Г. И. Сычев
Руководитель направления Расходомеры
ООО «Спиракс-Сарко Инжиниринг»

Свойства водяного пара
Проблемы измерения расхода

Ультразвуковые расходомеры
Вихревые расходомеры
Другие типы расходомеров

Точность измерения расхода пара зависит от целого ряда фак­торов. Один из них - степень его сухости. Часто этим показа­телем пренебрегают при подборе приборов учета и измерения, и совершенно напрасно. Дело в том, что насыщенный влажный пар по сути является средой двухфазной, и это вызывает ряд проблем в измерении его массового расхода и тепловой энер­гии. Как решить эти проблемы, мы сегодня разберемся.

Свойства водяного пара

Для начала, определимся с терминологией и выясним, каковы особенности влажного пара.

Насыщенный пар - водяной пар, находящийся в термодинами­ческом равновесии с водой, давление и температура которого связаны между собой и располагаются на кривой насыщения (рис.1), определяющей температуру кипения воды при данном давлении.

Перегретый пар - водяной пар, нагретый до температуры выше температуры кипения воды при данном давлении, получаемый, например, из насыщенного пара путем дополнительного нагре­ва.

Сухой насыщенный пар (рис.1) - бесцветный прозрачный газ, является гомогенной, т.е. однородной средой. В некоторой сте­пени это абстракция, так как получение его затруднительно: в природе он встречается только в геотермальных источниках, а производимый паровыми котлами насыщенный пар не является сухим - типичные значения степени сухости для современных котлов 0,95-0,97. Чаще всего степень сухости еще ниже. Кроме того, сухой насыщенный пар метастабилен: при поступлении тепла извне он легко становится перегретым, а при отдаче теп­ла - влажным насыщенным .

Рисунок 1. Линия насыщения водяного пара

Влажный насыщенный пар (рис.2) представля­ет собой механическую смесь сухого насыщенно­го пара с взвешенной мел­кодисперсной жидкостью находящейся с паром в термодинамическом и ки­нетическом равновесии. Флуктуация плотности га­зовой фазы, наличие по­сторонних частиц, в том числе несущих электриче­ские заряды - ионы, при­водит к возникновению центров конденсации, носящей гомогенный ха­рактер. По мере роста влажности насыщенно­го пара, например, из-за тепловых потерь или повышения давления, мельчайшие капельки воды становятся центрами конденсации и по­степенно растут в размерах, а насыщенный пар становится гетерогенным, т.е. двухфазной сре­дой (пароконденсатной смесью) в виде тумана. Насыщенный пар, представляющий газовую фазу пароконденсатной смеси, при движении передает часть своей кинетической и тепло­вой энергии жидкой фазе. Газовая фаза потока несет в своем объеме капельки жидкой фазы, но скорость жидкой фазы потока существен­но ниже скорости его паровой фазы. Влажный насыщенный пар может формировать границу раздела, например, под воздействием гравита­ции. Структура двухфазного потока при конден­сации пара в горизонтальных и вертикальных трубопроводах меняется в зависимости от со­отношения долей газовой и жидкой фаз (рис.3).

Рисунок 2. PV-диаграмма водяного пара

Рисунок 3. Структура двухфазного потока в горизонтальном трубопроводе

Характер течения жидкой фазы зависит от соотношения сил трения и сил тяжести, и в горизонтально расположенном трубо­проводе (рис.4) при высокой скорости пара течение конденсата может оставаться пленочным, как и в вертикальной трубе, при средней может приобретать спиралевидную форму (рис.5), а при низкой пленочное течение наблюдается только на верхней внутренней поверхности трубопровода, а в нижней формирует­ся непрерывный поток, «ручей» .

Таким образом, в общем случае поток пароконденсатной сме­си при движении представляет собой три составляющих: сухой насыщенный пар, жидкость в виде капель в ядре потока и жид­кость в виде пленки или струи на стенках трубопровода. Каждая из этих фаз имеет свою скорость и температуру, при этом при движении пароконденсатной смеси возникает относительное скольжение фаз . Математические мо­дели двухфазного течения в паропро­воде влажного насы­щенного пара пред­ставлена в работах .

Рисунок 4. Структура двухфазного потока в вертикальном трубопроводе

Рисунок 5. Спиралевидное движе­ние конденсата.

Проблемы измерения расхода

Измерение массового расхода и тепловой энергии влажного на­сыщенного пара связано со следующими проблемами:
1. Газовая и жидкая фазы влажного насыщенного пара движут­ся с различной скоростью и занимают переменную эквива­лентную площадь поперечного сечения трубопровода;
2. Плотность насыщенного пара возрастает по мере роста его влажности, причем зависимость плотности влажного пара от давления при различной степени сухости неоднозначна;
3. Удельная энтальпия насыщенного пара снижается по мере роста его влажности.
4. Определение степени сухости влажного насыщенного пара в потоке затруднительно.

Вместе с тем, повышение степени сухости влажного насыщенно­го пара возможно двумя известными способами: «мятием» пара (снижением давления и, соответственно, температуры влажного пара) с помощью редукционного клапана и отделением жидкой фазы с помощью сепаратора пара и конденсатоотводчика. Со­временные сепараторы пара обеспечивают почти 100% осуше­ние влажного пара.
Измерение расхода двухфазных сред - крайне сложная задача, до сих пор не вышедшая за пределы исследовательских лабо­раторий. Это в особой степени касается пароводяной смеси .
Большинство расходомеров пара являются скоростными, т.е. измеряют скорость потока пара. К ним относятся расходомеры переменного перепада давления на базе сужающих устройств, вихревые, ультразвуковые, тахометрические, корреляционные, струйные расходомеры. Особняком стоят кориолисовые и те­пловые расходомеры, непосредственно измеряющие массу протекающей среды.
Рассмотрим, как различные виды расходомеров справляются со своей задачей, если имеют дело с влажным паром.

Расходомеры переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления на базе сужаю­щих устройств (диафрагм, сопел, труб Вентури и других местных гидравлических сопротивлений) до сих пор являются основным средством измерения расхода пара. Однако, в соответствии с подразделом 6.2 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом перепада давления»: По условиям применения стандартных сужающих устройств, кон­тролируемая «среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам» :
При наличии в трубопроводе двухфазной среды пара и воды из­мерение расхода теплоносителя приборами переменного пере­пада давления с нормированной точностью не обеспечивается . В этом случае «можно было бы говорить об измеренном рас­ходе паровой фазы (насыщенного пара) потока влажного пара при неизвестном значении степени сухости» .
Таким образом, применение таких расходомеров для измере­ния расхода влажного пара приведет к недостоверным показа­ниям .
Оценка возникающей методической погрешности (до 12% при давлении до 1 МПа и степени сухости 0,8) при измерении влаж­ного пара расходомерами переменного перепада давления на базе сужающих устройств проведена в работе .

Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры, успешно применяемые при изме­рении расхода жидкостей и газов, ещё не нашли широкого приме­нения при измерении расхода пара, несмотря на то, что отдель­ные их типы выпускаются серийно или были анонсированы производителем . Проблема заключается в том, что ультра­звуковые расходомеры, реализующие доплеровский принцип из­мерений, основанный на сдвиге частоты ультразвукового луча, не пригодны для измерения перегретого и сухого насыщенного пара из-за отсутствия неоднородностей в потоке, необходимых для от­ражения луча, а при измерении расхода влажного пара сильно занижают показания из-за отличия скоростей газовой и жидкой фазы. Ультразвуковые расходомеры времяимпульсного типа наоборот неприменимы для влажного пара из-за отражения, рас­сеивания и преломления ультразвукового луча на каплях воды.

Вихревые расходомеры

Вихревые расходомеры разных производителей при измерении влажного пара ведут себя неодинаково. Это определяется как конструкцией первичного преобразователя расхода, принципа детектирования вихрей, электронной схемы, так и особенно­стями программного обеспечения. Принципиальным является влияние конденсата на работу чувствительного элемента. В некоторых конструкциях «серьезные проблемы возникают при измерении расхода насыщенного пара, когда одновременно в трубопроводе существует газовая и жидкая фаза. Вода кон­центрируется вдоль стенок трубы и препятствует нормальному функционированию датчиков давления, установленных запод­лицо со стенкой трубы» . В других конструкциях конденсат может затапливать сенсор и блокировать измерение расхода вовсе. Зато у некоторых расходомеров это практически не влия­ет на показания.
Кроме этого, двухфазный поток, набегая на тело обтекания, фор­мирует целый спектр вихревых частот, связанных как со скоро­стью газовой фазы, так и со скоростями жидкой фазой (капель­ ной формы ядра потока и пленочной или струйной пристеночной области) влажного насыщенного пара. При этом амплитуда вих­ревого сигнала жидкой фазы может быть весьма значительной и, если электронная схема не предполагает цифровой фильтрации сигнала с помощью спектрального анализа и специального ал­горитма выделения «истинного» сигнала, связанного с газовой фазой потока, что характерно для упрощенных моделей рас­ходомеров, то будет происходить сильное занижение показаний расхода. Лучшие модели вихревых расходомеров обладают си­стемами DSP (цифровой обработки сигнала) и SSP (спектральной обработки сигнала на основе быстрого преобразования Фурье), которые позволяют не только повысить отношение сигнал/шум, выделить «истинный» вихревой сигнал, но и устранить влияние вибраций трубопровода и электрических помех.
Несмотря на то, что вихревые расходомеры предназначены для измерения расхода однофазной среды, в работе показано, что они могут быть использованы для измерения расхода двух­фазных сред, в том числе, пара с каплями воды при некоторой деградации метрологических характеристик.
Влажный насыщенный пар со степенью сухости свыше 0,9 по экспериментальным исследованиям EMCO и Spirax Sarco мож­но считать гомогенным и за счет «запаса» по точности расходо­меров PhD и VLM (±0,8-1,0%), показания массового расхода и тепловой мощности будут находиться в пределах погрешно­стей, нормированных в .
При степени же сухости 0,7-0,9 относительная погрешность из­мерений массового расхода этих расходомеров может дости­гать десяти и более процентов.
Другие исследования, например, дают более оптимисти­ческий результат - погрешность измерения массового расхода влажного пара соплами Вентури на специальной установке для калибровки расходомеров пара находится в пределах ±3,0% для насыщенного пара со степенью сухости свыше 0,84.
Чтобы избежать блокирования чувствительного элемента вих­ревого расходомера, например, чувствительного крыла конден­сатом, некоторые производители рекомендуют ориентировать первичный преобразователь таким образом, чтобы ось чувстви­тельного элемента была параллельна поверхности раздела пар/конденсат.

Другие типы расходомеров

Расходомеры переменного перепада/переменной площади, обтекания с подпружиненной заслонкой и мишенные перемен­ной площади не допускают измерение двухфазной среды из-за возможного эрозионного износа проточной части при движении конденсата.
Принципиально только массовые расходомеры кориолисового типа могли бы измерять двухфазную среду, однако исследова­ния показывают, что погрешности измерений кориолисовых расходомеров в значительной степени зависят от соотношения долей фаз, а «попытки разработать универсальный расходомер для многофазных сред скорее ведут в тупик». В тоже время ко­риолисовые расходомеры интенсивно развиваются , и, воз­можно, успех будет достигнут уже скоро, но пока таких промыш­ленных средств измерений на рынке нет.

Продолжение следует.

Литература:
1. Rainer Hohenhaus. How useful are steam measurements in the wet steam area?// METRA Energie-Messtechnik GmbH, November, 2002.
2. Good Practice Guide Reducing energy consumption costs by steam metering. // Ref. GPG018, Queen’s Printer and Controller of HMSO, 2005
3. Коваленко А.В. Математическая модель двухфазного течения влажного пара в паропроводах.
4. Тонг Л. Теплопередача при кипении и двухфазное течение.- М.: Мир,1969.
5. Теплопередача в двухфазном потоке. Под ред. Д. Баттерворса и Г. Хъюитта.// М.: Энергия, 1980.
6. Ломшаков А.С. Испытание паровых котлов. СПб, 1913.
7. Jesse L. Yoder. Using meters to measure steam flow// Plant Engineering,- April 1998.
8. ГОСТ Р 8.586.1-2005. Измерение расхода и количества жидкостей и газов ме­тодом перепада давления.
9. Коваль Н.И., Шароухова В.П. О проблемах измерения насыщенного пара.// УЦСМС, Ульяновск
10. Кузнецов Ю.Н., Певзнер В.Н., Толкачев В.Н. Измерение насыщенного пара сужающими устройствами //Теплоэнергетика. - 1080.- №6.
11. Робинштейн Ю.В. О коммерческом учете пара в паровых системах тепло­снабжения.// Материалы 12-й научно-практической конференции: Совершен­ствование измерений расхода жидкости, газа и пара,- СПб.: Борей-Арт, 2002.
12. Абаринов, Е. Г., К.С. Сарело. Методические погрешности измерения энергии влажного пара теплосчетчиками на сухой насыщенный пар // Измерительная техника. - 2002. - №3.
13. Бобровник В.М. Бесконтактные расходомеры «Днепр-7» для учета жидкостей, пара и нефтяного газа. //Коммерческий учет энергоносителей. Материалы 16-й международной научно-практической конференции,- СПб.: Борей-Арт, 2002.
14. DigitalFlow™ XGS868 Steam Flow Transmitter. N4271 Panametrics, Inc., 4/02.
15. Богуш М.В. Развитие вихревой расходометрии в России.
16. Engineering Data Book III, Chapter 12, Two Phase Flow Patterns, Wolverine Tube, Inc. 2007
17. П-683 «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя», М.:, МЭИ, 1995.
18. A. Amini and I. Owen. The use of critical flow venturi nozzles with saturated wet steam. //Flow Meas. lnstrum., Vol. 6, No. 1, 1995
19. Кравченко В.Н., Риккен М. Измерения расхода с помощью кориолисовых рас­ходомеров в случае двухфазного потока.//Коммерческий учет энергоносите­лей. XXIV международная научно-практическая конференция,- СПб.: Борей- Арт, 2006.
20. Richard Thorn. Flow Measurement. CRC Press LLC, 1999

