จี. ไอ. ไซเชฟ
หัวหน้าแผนกโฟลว์มิเตอร์
Spirax-Sarco Engineering LLC

คุณสมบัติของไอน้ำ
ปัญหาการวัดการไหล

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิก
เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์
เครื่องวัดอัตราการไหลประเภทอื่นๆ

ความแม่นยำของการวัดการไหลของไอน้ำขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย หนึ่งในนั้นคือระดับความแห้ง ตัวบ่งชี้นี้มักถูกละเลยเมื่อเลือกเครื่องมือวัดและวัดและไร้ผลโดยสิ้นเชิง ความจริงก็คือไอน้ำเปียกอิ่มตัวนั้นเป็นสื่อสองเฟส และทำให้เกิดปัญหาหลายประการในการวัดการไหลของมวลและพลังงานความร้อน วันนี้เราจะมาดูวิธีแก้ปัญหาเหล่านี้กัน

คุณสมบัติของไอน้ำ

ขั้นแรก เรามากำหนดคำศัพท์และค้นหาคุณลักษณะของไอน้ำเปียกกันดีกว่า

ไอน้ำอิ่มตัวคือไอน้ำที่อยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์กับน้ำ ความดันและอุณหภูมิที่เชื่อมต่อกันและอยู่บนกราฟความอิ่มตัว (รูปที่ 1) ซึ่งกำหนดจุดเดือดของน้ำที่ความดันที่กำหนด

ไอน้ำร้อนยวดยิ่งคือไอน้ำที่ถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของน้ำที่ความดันที่กำหนด ซึ่งได้มาจากไอน้ำอิ่มตัวโดยการให้ความร้อนเพิ่มเติม

ไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้ง (รูปที่ 1) เป็นก๊าซโปร่งใสไม่มีสีที่เป็นเนื้อเดียวกันเช่น สภาพแวดล้อมที่เป็นเนื้อเดียวกัน นี่เป็นนามธรรมในระดับหนึ่งเนื่องจากเป็นเรื่องยากที่จะได้รับ: โดยธรรมชาติแล้วพบได้ในแหล่งความร้อนใต้พิภพเท่านั้นและไอน้ำอิ่มตัวที่ผลิตโดยหม้อไอน้ำไม่แห้ง - ค่าความแห้งทั่วไปสำหรับหม้อไอน้ำสมัยใหม่คือ 0.95- 0.97. ส่วนใหญ่แล้วระดับความแห้งจะต่ำกว่านี้ด้วยซ้ำ นอกจากนี้ ไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งยังสามารถแพร่กระจายได้: เมื่อความร้อนเข้ามาจากภายนอก จะทำให้ร้อนเกินไปได้ง่าย และเมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมา ก็จะกลายเป็นความชื้นอิ่มตัว

รูปที่ 1 เส้นความอิ่มตัวของไอน้ำ

ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียก (รูปที่ 2) เป็นส่วนผสมเชิงกลของไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งกับของเหลวละเอียดแขวนลอย ซึ่งอยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ศาสตร์กับไอน้ำ ความผันผวนของความหนาแน่นของเฟสก๊าซและการมีอยู่ของอนุภาคแปลกปลอม รวมถึงประจุไฟฟ้า - ไอออน ทำให้เกิดการเกิดขึ้นของศูนย์ควบแน่นที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อความชื้นของไอน้ำอิ่มตัวเพิ่มขึ้น เช่น เนื่องจากการสูญเสียความร้อนหรือความดันที่เพิ่มขึ้น หยดน้ำเล็กๆ จะกลายเป็นศูนย์กลางของการควบแน่นและค่อยๆ เพิ่มขนาด และไอน้ำอิ่มตัวจะกลายเป็นต่างกัน กล่าวคือ ตัวกลางสองเฟส (ส่วนผสมไอน้ำคอนเดนเสท) ในรูปของหมอก ไอน้ำอิ่มตัวซึ่งแสดงถึงเฟสก๊าซของส่วนผสมไอน้ำคอนเดนเสทจะถ่ายโอนพลังงานจลน์และพลังงานความร้อนส่วนหนึ่งไปยังสถานะของเหลวเมื่อเคลื่อนที่ เฟสก๊าซของการไหลนั้นมีหยดของเฟสของเหลวอยู่ในปริมาตร แต่ความเร็วของเฟสของเหลวของการไหลนั้นต่ำกว่าความเร็วของเฟสไออย่างมีนัยสำคัญ ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียกสามารถสร้างส่วนต่อประสานได้ เช่น ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง โครงสร้างของการไหลแบบสองเฟสระหว่างการควบแน่นของไอน้ำในท่อแนวนอนและแนวตั้งจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของส่วนแบ่งของเฟสก๊าซและของเหลว (รูปที่ 3)

รูปที่ 2 แผนภาพ PV ของไอน้ำ

รูปที่ 3 โครงสร้างการไหลแบบสองเฟสในท่อแนวนอน

ธรรมชาติของการไหลของเฟสของเหลวขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของแรงเสียดทานและแรงโน้มถ่วง และในท่อที่อยู่ในแนวนอน (รูปที่ 4) ที่ความเร็วไอน้ำสูง การไหลของคอนเดนเสทสามารถคงสภาพเหมือนฟิล์มได้เช่นเดียวกับในแนวตั้ง ท่อด้วยความเร็วปานกลางสามารถมีรูปร่างเป็นเกลียวได้ (รูปที่ 5) และที่การไหลของฟิล์มต่ำจะสังเกตได้เฉพาะบนพื้นผิวด้านในด้านบนของท่อและบนพื้นผิวด้านล่างจะมีการไหลต่อเนื่องเป็น "กระแส" ถูกสร้างขึ้น

ดังนั้นในกรณีทั่วไปการไหลของส่วนผสมไอน้ำคอนเดนเสทเมื่อเคลื่อนที่ประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: ไอน้ำอิ่มตัวแห้ง, ของเหลวในรูปของหยดในแกนกลางของการไหล, และของเหลวในรูปของฟิล์มหรือไอพ่นบน ผนังท่อ แต่ละเฟสมีความเร็วและอุณหภูมิของตัวเอง และเมื่อส่วนผสมของไอน้ำ-คอนเดนเสทเคลื่อนที่ จะเกิดการลื่นของเฟสสัมพัทธ์ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการไหลสองเฟสในท่อไอน้ำของไอน้ำอิ่มตัวเปียกถูกนำเสนอในงาน

รูปที่ 4 โครงสร้างการไหลแบบสองเฟสในท่อแนวตั้ง

รูปที่ 5 การเคลื่อนที่แบบเกลียวของคอนเดนเสท

ปัญหาการวัดการไหล

การวัดการไหลของมวลและพลังงานความร้อนของไอน้ำอิ่มตัวเปียกทำให้เกิดความท้าทายต่อไปนี้:
1. เฟสก๊าซและของเหลวของไอน้ำอิ่มตัวเปียกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกันและครอบครองพื้นที่หน้าตัดที่เทียบเท่ากับตัวแปรของท่อ
2. ความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัวจะเพิ่มขึ้นเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้นและการพึ่งพาความหนาแน่นของไอน้ำเปียกกับความดันที่ระดับความแห้งต่างกันนั้นไม่ชัดเจน
3. เอนทาลปีจำเพาะของไอน้ำอิ่มตัวจะลดลงเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้น
4. การกำหนดระดับความแห้งของไอน้ำอิ่มตัวเปียกในการไหลเป็นเรื่องยาก

ในเวลาเดียวกัน การเพิ่มระดับความแห้งของไอน้ำอิ่มตัวเปียกสามารถทำได้ในสองวิธีที่รู้จักกันดี: "บด" ไอน้ำ (ลดความดันและตามอุณหภูมิของไอน้ำเปียก) โดยใช้วาล์วลดแรงดันและแยก เฟสของเหลวโดยใช้เครื่องแยกไอน้ำและตัวดักคอนเดนเสท เครื่องแยกไอน้ำสมัยใหม่ช่วยให้ไอน้ำเปียกแห้งได้เกือบ 100%
การวัดการไหลของสื่อสองเฟส - อย่างยิ่ง งานที่ยากลำบากซึ่งยังไม่ได้ออกจากห้องปฏิบัติการวิจัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนผสมของไอน้ำและน้ำ
มิเตอร์วัดการไหลของไอน้ำส่วนใหญ่จะเป็นแบบความเร็วสูง เช่น วัดอัตราการไหลของไอน้ำ ซึ่งรวมถึงเครื่องวัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผันตามอุปกรณ์ปากน้ำ กระแสน้ำวน อัลตราโซนิก เครื่องวัดวามเร็ว สหสัมพันธ์ และเครื่องวัดการไหลของเจ็ท เครื่องวัดการไหลของโบลิทาร์และความร้อนมีความโดดเด่นในการวัดมวลของตัวกลางที่ไหลโดยตรง
มาดูวิธีการกัน ประเภทต่างๆมิเตอร์วัดการไหลจะทำงานเมื่อต้องรับมือกับไอน้ำเปียก

เครื่องวัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผัน

เครื่องวัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผันตามช่องเปิด (ไดอะแฟรม หัวฉีด ท่อ Venturi และความต้านทานไฮดรอลิกเฉพาะที่) ยังคงเป็นวิธีการหลักในการวัดการไหลของไอน้ำ อย่างไรก็ตามตามหัวข้อย่อย 6.2 ของ GOST R 8.586.1-2005 "การวัดการไหลและปริมาณของของเหลวและก๊าซโดยใช้วิธีความดันแตกต่าง": ตามเงื่อนไขการใช้งานอุปกรณ์จำกัดมาตรฐาน "สื่อที่ได้รับการควบคุมจะต้องเป็นชิ้นเดียว" -เฟสและเป็นเนื้อเดียวกันใน คุณสมบัติทางกายภาพ» :
หากมีไอน้ำและน้ำในตัวกลางแบบสองเฟสในท่อ การวัดการไหลของสารหล่อเย็นโดยอุปกรณ์ปรับแรงดันแบบแปรผันที่มีความแม่นยำมาตรฐานนั้นไม่รับประกัน ในกรณีนี้ “เราสามารถพูดถึงอัตราการไหลของเฟสไอ (ไอน้ำอิ่มตัว) ที่วัดได้ของการไหลของไอน้ำเปียกโดยไม่ทราบค่าของระดับความแห้ง”
ดังนั้นการใช้มิเตอร์วัดการไหลดังกล่าวเพื่อวัดการไหลของไอน้ำเปียกจะทำให้การอ่านค่าไม่น่าเชื่อถือ
การประเมินข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีวิจัยที่เกิดขึ้น (มากถึง 12% ที่ความดันสูงถึง 1 MPa และระดับความแห้ง 0.8) เมื่อทำการวัดไอน้ำเปียกด้วยมิเตอร์วัดการไหลแบบแรงดันแปรผันตามอุปกรณ์ปากได้ดำเนินการในงาน

