова решение на проблема с наблюдението на параметрите на мократа пара, базирано на нивото на техниката, трябва да се признае за недостатъчно ефективно.

В тръбопроводите за прегрята пара сигналът „параметър на потока“ на тези измервателни уреди съответства на масовия дебит на контролирания поток. Дебитът на прегрятата пара може да бъде представен със следния математически израз:

, (1 .1)

където: - консумация на прегрята пара;

Плътност на прегрята пара;

Скорост на прегрята пара в паропровода;

Напречно сечение на контролиран поток.

Плътността на прегрятата пара е известна функция на налягането и температурата на парата в тръбопровода за контролирана пара.

За определяне на дебита на прегрята пара () може да се използва всеки приемлив измервателен уред "параметър на потока", например измервателна диафрагма.

По този начин дебитът на прегрятата пара се определя от измерените сигнали на "параметъра на потока", температурата и налягането. За да се определят параметрите на прегрятата пара, този изчислителен модел е идеален.

Въпреки това, прегрятата пара, в процеса на използване или загуба на своята топлинна енергия, неизбежно се превръща в мокра пара.

Дебитът на мократа пара може да бъде представен със следния математически израз:

, (1.2)

където: - консумация на мокра пара;

Парна фаза консумация на мокра пара (наситена парна фаза);

Консумация на течната фаза на мокра пара;

Скоростта на течната фаза на потока.

Наситена пара при температура на наситени пари; - мокра пара; - вода при температура на наситени пари.

Плътностите на фазата на мократа пара са известни функции на налягането на парата в тръбопровода за контролирана пара. Други параметри на мократа пара, като например: , , , , , не могат да бъдат определени от прегрятите паромери. В тази ситуация няма смисъл да се коригира сигналът „параметър на потока“ чрез измерената стойност на степента на сухота, поради това, че този сигнал физически не съответства на дебита или неговите фази. Такъв сигнал за „параметър на потока“ не трябва да се коригира, а ... да се коригира.

Посоченият проблем за контролиране на топлината и масата на мократа пара може да бъде показан подробно с конкретни примери.

Пример за система за измерване на потока. Система за измерване на потока на пара, използваща тръби под налягане със специална конструкция съгласно патент за изобретение № 2243508 (RU). В тази система (устройство) за определяне на потока статичното налягане и разликата в налягането () се измерват между две тръби под налягане в контролиран поток на пара на изхода на реактора, приемният прозорец на едната тръба под налягане е насочен към потока, а другата - надолу по течението.

От публикувани източници е известно, че резултатите от тестовете на тази система в паропроводи на атомни електроцентрали и топлоелектрически централи показват предимството на използването на тръби под налягане пред други измерватели на параметрите на парата. По-специално, тяхното предимство пред измервателните диафрагми се проявява в надеждността и простотата на дизайна, простотата и лекотата на инсталиране, при практическото отсъствие на загуби на налягане.

В паропровода на реактора, например, енергоблокове ВВЕР-1000, тече мокра пара със степен на сухота, която не надвишава 0,98. В тази връзка диференциалното налягане (), измерено от двете напорни тръби на устройството, се формира от двете фази на контролирания поток. Зависимостта на този спад на налягането през напорните тръби от параметрите на потока може да бъде представена чрез следния математически израз:

(1.3)

където: - коефициент на сигнала на две измервателни тръби;

Истинско обемно съдържание на пара в потока на мократа пара;

Скоростта на движение на парната фаза на потока;

Скоростта на движение на течната фаза на потока;

плътност на парната фаза;

Плътност на течната фаза.

Уравнение (1.3) по-горе съдържатринеизвестен параметър на потока (, , ) и коефициент ( ) сигнал на измервателните тръби на уреда. В тази система не влиза друга информация за решаване на проблема. В тази връзка проблемът с определянето на дебита на мокра пара не може да бъде решен без използването на допълнителна информация или въвеждането на ограничаващи условия.

Разглежданото устройство, за да определи скоростта на потока на контролиран поток от мокра пара, трябва по някакъв начин да определи или някъде да вземе стойностите, , и .

Това устройство се използва в системата за контрол на нивото на охлаждащата течност в реакторите на атомни електроцентрали. Системата за обработка на информацията на устройството използва модел на еднофазен поток. Това следва от текста и формулите в описанието му. По този начин действителното присъствие на течна фаза в контролиран поток се игнорира от това устройство. Основната формула за изчисление на устройството съгласно патент за изобретение №. 2243508 (RU) може да се представи по следния начин:

(1.4)

Тоест уравнение (1.3) се използва с фиксирана стойност (равна на единица) на истинското обемно качество на парите ( ) . Може да се види директно от уравнение (1.4) как това изкривява изчислената стойност на параметъра на скоростта на парната фаза на потока. Лявата страна на формулата е измереният параметър, образуван от две движещи се с различни скорости (непрекъсната пара и, в своя обем, диспергирана течност) фази на потока. Дясната страна на формулата е произведението на плътността на парната фаза (функция на статичното налягане) по квадрата на скоростта на парната фаза на потока.

Друг пример. Устройството съгласно патент № 2444726 (RU) съдържа тръбопровод за пара със селективен (селективен) към свойствата и параметрите на парната фаза чрез измервател на "параметър на потока" (например тръба на Пито, чийто приемен прозорец е насочен надолу по веригата ), метър за статично налягане и метър за сухота.

- По сигналстатично налягане () определя необходимите "таблични" параметри на потока, например: плътност и специфично топлинно съдържание на неговите фази:

плътност на парната фаза;

Плътност на течната фаза;

Енталпия на парната фаза;

Енталпията на течната фаза.

