dr., A. V. Kovalenko
Contoarele de abur supraîncălzite utilizate determină: presiunea, temperatura și unul„parametru de cheltuială”. După cum sa menționat deja, aceste informații nu sunt suficiente pentru a determina căldura și masa aburului umed.
Pentru a asigura capacitatea de a controla căldura și masa aburului umed pentru astfel de contoare, este planificată utilizarea computerelor cu capacitatea de a introduce corecția pentru parametrul „gradul de uscăciune”. Cu toate acestea, o astfel de soluție la problema monitorizării parametrilor aburului umed, pe baza nivelului cunoscut de tehnologie, ar trebui considerată insuficient de eficientă.
În conductele de abur supraîncălzite, semnalul „parametrului de debit” al acestor contoare corespunde debitului masic al debitului controlat. Consumul de abur supraîncălzit poate fi reprezentat astfel expresie matematică:
, (1 .1)
unde: - consumul de abur supraîncălzit;
Densitatea aburului supraîncălzit;
Viteza aburului supraîncălzit în linia de abur;
Secțiune transversală a fluxului controlat.
Densitatea aburului supraîncălzit este o funcție cunoscută a presiunii și temperaturii aburului din linia de abur controlată.
Pentru a determina debitul de abur supraîncălzit (), poate fi utilizat orice contor de „parametru de debit” acceptabil, de exemplu o diafragmă de măsurare.
Astfel, debitul de abur supraîncălzit este determinat din semnalele măsurate ale „parametrului de curgere”, temperatură și presiune. Acest model de calcul este ideal pentru determinarea parametrilor aburului supraîncălzit.
Cu toate acestea, aburul supraîncălzit, în procesul de utilizare sau pierdere a energiei sale termice, devine inevitabil abur umed.
Debitul de abur umed poate fi reprezentat prin următoarea expresie matematică:
, (1.2)
unde: - consumul de abur umed;
Debitul fazei de vapori a aburului umed (faza abur saturat);
Consum fază lichidă abur umed;
Viteza de mișcare a fazei lichide a fluxului.
Abur saturat cu temperatura vapori saturati; - abur umed; - apa la temperatura vaporilor saturati.
Densitățile fazelor de abur umed sunt funcții cunoscute ale presiunii aburului în linia de abur controlată. Alți parametri ai aburului umed, de exemplu, cum ar fi: , , , , , , nu pot fi determinați de contoarele de abur supraîncălzite. În această situație, nu are sens să corectăm semnalul „parametrului de curgere” cu valoarea măsurată a gradului de uscăciune, pentru că acest semnal nu corespunde fizic debitului sau fazelor acestuia. Un astfel de semnal al unui „parametru de debit” nu are nevoie de corectare, ci... de ajustare.
Problema identificată de control al căldurii și masei aburului umed poate fi prezentată în detaliu folosind exemple specifice.
Exemplu de sistem de măsurare a debitului. Sistem de măsurare a debitului de abur folosind tuburi de presiune special concepute conform brevetului de invenție nr. 2243508 (RU). În acest sistem (dispozitiv) de determinare a debitului, presiunea statică și diferența de presiune () dintre două tuburi de presiune într-un flux controlat de abur la ieșirea din reactor sunt măsurate, fereastra de primire a unui tub de presiune este îndreptată spre flux, iar altele - în aval.
Din surse publicate se știe că rezultatele testelor acestui sistem în conductele de abur ale centralelor nucleare și centralelor termice arată avantajul utilizării tuburilor de presiune față de alți metri de parametri de abur. În special, avantajul lor față de diafragmele de măsurare este demonstrat în fiabilitatea și simplitatea designului, simplitatea și ușurința instalării și absența virtuală a pierderilor de presiune.
În conducta de abur a unui reactor, de exemplu, unitățile de putere VVER-1000, aburul umed curge cu un grad de uscare care nu depășește 0,98. În acest sens, diferența de presiune () măsurată de cele două tuburi de presiune ale dispozitivului este formată din ambele faze ale fluxului controlat. Dependența acestei căderi de presiune de tuburile de presiune de parametrii de curgere poate fi reprezentată prin următoarea expresie matematică:
(1.3)
unde: - coeficientul semnalului a două tuburi de măsurare;
Conținutul de abur volumetric adevărat al fluxului de abur umed;
Viteza de mișcare a fazei de vapori a fluxului;
Viteza de mișcare a fazei lichide a fluxului;
Densitatea fazei de vapori;
Densitatea fazei lichide.