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิก

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิกซึ่งใช้ในการวัดการไหลของของเหลวและก๊าซอย่างประสบความสำเร็จ ยังไม่พบการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในการวัดการไหลของไอน้ำ แม้ว่าบางประเภทจะผลิตในเชิงพาณิชย์หรือได้ประกาศโดยผู้ผลิตก็ตาม ปัญหาคือเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกที่ใช้หลักการวัดดอปเปลอร์ตามการเปลี่ยนความถี่ของลำแสงอัลตราโซนิก ไม่เหมาะสำหรับการวัดไอน้ำอิ่มตัวแบบร้อนยวดยิ่งและแบบแห้ง เนื่องจากขาดความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในการไหลที่จำเป็นในการสะท้อนลำแสง และเมื่อ การวัดอัตราการไหลของไอน้ำเปียก การอ่านค่านั้นถูกประเมินต่ำเกินไป เนื่องจากความแตกต่างในความเร็วของเฟสของก๊าซและของเหลว ในทางกลับกัน มิเตอร์อัลตราโซนิกชนิดพัลส์เวลาไม่สามารถใช้ได้กับไอน้ำเปียกเนื่องจากการสะท้อน การกระเจิง และการหักเหของลำแสงอัลตราโซนิกบนหยดน้ำ

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์

เครื่องวัดอัตราการไหล Vortex จากผู้ผลิตหลายรายทำงานแตกต่างกันเมื่อทำการวัดไอน้ำเปียก สิ่งนี้ถูกกำหนดโดยการออกแบบตัวแปลงสัญญาณการไหลหลัก หลักการตรวจจับกระแสน้ำวน วงจรอิเล็กทรอนิกส์ และโดยคุณสมบัติของซอฟต์แวร์ อิทธิพลของคอนเดนเสทต่อการทำงานขององค์ประกอบที่มีความละเอียดอ่อนถือเป็นพื้นฐาน ในการออกแบบบางอย่าง “ปัญหาร้ายแรงเกิดขึ้นเมื่อวัดการไหลของไอน้ำอิ่มตัวเมื่อมีเฟสก๊าซและของเหลวอยู่ในท่อ น้ำกระจุกตัวไปตามผนังท่อและรบกวนการทำงานปกติของเซ็นเซอร์ความดันที่ติดตั้งแบบฝังไว้กับผนังท่อ" ในการออกแบบอื่นๆ การควบแน่นอาจทำให้เซ็นเซอร์ท่วมและขัดขวางการวัดการไหลโดยสิ้นเชิง แต่สำหรับมิเตอร์วัดอัตราการไหลบางรุ่น แทบไม่มีผลกระทบต่อการอ่านค่าเลย
นอกจากนี้ การไหลแบบสองเฟสที่วิ่งเข้าไปในตัวถังหน้าผา ก่อให้เกิดความถี่ของกระแสน้ำวนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับทั้งความเร็วของเฟสก๊าซและความเร็วของเฟสของเหลว (รูปแบบหยดของแกนการไหลและฟิล์มหรือไอพ่น บริเวณใกล้ผนัง) ของไออิ่มตัวชื้น ในกรณีนี้ แอมพลิจูดของสัญญาณกระแสน้ำวนของเฟสของเหลวอาจมีนัยสำคัญมากและหากวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไม่เกี่ยวข้องกับการกรองสัญญาณแบบดิจิทัลโดยใช้ การวิเคราะห์สเปกตรัมและอัลกอริธึมพิเศษสำหรับการระบุสัญญาณ "จริง" ที่เกี่ยวข้องกับเฟสก๊าซของการไหล ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับโมเดลมิเตอร์วัดการไหลแบบง่าย จากนั้นการประเมินค่าการไหลต่ำเกินไปอย่างรุนแรงจะเกิดขึ้น เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์รุ่นที่ดีที่สุดมีระบบ DSP (การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล) และ SSP (การประมวลผลสัญญาณสเปกตรัมตามการแปลงฟูริเยร์ที่รวดเร็ว) ซึ่งไม่เพียงเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนเท่านั้น แต่ยังเน้นสัญญาณกระแสน้ำวน "จริง" แต่ยัง ขจัดอิทธิพลของการสั่นสะเทือนของท่อและการรบกวนทางไฟฟ้า
แม้ว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์จะได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดการไหลของตัวกลางเฟสเดียว แต่งานแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้วัดการไหลของตัวกลางแบบสองเฟสได้ รวมถึงไอน้ำที่มีหยดน้ำ โดยมีลักษณะการเสื่อมโทรมบางประการของคุณสมบัติทางมาตรวิทยา
ไอน้ำอิ่มตัวเปียกที่มีระดับความแห้งมากกว่า 0.9 การวิจัยเชิงทดลอง EMCO และ Spirax Sarco ถือได้ว่าเป็นเนื้อเดียวกัน และเนื่องจาก "ส่วนต่าง" ในความแม่นยำของเครื่องวัดอัตราการไหลระดับปริญญาเอกและ VLM (±0.8-1.0%) การอ่านค่าการไหลของมวลและพลังงานความร้อนจะอยู่ภายในขีดจำกัดข้อผิดพลาดที่ทำให้เป็นมาตรฐานใน
โดยมีระดับความแห้ง 0.7-0.9 ข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องการวัดการไหลของมวลของมิเตอร์วัดการไหลเหล่านี้สามารถเข้าถึงได้ถึงสิบเปอร์เซ็นต์หรือมากกว่า
ตัวอย่างเช่น การศึกษาอื่นๆ ให้ผลลัพธ์ในแง่ดีมากขึ้น - ข้อผิดพลาดในการวัดอัตราการไหลของไอน้ำเปียกโดยใช้หัวฉีด Venturi ในการติดตั้งพิเศษเพื่อสอบเทียบมิเตอร์วัดการไหลของไอน้ำอยู่ภายใน ±3.0% สำหรับไอน้ำอิ่มตัวที่มีระดับความแห้งมากกว่า 0.84 .
เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้คอนเดนเสทปิดกั้นองค์ประกอบการตรวจจับของมิเตอร์กระแสน้ำวน เช่น ปีกตรวจจับ ผู้ผลิตบางรายแนะนำให้วางตำแหน่งเซ็นเซอร์เพื่อให้แกนขององค์ประกอบตรวจจับขนานกับส่วนต่อประสานไอน้ำ/คอนเดนเสท

เครื่องวัดอัตราการไหลประเภทอื่นๆ

มิเตอร์วัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลดิฟเฟอเรนเชียล/แปรผัน มิเตอร์วัดการไหลพร้อมแดมเปอร์แบบสปริงโหลด และมิเตอร์วัดการไหลแบบพื้นที่เป้าหมายแบบแปรผัน ไม่อนุญาตให้ทำการตรวจวัดตัวกลางแบบสองเฟส เนื่องจากอาจสึกหรอจากการกัดกร่อนของส่วนที่ไหลระหว่างการเคลื่อนที่ของคอนเดนเสท
ตามหลักการแล้ว มีเพียงเครื่องวัดอัตราการไหลมวลแบบโบลิทาร์เท่านั้นที่สามารถวัดตัวกลางแบบสองเฟสได้ แต่การวิจัยแสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดในการวัดของเครื่องวัดอัตราการไหลของโบลิทาร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของเศษส่วนของเฟส และ "ความพยายามในการพัฒนาเครื่องวัดการไหลแบบสากลสำหรับสื่อแบบหลายเฟสมีแนวโน้มที่จะนำไปสู่ ไปสู่ทางตัน” ในเวลาเดียวกัน เครื่องวัดอัตราการไหลของโบลิทาร์กำลังได้รับการพัฒนาอย่างเข้มข้น และบางทีอาจจะประสบความสำเร็จในไม่ช้านี้ แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรมดังกล่าวในตลาด

ที่จะดำเนินต่อไป

วรรณกรรม:
1. ไรเนอร์ โฮเฮนเฮาส์ การวัดไอน้ำในพื้นที่ไอน้ำเปียกมีประโยชน์อย่างไร // METRA Energie-Messtechnik GmbH, พฤศจิกายน, 2545
2. คู่มือแนวปฏิบัติที่ดี การลดต้นทุนการใช้พลังงานด้วยการวัดปริมาณไอน้ำ //อ้างอิง GPG018 เครื่องพิมพ์ของ Queen และผู้ควบคุม HMSO, 2005
3. โควาเลนโก เอ.วี. แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการไหลของไอน้ำเปียกสองเฟสในท่อส่งไอน้ำ
4. Tong L. การถ่ายเทความร้อนระหว่างการเดือดและการไหลแบบสองเฟส - M.: Mir, 1969
5. การถ่ายเทความร้อนในการไหลแบบสองเฟส เอ็ด D. Butterworth และ G. Hewitt.// M.: พลังงาน, 1980.
6. ลอมชาคอฟ เอ.เอส. การทดสอบหม้อไอน้ำ เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 2456
7. เจสซี แอล. โยเดอร์ การใช้มิเตอร์วัดการไหลของไอน้ำ // วิศวกรรมโรงงาน - เมษายน 2541
8. GOST R 8.586.1-2005 การวัดการไหลและปริมาณของของเหลวและก๊าซโดยใช้วิธีแรงดันต่าง
9. Koval N.I. , Sharoukhova V.P. ว่าด้วยปัญหาในการวัดไอน้ำอิ่มตัว// UTSMS, Ulyanovsk
10. Kuznetsov Yu.N., Pevzner V.N., Tolkachev V.N. การวัดไอน้ำอิ่มตัวโดยใช้อุปกรณ์หดตัว // วิศวกรรมพลังงานความร้อน - 1080.- หมายเลข 6.
11. โรบินชไตน์ ยู.วี. เรื่องการสูบจ่ายไอน้ำในระบบจ่ายความร้อนด้วยไอน้ำเชิงพาณิชย์ // วัสดุของการประชุมทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติครั้งที่ 12: การปรับปรุงการวัดการไหลของของเหลว ก๊าซ และไอน้ำ - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: Borey-Art, 2002
12. อบารินอฟ, E. G., K.S. ซาเรโล. ข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีในการวัดพลังงานของไอน้ำเปียกโดยใช้เครื่องวัดความร้อนสำหรับไอน้ำอิ่มตัวแห้ง // เทคโนโลยีการวัด - 2545. - ลำดับที่ 3.
13. โบรอฟนิค วี.เอ็ม. มิเตอร์วัดการไหลแบบไม่สัมผัส "Dnepr-7" สำหรับการสูบจ่ายของเหลว ไอน้ำ และก๊าซน้ำมัน //การบัญชีเชิงพาณิชย์ของทรัพยากรพลังงาน เนื้อหาของการประชุมทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติระดับนานาชาติครั้งที่ 16, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: Borey-Art, 2002
14. เครื่องส่งการไหลของไอน้ำ DigitalFlow™ XGS868 N4271 พานาเมทริกส์ อิงค์ 4/02
15. โบกุช เอ็ม.วี. การพัฒนาเครื่องวัดการไหลของกระแสน้ำวนในรัสเซีย
16. หนังสือข้อมูลทางวิศวกรรม III บทที่ 12 รูปแบบการไหลสองเฟส Wolverine Tube, Inc. 2550
17. P-683 “ กฎสำหรับการบัญชีพลังงานความร้อนและสารหล่อเย็น”, M.:, MPEI, 1995
18. อ. อามินี และ ไอ. โอเว่น การใช้หัวฉีดเวนทูรีไหลวิกฤตพร้อมไอน้ำเปียกอิ่มตัว //เครื่องวัดการไหล อินสตรัม., Vol. 6 เลขที่ 1 พ.ย. 2538
19. Kravchenko V.N., Rikken M. การวัดการไหลโดยใช้เครื่องวัดการไหลของ Coriolis ในกรณีของการไหลแบบสองเฟส // การบัญชีเชิงพาณิชย์ของผู้ให้บริการพลังงาน การประชุมทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัตินานาชาติ XXIV, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: Borey-Art, 2549
20. ริชาร์ด ธอร์น การวัดการไหล ซีอาร์ซี เพรส LLC, 1999