Точность измерения расхода пара зависит от целого ряда фак­торов. Один из них – степень его сухости. Часто этим показа­телем пренебрегают при подборе приборов учета и измерения, и совершенно напрасно. Дело в том, что насыщенный влажный пар по сути является средой двухфазной, и это вызывает ряд проблем в измерении его массового расхода и тепловой энер­гии. Как решить эти проблемы, мы сегодня разберемся.

Свойства водяного пара

Для начала, определимся с терминологией и выясним, каковы особенности влажного пара.

Насыщенный пар – водяной пар, находящийся в термодинами­ческом равновесии с водой, давление и температура которого связаны между собой и располагаются на кривой насыщения (рис.1), определяющей температуру кипения воды при данном давлении.

Перегретый пар – водяной пар, нагретый до температуры выше температуры кипения воды при данном давлении, получаемый, например, из насыщенного пара путем дополнительного нагре­ва.

Сухой насыщенный пар (рис.1) – бесцветный прозрачный газ, является гомогенной, т.е. однородной средой. В некоторой сте­пени это абстракция, так как получение его затруднительно: в природе он встречается только в геотермальных источниках, а производимый паровыми котлами насыщенный пар не является сухим – типичные значения степени сухости для современных котлов 0,95-0,97. Чаще всего степень сухости еще ниже. Кроме того, сухой насыщенный пар метастабилен: при поступлении тепла извне он легко становится перегретым, а при отдаче теп­ла - влажным насыщенным:

Рисунок 1. Линия насыщения водяного пара

Влажный насыщенный пар (рис.2) представля­ет собой механическую смесь сухого насыщенно­го пара с взвешенной мел­кодисперсной жидкостью находящейся с паром в термодинамическом и ки­нетическом равновесии. Флуктуация плотности га­зовой фазы, наличие по­сторонних частиц, в том числе несущих электриче­ские заряды – ионы, при­водит к возникновению центров конденсации, носящей гомогенный ха­рактер. По мере роста влажности насыщенно­го пара, например, из-за тепловых потерь или повышения давления, мельчайшие капельки воды становятся центрами конденсации и по­степенно растут в размерах, а насыщенный пар становится гетерогенным, т.е. двухфазной сре­дой (пароконденсатной смесью) в виде тумана. Насыщенный пар, представляющий газовую фазу пароконденсатной смеси, при движении передает часть своей кинетической и тепло­вой энергии жидкой фазе. Газовая фаза потока несет в своем объеме капельки жидкой фазы, но скорость жидкой фазы потока существен­но ниже скорости его паровой фазы. Влажный насыщенный пар может формировать границу раздела, например, под воздействием гравита­ции. Структура двухфазного потока при конден­сации пара в горизонтальных и вертикальных трубопроводах меняется в зависимости от со­отношения долей газовой и жидкой фаз (рис.3):


Рисунок 2. PV-диаграмма водяного пара

Рисунок 3. Структура двухфазного потока в горизонтальном трубопроводе

Характер течения жидкой фазы зависит от соотношения сил трения и сил тяжести, и в горизонтально расположенном трубо­проводе (рис.4) при высокой скорости пара течение конденсата может оставаться пленочным, как и в вертикальной трубе, при средней может приобретать спиралевидную форму (рис.5), а при низкой пленочное течение наблюдается только на верхней внутренней поверхности трубопровода, а в нижней формирует­ся непрерывный поток, «ручей».

Таким образом, в общем случае поток пароконденсатной сме­си при движении представляет собой три составляющих: сухой насыщенный пар, жидкость в виде капель в ядре потока и жид­кость в виде пленки или струи на стенках трубопровода. Каждая из этих фаз имеет свою скорость и температуру, при этом при движении пароконденсатной смеси возникает относительное скольжение фаз. Математические мо­дели двухфазного течения в паропро­воде влажного насы­щенного пара пред­ставлена в работах.

Рисунок 4. Структура двухфазного потока в вертикальном трубопроводе

Рисунок 5. Спиралевидное движе­ние конденсата.

Проблемы измерения расхода

Измерение массового расхода и тепловой энергии влажного на­сыщенного пара связано со следующими проблемами:
1. Газовая и жидкая фазы влажного насыщенного пара движут­ся с различной скоростью и занимают переменную эквива­лентную площадь поперечного сечения трубопровода;
2. Плотность насыщенного пара возрастает по мере роста его влажности, причем зависимость плотности влажного пара от давления при различной степени сухости неоднозначна;
3. Удельная энтальпия насыщенного пара снижается по мере роста его влажности.
4. Определение степени сухости влажного насыщенного пара в потоке затруднительно.

Вместе с тем, повышение степени сухости влажного насыщенно­го пара возможно двумя известными способами: «мятием» пара (снижением давления и, соответственно, температуры влажного пара) с помощью редукционного клапана и отделением жидкой фазы с помощью сепаратора пара и конденсатоотводчика. Со­временные сепараторы пара обеспечивают почти 100% осуше­ние влажного пара.

Измерение расхода двухфазных сред – крайне сложная задача, до сих пор не вышедшая за пределы исследовательских лабо­раторий. Это в особой степени касается пароводяной смеси.

