Г. І. Сичов
Керівник напряму Витратоміри
ТОВ «Спіракс-Сарко Інжиніринг»

Властивості водяної пари
Проблеми вимірювання витрати

Ультразвукові витратоміри
Вихрові витратоміри
Інші типи витратомірів

Точність виміру витрати пари залежить від цілого ряду факторів. Один з них – ступінь його сухості. Часто цим показником нехтують при підборі приладів обліку та вимірювання, і даремно. Справа в тому, що насичена волога пара по суті є середовищем двофазним, і це викликає ряд проблем у вимірі його масової витрати та теплової енергії. Як вирішити ці проблеми ми сьогодні розберемося.

Властивості водяної пари

Для початку, визначимося з термінологією та з'ясуємо, які особливості вологої пари.

Насичена пара - водяна пара, що знаходиться в термодинамічній рівновазі з водою, тиск і температура якого пов'язані між собою і розташовуються на кривій насичення (рис.1), що визначає температуру кипіння води при даному тиску.

Перегріта пара - водяна пара, нагріта до температури вище температури кипіння води при даному тиску, одержуваний, наприклад, з насиченої пари шляхом додаткового нагрівання.

Сухий насичений пар (рис.1) - безбарвний прозорий газ, є гомогенной, тобто. однорідним середовищем. Певною мірою це абстракція, тому що отримання його важко: у природі він зустрічається тільки в геотермальних джерелах, а парові котли, що виробляється, насичена пара не є сухою - типові значення ступеня сухості для сучасних котлів 0,95-0,97. Найчастіше ступінь сухості ще нижчий. Крім того, суха насичена пара метастабільна: при надходженні тепла ззовні він легко стає перегрітим, а при віддачі тепла - вологим насиченим.

Рисунок 1. Лінія насичення водяної пари

Волога насичена пара (рис.2) являє собою механічну суміш сухої насиченої пари з виваженою дрібнодисперсною рідиною, що знаходиться з парою в термодинамічній і кінетичній рівновазі. Флуктуація щільності газової фази, наявність сторонніх частинок, у тому числі несучих електричні заряди - іони, призводить до виникнення центрів конденсації, що носить гомогенний характер. У міру зростання вологості насиченої пари, наприклад, через теплові втрати або підвищення тиску, дрібні крапельки води стають центрами конденсації і поступово зростають у розмірах, а насичена пара стає гетерогенною, тобто. двофазним середовищем (пароконденсатною сумішшю) у вигляді туману. Насичена пара, що представляє газову фазу пароконденсатної суміші, при русі передає частину своєї кінетичної та теплової енергії рідкій фазі. Газова фаза потоку несе у своєму обсязі крапельки рідкої фази, але швидкість рідкої фази потоку істотно нижче швидкості його парової фази. Волога насичена пара може формувати межу розділу, наприклад, під впливом гравітації. Структура двофазного потоку при конденсації пари в горизонтальних та вертикальних трубопроводах змінюється залежно від співвідношення часток газової та рідкої фаз (рис.3).

Рисунок 2. PV-діаграма водяної пари

Рисунок 3. Структура двофазного потоку у горизонтальному трубопроводі

Характер перебігу рідкої фази залежить від співвідношення сил тертя і сил тяжіння, і в горизонтально розташованому трубопроводі (рис.4) при високій швидкості пари протягом конденсату може залишатися плівковим, як і у вертикальній трубі, при середній може набувати спіралеподібної форми (рис.5) , а при низькій плівковій течії спостерігається тільки на верхній внутрішній поверхні трубопроводу, а в нижній формується безперервний потік, «ручок» .

Таким чином, у загальному випадку потік пароконденсатної суміші при русі є три складовими: суха насичена пара, рідина у вигляді крапель в ядрі потоку і рідина у вигляді плівки або струменя на стінках трубопроводу. Кожна з цих фаз має свою швидкість і температуру, при цьому при русі пароконденсатної суміші виникає відносне ковзання фаз. Математичні моделі двофазної течії в паропроводі вологої насиченої пари представлені в роботах.

Малюнок 4. Структура двофазного потоку у вертикальному трубопроводі

Рисунок 5. Спіралеподібний рух конденсату.