ОТ сигнализирадинамичен метър за разреждане (ако коефициентът е предварително определен или взет някъде) ви позволява да определите скоростта на парната фаза на потока:

,(2.1)

където: - динамичен сигнал на вакуумметър;

Динамичен коефициент на сигнала на вакуумметъра;

плътност на парната фаза;

Парна фазова скорост на потока мокра пара.

- По сигнал сухомеропределя съотношението на дебита на парната фаза (наситена парна фаза) към общия дебит на контролирания поток:

, (2.2)

Решението на системата от две уравнения (2.1) и (2.2) с три неизвестни параметъра: , , , и четвърти неизвестен коефициент е възможно само с допълнителна информация.

Такава допълнителна информация за решаване на проблема може да бъде параметърът на приплъзване на фазата (). Съотношението на „локалната“ стойност (истинско обемно съдържание на пари) към „консумативната“ стойност (консумативно обемно съдържание на пари) се нарича в технологията като параметър на приплъзване на фазата ( ). Параметърът на приплъзване на фазата () е слаба функция на налягането и може да се определи чрез емпиричната формула () .

Така за решаване на проблема се получава трето уравнение:

, (2.3)

Ако по някакъв начин определим или вземем коефициентите ( , , ) някъде, системата от три уравнения (2.1), (2.2), (2.3) с три неизвестни параметъра на потока ( , , ) според сигналите на измервателния уред (съгласно патент № 2444726) ни позволява да решим задачата за контролиране на топлината и масовия поток на мократа пара. Показаното решение изглежда много тромаво, но при определени условия на изпълнение отбелязаният недостатък е незначителен. Трябва също така да се има предвид, че параметрите на парата, определени от това устройство изоставащ от текущия моментза времето на забавяне на определения параметър на степента на сухота (около 30-40 сек).

В представената работа на конкретни примери показано, това:

- Известенпрегрятите паромери не осигуряват възможност за създаване на система за наблюдение на топлината и масата на влажна и наситена пара.

Трябва да се признае, че няма перспективи за устройства за наблюдение на топлината и масата на влажна пара с помощта на прегряти паромери. Сами по себе си те не контролират топлината и масата на потока на мократа пара, а когато се допълват чрез контрол на степента на сухота, в най-добрия случай образуват тромава система за управление, която не осигурява необходимата точност със значителна забавяне на определените параметри на парата.

Трябва да се обърне внимание на наличното състояние на техниката за решаване на проблеми с управлениетотоплина и маса на влажна пара: .

Предложените технически решения са ядрото (опцията) на системата за наблюдение на текущите параметри на влажната пара, която осигурява възможност за нормализиране на точността по еталонните сигнали на измервателите на степента на сухота. Точността на наблюдение на истинското обемно съдържание на пари и скоростите на фазите на потока се нормализира директно. Подробно описание на този вариант на системата за управление на топлинния и масов поток на влажна пара ще бъде представено по-късно в отделна работа.

Литература:

1. Коваленко А. В. Въпросът за създаване на система за управление на мокра пара за счетоводни задачи

и технологични цели. Статия на портала RosTeplo. Публикувана на 06.02.2012 г

2. А.Г. Агеев, Р.В. Василиева, Ю.С. Горбунов, Б.М. Королков. Изпитания на системата за измерване на разход на пара в паропроводи на парогенератори на енергоблок № 3 на АЕЦ „Балаково” в динамични режими. / Списание "Ново в руската електроенергетика", № 11, 2007 г. /

3. Агеев А.Г. и др. RF патент за изобретение № 2243508. Устройство за измерване на потока на пара в паропровод. Бюлетин за изобретенията, 27 декември 2004 г. / Притежател на патент ENIC/

4. Коваленко А.В. RF патент за изобретение № 2444726 (RU). Устройство за следене на топлинната мощност, масовия дебит, енталпията и степента на сухота на потока мокра пара. Бюлетин за изобретенията № 7, 2012 г

5. Tong L. Пренос на топлина по време на кипене и двуфазен поток. М.: Мир, 1969. -344 с.

6. Коваленко А.В. RF патент за изобретение № 2380694 (RU), MCP G 01N 25/60. Метод за контролиране на степента на сухота на влажна пара / A.V. Коваленко // Бюлетин за изобретения. 2010 г. № 3. № 2008119269. Приоритет 15.05.2008 г.

7. Коваленко А. В. RF патент за изобретение № 2459198 (RU), Устройство за контрол на степента на сухота, енталпия, топлина и масови дебити на мокра пара. Бюлетин за изобретенията № 23, 2012 г

8. Коваленко А.В. Заявка за изобретение № 2011129977 (RU). Устройство за определяне на степента на сухота на поток от мокра пара. Приоритет от 19 юли 2011 г. Решение за издаване на патент за изобретение от 9 юли 2012 г.

9. Коваленко А.В. Заявка за изобретение № 2011120638 (RU). Метод за контролиране на истинското обемно съдържание на пара и фазовите скорости на потока на мократа пара в паропровода на парогенератора. Приоритет от 20 май 2011 г. Решение за издаване на патент за изобретение от 12 октомври 2012 г.

10. Коваленко А.В. Заявка за изобретение № 2011121705 (RU). Метод за наблюдение на истинското обемно съдържание на пара и фазовите скорости на потока на мократа пара в тръбопровод за пара на поток. Приоритет от 27 май 2011 г. Решение за издаване на патент за изобретение от 12 октомври 2012 г.