Большинство расходомеров пара являются скоростными, т.е. измеряют скорость потока пара. К ним относятся расходомеры переменного перепада давления на базе сужающих устройств, вихревые, ультразвуковые, тахометрические, корреляционные, струйные расходомеры. Особняком стоят кориолисовые и те­пловые расходомеры, непосредственно измеряющие массу протекающей среды.

Рассмотрим, как различные виды расходомеров справляются со своей задачей, если имеют дело с влажным паром.

Расходомеры переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления на базе сужаю­щих устройств (диафрагм, сопел, труб Вентури и других местных гидравлических сопротивлений) до сих пор являются основным средством измерения расхода пара. Однако, в соответствии с подразделом 6.2 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом перепада давления»: По условиям применения стандартных сужающих устройств, кон­тролируемая «среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам ":

При наличии в трубопроводе двухфазной среды пара и воды из­мерение расхода теплоносителя приборами переменного пере­пада давления с нормированной точностью не обеспечивается. В этом случае «можно было бы говорить об измеренном рас­ходе паровой фазы (насыщенного пара) потока влажного пара при неизвестном значении степени сухости».

Таким образом, применение таких расходомеров для измере­ния расхода влажного пара приведет к недостоверным показа­ниям.

Оценка возникающей методической погрешности (до 12% при давлении до 1 МПа и степени сухости 0,8) при измерении влаж­ного пара расходомерами переменного перепада давления на базе сужающих устройств проведена в работе.

Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры, успешно применяемые при изме­рении расхода жидкостей и газов, ещё не нашли широкого приме­нения при измерении расхода пара, несмотря на то, что отдель­ные их типы выпускаются серийно или были анонсированы производителем. Проблема заключается в том, что ультра­звуковые расходомеры, реализующие доплеровский принцип из­мерений, основанный на сдвиге частоты ультразвукового луча, не пригодны для измерения перегретого и сухого насыщенного пара из-за отсутствия неоднородностей в потоке, необходимых для от­ражения луча, а при измерении расхода влажного пара сильно занижают показания из-за отличия скоростей газовой и жидкой фазы. Ультразвуковые расходомеры времяимпульсного типа наоборот неприменимы для влажного пара из-за отражения, рас­сеивания и преломления ультразвукового луча на каплях воды.

Вихревые расходомеры

Вихревые расходомеры разных производителей при измерении влажного пара ведут себя неодинаково. Это определяется как конструкцией первичного преобразователя расхода, принципа детектирования вихрей, электронной схемы, так и особенно­стями программного обеспечения. Принципиальным является влияние конденсата на работу чувствительного элемента. В некоторых конструкциях «серьезные проблемы возникают при измерении расхода насыщенного пара, когда одновременно в трубопроводе существует газовая и жидкая фаза. Вода кон­центрируется вдоль стенок трубы и препятствует нормальному функционированию датчиков давления, установленных запод­лицо со стенкой трубы". В других конструкциях конденсат может затапливать сенсор и блокировать измерение расхода вовсе. Зато у некоторых расходомеров это практически не влия­ет на показания.

Кроме этого, двухфазный поток, набегая на тело обтекания, фор­мирует целый спектр вихревых частот, связанных как со скоро­стью газовой фазы, так и со скоростями жидкой фазой (капель­ ной формы ядра потока и пленочной или струйной пристеночной области) влажного насыщенного пара. При этом амплитуда вих­ревого сигнала жидкой фазы может быть весьма значительной и, если электронная схема не предполагает цифровой фильтрации сигнала с помощью спектрального анализа и специального ал­горитма выделения «истинного» сигнала, связанного с газовой фазой потока, что характерно для упрощенных моделей рас­ходомеров, то будет происходить сильное занижение показаний расхода. Лучшие модели вихревых расходомеров обладают си­стемами DSP (цифровой обработки сигнала) и SSP (спектральной обработки сигнала на основе быстрого преобразования Фурье), которые позволяют не только повысить отношение сигнал/шум, выделить «истинный» вихревой сигнал, но и устранить влияние вибраций трубопровода и электрических помех.

Несмотря на то, что вихревые расходомеры предназначены для измерения расхода однофазной среды, в работе показано, что они могут быть использованы для измерения расхода двух­фазных сред, в том числе, пара с каплями воды при некоторой деградации метрологических характеристик.

Влажный насыщенный пар со степенью сухости свыше 0,9 по экспериментальным исследованиям EMCO и Spirax Sarco мож­но считать гомогенным и за счет «запаса» по точности расходо­меров PhD и VLM (±0,8-1,0%), показания массового расхода и тепловой мощности будут находиться в пределах погрешно­стей.

При степени же сухости 0,7-0,9 относительная погрешность из­мерений массового расхода этих расходомеров может дости­гать десяти и более процентов.

Другие исследования, например, дают более оптимисти­ческий результат – погрешность измерения массового расхода влажного пара соплами Вентури на специальной установке для калибровки расходомеров пара находится в пределах ±3,0% для насыщенного пара со степенью сухости свыше 0,84.

Чтобы избежать блокирования чувствительного элемента вих­ревого расходомера, например, чувствительного крыла конден­сатом, некоторые производители рекомендуют ориентировать первичный преобразователь таким образом, чтобы ось чувстви­тельного элемента была параллельна поверхности раздела пар/конденсат.

Другие типы расходомеров

Расходомеры переменного перепада/переменной площади, обтекания с подпружиненной заслонкой и мишенные перемен­ной площади не допускают измерение двухфазной среды из-за возможного эрозионного износа проточной части при движении конденсата.

Принципиально только массовые расходомеры кориолисового типа могли бы измерять двухфазную среду, однако исследова­ния показывают, что погрешности измерений кориолисовых расходомеров в значительной степени зависят от соотношения долей фаз, а «попытки разработать универсальный расходомер для многофазных сред скорее ведут в тупик». В тоже время ко­риолисовые расходомеры интенсивно развиваются, и, воз­можно, успех будет достигнут уже скоро, но пока таких промыш­ленных средств измерений на рынке нет.

Г. Сычев

В настоящей статье рассказывается о влажном паре и средствах его учета, которые применяются на парогенерирующих объектах (прежде всего в практике промышленных котельных и теплоэлектростанций). Их энергоэффективность во многом определяется точностью измерения, которая зависит как от принципа учета, так и от качества расходомера пара.

Свойства водяного пара

Насыщенный пар - это водяной пар, находящийся в термодинамическом равновесии с водой, давление и температура которого связаны между собой и располагаются на кривой насыщения, определяющей температуру кипения воды при данном давлении.

Перегретым паром называют водяной пар, нагретый до температуры выше температуры кипения воды при данном давлении, получаемый, например, из насыщенного пара путем дополнительного нагрева.