Проблеми вимірювання витрати

Вимірювання масової витрати та теплової енергії вологої насиченої пари пов'язане з такими проблемами:
1. Газова та рідка фази вологої насиченої пари рухаються з різною швидкістю і займають змінну еквівалентну площу поперечного перерізу трубопроводу;
2. Щільність насиченої пари зростає зі зростанням її вологості, причому залежність щільності вологої пари від тиску при різному ступені сухості неоднозначна;
3. Питома ентальпія насиченої пари знижується зі зростанням її вологості.
4. Визначення ступеня сухості вологої насиченої пари в потоці важко.

Разом з тим підвищення ступеня сухості вологої насиченої пари можливе двома відомими способами: «м'яттям» пари (зниженням тиску і, відповідно, температури вологої пари) за допомогою редукційного клапана і відділенням рідкої фази за допомогою сепаратора пари і конденсатовідвідника. Сучасні сепаратори пари забезпечують майже 100% осушення вологої пари.
Вимірювання витрати двофазних середовищ - вкрай складне завдання, яке досі не вийшло за межі дослідницьких лабораторій. Це особливо стосується пароводяної суміші.
Більшість витратомірів пари є швидкісними, тобто. вимірюють швидкість потоку пари. До них відносяться витратоміри змінного перепаду тиску на основі звужуючих пристроїв, вихрові, ультразвукові, тахометричні, кореляційні, струменеві витратоміри. Особняком стоять коріолісові і теплові витратоміри, що безпосередньо вимірюють масу середовища.
Розглянемо, як різні види витратомірів справляються зі своїм завданням, якщо мають справу з вологою парою.

Витратоміри змінного перепаду тиску

Витратоміри змінного перепаду тиску на основі звужуючих пристроїв (діафрагм, сопел, труб Вентурі та інших місцевих гідравлічних опорів) досі є основним засобом вимірювання витрати пари. Проте, відповідно до підрозділу 6.2 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Вимірювання витрати та кількості рідин та газів методом перепаду тиску»: За умовами застосування стандартних звужуючих пристроїв, контрольоване «середовище має бути однофазним та однорідним за фізичними властивостями»:
За наявності у трубопроводі двофазного середовища пари та води вимірювання витрати теплоносія приладами змінного перепаду тиску з нормованою точністю не забезпечується. В цьому випадку «можна було б говорити про виміряну витрату парової фази (насиченої пари) потоку вологої пари при невідомому значенні ступеня сухості».
Таким чином, застосування таких витратомірів для вимірювання витрати вологої пари призведе до недостовірних показань.
Оцінка методичної похибки, що виникає (до 12% при тиску до 1 МПа і ступеня сухості 0,8) при вимірюванні вологої пари витратомірами змінного перепаду тиску на основі звужуючих пристроїв проведена в роботі.

Ультразвукові витратоміри

Ультразвукові витратоміри, що успішно застосовуються при вимірюванні витрати рідин і газів, ще не знайшли широкого застосування при вимірюванні витрати пари, незважаючи на те, що окремі типи їх випускаються серійно або були анонсовані виробником. Проблема полягає в тому, що ультразвукові витратоміри, що реалізують доплерівський принцип вимірювань, заснований на зрушенні частоти ультразвукового променя, не придатні для вимірювання перегрітої та сухої насиченої пари через відсутність неоднорідностей у потоці, необхідних для відображення променя, а при вимірюванні витрати занижують показання через відмінність швидкостей газової та рідкої фази. Ультразвукові витратоміри часуімпульсного типу навпаки непридатні для вологої пари через відображення, розсіювання та заломлення ультразвукового променя на краплях води.