Състоянието на парата се определя от нейното налягане, температура и специфично тегло. Налягането на парата, затворена в съд, е силата, с която тя притиска единица повърхност на стената на съда. Измерва се в технически атмосфери (съкратено на); Една техническа атмосфера е равна на налягане от 1 килограм на квадратен сантиметър (kg/cm2),

Стойността на налягането на парата, която е стените на котела, се определя от манометъра. Ако, например, инсталиран на парен котел, той показва налягане от 5 atm, тогава това означава, че всеки квадратен сантиметър от повърхността на стените на котела е под налягане отвътре, равно на 5 kg.

Ако газовете или парите се изпомпват от херметически затворен съд, тогава налягането в него ще бъде по-малко от външното налягане. Разликата между тези налягания се нарича разреждане (вакуум). Например, ако външното налягане е 1 atm, а в съда 0,3 atm, то вакуумът в него ще бъде 1-0,3=0,7 atm. Понякога разреждането се измерва не във фракции от атмосферата, а във височината на колона течност, обикновено живак. Изчислено е, че налягане от 1 техническа атмосфера, т.е. 1 килограм на 1 квадратен сантиметър, създава живачен стълб с височина 736 mm. Ако разреждането се измерва с височината на колоната pTyfra, то в нашия пример очевидно е равно на: 0,7X736=515,2 mm.

Разреждането се определя от вакуумметри, които го показват във фракции от атмосферата или от височината на живачния стълб в милиметри.

Температурата е степента на нагряване на телата (пара, YODY, желязо, камък и др.). Определя се с термометър. Както знаете, нула градуса по Целзий съответства на температурата на топене на леда, а 100 градуса съответства на точката на кипене на водата при нормално атмосферно налягане. Градусите по Целзий се означават с °C. Например, температура от 30 градуса по Целзий се обозначава, както следва: 30 ° C.

Специфичното тегло на парата е теглото на един кубичен метър (m3) от нея. Ако е известно например, че 5 m3 пара има тегло 12,2 kg, тогава специфичното тегло на тази пара е 12,2: 5=2,44 kg на кубичен метър (kg/m3). Следователно специфичното тегло на парата е равно на нейното общо тегло (в kg), разделено на нейния общ обем (в m3).

Специфичният обем на парата е обемът на един килограм пара, т.е. специфичният обем на парата е равен на нейния общ обем (в m3), разделен на нейното общо тегло (в kg).

Колкото по-високо е налягането, под което се намира водата, толкова по-висока е нейната точка на кипене (насищане), следователно всяко налягане има своя собствена точка на кипене. Така че, ако манометърът, инсталиран на парен котел, показва налягане от например 5 atm, тогава точката на кипене на водата (и температурата на парата) в този котел е 158 ° C. Ако налягането се повиши така, че манометърът да показва 10 atm, тогава температурата на парата също се повишава и ще бъде равна на 183 ° C.

Нека сега разгледаме как се произвежда парата.

Да приемем, че стъкленият цилиндър под буталото съдържа йод. Буталото приляга плътно към стените на цилиндъра, но в същото време може да се движи свободно в него (1, /). Нека приемем също, че в буталото е поставен термометър за измерване на температурата на водата и парата в цилиндъра.

Ще загреем цилиндъра и в същото време ще наблюдаваме какво се случва с водата вътре в него. Първо, ще забележим, че температурата на водата се повишава, обемът й леко се увеличава и буталото в цилиндъра започва бавно да се движи нагоре. Накрая температурата на водата се повишава толкова много, че водата завира (1,//). Парните мехурчета, излитащи от водата със сила, ще отнесат нейните частици под формата на пръски, в резултат на което пространството над врящата вода ще се запълни със смес от частици пара и вода. Такава смес се нарича мокра наситена пара или просто мокра пара (I, III).

Докато продължаваме да кипим, ще забележим, че в цилиндъра има все по-малко вода и все повече и повече мокра пара. Тъй като обемът на парата е много по-голям от обема на водата,; от което се оказа, тогава, когато водата се превърне в пара, вътрешният обем на цилиндъра ще се увеличи значително и буталото бързо ще се издигне.

Накрая ще дойде момент, когато и последната частица вода в цилиндъра ще се превърне в пара. Такава пара се нарича суха наситена (1,/K) или просто суха. Температурата на парата и водата по време на кипене (температура на насищане) остава постоянна и равна на температурата, при която водата е започнала да кипи.

Ако нагряването на цилиндъра продължи, тогава температурата на парата ще се увеличи и в същото време нейният обем ще се увеличи. Такава пара се нарича прегрята (1,V).

Ако нагряването на цилиндъра бъде спряно, тогава парата ще започне да отделя топлина на околната среда, докато нейната температура ще намалее. Когато стане равна на температурата на насищане, парата отново ще се превърне в суха наситена. След това постепенно ще се превърне в течност, следователно парата ще стане мокра. Този процес протича при постоянна температура, равна на температурата! Cypedia. Кога; последна част! парата ще се превърне във вода, водата ще спре да кипи. След това ще има допълнително понижаване на температурата до температурата на околната среда.

От горното могат да се направят следните изводи.

Първо, парата може да бъде мокра, суха и прегрята. Състоянието на сухата пара е много нестабилно и дори при най-малкото нагряване * или охлаждане тя става прегрята или мокра.В резултат на това в практически условия парата е само мокра или прегрята.

Второ, наблюдавайки кипящата в него вода през стените на стъклен цилиндър, може да се забележи, че в началото на кипенето, когато в цилиндъра все още има много вода, парата има плътен млечнобял цвят. Докато водата извира, когато става все по-малко и по-малко в парата, плътността на този цвят намалява; парата става по-прозрачна. Накрая, когато и последната частица вода се превърне в пара, тя ще стане прозрачна. Следователно самата водна пара е прозрачна, а белият цвят й се придава от частиците вода, които съдържа. В мократа пара може да има различни количества водни частици. Следователно, за да имате пълна картина на мократа пара, трябва да знаете не само нейното налягане, но и степента на сухота. Тази стойност показва; колко суха пара във части от килограм се съдържа в един килограм мокра пара. Например, ако един килограм мокра пара се състои от 0,8 kg суха пара и 0,2 kg вода, тогава степента на сухота на такава пара е 0,8. Степента на сухота на мократа пара, произведена в парни котли, е 0,96-0,97.