Ecuația de mai sus (1.3) conținetreiparametri de debit necunoscuți (, , ) și coeficientul ( ) semnal de la tuburile de măsurare ale aparatului. Nu sunt furnizate acestui sistem alte informații pentru rezolvarea problemei. În acest sens, problema determinării debitului de abur umed nu poate fi rezolvată fără utilizarea unor informații suplimentare sau introducerea unor condiții limitative.
Pentru dispozitivul în cauză, pentru a determina debitul debitului controlat de abur umed, este necesar să se determine cumva sau, undeva, să se ia valorile, , Și .
Acest dispozitiv este utilizat în sistemul de control al nivelului lichidului de răcire din reactoarele centralei nucleare. Sistemul de procesare a informațiilor al dispozitivului utilizează un model de flux monofazat. Aceasta rezultă din textul și formulele din descrierea acestuia. Astfel, prezența efectivă a fazei lichide în fluxul controlat este ignorată de acest dispozitiv. Formula de calcul de bază a dispozitivului conform brevetului de invenție nr. 2243508 (RU) poate fi reprezentat astfel:
(1.4)
Adică, ecuația (1.3) este utilizată la o valoare fixă ( egal cu unu) conţinutul volumetric real de vapori ( ). Direct din ecuația (1.4) este clar cum aceasta distorsionează valoarea calculată a parametrului de viteză al fazei de vapori a fluxului. Partea stângă a formulei este parametrul măsurat, format din două faze de curgere care se deplasează cu viteze diferite (vapori continui și, în volumul său, lichid dispersat). Partea dreaptă a formulei este produsul dintre densitatea fazei de vapori (o funcție de presiunea statică) și pătratul vitezei de curgere a fazei de vapori.
Un alt exemplu. Dispozitivul conform brevetului nr. 2444726 (RU) conține o linie de abur cu un contor „parametru de debit” care este selectiv la proprietățile și parametrii fazei de vapori (de exemplu, un tub Pitot a cărui fereastră de recepție este îndreptată de-a lungul fluxului) , un contor de presiune statică și un contor pentru gradul de uscăciune.
- Pe semnal presiunea statică () determină parametrii „tabulari” necesari ai fluxului, de exemplu: densitățile și conținutul de căldură specific al fazelor sale:
Densitatea fazei de vapori;
Densitatea fazei lichide;
Entalpia fazei de vapori;
Entalpia fazei lichide.
CU biptat Un vacuometru dinamic (dacă coeficientul este predeterminat sau luat undeva) vă permite să determinați viteza fazei de vapori a fluxului:
,(2.1)
unde: - semnalul vacuometrului dinamic;
Coeficientul de semnal al vacuometrului dinamic;
Densitatea fazei de vapori;
Viteza fazei de vapori a fluxului de abur umed.
- Pe semnal contor de uscăciune determinați raportul dintre debitul fazei de vapori (faza de abur saturat) și debitul total al debitului controlat:
, (2.2)
Rezolvarea sistemului de două ecuații (2.1) și (2.2) cu trei parametri necunoscuți: , , , și un al patrulea coeficient necunoscut este posibilă numai cu utilizarea de informații suplimentare.
Astfel de Informații suplimentare Parametrul alunecării de fază () poate fi utilizat pentru a rezolva problema. Raportul dintre valoarea „locală” (conținutul de vapori volumetrici adevărat) și valoarea „consumabilului” (conținutul de vapori volumetrici consumabile) în tehnologia numită parametrul alunecării de fază ( 
). Parametrul alunecării de fază (), este o funcție slabă a presiunii și poate fi determinat prin formula empirică ().
Astfel, pentru a rezolva problema, se obține a treia ecuație:
, (2.3)
Dacă determinăm sau luăm cumva coeficienții ( , , ) undeva, sistemul de trei ecuații (2.1), (2.2), (2.3) cu trei parametri de debit necunoscuți ( , , ) din semnalele contoarelor dispozitivului (conform brevetului). Nr. 2444726) ne permite să rezolvăm sarcina de a controla căldura și masa fluxului de abur umed. Soluția prezentată pare foarte greoaie, dar în unele condiții de implementare dezavantajul observat este neglijabil. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că parametrii de abur determinați de acest dispozitiv sunt în urmă cu momentul actual pentru timpul de întârziere al parametrului determinat al gradului de uscăciune (aproximativ 30-40 secunde).