ความแม่นยำของการวัดการไหลของไอน้ำขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย หนึ่งในนั้นคือระดับความแห้ง ตัวบ่งชี้นี้มักถูกละเลยเมื่อเลือกเครื่องมือวัดและวัดและไร้ผลโดยสิ้นเชิง ความจริงก็คือไอน้ำเปียกอิ่มตัวนั้นเป็นสื่อสองเฟส และทำให้เกิดปัญหาหลายประการในการวัดการไหลของมวลและพลังงานความร้อน วันนี้เราจะมาดูวิธีแก้ปัญหาเหล่านี้กัน

คุณสมบัติของไอน้ำ

ขั้นแรก เรามากำหนดคำศัพท์และค้นหาคุณลักษณะของไอน้ำเปียกกันดีกว่า

ไอน้ำอิ่มตัวคือไอน้ำที่อยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์กับน้ำ ความดันและอุณหภูมิที่เชื่อมต่อกันและอยู่บนกราฟความอิ่มตัว (รูปที่ 1) ซึ่งกำหนดจุดเดือดของน้ำที่ความดันที่กำหนด

ไอน้ำร้อนยวดยิ่งคือไอน้ำที่ถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของน้ำที่ความดันที่กำหนด ซึ่งได้มาจากไอน้ำอิ่มตัวโดยการให้ความร้อนเพิ่มเติม

ไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้ง (รูปที่ 1) เป็นก๊าซโปร่งใสไม่มีสีและเป็นเนื้อเดียวกันเช่น สภาพแวดล้อมที่เป็นเนื้อเดียวกัน นี่เป็นนามธรรมในระดับหนึ่งเนื่องจากเป็นเรื่องยากที่จะได้รับ: โดยธรรมชาติแล้วพบได้ในแหล่งความร้อนใต้พิภพเท่านั้นและไอน้ำอิ่มตัวที่ผลิตโดยหม้อไอน้ำไม่แห้ง - ค่าความแห้งทั่วไปสำหรับหม้อไอน้ำสมัยใหม่คือ 0.95- 0.97. ส่วนใหญ่แล้วระดับความแห้งจะต่ำกว่านี้ด้วยซ้ำ นอกจากนี้ ไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งยังแพร่กระจายได้: เมื่อความร้อนมาจากภายนอก จะทำให้ร้อนเกินไปได้ง่าย และเมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมา จะกลายเป็นความชื้นอิ่มตัว:

รูปที่ 1 เส้นความอิ่มตัวของไอน้ำ

ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียก (รูปที่ 2) เป็นส่วนผสมเชิงกลของไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งกับของเหลวละเอียดแขวนลอย ซึ่งอยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ศาสตร์กับไอน้ำ ความผันผวนของความหนาแน่นของเฟสก๊าซและการมีอยู่ของอนุภาคแปลกปลอม รวมถึงประจุไฟฟ้า - ไอออน ทำให้เกิดการเกิดขึ้นของศูนย์ควบแน่นที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อความชื้นของไอน้ำอิ่มตัวเพิ่มขึ้น เช่น เนื่องจากการสูญเสียความร้อนหรือความดันที่เพิ่มขึ้น หยดน้ำเล็กๆ จะกลายเป็นศูนย์กลางของการควบแน่นและค่อยๆ เพิ่มขนาด และไอน้ำอิ่มตัวจะกลายเป็นต่างกัน กล่าวคือ ตัวกลางสองเฟส (ส่วนผสมไอน้ำคอนเดนเสท) ในรูปของหมอก ไอน้ำอิ่มตัวซึ่งแสดงถึงเฟสก๊าซของส่วนผสมไอน้ำคอนเดนเสทจะถ่ายโอนพลังงานจลน์และพลังงานความร้อนส่วนหนึ่งไปยังสถานะของเหลวเมื่อเคลื่อนที่ เฟสก๊าซของการไหลนั้นมีหยดของเฟสของเหลวอยู่ในปริมาตร แต่ความเร็วของเฟสของเหลวของการไหลนั้นต่ำกว่าความเร็วของเฟสไออย่างมีนัยสำคัญ ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียกสามารถสร้างส่วนต่อประสานได้ เช่น ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง โครงสร้างของการไหลแบบสองเฟสระหว่างการควบแน่นของไอน้ำในท่อแนวนอนและแนวตั้งจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของส่วนแบ่งของเฟสก๊าซและของเหลว (รูปที่ 3):


รูปที่ 2 แผนภาพ PV ของไอน้ำ

รูปที่ 3 โครงสร้างการไหลแบบสองเฟสในท่อแนวนอน

ธรรมชาติของการไหลของเฟสของเหลวขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของแรงเสียดทานและแรงโน้มถ่วง และในท่อที่อยู่ในแนวนอน (รูปที่ 4) ที่ความเร็วไอน้ำสูง การไหลของคอนเดนเสทสามารถคงสภาพเหมือนฟิล์มได้เช่นเดียวกับในแนวตั้ง ท่อด้วยความเร็วปานกลางสามารถเป็นรูปเกลียวได้ (รูปที่ 5) และที่การไหลของฟิล์มต่ำจะสังเกตได้เฉพาะบนพื้นผิวด้านในด้านบนของท่อและการไหลต่อเนื่องจะเกิด "กระแส" ขึ้นบน พื้นผิวด้านล่าง

ดังนั้นในกรณีทั่วไปการไหลของส่วนผสมไอน้ำคอนเดนเสทเมื่อเคลื่อนที่ประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: ไอน้ำอิ่มตัวแห้ง, ของเหลวในรูปของหยดในแกนกลางของการไหล, และของเหลวในรูปของฟิล์มหรือไอพ่นบน ผนังท่อ แต่ละเฟสมีความเร็วและอุณหภูมิของตัวเอง และเมื่อส่วนผสมของไอน้ำ-คอนเดนเสทเคลื่อนที่ การเลื่อนของเฟสจะเกิดขึ้น แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการไหลสองเฟสในท่อไอน้ำของไอน้ำอิ่มตัวเปียกถูกนำเสนอในงาน

รูปที่ 4 โครงสร้างการไหลแบบสองเฟสในท่อแนวตั้ง

รูปที่ 5 การเคลื่อนที่แบบเกลียวของคอนเดนเสท

ปัญหาการวัดการไหล

การวัดการไหลของมวลและพลังงานความร้อนของไอน้ำอิ่มตัวเปียกทำให้เกิดความท้าทายต่อไปนี้:
1. เฟสก๊าซและของเหลวของไอน้ำอิ่มตัวเปียกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกันและครอบครองพื้นที่หน้าตัดที่เทียบเท่ากับตัวแปรของท่อ
2. ความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัวจะเพิ่มขึ้นเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้นและการพึ่งพาความหนาแน่นของไอน้ำเปียกกับความดันที่ระดับความแห้งต่างกันนั้นไม่ชัดเจน
3. เอนทาลปีจำเพาะของไอน้ำอิ่มตัวจะลดลงเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้น
4. การกำหนดระดับความแห้งของไอน้ำอิ่มตัวเปียกในการไหลเป็นเรื่องยาก

ในเวลาเดียวกัน การเพิ่มระดับความแห้งของไอน้ำอิ่มตัวเปียกสามารถทำได้ในสองวิธีที่รู้จักกันดี: "บด" ไอน้ำ (ลดความดันและตามอุณหภูมิของไอน้ำเปียก) โดยใช้วาล์วลดแรงดันและแยก เฟสของเหลวโดยใช้เครื่องแยกไอน้ำและตัวดักคอนเดนเสท เครื่องแยกไอน้ำสมัยใหม่ช่วยให้ไอน้ำเปียกแห้งได้เกือบ 100%

การวัดอัตราการไหลของตัวกลางแบบสองเฟสเป็นงานที่ซับซ้อนอย่างยิ่งซึ่งยังไม่ได้ไปไกลกว่าห้องปฏิบัติการวิจัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนผสมของไอน้ำและน้ำ

มิเตอร์วัดการไหลของไอน้ำส่วนใหญ่จะเป็นแบบความเร็วสูง เช่น วัดอัตราการไหลของไอน้ำ ซึ่งรวมถึงเครื่องวัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผันตามอุปกรณ์ปากน้ำ กระแสน้ำวน อัลตราโซนิก เครื่องวัดวามเร็ว สหสัมพันธ์ และเครื่องวัดการไหลของเจ็ท เครื่องวัดการไหลของโบลิทาร์และความร้อนมีความโดดเด่นในการวัดมวลของตัวกลางที่ไหลโดยตรง

มาดูกันว่าเครื่องวัดอัตราการไหลประเภทต่างๆ รับมือกับงานอย่างไรเมื่อต้องรับมือกับไอน้ำเปียก

เครื่องวัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผัน

เครื่องวัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผันตามช่องเปิด (ไดอะแฟรม หัวฉีด ท่อ Venturi และความต้านทานไฮดรอลิกเฉพาะที่) ยังคงเป็นวิธีการหลักในการวัดการไหลของไอน้ำ อย่างไรก็ตามตามหัวข้อย่อย 6.2 ของ GOST R 8.586.1-2005 "การวัดการไหลและปริมาณของของเหลวและก๊าซโดยใช้วิธีความดันแตกต่าง": ตามเงื่อนไขการใช้งานอุปกรณ์จำกัดมาตรฐานที่ควบคุม " ตัวกลางต้องเป็นเฟสเดียวและเป็นเนื้อเดียวกันในคุณสมบัติทางกายภาพ":