Трето, в експеримента натоварването на буталото не се промени, което означава, че налягането на прегрятата пара (както и благословената суха) остана непроменено по време на експеримента, но температурата му се увеличи при нагряване. Следователно при едно и също налягане температурата на прегрятата пара може да бъде различна. Следователно, за да се характеризира такава пара, се посочва не само нейното налягане, но и нейната температура.

Така че, за да характеризирате мократа пара, трябва да знаете нейното налягане и степен на сухота, а за да характеризирате прегрятата пара, нейното налягане и температура.

In-h e ^ g in e r you x, прегрята пара започва да се образува едва след като в цилиндъра не е останала вода, следователно, когато има. вода, можете да получите само мокра пара. Ю

Следователно в парните котли парата може да бъде само мокра. Ако е необходимо да се получи прегрята пара, тогава мократа пара се отвежда от котела в специални устройства - паропрегреватели, като по този начин се отделя от водата. В прегревателите парата се нагрява допълнително, след което вече се прегрява.

Въпреки че е необходимо устройство за прегряване за получаване на прегрята пара, което усложнява котелната инсталация, но поради предимствата, които прегрятата пара има в сравнение с мократа; използва се по-често в корабни инсталации. Основните от тези предимства са следните.

1. Когато прегрятата пара се охлажда, тя не кондензира. Това свойство на прегрятата пара е много важно. Колкото и добре да са изолирани тръбите, през които тече парата от котела към машината и парния цилиндър на тази машина, те все още провеждат топлина и следователно парата, в контакт със стените им, се охлажда. Ако парата не е нагрята, тогава охлаждането се свързва само с намаляване на нейната температура и специфичен обем. Ако парата е мокра, тя кондензира, т.е. част от парата се превръща във вода. Образуването на вода в паропровода и особено в цилиндъра на парната машина е вредно и може да доведе до голяма авария.

2. Прегрятата пара отделя топлина по-лошо от мократа пара, следователно, в контакт със студените стени на тръбопроводи, цилиндри и др., Тя се охлажда по-малко от мократа пара. Като цяло при работа с прегрята пара се постига икономия на гориво от 10-15%.

Газови вентили (магнитни вентили, предпазни спирателни вентили, предпазни предпазни клапани, спирателни вентили и клапанни блокове)
Шкафни точки с една редукционна линия и байпас
Шкафни точки с основна и резервна редукционна линия

Устройства за газова безопасност, включително газови аларми

Средства за измерване и регулиране на налягането

Манометри, манометри, манометри за налягане и вакуум, показващи и сигнализиращи
Манометри, манометри и манометри за индикация и сигнализация
Свързано оборудване (диафрагмени медийни сепаратори, демпфери на пулсации, позиционери и др.)

Средства за измерване и контрол на температурата

Термомери, измервателни уреди-регулатори и терморегулатори
Контролери за регулиране на температурата в отоплителни системи
Терморегулатори, многоканални измервателни уреди и контролери

Средства за измерване и контрол на ниво

Съпътстващо оборудване за нивомерни и контролни устройства

Спирателна арматура и спирателна и регулираща арматура

Регулиращи вентили, смесителни вентили, спирателни кранове и регулатори на водно налягане
Свързано оборудване (тестери за течове, COF, термични капаци и др.)

Промишлено газово отопление, газово инфрачервено лъчисто отопление

Промишлени газови инфрачервени радиатори от лек тип
Промишлени газови инфрачервени излъчватели от тъмен тип
Въздушни завеси, газови нагреватели, топлогенератори
Таванни, стенни (стенни) инфрачервени панели и лентови инфрачервени отоплителни системи

Вашето приложение

Купете продукта, от който се нуждаете. За да направите това, отидете на страницата с нейното описание и щракнете върху бутона
„Добавяне на артикул към поръчката“

Отчитане на потреблението на пара. Приключенията на инженерите по измервателни уреди или вихровите разходомери като реална алтернатива на отворите

Издание: Енергиен анализ и енергийна ефективност №6. Година: 2006

15.10.2006

В момента с право се обръща повишено внимание на въпросите за отчитане на енергийните ресурси. Това се обуславя от факта, че, от една страна, без надеждна информация за изразходваните ресурси е невъзможно компетентното провеждане на енергоспестяващи мерки, което в контекста на постоянно нарастване на цените на енергията е жизненоважно както за индивидуалните предприятия и всяка от индустриите и икономиката на страната като цяло. От друга страна, в контекста на многократното увеличаване на броя на измервателните уреди, проблемът с разходите за тяхната поддръжка или по-скоро поддържането им в работно състояние излиза на преден план.

Поради спецификата на тази среда, измерването на потока на пара е отделено от областта на газоизмервателните задачи. Това се определя преди всичко от високите температури и налягания в паропроводите, както и наличието в тях, включително в резултат на повишено износване на тръбопроводите при тези екстремни условия, различни механични примеси (продукти на корозия, котлен камък и др.), както и като кондензат. Следователно, с цялото разнообразие от методи за измерване на потока, наистина има само две алтернативи за решаване на проблема с отчитането на парата:

разходомери, базирани на метода на променлив спад на налягането в стесняващото устройство (DR);
вихрови разходомери (VR).