Вихрові витратоміри

Вихрові витратоміри різних виробників при вимірі вологої пари поводяться неоднаково. Це визначається як конструкцією первинного перетворювача витрати, принципу детектування вихорів, електронної схеми, і особливостями програмного забезпечення. Важливим є вплив конденсату працювати чутливого елемента. У деяких конструкціях «серйозні проблеми виникають при вимірюванні витрати насиченої пари, коли одночасно в трубопроводі існує газова та рідка фаза. Вода концентрується вздовж стінок труби і перешкоджає нормальному функціонуванню датчиків тиску, встановлених урівень зі стінкою труби» . В інших конструкціях конденсат може затоплювати сенсор та блокувати вимірювання витрати зовсім. Натомість у деяких витратомірів це практично не впливає на свідчення.
Крім цього, двофазний потік, набігаючи на тіло обтікання, формує цілий спектр вихрових частот, пов'язаних як зі швидкістю газової фази, так і зі швидкостями рідкої фазою (краплинної форми ядра потоку та плівкової або струминної пристінкової області) вологої насиченої пари. При цьому амплітуда вихрового сигналу рідкої фази може бути дуже значною і, якщо електронна схема не передбачає цифрової фільтрації сигналу за допомогою спектрального аналізу та спеціального алгоритму виділення «істинного» сигналу, пов'язаного з газовою фазою потоку, що характерно для спрощених моделей витратомірів, то відбуватиметься сильне заниження показань витрати. Кращі моделі вихрових витратомірів мають системи DSP (цифрової обробки сигналу) і SSP (спектральну обробку сигналу на основі швидкого перетворення Фур'є), які дозволяють не тільки підвищити ставлення сигнал/шум, виділити «істинний» вихровий сигнал, але й усунути вплив вібрацій трубопроводу та електричних перешкод.
Незважаючи на те, що вихрові витратоміри призначені для вимірювання витрати однофазного середовища, у роботі показано, що вони можуть бути використані для вимірювання витрати двофазних середовищ, у тому числі пара з краплями води при деякій деградації метрологічних характеристик.
Волога насичена пара зі ступенем сухості понад 0,9 за експериментальними дослідженнями EMCO і Spirax Sarco можна вважати гомогенной і за рахунок «запасу» за точністю витратомірів PhD і VLM (±0,8-1,0%), показання масової витрати та теплової потужності будуть у межах похибок, нормованих в .
При ступеня ж сухості 0,7-0,9 відносна похибка вимірювань масової витрати цих витратомірів може досягати 10 і більше відсотків.
Інші дослідження, наприклад, дають більш оптимістичний результат - похибка вимірювання масової витрати вологої пари соплами Вентурі на спеціальній установці для калібрування витратомірів пари знаходиться в межах ±3,0% для насиченої пари зі ступенем сухості понад 0,84.
Щоб уникнути блокування чутливого елемента вихрового витратоміра, наприклад чутливого крила конденсатом, деякі виробники рекомендують орієнтувати первинний перетворювач таким чином, щоб вісь чутливого елемента була паралельна поверхні розділу пар/конденсат.

Інші типи витратомірів

Витратоміри змінного перепаду/змінної площі, обтікання з підпружиненою заслінкою та мішені змінної площі не допускають вимірювання двофазного середовища через можливе ерозійне зношування проточної частини при русі конденсату.
Принципово лише масові витратоміри коріолісового типу могли б вимірювати двофазне середовище, проте дослідження показують, що похибки вимірювань коріолісових витратомірів значною мірою залежать від співвідношення часток фаз, а «спроби розробити універсальний витратомір для багатофазних середовищ швидше ведуть у глухий кут». У той же час коріолісові витратоміри інтенсивно розвиваються, і, можливо, успіху буде досягнуто вже скоро, але поки що таких промислових засобів вимірювань на ринку немає.

Далі буде.