În lucrarea prezentată folosind exemple specifice se arată că:
- faimos contoarele de abur supraîncălzit nu oferă capacitatea de a crea un sistem de monitorizare a căldurii și a masei aburului umed și saturat.
Trebuie recunoscut faptul că unitățile de monitorizare a căldurii și a masei aburului umed folosind contoare de abur supraîncălzit sunt inutile. Prin ele însele, nu controlează căldura și masa fluxului de abur umed, iar atunci când sunt completate cu mijloace de control al gradului de uscare, în cel mai bun caz, formează un sistem de control greoi care nu oferă precizia necesară cu o întârziere semnificativă în parametrii de abur determinați.
Ar trebui să acordați atenție nivelul de tehnologie disponibil pentru rezolvarea problemelor de control caldura si masa aburului umed: .
Soluțiile tehnice propuse reprezintă nucleul (opțiunea) unui sistem de monitorizare a parametrilor actuali ai aburului umed, care oferă capacitatea de a standardiza precizia folosind semnale de referință ale contoarelor de grad de uscăciune. Precizia monitorizării conținutului volumetric real de vapori și a vitezelor fazei de curgere este direct standardizată. O descriere detaliată a acestei variante a sistemului de control al fluxului de căldură și masă pentru abur umed va fi prezentată mai târziu. munca separata.
Literatură:
1. Kovalenko A. V. Problema creării unui sistem de control al aburului umed pentru sarcinile contabile
și scopuri tehnologice. Articol pe portalul RosTeplo. Publicat 02.06.2012
2. A.G. Ageev, R.V. Vasilyeva, Yu.S. Gorbunov, B.M. Korolkov. Testarea unui sistem de măsurare a debitului de abur în conductele de abur ale generatoarelor de abur ale unității de putere nr. 3 a CNE Balakovo în moduri dinamice. / Revista „Nou în industria rusă de energie electrică”, nr. 11, 2007/
3. Ageev A.G. etc. Brevet RF pentru invenție nr. 2243508. Dispozitiv pentru măsurarea debitului de abur într-o conductă de abur. Buletinul de inventii, 27 decembrie 2004 / Titularul de brevet ENIC/
4. Kovalenko A.V. Brevet RF pentru invenție nr. 2444726 (RU). Un dispozitiv pentru controlul puterii termice, debitului masic, entalpiei și uscăciunii unui flux de abur umed. Buletinul de inventii Nr.7, 2012
5. Tong L. Transfer de căldură în timpul fierberii și curgerea în două faze. M.: Mir, 1969. -344 p.
6. Kovalenko A.V. Brevet RF pentru invenție nr. 2380694 (RU), MCP G 01N 25/60. Metoda de control al gradului de uscare a aburului umed / A.V. Kovalenko // Buletinul invențiilor. 2010. Nr 3. Nr 2008119269. Prioritate 15.05.2008
7. Kovalenko A.V. Brevet RF pentru invenție Nr. 2459198 (RU), Dispozitiv pentru monitorizarea gradului de uscăciune, entalpie, debitul termic și debitul masic al aburului umed. Buletinul de inventii Nr. 23, 2012
8. Kovalenko A.V. Cerere de invenție nr. 2011129977 (RU). Dispozitiv pentru determinarea gradului de uscare a unui flux de abur umed. Prioritate din 19 iulie 2011. Hotărâre de eliberare a brevetului de invenție din 9 iulie 2012.
9. Kovalenko A.V. Cerere de invenție nr. 2011120638 (RU). O metodă de monitorizare a conținutului volumetric real de abur și a vitezelor de fază ale fluxului de abur umed în linia de abur a unui generator de abur. Prioritate din 20 mai 2011. Hotărâre de eliberare a brevetului de invenție din 12 octombrie 2012.
10. Kovalenko A.V. Cerere de invenție nr. 2011121705 (RU). O metodă de monitorizare a conținutului de abur volumetric real și a vitezelor fazelor de curgere a aburului umed într-o conductă de abur de-a lungul fluxului. Prioritate din 27 mai 2011. Hotărâre de eliberare a brevetului de invenție din 12 octombrie 2012.
1. Măsurarea debitului de vapori de apă
Calculul dispozitivului de restricție pentru măsurarea debitului (Q 0) de vapori de apă se efectuează conform următoarei metode
Determinarea datelor lipsă pentru calcule
Presiunea absolută a mediului măsurat în fața dispozitivului de restricție este determinată ca suma dintre presiunea barometrică și excesul de presiune
unde este presiunea barometrică (P b = 1 kgf/cm2 = 9,8066*10 4 Pa);
Excesul de presiune().