Трябва ли да се избере разходомер въз основа единствено на цена, динамичен диапазон (DR), точност и интервал на калибриране (CLI)?
Дали техническите характеристики на руските разходомери наистина отговарят на най-добрите чуждестранни аналози?

В главата на средния метролог са се развили следните характеристики на разглежданите методи за измерване на потока:

Съответно заключението е много просто: ако има средства, тогава е по-добре да закупите вихров разходомер, тъй като е по-точен и проверката е по-рядка; ако финансирането е ограничено, тогава остава само „добрата стара“ диафрагма.

Това заключение можеше да завърши статията, ако не бяха ключовите моменти, очертани в преамбюла. Затова предлагаме да забравите изображенията и цифрите за изследваните методи за измерване и да започнете да избирате разходомер за пара от нулата.

Като начало, нека си припомним какви са разходомерите на системата за управление и вихровите разходомери.

Първият се състои от някакво стеснително устройство, монтирано в тръбопровода. Обикновено като стеснително устройство се използва така наречената диафрагма: диск, чийто вътрешен диаметър е по-малък от вътрешния диаметър на тръбопровода. Благодарение на локалното стеснение, диафрагмата създава диференциално налягане, чиято стойност се измерва от датчик за диференциално налягане. В същото време се измерва абсолютното налягане на парата в тръбопровода и температурата на парата. Ако дебитът на диафрагмата е известен, тази информация е достатъчна, за да се изчисли дебитът на газ или пара и съответно да се определи количеството продукт, изразходван за отчетния период.

Вихровият принцип на измерване на потока се основава на ефекта на фон Карман, което означава, че когато течност или газ тече около лошо обтекаемо тяло, възниква редовно образуване на вихри, т.е. редуващо се образуване и отделяне на вихри от двете страни на определеното тяло, като честотата на повторение на вихрите е пропорционална на скоростта на потока. Това образуване на вихър е придружено от редовни периодични пулсации на налягането и скоростта на потока в следата зад блъфовото тяло. Съответно, чрез измерване на честотата на тези пулсации е възможно да се определи скоростта или скоростта на потока на газа или парата при работни условия. За да се определи количеството преминала пара, е необходимо, както при СУ, допълнително да се измери налягането и температурата на парата.

В статията ще разгледаме характеристиките на два подвида вихрови разходомери (VR), които са широко разпространени в Русия, които се различават по начина, по който се откриват вихри:

Пулсациите на налягането или скоростта се записват от сензори, разположени на повърхността на пътя на потока.
Пулсациите на налягането действат върху чувствителен елемент (крило, тръба, пиезомикрофон и др.) зад тялото на блъфа, който ги предава на сензор, скрит дълбоко в устройството.

И така, обратно към задачата - трябва да инсталираме паромер.

Вероятно дебитът на парата ще варира в зависимост от времето на годината, производствените обеми и други фактори, така че е необходимо да се осигури марж за обхвата на измерване на разходомера.

Стандартното съотношение на максималния и минималния дебит, измерен с помощта на системата за управление, е 1:3, но може да достигне 1:10 (ако използвате мултилимитни "умни", но също и много скъпи сензори за диференциално налягане). Вече не е лошо, но цената на възела в този случай също ще бъде зададена на максимума на неговия "динамичен обхват".

Широкият динамичен диапазон е несъмнено предимство на вихровите разходомери. Този показател варира от 1:20 до 1:40. Но и тук не всичко е гладко. В края на краищата коефициентът на преобразуване на вихров разходомер (т.е. съотношението на честотата на образуване на вихри към стойността на моментния дебит на измерваната среда през измервателната секция на устройството) е стабилен в много ограничен диапазон от дебити определя се от числото на Рейнолдс Re (критерий за хидродинамично подобие). За постигане на максимална точност е необходимо да се въведат индивидуални корекционни коефициенти, които да гарантират точност на измерването в целия диапазон. Използването на масив от коефициенти изисква добра изчислителна мощност на процесора, така че най-новото поколение процесори трябва да бъдат инсталирани в съвременните интелигентни вихрови разходомери. За съжаление, не всички домашни устройства използват цифрова обработка на сигнала с корекция на зависимостта на Карман, така че грешката на измерване в такива устройства се увеличава с увеличаване на динамичния обхват.

Интересно е, че използването на цифрова спектрална обработка на сигнала направи възможно преодоляването на друг недостатък на VR, който беше жалко в миналото. Факт е, че принципът на измерване включва откриване на пулсации на потока. В този случай външните вибрации биха могли да се насложат върху полезния сигнал и дори напълно да го блокират. Смущението доведе до намаляване на точността на измерване и възможността за изходен сигнал при липса на поток в тръбопровода, т.нар. "самоходно" явление.

Съвременните интелигентни VR анализират спектъра на сигналите, прекъсват шума и усилват полезните хармоници, като по този начин гарантират точност на измерването. В същото време показателите за устойчивост на вибрации се увеличиха средно с порядък.

Характеристиките на отчитането на парата, които трябва да се вземат предвид при избора на измервателен уред, включват висока температура на средата, възможно запушване на тръбопровода в близост до разходомера, възможността за отлагания по вътрешните повърхности на разходомера, както и вероятността периодична поява на воден удар и термичен шок. Нека разгледаме влиянието на тези фактори.

Температурата на парата може да варира от 100 0C до 600 0C. В същото време разходомерите на системата за управление могат да се използват в целия посочен диапазон. Въпреки това, точността на измерване на разходомери в CS ще се влоши с повишаване на температурата, което е свързано с промяна на вътрешния диаметър на тръбопровода и диаметъра на диафрагмата, както и допълнителна температурна грешка на сензора за налягане. Ефектът от промяната на геометричните размери е особено критичен при измерване на тръбопроводи с диаметър по-малък от 300 mm, а допълнителната температурна грешка на сензора за налягане (например Metran-100) е 0,9% на 100 ° C.