Сухой насыщенный пар представляет собой бесцветный прозрачный газ, являясь гомогенной, то есть однородной средой. До некоторой степени его можно считать абстракцией, так как получение его затруднительно - в природе он встречается только в геотермальных источниках, а производимый паровыми котлами насыщенный пар не является сухим - типичные значения степени сухости для современных котлов составляют 0,95-0,97. При нештатных ситуациях (капельном выносе котловой воды при работе котла при пониженном рабочем давлении или при резком возрастании потребления пара) степень сухости еще ниже. Кроме того, сухой насыщенный пар метастабилен: при поступлении тепла извне он легко становится перегретым, а при отдаче тепла - влажным насыщенным.

Влажный насыщенный пар представляет собой механическую смесь сухого насыщенного пара с взвешенной мелкодисперсной жидкостью, находящейся с паром в термодинамическом и кинетическом равновесии. Флуктуация плотности газовой фазы, наличие посторонних частиц, в том числе несущих электрические заряды - ионы, приводит к возникновению центров конденсации, носящей гомогенный характер. По мере роста влажности насыщенного пара, например, из-за тепловых потерь или повышения давления, мельчайшие капельки воды становятся центрами конденсации и постепенно растут в размерах, а насыщенный пар становится гетерогенным, то есть двухфазной средой (пароконденсатной смесью в виде тумана). Насыщенный пар, представляющий газовую фазу пароконденсатной смеси, при движении передает часть своей кинетической и тепловой энергии жидкой фазе. Газовая фаза потока несет в своем объеме капельки жидкой фазы, но скорость жидкой фазы потока существенно ниже скорости его паровой фазы. Влажный насыщенный пар может формировать границу раздела, например, под воздействием гравитации. Структура двухфазного потока при конденсации пара в горизонтальных и вертикальных трубопроводах меняется в зависимости от соотношения долей газовой и жидкой фаз.

Характер течения жидкой фазы зависит от соотношения сил трения и сил тяжести. В горизонтально расположенном трубопроводе при высокой скорости пара течение конденсата может оставаться пленочным, как и в вертикальной трубе, при средней может приобретать спиралевидную форму, а при низкой - пленочное течение наблюдается только на верхней внутренней поверхности трубопровода, а в нижней формируется непрерывный поток, «ручей».

Таким образом, в общем случае поток пароконденсатной смеси при движении представляет собой три составляющих: сухой насыщенный пар, жидкость в виде капель в ядре потока и жидкость в виде пленки или струи на стенках трубопровода. Каждая из этих фаз имеет свою скорость и температуру, при этом при движении пароконденсатной смеси возникает относительное скольжение фаз.

Измерение массового расхода и тепловой энергии влажного насыщенного пара связано со следующими проблемами:

1) газовая и жидкая фазы влажного насыщенного пара движутся с различной скоростью и занимают переменную эквивалентную площадь поперечного сечения трубопровода;

2) плотность насыщенного пара возрастает по мере роста его влажности, причем зависимость плотности влажного пара от давления при различной степени сухости неоднозначна;

3) удельная энтальпия насыщенного пара снижается по мере роста его влажности;

4) определение степени сухости влажного насыщенного пара в потоке затруднительно.

Вместе с тем, повышение степени сухости влажного насыщенного пара возможно двумя известными способами: «мятием» пара (снижением давления и, соответственно, температуры влажного пара) с помощью редукционного клапана и отделением жидкой фазы с помощью сепаратора пара и конденсатоотводчика. Эти методы известны более ста лет. Так, А.С. Ломшаков в работе «Испытание паровых котлов» (СПб, 1913) писал: «отделение воды от пара в паропроводе не представляет затруднений. Если пар движется со скоростью около 15 м/с и быстрее, то большинство водоотделителей осушают его до 1 % содержания воды, даже в том случае, если до водоотделителя он был очень влажен. Это было доказано опытами Зентнера». Современные сепараторы пара обеспечивают почти 100 % осушение влажного пара.

Принципы измерений расхода пара

Измерение расхода двухфазных сред - крайне сложная задача, до сих пор не вышедшая за пределы исследовательских лабораторий. Это в особой степени касается пароводяной смеси. Большинство расходомеров пара являются скоростными, то есть измеряют скорость потока пара. К ним относятся расходомеры переменного перепада давления на базе сужающих устройств, вихревые, ультразвуковые, тахометрические, корреляционные, струйные расходомеры. Особняком стоят кориолисовые и тепловые расходомеры, непосредственно измеряющие массу протекающей среды.

Расходомеры переменного перепада давления на базе сужающих устройств (диафрагм, сопел, труб Вентури и других местных гидравлических сопротивлений) до сих пор являются основным средством измерения расхода пара. Однако, в соответствии с подразделом 6.2 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом перепада давления», по условиям применения стандартных сужающих устройств, контролируемая «среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам».

При наличии в трубопроводе двухфазной среды пара и воды измерение расхода теплоносителя приборами переменного перепада давления с нормированной точностью не обеспечивается. В этом случае можно было бы говорить об измеренном расходе паровой фазы (насыщенного пара) потока влажного пара при неизвестном значении степени сухости. Таким образом, применение таких расходомеров для измерения расхода влажного пара приведет к недостоверным показаниям.

Оценка возникающей методической погрешности (до 12 % при давлении до 1 МПа и степени сухости 0,8) при измерении влажного пара расходомерами переменного перепада давления на базе сужающих устройств проведена в работе Е. Абаринова и К. Сарело «Методические погрешности измерения энергии влажного пара теплосчетчиками на сухой насыщенный пар».

Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры, успешно применяемые при измерении расхода жидкостей и газов, еще не нашли широкого применения при измерении расхода пара, несмотря на то, что отдельные их типы выпускаются серийно или были анонсированы производителем. Проблема заключается в том, что ультразвуковые расходомеры, реализующие доплеровский принцип измерений, основанный на сдвиге частоты ультразвукового луча, не пригодны для измерения перегретого и сухого насыщенного пара из-за отсутствия неоднородностей в потоке, необходимых для отражения луча, а при измерении расхода влажного пара сильно занижают показания из-за отличия скоростей газовой и жидкой фазы. Ультразвуковые расходомеры импульсного типа наоборот неприменимы для влажного пара из-за отражения, рассеивания и преломления ультразвукового луча на каплях воды.