Densitatea mediului măsurat în condiții de funcționare (și t=340 0 C).
Anexa 3
Determinăm valoarea lui D corespunzătoare temperaturii de funcționare t = 340 0 C a substanței din conductă folosind formula:
unde este diametrul interior al conductei în fața dispozitivului de restricție la o temperatură de t = 20 0 C (D = 200 mm);
Coeficientul mediu de dilatare termică liniară a materialului dispozitivului de restricție (conductă) în intervalul de la 20 la t°С, 1/grad
t este temperatura mediului măsurat în fața dispozitivului de restricție (t = 340 0 C).
Vâscozitatea dinamică a mediului măsurat în condiții de funcționare
|
Temperatura, 0 C |
|||||||
|
Vâscozitate dinamică, 10 -5 Pa*s |
Acceptăm.
Luăm indicele adiabatic egal cu k = 1,38.
Acceptăm dispozitivul de îngustare Duză, ghidându-se după următoarele considerații
a) la aceleași valori ale modulului și căderii de presiune, duza permite măsurarea unui debit mai mare decât a diafragmei, iar la D ? 300 mm oferă, de asemenea, o precizie de măsurare mai mare în comparație cu deschiderea (mai ales cu modulele mici);
b) la aceleași valori ale modulului și debitului, pierderea de presiune în duză este semnificativ mai mică decât în diafragmă;
c) acuratețea măsurării debitului de gaze și abur la utilizarea unei duze este mai mare decât la utilizarea unei diafragme;
d) o modificare sau contaminare a profilului de intrare al orificiului în timpul funcționării afectează coeficientul de curgere a diafragmei într-o măsură mult mai mare decât coeficientul de curgere al duzei.
1.3. Limita superioară de măsurare a manometrului de presiune diferențială Q P (Q OP, Q NI, Q MP) este selectată în funcție de cel mai mare debit măsurat specificat Q max = 0,8 m 3 /s = 2880 m 3 /h, astfel încât valoarea standard a Q P este cel mai apropiat cel mai mare în raport cu valoarea lui Q m ax. Astfel, acceptăm Q P = 3200 m 3 / h.
1.4. Acceptăm modulul dispozitivului de restricție din următoarele motive:
Când se utilizează duze și duze Venturi, inexactitatea corecției numărului Reynolds DQ are cel mai mic efect asupra coeficientului de curgere atunci când este de 0,5 ? m? 0,65.
Astfel acceptăm m = 0,5.
1.5. Din valoarea lui m calculez:
Coeficientul de consum a I după formula:
a I = 0,9100 + 0,6258m - 1,4m 2 + 1,6667m 3, cu m = 0,5 a I = 1,0812;
Valoarea coeficientului de curgere b conform formulei:
a = a ȘI *k 2 ,
unde k 2 este factorul de corecție pentru rugozitatea țevii (k 2 = 1,005).
comutator analog de presiune a aburului
a = .0812*1.005 = 1.0866.
1.6. Determinăm căderea maximă de presiune nominală a manometrului diferenţial DRn. Lăsați pierderea de presiune admisibilă în dispozitivul de restricție să fie dată la cel mai mare debit măsurat Qmax.
Determinăm pierderea de presiune admisibilă P PD la un debit egal cu cel selectat limita superioara măsurători manometru diferențial Q P = 3200 m 3 /h.
Presiunea diferențială maximă a manometrului DRn este selectată dintr-un număr de numere standard. Prin urmare, DRn = 250 kPa.
1.7. Determinăm numărul Reynolds la un debit egal cu Q CP = 2520 m 3 /h.
Deoarece numărul Reynolds calculat > pentru un anumit modul m = 0,5, apoi continuăm calculul.