หากมีไอน้ำและน้ำในตัวกลางแบบสองเฟสในท่อ การวัดการไหลของสารหล่อเย็นโดยอุปกรณ์ปรับแรงดันแบบแปรผันที่มีความแม่นยำมาตรฐานนั้นไม่รับประกัน ในกรณีนี้ “ใครๆ ก็สามารถพูดถึงอัตราการไหลของเฟสไอ (ไอน้ำอิ่มตัว) ที่วัดได้ของการไหลของไอน้ำเปียกโดยไม่ทราบค่าของระดับความแห้ง”

ดังนั้นการใช้มิเตอร์วัดการไหลดังกล่าวเพื่อวัดการไหลของไอน้ำเปียกจะทำให้การอ่านค่าไม่น่าเชื่อถือ

การประเมินข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีวิจัยที่เกิดขึ้น (มากถึง 12% ที่ความดันสูงถึง 1 MPa และระดับความแห้ง 0.8) เมื่อทำการวัดไอน้ำเปียกด้วยมิเตอร์วัดการไหลแบบแรงดันแปรผันตามอุปกรณ์ปากได้ดำเนินการในงาน

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิก

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิกซึ่งใช้ในการวัดการไหลของของเหลวและก๊าซอย่างประสบความสำเร็จ ยังไม่พบการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในการวัดการไหลของไอน้ำ แม้ว่าบางประเภทจะมีจำหน่ายในท้องตลาดหรือได้ประกาศโดยผู้ผลิตก็ตาม ปัญหาคือเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกที่ใช้หลักการวัดดอปเปลอร์ตามการเปลี่ยนความถี่ของลำแสงอัลตราโซนิก ไม่เหมาะสำหรับการวัดไอน้ำอิ่มตัวแบบร้อนยวดยิ่งและแบบแห้ง เนื่องจากขาดความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในการไหลที่จำเป็นในการสะท้อนลำแสง และเมื่อ การวัดอัตราการไหลของไอน้ำเปียก การอ่านค่านั้นถูกประเมินต่ำเกินไป เนื่องจากความแตกต่างในความเร็วของเฟสของก๊าซและของเหลว ในทางกลับกัน มิเตอร์อัลตราโซนิกชนิดพัลส์เวลาไม่สามารถใช้ได้กับไอน้ำเปียกเนื่องจากการสะท้อน การกระเจิง และการหักเหของลำแสงอัลตราโซนิกบนหยดน้ำ

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์

เครื่องวัดอัตราการไหล Vortex จากผู้ผลิตหลายรายทำงานแตกต่างกันเมื่อทำการวัดไอน้ำเปียก สิ่งนี้ถูกกำหนดโดยการออกแบบตัวแปลงสัญญาณการไหลหลัก หลักการตรวจจับกระแสน้ำวน วงจรอิเล็กทรอนิกส์ และโดยคุณสมบัติของซอฟต์แวร์ อิทธิพลของคอนเดนเสทต่อการทำงานขององค์ประกอบที่มีความละเอียดอ่อนถือเป็นพื้นฐาน ในการออกแบบบางแบบ “ปัญหาร้ายแรงเกิดขึ้นเมื่อวัดการไหลของไอน้ำอิ่มตัวเมื่อมีเฟสก๊าซและของเหลวอยู่ในท่อ น้ำจะรวมตัวตามผนังท่อและรบกวนการทำงานปกติของเซ็นเซอร์ความดันที่ติดตั้งแบบเรียบกับผนังท่อ" ในการออกแบบอื่นๆ คอนเดนเสทสามารถทำให้เซ็นเซอร์ท่วมและขัดขวางการวัดการไหลโดยสิ้นเชิง แต่สำหรับมิเตอร์วัดการไหลบางรุ่น การดำเนินการนี้แทบไม่มีผลกระทบต่อ การอ่าน

นอกจากนี้ การไหลแบบสองเฟสที่วิ่งเข้าไปในตัวถังหน้าผา ก่อให้เกิดความถี่ของกระแสน้ำวนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับทั้งความเร็วของเฟสก๊าซและความเร็วของเฟสของเหลว (รูปแบบหยดของแกนการไหลและฟิล์มหรือไอพ่น บริเวณใกล้ผนัง) ของไออิ่มตัวชื้น ในกรณีนี้ ความกว้างของสัญญาณกระแสน้ำวนของเฟสของเหลวอาจมีนัยสำคัญมากและหากวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไม่เกี่ยวข้องกับการกรองสัญญาณแบบดิจิทัลโดยใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมและอัลกอริธึมพิเศษสำหรับการระบุสัญญาณ "จริง" ที่เกี่ยวข้องกับก๊าซ เฟสของการไหล ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับโมเดลมิเตอร์การไหลแบบง่าย จากนั้นจึงประเมินการอ่านค่าการบริโภคต่ำเกินไปอย่างรุนแรง เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์รุ่นที่ดีที่สุดมีระบบ DSP (การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล) และ SSP (การประมวลผลสัญญาณสเปกตรัมตามการแปลงฟูริเยร์ที่รวดเร็ว) ซึ่งไม่เพียงเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนเท่านั้น แต่ยังเน้นสัญญาณกระแสน้ำวน "จริง" แต่ยัง ขจัดอิทธิพลของการสั่นสะเทือนของท่อและการรบกวนทางไฟฟ้า

แม้ว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์จะได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดการไหลของตัวกลางเฟสเดียว แต่งานแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้วัดการไหลของตัวกลางแบบสองเฟสได้ รวมถึงไอน้ำที่มีหยดน้ำ โดยมีลักษณะการเสื่อมโทรมบางประการของคุณสมบัติทางมาตรวิทยา

จากการศึกษาเชิงทดลองของ EMCO และ Spirax Sarco พบว่าไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียกที่มีระดับความแห้งมากกว่า 0.9 ถือได้ว่าเป็นแบบเดียวกันเนื่องจากการ "สำรอง" ในความแม่นยำของเครื่องวัดอัตราการไหลระดับปริญญาเอกและ VLM (±0.8-1.0%) การอ่านค่ามวล การไหลและพลังงานความร้อนจะอยู่ภายในขีดจำกัดข้อผิดพลาด

ที่ระดับความแห้งที่ 0.7-0.9 ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ในการวัดการไหลของมวลของมิเตอร์วัดการไหลเหล่านี้อาจถึงสิบเปอร์เซ็นต์หรือมากกว่านั้น

ตัวอย่างเช่น การศึกษาอื่นๆ ให้ผลลัพธ์ในแง่ดีมากขึ้น - ข้อผิดพลาดในการวัดอัตราการไหลของไอน้ำเปียกด้วยหัวฉีด Venturi ในการติดตั้งพิเศษสำหรับการสอบเทียบมิเตอร์วัดการไหลของไอน้ำนั้นอยู่ภายใน ±3.0% สำหรับไอน้ำอิ่มตัวที่มีระดับความแห้งมากกว่า 0.84 .

เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้คอนเดนเสทปิดกั้นองค์ประกอบการตรวจจับของมิเตอร์กระแสน้ำวน เช่น ปีกตรวจจับ ผู้ผลิตบางรายแนะนำให้วางตำแหน่งเซ็นเซอร์เพื่อให้แกนขององค์ประกอบตรวจจับขนานกับส่วนต่อประสานไอน้ำ/คอนเดนเสท

เครื่องวัดอัตราการไหลประเภทอื่นๆ

มิเตอร์วัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลดิฟเฟอเรนเชียล/แปรผัน มิเตอร์วัดการไหลพร้อมแดมเปอร์แบบสปริงโหลด และมิเตอร์วัดการไหลแบบพื้นที่เป้าหมายแบบแปรผัน ไม่อนุญาตให้ทำการตรวจวัดตัวกลางแบบสองเฟส เนื่องจากอาจสึกหรอจากการกัดกร่อนของส่วนที่ไหลระหว่างการเคลื่อนที่ของคอนเดนเสท

ตามหลักการแล้ว มีเพียงเครื่องวัดอัตราการไหลมวลแบบโบลิทาร์เท่านั้นที่สามารถวัดตัวกลางแบบสองเฟสได้ แต่การวิจัยแสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดในการวัดของเครื่องวัดอัตราการไหลของโบลิทาร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของเศษส่วนของเฟส และ "ความพยายามในการพัฒนาเครื่องวัดการไหลแบบสากลสำหรับสื่อแบบหลายเฟสมีแนวโน้มที่จะนำไปสู่ ไปสู่ทางตัน” ในเวลาเดียวกันเครื่องวัดอัตราการไหลโบลิทาร์กำลังได้รับการพัฒนาอย่างเข้มข้นและบางทีอาจจะประสบความสำเร็จในไม่ช้า แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรมดังกล่าวในตลาด

ก. ไซเชฟ

บทความนี้จะอธิบายไอน้ำเปียกและวิธีการบัญชีซึ่งใช้ในโรงงานผลิตไอน้ำ (โดยหลักแล้วในทางปฏิบัติของโรงต้มน้ำอุตสาหกรรมและโรงไฟฟ้าพลังความร้อน) ประสิทธิภาพการใช้พลังงานส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยความแม่นยำในการวัด ซึ่งขึ้นอยู่กับทั้งหลักการสูบจ่ายและคุณภาพของมิเตอร์วัดการไหลของไอน้ำ

คุณสมบัติของไอน้ำ

ไอน้ำอิ่มตัวคือไอน้ำที่อยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์กับน้ำ ความดันและอุณหภูมิสัมพันธ์กันและตั้งอยู่บนกราฟความอิ่มตัวที่กำหนดจุดเดือดของน้ำที่ความดันที่กำหนด

ไอน้ำร้อนยวดยิ่งคือไอน้ำที่ถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของน้ำที่ความดันที่กำหนด ซึ่งได้มาจากไอน้ำอิ่มตัวโดยการให้ความร้อนเพิ่มเติม

ไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งเป็นก๊าซโปร่งใสไม่มีสี มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกัน นั่นคือตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน ในระดับหนึ่งถือได้ว่าเป็นสิ่งที่เป็นนามธรรมเนื่องจากเป็นเรื่องยากที่จะได้รับ - โดยธรรมชาติแล้วจะพบได้เฉพาะในแหล่งความร้อนใต้พิภพเท่านั้นและไอน้ำอิ่มตัวที่ผลิตโดยหม้อไอน้ำไม่แห้ง - ค่าความแห้งทั่วไปสำหรับหม้อไอน้ำสมัยใหม่คือ 0.95 -0.97. ในสถานการณ์ฉุกเฉิน (การกำจัดน้ำในหม้อต้มแบบหยดเมื่อหม้อต้มทำงานที่แรงดันใช้งานลดลงหรือการใช้ไอน้ำเพิ่มขึ้นอย่างมาก) ระดับความแห้งก็จะยิ่งต่ำลง นอกจากนี้ ไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งยังแพร่กระจายได้: เมื่อความร้อนมาจากภายนอก จะทำให้ร้อนเกินไปได้ง่าย และเมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมา จะกลายเป็นความชื้นอิ่มตัว

ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียกเป็นส่วนผสมทางกลของไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้งกับของเหลวละเอียดแขวนลอย ซึ่งอยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ศาสตร์กับไอน้ำ ความผันผวนของความหนาแน่นของเฟสก๊าซและการมีอยู่ของอนุภาคแปลกปลอม รวมถึงประจุไฟฟ้า - ไอออน ทำให้เกิดการเกิดขึ้นของศูนย์ควบแน่นที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อความชื้นของไอน้ำอิ่มตัวเพิ่มขึ้น เช่น เนื่องจากการสูญเสียความร้อนหรือความดันที่เพิ่มขึ้น หยดน้ำเล็กๆ จะกลายเป็นศูนย์กลางของการควบแน่นและค่อยๆ เพิ่มขนาด และไอน้ำอิ่มตัวจะกลายเป็นต่างกัน กล่าวคือ ตัวกลางที่มีสองเฟส (ไอน้ำ- ส่วนผสมคอนเดนเสทในรูปของหมอก) ไอน้ำอิ่มตัวซึ่งแสดงถึงเฟสก๊าซของส่วนผสมไอน้ำคอนเดนเสทจะถ่ายโอนพลังงานจลน์และพลังงานความร้อนส่วนหนึ่งไปยังสถานะของเหลวเมื่อเคลื่อนที่ เฟสก๊าซของการไหลนั้นมีหยดของเฟสของเหลวอยู่ในปริมาตร แต่ความเร็วของเฟสของเหลวของการไหลนั้นต่ำกว่าความเร็วของเฟสไออย่างมีนัยสำคัญ ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียกสามารถสร้างส่วนต่อประสานได้ เช่น ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง โครงสร้างของการไหลแบบสองเฟสระหว่างการควบแน่นของไอน้ำในท่อแนวนอนและแนวตั้งจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของส่วนแบ่งของเฟสก๊าซและของเหลว

ธรรมชาติของการไหลของเฟสของเหลวขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของแรงเสียดทานและแรงโน้มถ่วง ในท่อที่อยู่ในแนวนอนด้วยความเร็วไอน้ำสูง การไหลของคอนเดนเสทสามารถคงสภาพเหมือนฟิล์มได้ เช่นเดียวกับในท่อแนวตั้ง ที่ความเร็วปานกลาง มันสามารถกลายเป็นรูปทรงเกลียว และที่ความเร็วต่ำ จะสังเกตเห็นการไหลของฟิล์มบนท่อเท่านั้น พื้นผิวด้านในด้านบนของท่อและการไหลต่อเนื่องที่เรียกว่า "กระแส" เกิดขึ้นที่ด้านล่าง "

ดังนั้นในกรณีทั่วไปการไหลของส่วนผสมไอน้ำคอนเดนเสทเมื่อเคลื่อนที่ประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: ไอน้ำอิ่มตัวแห้ง, ของเหลวในรูปของหยดในแกนกลางของการไหล, และของเหลวในรูปของฟิล์มหรือไอพ่นบน ผนังท่อ แต่ละเฟสมีความเร็วและอุณหภูมิของตัวเอง และเมื่อส่วนผสมของไอน้ำ-คอนเดนเสทเคลื่อนที่ การเลื่อนของเฟสจะเกิดขึ้น

การวัดการไหลของมวลและพลังงานความร้อนของไอน้ำอิ่มตัวเปียกทำให้เกิดความท้าทายต่อไปนี้:

1) เฟสก๊าซและของเหลวของไอน้ำอิ่มตัวเปียกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกันและครอบครองพื้นที่หน้าตัดที่เทียบเท่ากับตัวแปรของท่อ

2) ความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัวเพิ่มขึ้นเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้นและการพึ่งพาความหนาแน่นของไอน้ำเปียกกับความดันที่ระดับความแห้งต่างกันนั้นไม่ชัดเจน

3) เอนทาลปีจำเพาะของไอน้ำอิ่มตัวจะลดลงเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้น

4) การกำหนดระดับความแห้งของไอน้ำอิ่มตัวเปียกในการไหลเป็นเรื่องยาก

ในเวลาเดียวกัน การเพิ่มระดับความแห้งของไอน้ำอิ่มตัวเปียกสามารถทำได้ในสองวิธีที่รู้จักกันดี: โดยการ "บด" ไอน้ำ (โดยการลดความดันและตามอุณหภูมิของไอน้ำเปียก) โดยใช้วาล์วลดแรงดัน และการแยกเฟสของเหลวโดยใช้เครื่องแยกไอน้ำและตัวดักคอนเดนเสท วิธีการเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันมานานกว่าร้อยปีแล้ว ดังนั้น A.S. Lomshakov ในงานของเขา "การทดสอบหม้อไอน้ำ" (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, 1913) เขียนว่า: "การแยกน้ำออกจากไอน้ำในท่อส่งไอน้ำไม่ได้ทำให้เกิดปัญหาใด ๆ หากไอน้ำเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 15 ม./วินาที หรือเร็วกว่า เครื่องแยกน้ำส่วนใหญ่จะทำให้ไอน้ำแห้งเหลือปริมาณน้ำ 1% แม้ว่าไอน้ำจะเปียกมากก่อนเครื่องแยกก็ตาม สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองของ Zentner” เครื่องแยกไอน้ำสมัยใหม่ช่วยให้ไอน้ำเปียกแห้งได้เกือบ 100%

หลักการวัดการไหลของไอน้ำ

การวัดอัตราการไหลของตัวกลางแบบสองเฟสเป็นงานที่ซับซ้อนอย่างยิ่งซึ่งยังไม่ได้ไปไกลกว่าห้องปฏิบัติการวิจัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนผสมของไอน้ำและน้ำ เครื่องวัดการไหลของไอน้ำส่วนใหญ่จะเป็นแบบความเร็วสูง กล่าวคือ เครื่องวัดความเร็วการไหลของไอน้ำ ซึ่งรวมถึงเครื่องวัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผันตามอุปกรณ์ปากน้ำ กระแสน้ำวน อัลตราโซนิก เครื่องวัดวามเร็ว สหสัมพันธ์ และเครื่องวัดการไหลของเจ็ท เครื่องวัดการไหลของโบลิทาร์และความร้อนมีความโดดเด่นในการวัดมวลของตัวกลางที่ไหลโดยตรง

เครื่องวัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผันตามช่องเปิด (ไดอะแฟรม หัวฉีด ท่อ Venturi และความต้านทานไฮดรอลิกเฉพาะที่) ยังคงเป็นวิธีการหลักในการวัดการไหลของไอน้ำ อย่างไรก็ตามตามหัวข้อย่อย 6.2 ของ GOST R 8.586.1-2005 "การวัดการไหลและปริมาณของของเหลวและก๊าซโดยใช้วิธีแรงดันแตกต่าง" ตามเงื่อนไขในการใช้อุปกรณ์จำกัดมาตรฐาน "สื่อที่ได้รับการควบคุมต้องเป็นแบบเดี่ยว" เฟสและเป็นเนื้อเดียวกันในคุณสมบัติทางกายภาพ”

หากมีไอน้ำและน้ำในตัวกลางแบบสองเฟสในท่อ การวัดการไหลของสารหล่อเย็นโดยอุปกรณ์ปรับแรงดันแบบแปรผันที่มีความแม่นยำมาตรฐานนั้นไม่รับประกัน ในกรณีนี้ เราสามารถพูดถึงอัตราการไหลของเฟสไอ (ไอน้ำอิ่มตัว) ที่วัดได้ของการไหลของไอน้ำเปียกโดยไม่ทราบค่าของระดับความแห้ง ดังนั้นการใช้มิเตอร์วัดการไหลดังกล่าวเพื่อวัดการไหลของไอน้ำเปียกจะทำให้การอ่านค่าไม่น่าเชื่อถือ

การประเมินข้อผิดพลาดด้านระเบียบวิธีวิจัยที่เกิดขึ้น (มากถึง 12% ที่ความดันสูงถึง 1 MPa และระดับความแห้ง 0.8) เมื่อทำการวัดไอน้ำเปียกด้วยมิเตอร์วัดการไหลที่แตกต่างกันของแรงดันแปรผันตามอุปกรณ์ปากได้ดำเนินการในการทำงานของ E. Abarinov และ K. Sarelo “ข้อผิดพลาดทางระเบียบวิธีในการวัดพลังงานของไอน้ำเปียกด้วยเครื่องวัดความร้อนไปจนถึงไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้ง”

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิก

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิกซึ่งใช้ในการวัดการไหลของของเหลวและก๊าซอย่างประสบความสำเร็จ ยังไม่พบการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในการวัดการไหลของไอน้ำ แม้ว่าบางประเภทจะมีจำหน่ายในท้องตลาดหรือได้ประกาศโดยผู้ผลิตก็ตาม ปัญหาคือเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกที่ใช้หลักการวัดดอปเปลอร์ตามการเปลี่ยนความถี่ของลำแสงอัลตราโซนิก ไม่เหมาะสำหรับการวัดไอน้ำอิ่มตัวแบบร้อนยวดยิ่งและแบบแห้ง เนื่องจากขาดความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในการไหลที่จำเป็นในการสะท้อนลำแสง และเมื่อ การวัดอัตราการไหลของไอน้ำเปียก การอ่านค่านั้นถูกประเมินต่ำเกินไป เนื่องจากความแตกต่างในความเร็วของเฟสของก๊าซและของเหลว ในทางกลับกัน เครื่องวัดอัตราการไหลอัลตราโซนิกชนิดพัลส์ไม่สามารถใช้ได้กับไอน้ำเปียกเนื่องจากการสะท้อน การกระเจิง และการหักเหของลำแสงอัลตราโซนิกบนหยดน้ำ

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์

เครื่องวัดอัตราการไหล Vortex จากผู้ผลิตหลายรายทำงานแตกต่างกันเมื่อทำการวัดไอน้ำเปียก สิ่งนี้ถูกกำหนดโดยการออกแบบตัวแปลงสัญญาณการไหลหลัก หลักการตรวจจับกระแสน้ำวน วงจรอิเล็กทรอนิกส์ และซอฟต์แวร์ อิทธิพลของคอนเดนเสทต่อการทำงานขององค์ประกอบที่มีความละเอียดอ่อนถือเป็นพื้นฐาน ในการออกแบบบางอย่าง ปัญหาร้ายแรงเกิดขึ้นเมื่อวัดการไหลของไอน้ำอิ่มตัวเมื่อมีเฟสก๊าซและของเหลวอยู่ในท่อ น้ำกระจุกตัวไปตามผนังท่อและรบกวนการทำงานปกติของเซ็นเซอร์ความดันที่ติดตั้งแบบฝังกับผนังท่อ ในการออกแบบอื่นๆ การควบแน่นอาจทำให้เซ็นเซอร์ท่วมและขัดขวางการวัดการไหลโดยสิ้นเชิง แต่สำหรับมิเตอร์วัดอัตราการไหลบางรุ่น แทบไม่มีผลกระทบต่อการอ่านค่าเลย