Вихревые расходомеры

Вихревые расходомеры разных производителей при измерении влажного пара ведут себя неодинаково. Это определяется как конструкцией первичного преобразователя расхода, принципа детектирования вихрей, электронной схемы, так и программного обеспечения. Принципиальным является влияние конденсата на работу чувствительного элемента. В некоторых конструкциях серьезные проблемы возникают при измерении расхода насыщенного пара, когда одновременно в трубопроводе существует газовая и жидкая фаза. Вода концентрируется вдоль стенок трубы и препятствует нормальному функционированию датчиков давления, установленных заподлицо со стенкой трубы. В других конструкциях конденсат может затапливать сенсор и блокировать измерение расхода вовсе. Зато у некоторых расходомеров это практически не влияет на показания.

Кроме этого, двухфазный поток, набегая на тело обтекания, формирует целый спектр вихревых частот, связанных как со скоростью газовой фазы, так и со скоростями жидкой фазы (капельной формы ядра потока и пленочной или струйной пристеночной области) влажного насыщенного пара. При этом, амплитуда вихревого сигнала жидкой фазы может быть весьма значительной, и, если электронная схема не предполагает цифровой фильтрации сигнала с помощью спектрального анализа и специального алгоритма выделение «истинного» сигнала, связанного с газовой фазой потока, что характерно для упрощенных моделей расходомеров, то будет происходить сильное занижение показаний расхода. Лучшие модели вихревых расходомеров обладают системами DSP (цифровой обработки сигнала) и SSP (спектральной обработки сигнала на основе быстрого преобразования Фурье), которые позволяют не только повысить отношение сигнал/шум, выделить «истинный» вихревой сигнал, но и устранить влияние вибраций трубопровода и электрических помех.

Несмотря на то, что вихревые расходомеры предназначены для измерения расхода однофазной среды, они могут быть использованы для измерения расхода двухфазных сред, в том числе, пара с каплями воды при некоторой деградации метрологических характеристик. Так, по экспериментальным исследованиям компаний EMCO и Spirax Sarco, влажный насыщенный пар со степенью сухости свыше 0,9 можно считать гомогенным и за счет «запаса» по точности расходомеров PhD и VLM (±0,8-1,0 %), показания массового расхода и тепловой мощности будут находиться в пределах погрешностей, нормированных в «Правилах учета тепловой энергии и теплоносителя».

При степени же сухости 0,7-0,9 относительная погрешность измерений массового расхода этих расходомеров может достигать 10 % и более.

Чтобы избежать блокирование чувствительного элемента вихревого расходомера, например, чувствительного крыла конденсатом, некоторые производители рекомендуют ориентировать первичный преобразователь таким образом, чтобы ось чувствительного элемента была параллельна поверхности раздела пар/конденсат.

Другие типы расходомеров

Расходомеры переменного перепада/переменной площади, обтекания с подпружиненной заслонкой и мишенные переменной площади не допускают измерение двухфазной среды из-за возможного эрозионного износа проточной части при движении конденсата.

Принципиально только массовые расходомеры кориолисового типа могли бы измерять двухфазную среду, однако исследования показывают, что погрешности измерений кориолисовых расходомеров в значительной степени зависят от соотношения долей фаз, а «попытки разработать универсальный расходомер для многофазных сред скорее ведут в тупик» (доклад В. Кравченко и М. Риккен «Измерения расхода с помощью кориолисовых расходомеров в случае двухфазного потока» на XXIV международной научно-практической конференции «Коммерческий учет энергоносителей» в Санкт-Петербурге). В то же время кориолисовые расходомеры интенсивно развиваются, и, возможно, успех будет достигнут уже скоро, но пока таких промышленных средств измерений на рынке нет.

Коррекция степени сухости пара

Для вычисления массового расхода и тепловой мощности влажного пара необходимо измерение степени сухости. Многие тепловычислители и теплоэнергоконтроллеры российского производства имеют в качестве опции введение константы «степень сухости пара», с помощью которой производится коррекция удельной плотности и энтальпии влажного насыщенного пара.

Плотность насыщенного водяного пара определяют по формуле:

ρ1 . ρ2

ρ = --------------------- ,

ρ2 . (1 - X) + ρ1 . X

X - степень сухости насыщенного водяного пара, кг/кг.

Фиксированное значение степени сухости может быть установлено на базе экспертной оценки или баланса масс (последний можно установить при анализе статистических данных и наличии одного источника и одного потребителя пара), однако эти методы будут создавать существенную погрешность, поскольку не учитывают динамические погрешности, связанные с изменением степени сухости в процессе работы.

В разные годы в России и СНГ появлялась информация о реализации измерителей сухости пара в потоке (поточных влагомеров) основанных, например, на диэлькометрическом методе измерений (зависимости диэлектрической проницаемости от влажности пара), радиационного просвечивания трубопровода гамма-лучами, однако промышленных влагомеров пара до сих пор не появилось на рынке.

На самом деле американская компания EMCO (с 2005 г. бренд Spirax Sarco) выпускала вычислитель потока FP-100, имеющий токовый вход 4-20 мА с функцией ввода «влажности пара» и собственно измеритель влажности пара, действующий на зависимости степени поглощения СВЧ энергии в потоке влажного пара. Однако, в начале 90-х гг. этот вход перестал использоваться, а измеритель влажности перестал производиться, поскольку стало совершенно очевидно, что использование влажного пара для каких-либо целей, кроме весьма ограниченных технологических, неприемлемо из-за снижения энергоэффективности пароконденсатных систем, повышенного износа паропроводов, арматуры, фитингов и других устройств, возрастания риска аварий и катастроф в опасных промышленных и других объектах.

Решение проблемы измерения расхода влажного пара

Единственно правильным решением осуществления метрологически достоверного и надежного учета тепловой мощности и массового расхода влажного насыщенного пара, является следующий метод:

1) сепарирование влажного пара с помощью сепаратора и конденсатоотводчика;

2) измерение расхода сухого насыщенного пара любым пригодным для этого расходомером;

3) измерение расхода конденсата любым пригодным для этого расходомером;

4) расчет массовых расходов и тепловых мощностей пара и конденсата;

5) интегрирование параметров во времени, архивирование и формирование протоколов измерений.

Измерение расхода конденсата должен производиться в той части конденсатопровода, где обеспечено однофазное состояние конденсата (без пара вторичного вскипания), например, после конденсатного бака (ресивера), имеющего связь с атмосферой (вестовую трубу), с использованием конденсатного насоса или перекачивающего конденсатоотводчика.