1.8. Determinăm cea mai mare cădere de presiune în dispozitivul de restricție pentru manometrele de presiune diferențială cu inel, burduf și membrană folosind formula:
1.9. Determinăm factorul de corecție folosind formula:
1.10. Calcularea raportului
1.11. Determinăm factorul de corecție folosind formula:
1.12. Să numărăm (cu patru cifre semnificative) valoarea dorită d 20 a diametrului orificiului dispozitivului de restricție la 20 °C:
1.13. Pentru manometrele diferenţiale cu flotor umplute cu mercur, deasupra cărora se află un gaz cu densitatea de 14 kg/m 3, sau cu ulei, deasupra căruia se află un gaz cu o densitate de 0,9 kg/m 3, precum şi pentru inel , clopot, burduf și manometre de presiune diferențială cu membrană, determinăm debitul volumetric corespunzător celei mai mari căderi de presiune
Influența circuitelor de comutare ale încălzitoarelor unităților de putere asupra eficienței termice a încălzirii
Prima etapă a calculului PTS este determinarea stărilor vaporilor de apă în treptele turbinei. Pentru a face acest lucru, construiți procesul de funcționare cu abur în turbină în diagrama h, S. Folosim metoda...
Modernizarea sistemului de alimentare cu energie electrică a unei fabrici de ciment
Se realizează un bilanț termic: În conformitate cu VNTP 06-86, selectăm parametrii de abur: T=187,9 0C P=1,2MPa Unde capacitatea termică a păcurii în kcal/(kg*0C) se calculează cu formula cT=0,415 +0,0006*t, t este temperatura combustibilului, 0C. Temperatura medie a păcurii este iarna - -20, vara - 20...
Proiectul unei centrale electrice în condensare de 450 MW în Nazarovo
Coeficientul de subproducție a puterii de extracție la încălzire este egal cu: Pentru prima extracție: (4) unde este entalpia la ieșirea turbinei, kJ/kg;
- entalpia aburului la intrarea în supraîncălzitor, kJ/kg; - entalpia aburului la ieșirea supraîncălzitorului, kJ/kg...
Proiect CHP cu o capacitate de 500 MW
Coeficientul de subutilizare a puterii de extracție a căldurii: pentru prima extracție: (30) pentru a doua extracție: (31) Consumul de abur pentru încălzitoarele de rețea se va determina din ecuația bilanţului termic: (32) (33) Luând coeficientul de regenerare Kр = 1...
Proiect de centrala termica cu dezvoltarea sistemelor de control automat invariant
Debitul de abur către turbină este determinat de formula: . Apoi: kg/s, kg/s, kg/s, kg/s, kg/s, kg/s, kg/s, kg/s, kg/s, kg/s, kg/s, kg/s, kg/s. Puterea generată în turbină: =80 MW - putere...
Proiectarea GRES
În acest proiect de curs, metoda de presiune diferențială variabilă este utilizată pentru a măsura debitul de abur. Această metodă se bazează pe faptul că fluxul de abur care curge într-o conductă...
Proiectarea sistemelor de control al debitului de abur și al temperaturii
Pentru a măsura temperatura aburului, folosim un termometru termoelectric - termocuplu XK (picături de cromel). Un termocuplu este doi conductori (termoelectrozi), fabricați din metale diferite, lipiți la un moment dat...
Proiectarea unui circuit termic al unei centrale termice pentru o întreprindere industrială și o zonă rezidențială
Măsurarea debitului și a masei de substanțe (lichide, gazoase, granulare, solide, vapori etc.) este utilizată pe scară largă atât în operațiunile de inventariere și raportare, cât și în monitorizarea, reglarea și managementul proceselor tehnologice...
Dezvoltarea unui debitmetru cu presiune diferențială variabilă cu tub Venturi
Este necesar să se calculeze temperatura redusă a vaporilor de apă supraîncălziți tpr și presiunea redusă ppr pentru a determina coeficientul de vâscozitate dinamică h. Conform cărții de referință: , unde t este temperatura vaporilor de apă, ? t=500?C....
Calculul schemei termice de bază și indicatorilor tehnico-economici ai centralei electrice (unitate de putere cu turbină PT-135/165-130/15)
dezaerator turbină cu abur al unității de putere Determinarea debitului preliminar de abur către turbină. Coeficientul de subutilizare a capacitatii de extractie industriala: ; unde Hi=i0-ik, hpr=i0-i3 sunt diferențele de căldură utilizate ale fluxului de abur. Hi=3471,4-2063,26 =1408,14 kJ/kg. hpr=3471...
Calcul circuitului nuclear de operare centrala electrica
Cantitatea de abur luată pentru nevoile tehnologice ale centralelor nucleare cu dublu circuit (consumul de abur pentru nevoile proprii ale SN) este determinată de puterea centralei nucleare, caracteristicile principiului de funcționare al centralei nucleare a centralei nucleare. centrala electrică luată în considerare și centrala nucleară în ansamblu...