Температурният диапазон на работа на BP може да съответства на 150, 200, 350, 450 0C, в зависимост от моделите и производителя. Освен това последните две стойности съответстват на характеристиките на внесените устройства. Надяваме се, че читателите са добре запознати с разликата между понятието „устройството работи и показва нещо“ и „устройството работи в съответствие с декларираните характеристики“. Много често производителите на VR мълчат за допълнителната температурна грешка, свързана с промяна в геометричните размери на елементите на пътя на потока. В чуждестранните разходомери се извършва автоматична корекция на показанията на потока по температура, понякога достигаща 0,2% на всеки 100 0C. В домашния интелигентен VR се извършва и температурна корекция. Затова не забравяйте да се консултирате с производителя за наличието на такава корекция на грешки при избора на разходомер.

Запушването на тръбопровода и появата на отлагания върху основните елементи на преобразувателя на потока с течение на времето може да анулира вашите усилия за избор и инсталиране на измервателен уред. Причината е проста: конструкцията на разходомера в CS включва образуването на отлагания на дъното на тръбопровода близо до предната стена на диафрагмата. С увеличаване на запушването се увеличава влиянието му върху грешката на CS, което понякога достига десетки проценти. Адхезията на вещество към повърхността на диафрагмата, както и износването на нейните ръбове, допринасят за превръщането на дозиращото устройство в сензор за наличие на поток в тръбопровода. За да не се случи това, е необходимо периодично (на всеки два месеца) да се почиства разходомерът в КС.

Какво ще кажете за VR? Замърсяването има значително по-малък ефект върху процеса на образуване на вихри, отколкото върху спада на налягането върху CS, освен това просто няма кухини и джобове, където да се натрупват отлагания в VR, така че стабилността на показанията на последния е много по-висока . В допълнение, експериментално е доказано, че образуването на вихри води до самопочистване не само на самото тяло на блъфа, но и на участъка на тръбопровода на разстояние приблизително 1 номинален диаметър на тръбопровода (DN) преди и 2-4 DN след блъф тялото. Използването на специални форми и размери на блъф тела направи възможно допълнително намаляване на ефекта от тези промени в геометричните размери на пътя на потока на VR.

Днес производителите използват блъф тела със специална форма. Те са проектирани по такъв начин, че промяната им влияе на точността на измерване в много по-малка степен от тази на CS и VR с правоъгълни или още повече цилиндрични блъф тела. Все пак трябва да се помни, че парцали, гаечни ключове и други видове „механични примеси“ понякога могат да бъдат „транспортирани“ заедно с пара в нашите тръбопроводи. Ето защо, ако не е монтиран филтър преди измервателната станция (поне голяма мрежа), тогава трябва да обърнете внимание на VR със свалящо се тяло. Такова устройство може да се почисти без демонтаж и последваща проверка.

Важен показател за надеждността на паромерното устройство е неговата устойчивост на хидравлични удари, които често възникват в резултат на неизправности в работата на източниците на топлина и „личната инициатива“ на персонала по поддръжката. За да може читателят да има уважение към това явление, отбелязваме, че водните удари и обикновено повишаването на налягането след тях водят до спукване на отоплителните батерии и често са основната причина за повредата на сензорите.

Разходомерите в системата за управление не се страхуват от воден удар и BP е разделен на два лагера. При VR, базиран на пулсации на налягането, чувствителните елементи са разположени под тънка мембрана и следователно не са защитени от воден удар. Производителите, като правило, честно предупреждават за това, като обаче напомнят, че гаранцията за устройството в този случай е невалидна. Във VR въз основа на напрежения на огъване чувствителният елемент е отделен от измерваната средаследователно не знае нищо за водния чук.

Когато парата се подава през охладен тръбопровод, настъпва рязко повишаване на температурата, докато чувствителните елементи на сензора се оказват много горещи отвътре и охладени отвън. Това повишаване на температурата се нарича термичен шок и съответно е също така опасно само за пулсации на налягането VR, чиито чувствителни елементи са в непосредствена близост до измерваната среда.

Сега нека си представим тръбопровод, на който ще монтираме измервателен уред. Ако измервателният уред е монтиран на открито или в неотопляемо помещение, тогава системата за управление ще изисква повишено внимание: импулсните линии, свързващи сензора за налягане към тръбопровода, могат да замръзнат, така че ще трябва да се нагреят и прочистят.

Вихровите разходомери не са причудливи към мястото на монтаж и не изискват поддръжка. Препоръчваме само да се уверите, че устройството отговаря на климатична версия C3 от (-40 до +70) 0С и да се уверите, че калкулаторът е топъл.

Говорейки за калкулатори. Сам по себе си обемният дебит на парата, чиито стойности са дадени от разходомера, няма практическа стойност. Изисква се да се знае или масата на парата, или топлинната енергия, която пренася. За тези цели се използват топломери, които изчисляват необходимите параметри въз основа на данни от сензори за поток, налягане и температура. Необходимите и задължителни функции на калкулатора включват поддържане на архив на измерените параметри, както и наблюдение и запис на аварийни ситуации.

Можете да свържете разходомера към калкулатора, като използвате токов сигнал 4-20 mA, който може би е наличен за всички разходомери, както за SU, така и за вихрови.