นอกจากนี้ การไหลแบบสองเฟสที่วิ่งเข้าไปในตัวถังหน้าผา ก่อให้เกิดความถี่ของกระแสน้ำวนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับทั้งความเร็วของเฟสก๊าซและความเร็วของเฟสของเหลว (รูปแบบหยดของแกนการไหลและฟิล์มหรือไอพ่นที่อยู่ใกล้ๆ -บริเวณผนัง) ของไออิ่มตัวชื้น ในเวลาเดียวกัน ความกว้างของสัญญาณกระแสน้ำวนของเฟสของเหลวอาจมีนัยสำคัญมากและหากวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไม่เกี่ยวข้องกับการกรองสัญญาณแบบดิจิทัลโดยใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมและอัลกอริธึมพิเศษสำหรับการระบุสัญญาณ "จริง" ที่เกี่ยวข้องกับ เฟสก๊าซของการไหล ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับแบบจำลองมิเตอร์วัดการไหลอย่างง่าย จากนั้นจะมีการประมาณค่าการอ่านค่าการไหลต่ำเกินไปอย่างมาก เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์รุ่นที่ดีที่สุดมีระบบ DSP (การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล) และ SSP (การประมวลผลสัญญาณสเปกตรัมตามการแปลงฟูริเยร์ที่รวดเร็ว) ซึ่งไม่เพียงเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนเท่านั้น แต่ยังเน้นสัญญาณกระแสน้ำวน "จริง" แต่ยัง ขจัดอิทธิพลของการสั่นสะเทือนของท่อและการรบกวนทางไฟฟ้า

แม้ว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดการไหลของตัวกลางแบบเฟสเดียว แต่ก็สามารถใช้เพื่อวัดการไหลของตัวกลางแบบสองเฟสได้ รวมถึงไอน้ำที่มีหยดน้ำ โดยมีการเสื่อมถอยของคุณลักษณะทางมาตรวิทยาบางประการ ดังนั้น จากการศึกษาเชิงทดลองโดย EMCO และ Spirax Sarco ไอน้ำอิ่มตัวแบบเปียกที่มีระดับความแห้งมากกว่า 0.9 จึงถือได้ว่าเป็นเนื้อเดียวกัน และเนื่องจากการ "สำรอง" ในความแม่นยำของเครื่องวัดอัตราการไหลระดับปริญญาเอกและ VLM (±0.8-1.0%) มวล ปริมาณการใช้การอ่านและพลังงานความร้อนจะอยู่ภายในข้อผิดพลาดมาตรฐานใน "กฎสำหรับการบัญชีสำหรับพลังงานความร้อนและสารหล่อเย็น"

ที่ระดับความแห้งที่ 0.7-0.9 ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ในการวัดการไหลของมวลของมิเตอร์วัดการไหลเหล่านี้อาจสูงถึง 10% หรือมากกว่า

เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้คอนเดนเสทปิดกั้นองค์ประกอบการตรวจจับของมิเตอร์กระแสน้ำวน เช่น ปีกตรวจจับ ผู้ผลิตบางรายแนะนำให้วางตำแหน่งเซ็นเซอร์เพื่อให้แกนขององค์ประกอบตรวจจับขนานกับส่วนต่อประสานไอน้ำ/คอนเดนเสท

เครื่องวัดอัตราการไหลประเภทอื่นๆ

มิเตอร์วัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลดิฟเฟอเรนเชียล/แปรผัน มิเตอร์วัดการไหลพร้อมแดมเปอร์แบบสปริงโหลด และมิเตอร์วัดการไหลแบบพื้นที่เป้าหมายแบบแปรผัน ไม่อนุญาตให้ทำการตรวจวัดตัวกลางแบบสองเฟส เนื่องจากอาจสึกหรอจากการกัดกร่อนของส่วนที่ไหลระหว่างการเคลื่อนที่ของคอนเดนเสท

ตามหลักการแล้ว มีเพียงมิเตอร์วัดอัตราการไหลของมวลประเภท Coriolis เท่านั้นที่สามารถวัดตัวกลางแบบสองเฟสได้ อย่างไรก็ตาม จากการศึกษาพบว่าข้อผิดพลาดในการวัดของเครื่องวัดอัตราการไหลของ Coriolis ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของเศษส่วนของเฟส และ "ความพยายามในการพัฒนาเครื่องวัดการไหลแบบสากลสำหรับ สื่อหลายเฟสมีแนวโน้มที่จะนำไปสู่ทางตัน” (รายงานโดย V. Kravchenko และ M. Rikken “การวัดการไหลโดยใช้มิเตอร์วัดการไหล Coriolis ในกรณีของการไหลแบบสองเฟส” ในการประชุมทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัตินานาชาติ XXIV “การบัญชีธุรกิจของพลังงาน ผู้ให้บริการ” ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก) ในเวลาเดียวกันเครื่องวัดอัตราการไหลโบลิทาร์กำลังได้รับการพัฒนาอย่างเข้มข้นและบางทีอาจจะประสบความสำเร็จในไม่ช้า แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรมดังกล่าวในตลาด

การแก้ไขระดับความแห้งของไอน้ำ

ในการคำนวณการไหลของมวลและพลังงานความร้อนของไอน้ำเปียก จำเป็นต้องวัดระดับความแห้ง เครื่องคำนวณความร้อนและตัวควบคุมความร้อนและพลังงานจำนวนมากที่ผลิตในรัสเซียมีตัวเลือกในการแนะนำ "ระดับความแห้งของไอน้ำ" คงที่ด้วยความช่วยเหลือในการแก้ไขความหนาแน่นและเอนทาลปีจำเพาะของไอน้ำอิ่มตัวเปียก

ความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัวถูกกำหนดโดยสูตร:

ρ1. ρ2

ρ = --------------------- ,

ρ2. (1 - X) + ρ1 เอ็กซ์

X คือระดับความแห้งของไอน้ำอิ่มตัว กิโลกรัม/กิโลกรัม

ค่าคงที่สำหรับระดับความแห้งสามารถกำหนดได้ขึ้นอยู่กับดุลยพินิจของผู้เชี่ยวชาญหรือความสมดุลของมวล (ค่าหลังสามารถกำหนดได้โดยการวิเคราะห์ข้อมูลทางสถิติและการมีอยู่ของแหล่งหนึ่งและผู้ใช้ไอน้ำหนึ่งราย) อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้จะสร้าง ข้อผิดพลาดที่สำคัญเนื่องจากไม่ได้คำนึงถึงข้อผิดพลาดแบบไดนามิกที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงระดับความแห้งกร้านระหว่างการทำงาน

ใน ปีที่แตกต่างกันในรัสเซียและ CIS ข้อมูลปรากฏเกี่ยวกับการใช้มิเตอร์วัดความแห้งของไอน้ำในสตรีม (เครื่องวัดความชื้นในการไหล) โดยใช้วิธีวัดแบบไดลโคเมทริก (การพึ่งพาค่าคงที่ไดอิเล็กทริกกับความชื้นของไอน้ำ) การสแกนรังสีของท่อด้วย รังสีแกมมา แต่เครื่องวัดความชื้นไอน้ำอุตสาหกรรมยังไม่ปรากฏในตลาด

ในความเป็นจริง บริษัท EMCO ในอเมริกา (ตั้งแต่ปี 2548 แบรนด์ Spirax Sarco) ได้ผลิตโฟลว์คอมพิวเตอร์ FP-100 ซึ่งมีอินพุตกระแส 4-20 mA พร้อมฟังก์ชั่นอินพุต "ความชื้นไอน้ำ" และเครื่องวัดความชื้นไอน้ำซึ่งทำงานบน การขึ้นอยู่กับระดับการดูดกลืนพลังงานไมโครเวฟในกระแสไอน้ำเปียก อย่างไรก็ตามในช่วงต้นทศวรรษที่ 90 ข้อมูลนี้หยุดใช้และเครื่องวัดความชื้นหยุดผลิตเนื่องจากเห็นได้ชัดว่าการใช้ไอน้ำเปียกเพื่อวัตถุประสงค์ใด ๆ นอกเหนือจากเทคโนโลยีที่ จำกัด มากนั้นไม่สามารถยอมรับได้เนื่องจากประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ลดลงของระบบคอนเดนเสทไอน้ำ เพิ่มการสึกหรอของท่อไอน้ำ ข้อต่อ ข้อต่อ และอุปกรณ์อื่นๆ เพิ่มความเสี่ยงของอุบัติเหตุและภัยพิบัติในโรงงานอุตสาหกรรมที่เป็นอันตรายและสิ่งอำนวยความสะดวกอื่นๆ

การแก้ปัญหาการวัดการไหลของไอน้ำเปียก

เท่านั้น การตัดสินใจที่ถูกต้องการดำเนินการบัญชีที่เชื่อถือได้ทางมาตรวิทยาและเชื่อถือได้ของพลังงานความร้อนและการไหลของมวลของไอน้ำอิ่มตัวเปียกเป็นวิธีการดังต่อไปนี้:

1) การแยกไอน้ำเปียกโดยใช้ตัวแยกและท่อระบายน้ำคอนเดนเสท

2) การวัดอัตราการไหลของไอน้ำอิ่มตัวแห้งด้วยเครื่องวัดการไหลที่เหมาะสม

3) การวัดการไหลของคอนเดนเสทด้วยเครื่องวัดการไหลที่เหมาะสม

4) การคำนวณอัตราการไหลของมวลและพลังความร้อนของไอน้ำและคอนเดนเสท

5) การรวมพารามิเตอร์เมื่อเวลาผ่านไป การเก็บถาวร และการสร้างโปรโตคอลการวัด

การวัดการไหลของคอนเดนเสทควรดำเนินการในส่วนของท่อคอนเดนเสทซึ่งรับประกันสถานะเฟสเดียวของคอนเดนเสท (โดยไม่ต้องใช้ไอน้ำแฟลช) ตัวอย่างเช่น หลังจากถังคอนเดนเสท (ตัวรับ) เชื่อมต่อกับบรรยากาศ (ท่อระบายน้ำ) โดยใช้ปั๊มคอนเดนเสทหรือปั๊มดักคอนเดนเสท