Calculul circuitului termic al turbinei K-800-240
Calculul unei diagrame termice de bază folosind metoda aproximărilor succesive se bazează pe o evaluare preliminară a debitului de abur către turbină folosind o diagramă de regim sau folosind formule aproximative...
Calculul cilindrului de joasă presiune (LPC) al turbinei K-300-240-1
Designul termic al instalației este adoptat conform prototipului. Numărul de selecții, presiunea aburului în selecții și debitul de abur din fiecare selecție sunt selectate conform tabelelor prezentate în Anexa...
Precizia măsurării debitului de abur depinde de o serie de factori. Unul dintre ele este gradul de uscăciune. Acest indicator este adesea neglijat la selectarea instrumentelor de măsurare și măsurare și complet în zadar. Faptul este că aburul umed saturat este în esență un mediu cu două faze, iar acest lucru cauzează o serie de probleme în măsurarea debitului său de masă și a energiei termice. Astăzi ne vom da seama cum să rezolvăm aceste probleme.
Proprietățile vaporilor de apă
Pentru început, să definim terminologia și să aflăm care sunt caracteristicile aburului umed.
Aburul saturat este vapori de apă care se află în echilibru termodinamic cu apa, a căror presiune și temperatură sunt interconectate și situate pe curba de saturație (Fig. 1), care determină punctul de fierbere al apei la o anumită presiune.
Aburul supraîncălzit este vapori de apă încălziți la o temperatură peste punctul de fierbere al apei la o presiune dată, obținut, de exemplu, din abur saturat prin încălzire suplimentară.
Aburul saturat uscat (Fig. 1) este un gaz transparent incolor, este omogen, adică. mediu omogen. Într-o oarecare măsură, aceasta este o abstractizare, deoarece este dificil de obținut: în natură, se găsește numai în sursele geotermale, iar aburul saturat produs de cazanele cu abur nu este uscat - valorile tipice de uscare pentru cazanele moderne sunt de 0,95- 0,97. Cel mai adesea, gradul de uscăciune este și mai mic. În plus, aburul saturat uscat este metastabil: atunci când căldura vine din exterior, devine ușor supraîncălzit, iar când căldura este eliberată, devine umed saturat:
Figura 1. Linia de saturație a vaporilor de apă
Aburul saturat umed (Fig. 2) este un amestec mecanic de abur saturat uscat cu un lichid fin în suspensie care se află în echilibru termodinamic și cinetic cu aburul. Fluctuațiile în densitatea fazei gazoase și prezența particulelor străine, inclusiv a celor purtătoare de sarcini electrice - ioni, duc la apariția centrelor de condensare de natură omogene. Pe măsură ce umiditatea aburului saturat crește, de exemplu, din cauza pierderilor de căldură sau a presiunii crescute, picăturile mici de apă devin centre de condensare și cresc treptat în dimensiune, iar aburul saturat devine eterogen, de exemplu. mediu bifazic (amestec de abur-condens) sub formă de ceață. Aburul saturat, care reprezintă faza gazoasă a amestecului de abur-condens, transferă o parte din energia sa cinetică și termică în faza lichidă atunci când se deplasează. Faza gazoasă a fluxului poartă picături de faza lichidă în volumul său, dar viteza fazei lichide a fluxului este semnificativ mai mică decât viteza fazei sale de vapori. Aburul saturat umed poate forma o interfață, de exemplu sub influența gravitației. Structura unui flux bifazic în timpul condensării aburului în conductele orizontale și verticale se modifică în funcție de raportul dintre ponderile fazelor gazoase și lichide (Fig. 3): 
Figura 2. Diagrama PV a vaporilor de apă
Figura 3. Structura curgerii bifazate într-o conductă orizontală
Natura curgerii fazei lichide depinde de raportul forțelor de frecare și gravitaționale, iar într-o conductă situată orizontal (Fig. 4) la o viteză mare a aburului, fluxul de condens poate rămâne sub formă de peliculă, ca într-o verticală. țeavă la o viteză medie poate lua o formă de spirală (Fig. 5), iar la un flux scăzut de peliculă se observă numai pe suprafața interioară superioară a conductei și se formează un flux continuu, un „flux”; suprafata inferioara.