Література:
1. Rainer Hohenhaus. Наскільки useful air 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 О.В. Математична модель двофазного перебігу вологої пари в паропроводах.
4. Тонг Л. Теплопередача при кипінні та двофазна течія.- М.: Мир,1969.
5. Теплопередача у двофазному потоці. За ред. Д. Баттерворса та Г. Х'юітта.// М.: Енергія, 1980.
6. Ломшаков А.С. Випробування парових казанів. СПб, 1913.
7. Jesse L. Yoder. Using meters to measure steam flow// Plant Engineering,- April 1998.
8. ГОСТ Р 8.586.1-2005. Вимірювання витрати та кількості рідин та газів методом перепаду тиску.
9. Коваль Н.І., Шароухова В.П. Про проблеми вимірювання насиченої пари.// УЦСМС, Ульяновськ
10. Кузнєцов Ю.М., Певзнер В.М., Толкачов В.М. Вимірювання насиченої пари пристроями, що звужують // Теплоенергетика. – 1080.- №6.
11. Робінштейн Ю.В. Про комерційний облік пари в парових системах теплопостачання.// Матеріали 12-ї науково-практичної конференції: Удосконалення вимірювань витрати рідини, газу та пари, - СПб.: Борей-Арт, 2002.
12. Абарінов, Є. Г., К.С. Саріло. Методичні похибки вимірювання енергії вологої пари теплолічильниками на суху насичену пару // Вимірювальна техніка. – 2002. – №3.
13. Бобровник В.М. Безконтактні витратоміри «Дніпро-7» для обліку рідин, пари та нафтового газу. // Комерційний облік енергоносіїв. Матеріали 16-ї міжнародної науково-практичної конференції, - СПб: Борей-Арт, 2002.
14. DigitalFlow™ XGS868 Steam Flow Transmitter. N4271 Panametrics, Inc., 4/02.
15. Богуш М.В. Розвиток вихрової расходометрии у Росії.
16. Engineering Data Book III, Chapter 12, Two Phase Flow Patterns, Wolverine Tube, Inc. 2007
17. П-683 «Правила обліку теплової енергії та теплоносія», М.:, МЕІ, 1995.
18. A. Amini та I. Owen. Використання критичного плаву venturi nozzles with saturated wet steam. // Flow Meas. lnstrum., Vol. 6, No. 1, 1995
19. Кравченко В.М., Ріккен М. Вимірювання витрати за допомогою коріолісових витратомірів у разі двофазного потоку. / / Комерційний облік енергоносіїв. XXIV міжнародна науково-практична конференція, - СПб.: Борей-Арт, 2006.
20. Richard Thorn. Flow Measurement CRC Press LLC, 1999

Точність виміру витрати пари залежить від цілого ряду факторів. Один із них – ступінь його сухості. Часто цим показником нехтують при підборі приладів обліку та вимірювання, і даремно. Справа в тому, що насичена волога пара по суті є середовищем двофазним, і це викликає ряд проблем у вимірі його масової витрати та теплової енергії. Як вирішити ці проблеми ми сьогодні розберемося.

Властивості водяної пари

Для початку, визначимося з термінологією та з'ясуємо, які особливості вологої пари.

Насичена пара - водяна пара, що знаходиться в термодинамічній рівновазі з водою, тиск і температура якого пов'язані між собою і розташовуються на кривій насичення (рис.1), що визначає температуру кипіння води при даному тиску.

Перегріта пара - водяна пара, нагріта до температури вище температури кипіння води при даному тиску, одержуваний, наприклад, з насиченої пари шляхом додаткового нагрівання.

Сухий насичений пар (рис.1) – безбарвний прозорий газ, є гомогенной, тобто. однорідним середовищем. Певною мірою це абстракція, оскільки отримання його важко: у природі він зустрічається тільки в геотермальних джерелах, а парові котли, що виробляється, насичена пара не є сухою – типові значення ступеня сухості для сучасних котлів 0,95-0,97. Найчастіше ступінь сухості ще нижчий. Крім того, суха насичена пара метастабільна: при надходженні тепла ззовні він легко стає перегрітим, а при віддачі тепла - вологим насиченим:

Рисунок 1. Лінія насичення водяної пари

Волога насичена пара (рис.2) являє собою механічну суміш сухої насиченої пари з виваженою дрібнодисперсною рідиною, що знаходиться з парою в термодинамічній і кінетичній рівновазі. Флуктуація щільності газової фази, наявність сторонніх частинок, у тому числі несуть електричні заряди – іони, призводить до виникнення центрів конденсації, що має гомогенний характер. У міру зростання вологості насиченої пари, наприклад, через теплові втрати або підвищення тиску, дрібні крапельки води стають центрами конденсації і поступово зростають у розмірах, а насичена пара стає гетерогенною, тобто. двофазним середовищем (пароконденсатною сумішшю) у вигляді туману. Насичена пара, що представляє газову фазу пароконденсатної суміші, при русі передає частину своєї кінетичної та теплової енергії рідкій фазі. Газова фаза потоку несе у своєму обсязі крапельки рідкої фази, але швидкість рідкої фази потоку істотно нижче швидкості його парової фази. Волога насичена пара може формувати межу розділу, наприклад, під впливом гравітації. Структура двофазного потоку при конденсації пари в горизонтальних та вертикальних трубопроводах змінюється залежно від співвідношення часток газової та рідкої фаз (рис.3):