การวัดการไหลแบบเร้าใจ

การวัดการไหลที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว (เป็นจังหวะ) ด้วยมิเตอร์วัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผัน ในบางกรณีอาจถึงค่าที่สูงจนไม่อาจยอมรับได้ นี่เป็นเพราะว่า จำนวนมากแหล่งที่มาของข้อผิดพลาด: อิทธิพลของความสัมพันธ์กำลังสองระหว่างอัตราการไหลและแรงดันตก อิทธิพลของความเร่งเฉพาะที่ อิทธิพลของปรากฏการณ์ทางเสียงและท่ออิมพัลส์ (เชื่อมต่อ) ดังนั้น ข้อ 6.3.1 ของ GOST R 8.586.1-2005 “การวัดการไหลและปริมาณของของเหลวและก๊าซโดยใช้วิธีแรงดันต่าง” ระบุว่า: “การไหลจะต้องคงที่หรือเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เมื่อเวลาผ่านไป”

การวัดอัตราการไหลเป็นจังหวะด้วยมิเตอร์วัดการไหลของกระแสน้ำวนไม่ใช่ปัญหา เนื่องจากเครื่องวัดการไหลเหล่านี้มีความเร็วตอบสนองเพียงพอเมื่อวัดการไหลของไอน้ำ ช่วงความถี่ของกระแสน้ำวนที่ไหลออกมาจากตัวหน้าผาเมื่อวัดการไหลของไอน้ำคือหลายร้อยหลายพันเฮิรตซ์ ซึ่งสอดคล้องกับช่วงเวลาจากหน่วยถึงสิบมิลลิวินาที วงจรอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ของเครื่องวัดการไหลวนจะวิเคราะห์สเปกตรัมของสัญญาณในช่วง 3-7 ช่วงของสัญญาณกระแสน้ำวนไซน์ โดยให้การตอบสนองภายในเวลาน้อยกว่า 30-70 มิลลิวินาที ซึ่งเพียงพอที่จะตรวจสอบกระบวนการที่รวดเร็ว

การวัดการไหลของไอน้ำชั่วคราว

โหมดการเริ่มต้นของท่อมีความเกี่ยวข้องกับการทำความร้อนของท่อด้วยไอน้ำอิ่มตัวหรือร้อนยวดยิ่งและการก่อตัวของคอนเดนเสทอย่างเข้มข้น การมีอยู่ของคอนเดนเสทจะทำให้ทั้งท่อส่งไอน้ำและอุปกรณ์ข้อต่อและอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ติดตั้งบนท่อส่งไอน้ำมีความเสี่ยงจากแรงกระแทกแบบไฮดรอลิกประเภทจลน์และอุณหพลศาสตร์เมื่อไอน้ำสัมผัสกับคอนเดนเสท การระบายน้ำของท่อไอน้ำเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งไม่เพียง แต่ในระหว่างโหมดอุ่นเครื่องและสตาร์ทเครื่องเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระหว่างการทำงานปกติด้วย ในกรณีนี้ การแยกคอนเดนเสทที่เกิดขึ้นในสภาวะชั่วคราวโดยใช้เครื่องแยกไอน้ำและตัวดักไอน้ำ พร้อมกับการผลิตไอน้ำอิ่มตัวแบบแห้ง ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการกำจัดคอนเดนเสท ซึ่งสามารถวัดได้โดยเครื่องวัดการไหลของของเหลวประเภทใดก็ได้ที่เหมาะสมสำหรับสิ่งนี้ สิ่งแวดล้อม.

การควบแน่นในไอน้ำเปียกก่อให้เกิดภัยคุกคามร้ายแรงต่อค้อนน้ำ ในกรณีนี้ อาจเกิดทั้งการก่อตัวของปลั๊กคอนเดนเสทและการควบแน่นของไอน้ำทันทีเมื่อสัมผัสกับของเหลวเป็นไปได้ เครื่องวัดอัตราการไหลบนอุปกรณ์ควบคุมไม่กลัวค้อนน้ำ แต่ด้วยอุปกรณ์กระแสน้ำวนจะค่อนข้างยากกว่า ความจริงก็คือในเครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์ที่ใช้การเต้นของแรงดัน องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนจะอยู่ใต้เมมเบรนบาง ๆ ดังนั้นจึงไม่ได้รับการปกป้องจากค้อนน้ำ ตามกฎแล้วผู้ผลิตเตือนอย่างจริงใจเกี่ยวกับเรื่องนี้โดยเตือนว่าการรับประกันอุปกรณ์ในกรณีนี้ไม่ถูกต้อง ในมิเตอร์วัดกระแสน้ำวนตามความเค้นดัดงอ องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนจะถูกแยกออกจากตัวกลางที่วัดได้ และจะไม่ได้รับความเสียหายในกรณีที่มีค้อนน้ำ

ปัจจุบันมีผู้ผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์หลายร้อยรายที่รู้จักในตลาด แต่ผู้นำระดับโลกในการพัฒนาและการผลิตอุปกรณ์ประเภทนี้ ได้แก่ Yokogawa Electric Corporation (ญี่ปุ่น), Endress+Hauser (เยอรมนี) และ EMCO (สหรัฐอเมริกา)

1. การวัดการไหลของไอน้ำ

การคำนวณอุปกรณ์จำกัดการวัดอัตราการไหล (Q 0) ของไอน้ำ ดำเนินการตามวิธีการดังต่อไปนี้

การกำหนดข้อมูลที่ขาดหายไปเพื่อการคำนวณ

ความดันสัมบูรณ์ของตัวกลางที่วัดได้ด้านหน้าอุปกรณ์จำกัดจะถูกกำหนดเป็นผลรวมของความกดอากาศและความดันส่วนเกิน

โดยที่ความดันบรรยากาศ (P b = 1 kgf/cm 2 = 9.8066*10 4 Pa)

ความดันส่วนเกิน()

ความหนาแน่นของตัวกลางที่วัดได้ภายใต้สภาวะการทำงาน (และ t=340 0 C)

ภาคผนวก 3

เรากำหนดค่าของ D ที่สอดคล้องกับอุณหภูมิในการทำงาน t = 340 0 C ของสารในท่อโดยใช้สูตร:

โดยที่เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่ออยู่หน้าอุปกรณ์จำกัดที่อุณหภูมิ t = 20 0 C (D = 200 มม.)

ค่าสัมประสิทธิ์เฉลี่ยของการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นของวัสดุของอุปกรณ์จำกัด (ท่อ) ในช่วงตั้งแต่ 20 ถึง t°С, 1/deg

t คืออุณหภูมิของตัวกลางที่วัดได้ด้านหน้าอุปกรณ์จำกัด (t = 340 0 C)

ความหนืดไดนามิกของตัวกลางที่วัดได้ภายใต้สภาวะการทำงาน

อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส
ความหนืดไดนามิก 10 -5 Pa*s

เรายอมรับ.

เราใช้ดัชนีอะเดียแบติกเท่ากับ k = 1.38

เรายอมรับหัวฉีดอุปกรณ์แคบซึ่งได้รับคำแนะนำจากข้อควรพิจารณาดังต่อไปนี้

ก) ที่ค่าโมดูลัสและแรงดันตกที่เท่ากัน หัวฉีดจะอนุญาตให้วัดอัตราการไหลที่สูงกว่าไดอะแฟรม และที่ D ? นอกจากนี้ 300 มม. ยังให้ความแม่นยำในการวัดที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับรูรับแสง (โดยเฉพาะกับโมดูลขนาดเล็ก)

b) ที่ค่าโมดูลและอัตราการไหลเท่ากันการสูญเสียแรงดันในหัวฉีดจะน้อยกว่าในไดอะแฟรมอย่างมีนัยสำคัญ

c) ความแม่นยำในการวัดการไหลของก๊าซและไอน้ำเมื่อใช้หัวฉีดจะสูงกว่าเมื่อใช้ไดอะแฟรม

d) การเปลี่ยนแปลงหรือการปนเปื้อนของโปรไฟล์ทางเข้าของปากระหว่างการทำงานส่งผลต่อค่าสัมประสิทธิ์การไหลของไดอะแฟรมในระดับที่สูงกว่าค่าสัมประสิทธิ์การไหลของหัวฉีดอย่างมาก

1.3. ขีดจำกัดการวัดด้านบนของเกจวัดความดันแตกต่าง Q P (Q OP, Q NI, Q MP) ถูกเลือกตามอัตราการไหลที่วัดได้มากที่สุดที่ระบุ Q max = 0.8 m 3 /s = 2880 m 3 /h เพื่อให้ค่ามาตรฐานของ Q P เป็นค่าที่ใหญ่กว่าที่ใกล้ที่สุดซึ่งสัมพันธ์กับค่าของ Q m ax ดังนั้นเราจึงยอมรับ Q P = 3200 m 3 / ชม.

1.4. เรายอมรับโมดูลอุปกรณ์จำกัดด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้:

เมื่อใช้หัวฉีดและหัวฉีด Venturi ความไม่ถูกต้องของการแก้ไขตัวเลข Reynolds DQ จะส่งผลต่อค่าสัมประสิทธิ์การไหลน้อยที่สุดเมื่อ 0.5 ? ม? 0.65.

ดังนั้นเราจึงยอมรับ m = 0.5

1.5. จากค่า m ฉันคำนวณ:

ค่าสัมประสิทธิ์การบริโภค a I ตามสูตร:

a I = 0.9100 + 0.6258m - 1.4m 2 + 1.6667m 3 โดยที่ m = 0.5 a I = 1.0812;

ค่าสัมประสิทธิ์การไหล b ตามสูตร:

ก = ก และ *k 2 ,

โดยที่ k 2 คือปัจจัยแก้ไขความหยาบของท่อ (k 2 = 1.005)

สวิตช์อนาล็อกแรงดันไอน้ำ

ก = .0812*1.005 = 1.0866

1.6. เรากำหนดแรงดันตกคร่อมที่ระบุสูงสุดของ DRn เกจวัดความดันแตกต่าง ปล่อยให้สูญเสียแรงดันที่อนุญาตในอุปกรณ์ควบคุมที่อัตราการไหลสูงสุดที่วัดได้ Qmax

เราพิจารณาการสูญเสียแรงดันที่อนุญาต P PD ที่อัตราการไหลเท่ากับขีดจำกัดการวัดด้านบนที่เลือกของเกจวัดความดันแตกต่าง Q P = 3200 m 3 /h

ความดันแตกต่างสูงสุดของเกจวัดความดันแตกต่าง DRn ถูกเลือกจากตัวเลขมาตรฐานจำนวนหนึ่ง ดังนั้น DRn = 250 กิโลปาสคาล