Astfel, în cazul general, fluxul unui amestec de abur-condens în timpul mișcării este format din trei componente: abur saturat uscat, lichid sub formă de picături în miezul fluxului și lichid sub formă de peliculă sau jet pe pereții conductei. Fiecare dintre aceste faze are propria viteză și temperatură, iar atunci când amestecul de abur-condens se mișcă, are loc o alunecare relativă a fazelor. În lucrări sunt prezentate modele matematice ale curgerii în două faze într-o conductă de abur de abur saturat umed.
Figura 4. Structura curgerii bifazate într-o conductă verticală
Figura 5. Mișcarea în spirală a condensului.
Probleme de măsurare a debitului
Măsurarea debitului masic și a energiei termice a aburului saturat umed ridică următoarele provocări:
1. Fazele gazoase și lichide ale aburului saturat umed se mișcă la viteze diferite și ocupă o suprafață variabilă echivalentă a secțiunii transversale a conductei;
2. Densitatea aburului saturat crește pe măsură ce umiditatea acestuia crește, iar dependența densității aburului umed de presiunea la diferite grade de uscare este ambiguă;
3. Entalpia specifică a aburului saturat scade pe măsură ce umiditatea acestuia crește.
4. Determinarea gradului de uscare a aburului saturat umed într-un flux este dificilă.
În același timp, creșterea gradului de uscare a aburului saturat umed este posibilă în două moduri: prin metode cunoscute: „zdrobirea” aburului (reducerea presiunii și, în consecință, a temperaturii aburului umed) cu ajutorul unui reductor de presiune și separarea fazei lichide cu ajutorul unui separator de abur și a unui sifon pentru condens. Separatoarele moderne de abur asigură uscarea aproape 100% a aburului umed.
Măsurarea fluxului de medii în două faze este o sarcină extrem de complexă care nu a depășit încă laboratoarele de cercetare. Acest lucru este valabil mai ales pentru amestecul de abur-apă.
Majoritatea debitmetrelor de abur sunt de mare viteză, de exemplu. se măsoară debitul de abur. Acestea includ debitmetre de presiune diferențială variabilă bazate pe dispozitive cu orificii, vortex, ultrasunete, tahometru, corelație și debitmetre cu jet. Coriolis și debitmetrele termice stau deoparte, măsurând direct masa mediului care curge.
Să vedem cum diverse tipuri debitmetrele își fac treaba atunci când au de-a face cu aburul umed.
Debitmetre cu presiune diferențială variabilă
Debitmetrele cu presiune diferențială variabilă bazate pe orificii (diafragme, duze, tuburi Venturi și alte rezistențe hidraulice locale) sunt încă principalele mijloace de măsurare a debitului de abur. Cu toate acestea, în conformitate cu subsecțiunea 6.2 din GOST R 8.586.1-2005 „Măsurarea debitului și cantității de lichide și gaze folosind metoda presiunii diferențiale”: În conformitate cu condițiile de utilizare a dispozitivelor de restricție standard, controlate „ mediul trebuie să fie monofazat și omogen proprietăți fizice ":
Dacă în conductă există un mediu bifazic de abur și apă, măsurarea debitului de lichid de răcire prin dispozitive de presiune diferențială variabilă cu precizie standardizată nu este asigurată. În acest caz, „am putea vorbi despre debitul măsurat al fazei de vapori (abur saturat) a debitului de abur umed la sens necunoscut grad de uscăciune”.
Astfel, utilizarea unor astfel de debitmetre pentru a măsura debitul de abur umed va duce la citiri nesigure.
În cadrul lucrării a fost efectuată o evaluare a erorii metodologice rezultate (până la 12% la o presiune de până la 1 MPa și un grad de uscare de 0,8) la măsurarea aburului umed cu debitmetre de presiune diferențială variabilă bazate pe dispozitive cu orificii.
Debitmetre cu ultrasunete
Debitmetrele cu ultrasunete, care sunt utilizate cu succes în măsurarea debitului de lichide și gaze, nu și-au găsit încă aplicații largă în măsurarea debitului de abur, în ciuda faptului că unele dintre tipurile lor sunt disponibile comercial sau au fost anunțate de producător. Problema este că debitmetrele cu ultrasunete care implementează principiul de măsurare Doppler, bazat pe deplasarea de frecvență a fasciculului ultrasonic, nu sunt potrivite pentru măsurarea aburului saturat supraîncălzit și uscat din cauza lipsei de neomogenități în debitul necesar pentru a reflecta fasciculul și atunci când Măsurând debitul de abur umed, citirile sunt foarte subestimate din cauza diferențelor de viteză ale fazelor gazoase și lichide. Dimpotrivă, debitmetrele cu ultrasunete de tip impuls de timp nu sunt aplicabile pentru aburul umed din cauza reflexiei, împrăștierii și refracției fasciculului ultrasonic pe picăturile de apă.