Измерение пульсирующих расходов

Измерение быстроменяющихся (пульсирующих) потоков расходомерами переменного перепада давления в некоторых случаях может достичь недопустимо больших значений. Это связано с большим числом источников погрешности: влияния квадратичной зависимости между расходом и перепадом давления, влиянием местного ускорения, влияния акустических явлений и импульсных (соединительных) трубок. Поэтому п.6.3.1 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом перепада давления» устанавливает, что: «Расход должен быть постоянным или медленно меняющимся во времени».

Измерение пульсирующих расходов вихревыми расходомерами не представляет проблем, так как эти расходомеры имеют достаточное быстродействие при измерении расхода пара. Диапазон частот срыва вихрей с тела обтекания при измерении расхода пара составляют сотни и тысячи герц, что соответствует временным интервалам от единиц до десятков миллисекунд. Современные электронные схемы вихревых расходомеров анализируют спектр сигнала за 3-7 периодов синусоидального вихревого сигнала, обеспечивая отклик в течение менее 30-70 мс, достаточный для отслеживания быстропротекающих процессов.

Измерение расхода пара в переходных режимах

Пусковые режимы трубопровода связаны с прогревом трубопровода насыщенным или перегретым паром и интенсивным образованием конденсата. Наличие конденсата будет подвергать опасности гидроударов кинетического и термодинамического типа как сами паропроводы, так и арматуру, фитинги и другие устройства, установленные на паропроводе, при контакте пара с конденсатом. Дренаж паропроводов совершенно необходим не только в режиме прогрева и пуска, но и при нормальной эксплуатации. При этом сепарация образующегося в переходных режимах конденсата, с помощью сепараторов пара и конденсатоотводчиков, наряду с получением сухого насыщенного пара, обеспечивает отвод конденсата, который может быть измерен расходомером жидкости любого пригодного для этой среды типа.

Наличие конденсата во влажном паре представляет серьезную угрозу возникновения гидроударов. При этом возможно как образование пробки конденсата, так и мгновенная конденсация пара при контакте с жидкостью. Расходомеры на сужающих устройствах не боятся гидроударов, а с вихревыми устройствами несколько сложнее. Дело в том, что в вихревых расходомерах на основе пульсаций давления чувствительные элементы находятся под тонкой мембраной, а потому не защищены от гидроударов. Производители, как правило, честно предупреждают об этом, напоминая, что гарантия на прибор в этом случае недействительна. В вихревых же расходомерах на основе изгибных напряжений чувствительный элемент отделен от измеряемой среды и не может быть поврежден в случае гидроудара.

В настоящее время на рынке известны сотни производителей вихревых расходомеров, но мировыми лидерами по разработке и выпуску этого типа приборов являются корпорация Yokogawa Electric (Япония), Endress+Hauser (Германия) и EMCO (США).

1. Измерение расхода водяного пара

Расчет сужающего устройства для измерения расхода (Q 0) водяного пара производится по следующей методике

Определяем недостающие для расчета данные

Абсолютное давление измеряемой среды перед сужающим устройством определяется как сумма барометрического и избыточного давлений

где - барометрическое давление (Р б = 1 кгс/см 2 = 9,8066*10 4 Па);

Избыточное давление().

Плотность измеряемой среды в рабочих условиях (и t=340 0 С).

Приложение 3

Определяем значение D, соответствующее рабочей температуре t = 340 0 С вещества в трубопроводе по формуле:

где - внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при температуре t = 20 0 С (D = 200 мм);

Средний коэффициент линейного теплового расширения материала сужающего устройства (трубопровода) в интервале от 20 до t°С, 1/град

t - температура измеряемой среды перед сужающим устройством (t = 340 0 С).

Динамическая вязкость измеряемой среды в рабочих условиях

Температура, 0 С
Динамическая вязкость, 10 -5 Па*с

Принимаем.

Принимаем показатель адиабаты равным k =1,38.

Принимаем сужающее устройство Сопло, руководствуясь следующими соображениями

а) при одних и тех же значениях модуля и перепада давления сопло позволяет измерять больший расход, чем диафрагма, а при D ? 300 мм обеспечивает также более высокую точность измерения в сравнении с диафрагмой (особенно при малых модулях);

б) при одних и тех же значениях модуля и расхода потеря давления в сопле значительно меньше, чем в диафрагме;

в) точность измерения расхода газов и пара при применении сопла выше, чем при применении диафрагмы;

г) изменение или загрязнение входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода диафрагмы в значительно большей степени, чем на коэффициент расхода сопла.

1.3. Верхний предел измерений дифманометра Q П (Q ОП, Q НИ, Q МП) выбираем по заданному наибольшему измеряемому расходу Q max = 0,8 м 3 /с = 2880 м 3 /ч так, чтобы стандартное значение Q П было ближайшее большее по отношению к значению Q m ах. Таким образом принимаем Q П = 3200 м 3 /ч.

1.4. Принимаем модуль сужающего устройства из следующих соображений:

При применении сопел и сопел Вентури неточность поправки на число Рейнольдса ДQ оказывает наименьшее влияние на коэффициент расхода, когда 0,5 ? m ? 0,65.

Таким образом принимаем m = 0.5.

1.5. По значению m вычисляю:

Коэффициент расхода а И по формуле:

а И = 0,9100 + 0,6258m - 1.4m 2 + 1.6667m 3 , при m = 0,5 а И = 1.0812;

Значение коэффициента расхода б по формуле:

а = а И *k 2 ,

где k 2 - поправочный множитель на шероховатость трубы (k 2 = 1,005).

пар давление аналоговый коммутатор

а = ,0812*1,005 = 1,0866.

1.6. Определяем предельный номинальный перепад давления дифманометра ДРн. Пусть задана допустимая потеря давления в сужающем устройстве, при наибольшем измеряемом расходе Qmах.

Определяем допустимую потерю давления Р ПД при расходе, равном выбранному верхнему пределу измерений дифманометра Q П = 3200 м 3 /ч.

Предельный перепад давления дифманометра ДРн выбираем из ряда стандартных чисел. Следовательно, ДРн = 250 кПа.

1.7. Определяем число Рейнольдса при расходе равном Q СР = 2520 м 3 /ч.

Т.к. рассчитанное число Рейнольдса > для данного модуля m = 0.5, то расчет продолжаем дальше.