Предимствата на вихровите разходомери включват допълнителен изходен честотен сигнал. Предимството му е по-висока точност. Моля, обърнете внимание, че производителите посочват относителната грешка за честотния сигнал и намалената грешка за токовия изход. Дадената грешка означава, че точността на стойностите ще се влоши пропорционално, когато се отдалечите от максималния дебит. Например, ако за разходомер с DD 1:10 е посочена намалена грешка, да речем 1,0%, тогава това означава, че при максимален дебит относителната грешка наистина ще бъде 1,0%, а при минимална тя вече ще съответства на 10%. Изводът е прост: честотният сигнал е за предпочитане. Освен това всички съвременни калкулатори имат честотен входен сигнал от 0-1000 Hz или 0-10000 Hz.

За чуждестранните производители цифровият изходен сигнал се счита за допълнителна опция, тъй като потребителите отдавна са оценили предимствата на цифровите комуникации. В Русия ситуацията е обратна: цифровият сигнал се предлага като безплатен бонус, но всъщност се използва в редки случаи. Руските производители на вторично оборудване често допринасят за това, считайки поддръжката на цифрови входни сигнали за излишна. Освен това за преминаването на цифров сигнал са необходими по-добри комуникационни линии, които в момента далеч не са налични навсякъде. Независимо от това, наличието на цифров канал в разходомера може да бъде много полезно при автоматизиране на технологични процеси или просто при показване на показанията на инструмента на компютър. Нека отбележим важен момент: изберете устройства със стандартизирани цифрови протоколи, признати в света HART, Foundation Field Bus, ProfiBus, Modbus. В противен случай използването на затворени стандарти, разбираеми само за производителя на устройството, ще бъде малко полезно.

Нека се върнем обаче към тръбопровода и мястото на монтаж на паромерното устройство. Повечето разходомери трябва да се монтират на прави участъци от тръбопровода с дължина от 1 до 100 номинални диаметъра (DN). Най-дългите прави участъци от 30 до 100 Du са необходими за разходомери с SU. Неспазването на тези изисквания води до нарушаване на равномерността на потока на средата и в резултат на това до намаляване на точността на измерване.

В сравнение с SU, VR налага по-малко строги изисквания към дължините на правите участъци. Съответните препоръки са 30Dn, с възможно намаление до 10Dn в зависимост от конфигурацията на тръбопровода. В повечето случаи намаляването до 10Dn без компромис с точността е възможно само след въвеждането на допълнителни корекционни коефициенти, които отчитат характеристиките на мястото на инсталиране.

Имайте предвид, че някои руски производители на VR съобщават за „победа над законите на хидродинамиката“ и посочват изисквания за прави участъци от 3 до 5D, което е 2 или дори 3 пъти по-добро от това на чуждестранните проби. Нека оставим подценяването на изискванията за дължините на правите участъци на съвестта на тези производители. И препоръчваме на потребителите да не се занимават със самоизмама и да инсталират VR на тръбопроводи с прави участъци с дължина най-малко 10Du, а SU - най-малко 30Du.

И сега каним читателите да развият въображението си и да си представят не един, а три еднакви тръбопровода с пара наведнъж и трима инженери Шайбов, Фишкин и Вихрев, на всеки от които ще поверим инсталирането и поддръжката на измервателен уред на един от тръбопроводите.

Инженерите решиха да отидат по различни начини, за да решат проблема с измерването на парата и съответно избраха измервателен уред, базиран на SU, внесен уред за измерване на пара, базиран на BP, и домашен уред за измерване на пара, базиран на BP. В същото време Шайбов се ръководи предимно от цената на измервателната единица. Фишкин реши да се разкачи, вярвайки, че „скъперникът плаща два пъти“ и закупи внесен вихров разходомер. Вихрев проучи внимателно въпроса и според принципа „ако няма разлика, защо да плащаме повече?“, Той се спря на домашен вихров разходомер за напрежение на огъване. Нека да разгледаме нашите герои.

Проблемите очакваха нашите герои още на първия етап, при закупуване на разходомери.

Когато изчисляваше, Шайбов не подозираше, че цената на сензора за налягане ще се увеличи с една трета поради факта, че устройството ще бъде разположено в неотопляемо помещение, а импулсните линии с клапанни блокове се оказаха не толкова евтини, колкото се очакваше . В резултат на това цената на измервателния уред в системата за управление беше равна на решението, базирано на вътрешния BP.

Фишкин беше малко разстроен, когато след като чакаше 5 седмици, за да получи оборудването, научи, че ще трябва да чака още няколко седмици поради забавяне на митницата.

Проблемите на Вихрев на този етап включват може би трудността при избора от голям асортимент от калкулатори. (Ние обаче не бихме искали да засягаме проблема с избора на калкулатор в тази статия, така че ще се доверим на избора на Вихрев и дори няма да го питаме кой калкулатор е закупил).

Най-накрая всички инженери получиха оборудването, остава да го монтират и първият етап е завършен. Вихрев се справяше най-бързо, тъй като заедно с разходомера бяха доставени технологичната вложка и комплект монтажни части. Шайбов трябваше да отдели много повече време, за да изпълни всички задължителни изисквания за инсталиране на диафрагмата: да гарантира, че диаметрите на тръбопровода и корпусите на диафрагмата съвпадат, подравняването на CS и тръбопровода, за свързване на камерите на CS с пада на налягането сензор чрез импулсни линии. Шайбов също трябваше да се примири с факта, че точността на измервателния уред ще бъде по-ниска от декларираната поради неотчетени фактори: грапавост на тръбопровода и несъответствия между действителния вътрешен диаметър на тръбопровода и изчислените данни.