Debitmetre vortex
Debitmetrele vortex de la diferiți producători se comportă diferit atunci când măsoară aburul umed. Acest lucru este determinat atât de proiectarea traductorului de flux primar, de principiul detectării vortexului, de circuitul electronic, cât și de caracteristicile software-ului. Influența condensului asupra funcționării elementului sensibil este fundamentală. În unele proiecte, „apar probleme serioase la măsurarea debitului de abur saturat atunci când în conductă există atât faza gazoasă, cât și cea lichidă. Apa se concentrează de-a lungul pereților țevii și interferează cu funcționarea normală a senzorilor de presiune instalați la nivel de peretele țevii." În alte modele, condensul poate inunda senzorul și poate bloca cu totul măsurarea debitului. Dar pentru unele debitmetre acest lucru nu are practic niciun efect asupra lecturi.
În plus, un flux în două faze, care curge într-un corp bluff, formează un întreg spectru de frecvențe vortex asociate atât cu viteza fazei gazoase, cât și cu vitezele fazei lichide (forma de picături a miezului de curgere și a filmului sau a jetului). regiunea aproape de perete) de vapori saturați umezi. În acest caz, amplitudinea semnalului vortex al fazei lichide poate fi foarte semnificativă și, dacă circuitul electronic nu implică filtrarea digitală a semnalului folosind analiza spectrală și un algoritm special pentru identificarea semnalului „adevărat” asociat gazului. faza debitului, care este tipică pentru modelele simplificate de debitmetre, apoi subestimarea severă a citirilor de consum. Cele mai bune modele de debitmetre vortex au sisteme DSP (procesare digitală a semnalului) și SSP (procesare spectrală a semnalului bazată pe transformată Fourier rapidă), care nu numai că pot crește raportul semnal-zgomot, evidențiază semnalul vortex „adevărat”, dar și eliminați influența vibrațiilor conductei și a interferențelor electrice
În ciuda faptului că debitmetrele vortex sunt concepute pentru a măsura debitul unui mediu monofazat, lucrarea arată că acestea pot fi utilizate pentru măsurarea debitului mediilor bifazate, inclusiv aburului cu picături de apă, cu o oarecare degradare a caracteristicilor metrologice.
Umed abur saturat cu un grad de uscare peste 0,9 cercetare experimentală EMCO și Spirax Sarco pot fi considerate omogene și datorită „marjei” de precizie a debitmetrelor PhD și VLM (±0,8-1,0%), citirile debitului masic și ale puterii termice se vor încadra în limitele de eroare.
Cu un grad de uscare de 0,7-0,9 eroare relativă Măsurătorile debitului masic ale acestor debitmetre pot ajunge la zece procente sau mai mult.
Alte studii, de exemplu, dau un rezultat mai optimist - eroarea în măsurarea debitului masic al aburului umed cu duze Venturi pe o instalație specială pentru calibrarea debitmetrelor de abur este de ±3,0% pentru aburul saturat cu un grad de uscare de peste 0,84 .
Pentru a evita blocarea condensului la elementul senzor al unui debitmetru vortex, cum ar fi aripa senzor, unii producători recomandă ca senzorul să fie orientat astfel încât axa elementului senzor să fie paralelă cu interfața abur/condens.
Alte tipuri de debitmetre
Debitmetrele cu diferență variabilă/zonă variabilă, debitmetrele cu amortizor cu arc și debitmetrele țintă cu zonă variabilă nu permit măsurarea unui mediu bifazic din cauza posibilei uzuri erozive a părții de curgere în timpul deplasării condensului.
În principiu, numai debitmetrele de masă de tip Coriolis ar putea măsura medii în două faze, dar cercetările arată că erorile de măsurare ale debitmetrelor Coriolis depind în mare măsură de raportul fracțiilor de fază și „încercările de a dezvolta un debitmetru universal pentru medii multifazice sunt susceptibile de a conduce într-o fundătură.” În același timp, debitmetrele Coriolis sunt dezvoltate intens și poate că succesul va fi obținut în curând, dar până acum nu există astfel de instrumente de măsurare industriale pe piață.