1.8. Определяем наибольший перепад давления в сужающем устройстве для кольцевых, сильфонных и мембранных дифманометров по формуле:

1.9. Определяем поправочный множитель по формуле:

1.10. Подсчитываем отношение

1.11. Определяем поправочный множитель по формуле:

1.12. Подсчитываем (с четырьмя значащими цифрами) искомое значение d 20 диаметра отверстия сужающего устройства при 20 °С:

1.13. Для поплавковых дифманометров, заполненных ртутью, над которой находится газ плотностью 14 кг/м 3 , или маслом, над которым находится газ плотностью 0,9 кг/м 3 , а также для кольцевых, колокольных, сильфонных и мембранных дифманометров определяем объемный расход соответствующий наибольшему перепаду давления

Влияние схем включения подогревателей энергоблока на тепловую эффективность подогрева

Первый этап расчета ПТС заключается в определении состояний водяного пара в ступенях турбины. Для этого строят процесс работы пара в турбине в h, S-диаграмме. Используем методику ...

Модернизация системы энергоснабжения цементного завода

Выполняется тепловой баланс: В соответствии с ВНТП 06-86 выбираем параметры пара: T=187.9 0C P=1.2MПа Где теплоемкость мазута в ккал/(кг*0С) считается по формуле сТ=0,415+0,0006*t, t - температура топлива, 0С. Среднюю температуру мазута принимаем зима- -20, лето 20...

Проект конденсационной электростанции 450 мВт в г. Назарово

Коэффициент недовыработки мощности отопительного отбора равен: Для первого отбора: (4) где - энтальпия на выходе из турбины, кДж/кг; - энтальпия пара на входе в пароперегреватель, кДж/кг; - энтальпия пара на выходе из пароперегревателя, кДж/кг...

Проект ТЭЦ мощностью 500 МВт

Коэффициент недоиспользования мощности отопительных отборов: для первого отбора: (30) для второго отбора: (31) Расход пара на сетевые подогреватели определим из уравнения теплового баланса: (32) (33) Принимая коэффициент регенерации Kр = 1...

Проект ТЭЦ с разработкой инвариантных САР

Расход пара на турбину определяется по формуле: . Тогда: кг/с, кг/с, кг/с, кг/с, кг/с, кг/с, кг/с, кг/с, кг/с, кг/с, кг/с, кг/с, кг/с. Мощность, вырабатываемая в турбине: =80 МВт - мощность...

Проектирование ГРЭС

Коэффициент недоиспользования мощности отопительного отбора на нижний сетевой подогреватель: (2.21) где iотб7 - энтальпия пара в отборе на нижний сетевой подогреватель из таблицы 2.2, кДж/кг; iк - энтальпия пара в конденсаторе из таблицы 2.2...

В данном курсовом проекте для измерения расхода пара используется метод переменного перепада давления. Этот метод основан на том, что поток пара, протекающего в трубопроводе...

Проектирование систем контроля расхода и температуры пара

Для измерения температуры пара используем термоэлектрический термометр - термопара ХК (хромель-капель). Термопара - это два проводника (термоэлектрода), изготовленные из разных металлов, спаянные в одной точке...

Проектирование тепловой схемы ТЭЦ для промышленного предприятия и жилого района

Измерение расхода и массы веществ (жидких, газообразных, сыпучих, твердых, паров и т. п.) широко применяется как в товароучетных и отчетных операциях, так и при контроле, регулировании и управлении технологическими процессами...

Разработка расходомера переменного перепада давления с трубой Вентури

Требуется рассчитать приведенную температуру перегретого водяного пара tпр и приведенное давление pпр для определения коэффициента динамической вязкости з. По данным справочника : , где t - температура водяного пара, ?C; t=500 ?C....

Расчет принципиальной тепловой схемы и технико-экономических показателей энергоустановки (энергоблок с турбиной ПТ-135/165-130/15)

энергоблок пар турбина деаэратор Определение предварительного расхода пара на турбину. Коэффициент недоиспользования мощности промышленного отбора: ; где Hi=i0-ik, hпр=i0-i3 - использованные теплоперепады потока пара. Hi=3471.4-2063.26 =1408.14 кДж/кг. hпр=3471...

Расчет рабочего контура ядерной энергетической установки

Количество пара, отбираемого на технологические нужды двухконтурных АЭС (расход пара на собственные нужды СН), определяется мощностью АЭС, особенностями принципа действия принятой в расчет ЯЭУ АЭС и АЭС в целом...

Расчет тепловой схемы турбины К-800-240

Расчёт принципиальной тепловой схемы по методу последовательных приближений основан на предварительной оценке расхода пара на турбину с помощью диаграммы режимов или по приближенным формулам...

Расчет цилиндра низкого давления (ЦНД) турбины К-300-240-1

Тепловая схема установки принимается по прототипу. Число отборов, давление пара в отборах и расход пара в каждом отборе выбираются по таблицам, представленным в приложении ...

Тепловая энергия - это система измерения теплоты, которая была изобретена и используется еще два столетия назад. Основным правилом работы с данной величиной было то, что тепловая энергия сохраняется и не может просто исчезнуть, но может перейти в другой вид энергии.

Существует несколько общепринятых единиц измерения тепловой энергии . В основном их используют в промышленных отраслях, таких как . Внизу описаны самые распространенные из них:

Любая единица измерения, входящая в систему СИ, имеет предназначение в определении суммарного количества того или иного вида энергии, такого как выделения тепла или электроэнергия. Время проведения измерения и количество не влияют на эти величины, почему можно их использовать как для потребляемой, так и для уже потребленной энергии. Кроме того, любая передача и прием, а также потери тоже исчисляются в таких величинах.

Где применяют единицы измерения тепловой энергии

Единицы измерения энергии, переведенные в тепловую

Для наглядного примера ниже приведены сравнения различных популярных показателей СИ с тепловой энергией:

• 1 ГДж равен 0,24 Гкал, что в электрическом эквиваленте равняется 3400 миллионов кВт на час. В эквиваленте тепловой энергии 1 ГДж = 0,44 тонны пара;
• В то же время 1 Гкал = 4,1868 ГДж = 16000 млн. кВт на час = 1,9 тонн пара;
• 1 тонна пара равняется 2,3 ГДж = 0,6 Гкал = 8200 кВт на час.

В данном примере приводимая величина пара принята за испарение воды при достижении 100°С.

Чтобы провести расчеты количества тепла, используется следующий принцип: для получения данных о количестве тепла его используют в нагревании жидкости, после чего масса воды умножается на пророщенную температуру. Если в СИ масса жидкости измеряется килограммами, а температурные перепады в градусах Цельсия, то результатом таких расчетов будет количество теплоты в килокалориях.

Если есть необходимость в передаче тепловой энергии от одного физического тела другому, и вы хотите узнать возможные потери, то стоит массу получаемого тепла вещества умножить на температуру повышения, а после узнать произведение получаемого значения на «удельную теплоемкость» вещества.