Инсталирането на дозиращото устройство на базата на вносно оборудване премина гладко благодарение на добре илюстрираните ръководства за експлоатация. „Мухата в мехлема“ обаче беше хвърлена от местния дилър, който отказа да достави комплект монтажни части за разходомера и прехвърли производството му във Fishkin. Радостта на Фишкин от успешното инсталиране на възела също беше кратка, тъй като програмирането на инструментите се оказа трудно поради липсата на меню на руски език и очевидни грешки в превода на придружаващата документация. Обаждане до местен доставчик показа, че нямат специалист по настройка на оборудването, така че всички въпроси бяха пренасочени към централата на представителството на компанията в Русия. И Фишкин дълго чакаше отговор на въпросите си. Фишкин обаче е свикнал да чака...

И така, оборудването е инсталирано и свързано, възелът е предаден. Мина време обаче и Шайбов започна да се съмнява, че показанията на С.У. не са верни. След отваряне, почистване на диафрагмата и съседния участък на тръбопровода от запушвания и прочистване на импулсните линии, показанията започнаха да съответстват на очакваните, но заключението беше разочароващо: веднъж на всеки два месеца е необходимо почистване на възела.

Фишкин и Вихрев наблюдаваха суматохата на своя колега с известна злоба, мислейки си, че ще си спомнят своите възли в BP едва три години по-късно, когато дойде времето за тяхната проверка. Издадената резолюция на местния CSM обаче разсея очакванията: регионът въведе заповед за калибриране на всички разходомери за топлинна енергия всяка година, независимо от предписанието на федералните разпоредби.

Дойде най-хубавият час на Шайбов: цялата проверка на измервателната станция доведе до следващото отстраняване на диафрагмата (през годината на приятелство със SU инженерът се научи бързо да отстранява диафрагмата, тъй като извършваше тази процедура редовно) и измерва неговата геометрия в присъствието на представител на CSM, както и при проверка на сензори за налягане и температура.

Внесеният разходомер Fishkin може да бъде проверен по два начина: чрез изливане на устройството върху стойка за вода или използване на метод без разливане. Вторият вариант се оказа по-предпочитан. Процедурата за проверка се оказа доста проста: измерване на геометрията на тялото на блъфа и проверка на електронния блок. Вярно е, че Фишкин трябваше допълнително да закупи специален скъп комплект за проверка, който можеше да се откаже, ако устройството използва стандартни, а не уникални маркови конектори.

Вихрев беше готов за процедурата за проверка и дори я чакаше, тъй като още на етапа на закупуване той направи избор в полза на VR напрежения на огъване, които поради тяхната гъвкавост могат да бъдат проверени не само във въздуха, но и на стенд за тестване на водата, който се предлага във всеки областен център. Приятна изненада за Вихрев беше наличието на официално одобрен метод за проверка без разливане, подобен на разходомера Fishkin.

И накрая ви предлагаме да си представите, че разходомерите на инженерите не работят. Само ще съжаляваме за Шайбов: в края на краищата той вече не се отклонява от SU, като е неразделна част от измервателния уред. Нека неизправностите на разходомерите Fishkin и Vikhrev са от едно и също естество, нека си представим например, че честотният изход на двете устройства е неуспешен по вина на работник, който е объркал полярността на връзката на контактите.

И така, след като се оплакаха от работниците, Фишкин и Вихрев започнаха да изучават ръководствата за експлоатация на разходомера. Използвайки вградената функция за самодиагностика, Fishkin се увери, че само честотният изход е неправилен. След като се обади в сервизния център (SC), той разбра, че подмяната на електрониката е петминутна процедура, благодарение на модулния дизайн на устройството. SC обаче отказа да предостави документация за ремонт и сменяем модул, обяснявайки такава секретност като политиката на компанията на производителя. Фишкин трябваше да изпрати устройството в сервиза, където, както се оказа по-късно, такъв модул в момента не беше на склад, така че беше поръчан в чужбина. Ето една петминутна процедура за вас. Но чакай, Фишкин, чакай. Вие сте свикнали с това.

Вихрев също се обади в СЦ и дори, знаейки злополуките на Фишкин, беше готов да изпрати устройството там. Но в СК го изненадаха приятно. Вихрев е уведомен, че устройството му може да бъде ремонтирано на място и е изпратена документация за ремонт, предлагаща избор дали да смени модула сам или да демонтира устройството и да го изпрати в най-близкия СЦ. Виждайки, че за да смените електрониката, просто трябва да развиете няколко болта и не е необходимо да демонтирате целия разходомер и освен това да спрете подаването на пара в тръбопровода, Вихрев реши сам да извърши ремонта. Няколко дни по-късно на Вихрев беше изпратен резервен електронен модул от производителя, който той получи сутринта; и до обяд дефектният модул беше сменен и устройството отново заработи.

BP трябва да се избере, т.к SU изисква постоянна поддръжка. В противен случай грешката на измерване на SU значително ще надвиши декларираните стойности;
всички придружаващи документи трябва да са на руски език;
разходомерът трябва да има официално одобрена процедура за проверка без разливане и да бъде универсален, за да осигури възможност за проверката му на водна стойка;
чувствителният елемент на разходомера трябва да бъде надеждно защитен от хидро- и термични удари;
конструкцията на разходомера трябва да е модулна, с възможност за бърза и удобна подмяна на място на всеки от модулите;
документацията за ремонт трябва да бъде предоставена от производителя по искане на потребителите;
регионалният SC на производителя трябва да осигури възможност за бърз ремонт на повреден разходомер, включително директно на мястото на работа.

Към препоръките на нашите измислени герои добавяме, че при избора на разходомер трябва да се вземе решение не само на базата на числата, подчертани в големи брошури, но и на други важни технически и експлоатационни характеристики.

Насладете се на банята си!