1.7. เรากำหนดหมายเลข Reynolds ที่อัตราการไหลเท่ากับ Q CP = 2520 m 3 /h

เพราะ หมายเลขเรย์โนลด์สที่คำนวณได้ > สำหรับโมดูลที่กำหนด m = 0.5 จากนั้นเราจะคำนวณต่อไป

1.8. เราพิจารณาหาแรงดันตกคร่อมสูงสุดในอุปกรณ์ควบคุมสำหรับเกจวัดแรงดันแบบวงแหวน เบลโลว์ และเมมเบรนโดยใช้สูตร:

1.9. เรากำหนดปัจจัยการแก้ไขโดยใช้สูตร:

1.10. กำลังคำนวณอัตราส่วน

1.11. เรากำหนดปัจจัยการแก้ไขโดยใช้สูตร:

1.12. เราคำนวณ (ด้วยตัวเลขนัยสำคัญสี่หลัก) ค่าที่ต้องการ d 20 ของเส้นผ่านศูนย์กลางของปากของอุปกรณ์จำกัดที่ 20 °C:

1.13. สำหรับเกจวัดความดันเฟืองท้ายแบบลอยที่เติมสารปรอทซึ่งมีก๊าซมีความหนาแน่น 14 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ข้างบนนั้นมีก๊าซมีความหนาแน่น 14 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร หรือมีน้ำมัน ด้านบนมีก๊าซมีความหนาแน่น 0.9 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร เช่นเดียวกับแหวน , เกจวัดแรงดันแบบกระดิ่ง, เครื่องสูบลม และเมมเบรน เราจะกำหนดอัตราการไหลตามปริมาตรที่สอดคล้องกับแรงดันตกสูงสุด

อิทธิพลของวงจรสวิตชิ่งของเครื่องทำความร้อนหน่วยพลังงานต่อประสิทธิภาพเชิงความร้อนของการทำความร้อน

ขั้นตอนแรกของการคำนวณ PTS คือการกำหนดสถานะของไอน้ำในขั้นตอนกังหัน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้สร้างกระบวนการทำงานของไอน้ำในกังหันในแผนภาพ h, S เราใช้วิธี...

ความทันสมัยของระบบจ่ายไฟของโรงงานปูนซีเมนต์

ทำการปรับสมดุลความร้อน: ตาม VNTP 06-86 เราเลือกพารามิเตอร์ไอน้ำ: T=187.9 0C P=1.2MPa โดยที่ความจุความร้อนของน้ำมันเชื้อเพลิงในหน่วย kcal/(kg*0C) คำนวณโดยสูตร cT=0.415 +0.0006*t, t คืออุณหภูมิเชื้อเพลิง, 0C อุณหภูมิน้ำมันเชื้อเพลิงเฉลี่ยคือฤดูหนาว - -20 ฤดูร้อน - 20...

โครงการโรงไฟฟ้าควบแน่นขนาด 450 เมกะวัตต์ในเมืองนาซาโรโว

ค่าสัมประสิทธิ์การผลิตน้อยเกินไปของกำลังสกัดด้วยความร้อนเท่ากับ: สำหรับการสกัดครั้งแรก: (4) โดยที่เอนทาลปีที่ทางออกของกังหันคือ kJ/kg;

- เอนทาลปีของไอน้ำที่ทางเข้าไปยังซุปเปอร์ฮีตเตอร์, kJ/kg; - เอนทาลปีของไอน้ำที่ทางออกของฮีทเตอร์ยวดยิ่ง, kJ/kg...

โครงการ CHP ขนาดกำลังการผลิต 500 เมกะวัตต์

โครงการ CHPP พร้อมการพัฒนา ACS ที่ไม่แปรผัน

การไหลของไอน้ำไปยังกังหันถูกกำหนดโดยสูตร: . จากนั้น: กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที, กิโลกรัม/วินาที กำลังผลิตในกังหัน: =80 MW - กำลัง...

การออกแบบ GRES

สัมประสิทธิ์ของการใช้พลังงานสกัดความร้อนไปยังเครื่องทำความร้อนเครือข่ายด้านล่างต่ำเกินไป: (2.21) โดยที่ iotb7 คือเอนทาลปีของไอน้ำในการสกัดไปยังเครื่องทำความร้อนเครือข่ายด้านล่างจากตารางที่ 2.2, กิโลจูล/กก. ik คือเอนทาลปีของไอน้ำในคอนเดนเซอร์จากตารางที่ 2.2...

ในโครงการหลักสูตรนี้ จะใช้วิธีวัดค่าการไหลของไอน้ำแบบแปรผัน วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าการไหลของไอน้ำที่ไหลในท่อ...

การออกแบบระบบการไหลของไอน้ำและควบคุมอุณหภูมิ

ในการวัดอุณหภูมิไอน้ำ เราใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบเทอร์โมอิเล็กทริก - เทอร์โมคัปเปิล XK (หยดโครเมล) เทอร์โมคัปเปิล คือ ตัวนำ 2 ตัว (เทอร์โมอิเล็กโทรด) ทำจากโลหะคนละชนิด โดยบัดกรีที่จุดหนึ่ง...

การออกแบบวงจรความร้อนของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนสำหรับองค์กรอุตสาหกรรมและเขตที่อยู่อาศัย

การวัดการไหลและมวลของสาร (ของเหลว ก๊าซ เม็ด ของแข็ง ไอ ฯลฯ) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในการดำเนินการด้านสินค้าคงคลังและการรายงาน และในการติดตาม การควบคุม และการจัดการกระบวนการทางเทคโนโลยี...

การพัฒนาเครื่องวัดการไหลแบบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันแปรผันพร้อมท่อเวนทูรี

จำเป็นต้องคำนวณอุณหภูมิที่ลดลงของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง tpr และความดันที่ลดลง ppr เพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดไดนามิก h ตามหนังสืออ้างอิง: โดยที่ t คืออุณหภูมิของไอน้ำ ? C; t=500?ค....

การคำนวณแผนภาพความร้อนพื้นฐานและตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจของโรงไฟฟ้า (หน่วยกำลังพร้อมกังหัน PT-135/165-130/15)

หน่วยพลังงาน เครื่องกำจัดอากาศกังหันไอน้ำ การกำหนดการไหลของไอน้ำเบื้องต้นไปยังกังหัน ค่าสัมประสิทธิ์การใช้กำลังการสกัดทางอุตสาหกรรมน้อยเกินไป: ; โดยที่ Hi=i0-ik, hpr=i0-i3 คือค่าความต่างความร้อนที่ใช้ของการไหลของไอน้ำ สูง=3471.4-2063.26 =1408.14 กิโลจูล/กก. แรงม้า=3471...

การคำนวณวงจรการทำงานของนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้า

ปริมาณไอน้ำที่ใช้สำหรับความต้องการทางเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สองวงจร (การใช้ไอน้ำสำหรับความต้องการของ SN) จะถูกกำหนดโดยกำลังของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งเป็นคุณสมบัติของหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คำนึงถึงโรงไฟฟ้าและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยรวม...

การคำนวณวงจรความร้อนของกังหัน K-800-240

การคำนวณแผนภาพความร้อนพื้นฐานโดยใช้วิธีการประมาณค่าต่อเนื่องนั้นขึ้นอยู่กับการประเมินเบื้องต้นของการไหลของไอน้ำไปยังกังหันโดยใช้แผนภาพหลักหรือใช้สูตรโดยประมาณ...

การคำนวณกระบอกแรงดันต่ำ (LPC) ของกังหัน K-300-240-1

แผนภาพความร้อนเป็นที่ยอมรับในการติดตั้งตามต้นแบบ จำนวนตัวเลือก แรงดันไอน้ำในการเลือก และการไหลของไอน้ำในแต่ละตัวเลือกจะถูกเลือกตามตารางที่แสดงในภาคผนวก ...

พลังงานความร้อนเป็นระบบตรวจวัดความร้อนที่ถูกคิดค้นและใช้งานเมื่อสองศตวรรษก่อน กฎพื้นฐานในการทำงานกับค่านี้คือพลังงานความร้อนจะถูกอนุรักษ์ไว้และไม่สามารถหายไปได้ง่ายๆ แต่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่นได้

มีหลายสิ่งที่ยอมรับกันโดยทั่วไป หน่วยของพลังงานความร้อน- ส่วนใหญ่จะใช้ในภาคอุตสาหกรรมเช่น สิ่งที่พบบ่อยที่สุดมีอธิบายไว้ด้านล่าง:

หน่วยการวัดใดๆ ที่รวมอยู่ในระบบ SI มีวัตถุประสงค์ในการกำหนดปริมาณรวมของพลังงานประเภทใดประเภทหนึ่ง เช่น ความร้อนหรือไฟฟ้า เวลาและปริมาณในการวัดไม่ส่งผลต่อค่าเหล่านี้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงสามารถใช้สำหรับทั้งพลังงานที่ใช้ไปและพลังงานที่ใช้แล้วได้ นอกจากนี้ การส่งและรับใดๆ รวมถึงการสูญเสียจะถูกคำนวณในปริมาณดังกล่าวด้วย

หน่วยวัดพลังงานความร้อนใช้อยู่ที่ไหน?

หน่วยพลังงานแปลงเป็นความร้อน

เพื่อจุดประสงค์ในการอธิบาย ด้านล่างนี้คือการเปรียบเทียบดัชนี SI ยอดนิยมต่างๆ กับพลังงานความร้อน:

• 1 GJ เท่ากับ 0.24 Gcal ซึ่งเทียบเท่าทางไฟฟ้าเท่ากับ 3,400 ล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมง เทียบเท่าพลังงานความร้อน 1 GJ = ไอน้ำ 0.44 ตัน
• ในเวลาเดียวกัน 1 Gcal = 4.1868 GJ = 16,000 ล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมง = ไอน้ำ 1.9 ตัน
• ไอน้ำ 1 ตัน เท่ากับ 2.3 GJ = 0.6 Gcal = 8200 kW ต่อชั่วโมง

ในตัวอย่างนี้ ค่าไอน้ำที่กำหนดจะถือเป็นการระเหยของน้ำเมื่อถึง 100°C

ในการคำนวณปริมาณความร้อนจะใช้หลักการต่อไปนี้: เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณความร้อนใช้ในการทำความร้อนของเหลวหลังจากนั้นมวลของน้ำจะถูกคูณด้วยอุณหภูมิการงอก หากใน SI วัดมวลของของเหลวเป็นกิโลกรัม และความแตกต่างของอุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส ผลลัพธ์ของการคำนวณจะเป็นปริมาณความร้อนเป็นกิโลแคลอรี

หากมีความจำเป็นต้องถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งและคุณต้องการทราบการสูญเสียที่เป็นไปได้คุณควรคูณมวลของความร้อนของสารที่ได้รับด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจากนั้นค้นหาผลิตภัณฑ์ ของค่าผลลัพธ์โดย “ ความจุความร้อนจำเพาะ» สาร.