Рисунок 2. PV-діаграма водяної пари

Рисунок 3. Структура двофазного потоку у горизонтальному трубопроводі

Характер перебігу рідкої фази залежить від співвідношення сил тертя і сил тяжіння, і в горизонтально розташованому трубопроводі (рис.4) при високій швидкості пари протягом конденсату може залишатися плівковим, як і у вертикальній трубі, при середній може набувати спіралеподібної форми (рис.5) , а при низькій плівковій течії спостерігається тільки на верхній внутрішній поверхні трубопроводу, а в нижній формується безперервний потік, «ручок».

Таким чином, у загальному випадку потік пароконденсатної суміші при русі є три складовими: суха насичена пара, рідина у вигляді крапель в ядрі потоку і рідина у вигляді плівки або струменя на стінках трубопроводу. Кожна з цих фаз має свою швидкість і температуру, при цьому при русі пароконденсатної суміші виникає відносне ковзання фаз. Математичні моделі двофазної течії в паропроводі вологої насиченої пари представлені в роботах.

Малюнок 4. Структура двофазного потоку у вертикальному трубопроводі

Рисунок 5. Спіралеподібний рух конденсату.

Проблеми вимірювання витрати

Вимірювання масової витрати та теплової енергії вологої насиченої пари пов'язане з такими проблемами:
1. Газова та рідка фази вологої насиченої пари рухаються з різною швидкістю і займають змінну еквівалентну площу поперечного перерізу трубопроводу;
2. Щільність насиченої пари зростає зі зростанням її вологості, причому залежність щільності вологої пари від тиску при різному ступені сухості неоднозначна;
3. Питома ентальпія насиченої пари знижується зі зростанням її вологості.
4. Визначення ступеня сухості вологої насиченої пари в потоці важко.

Разом з тим підвищення ступеня сухості вологої насиченої пари можливе двома відомими способами: «м'яттям» пари (зниженням тиску і, відповідно, температури вологої пари) за допомогою редукційного клапана і відділенням рідкої фази за допомогою сепаратора пари і конденсатовідвідника. Сучасні сепаратори пари забезпечують майже 100% осушення вологої пари.

Вимірювання витрати двофазних середовищ – вкрай складне завдання, яке досі не вийшло за межі дослідницьких лабораторій. Це особливо стосується пароводяної суміші.

Більшість витратомірів пари є швидкісними, тобто. вимірюють швидкість потоку пари. До них відносяться витратоміри змінного перепаду тиску на основі звужуючих пристроїв, вихрові, ультразвукові, тахометричні, кореляційні, струменеві витратоміри. Особняком стоять коріолісові і теплові витратоміри, що безпосередньо вимірюють масу середовища.

Розглянемо, як різні види витратомірів справляються зі своїм завданням, якщо мають справу з вологою парою.

Витратоміри змінного перепаду тиску

Витратоміри змінного перепаду тиску на основі звужуючих пристроїв (діафрагм, сопел, труб Вентурі та інших місцевих гідравлічних опорів) досі є основним засобом вимірювання витрати пари. Проте, відповідно до підрозділу 6.2 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Вимірювання витрати та кількості рідин та газів методом перепаду тиску»: За умовами застосування стандартних пристроїв звуження, контрольована « середовище має бути однофазним і однорідним за фізичними властивостями":

За наявності у трубопроводі двофазного середовища пари та води вимірювання витрати теплоносія приладами змінного перепаду тиску з нормованою точністю не забезпечується. У цьому випадку «можна було б говорити про виміряну витрату парової фази (насиченої пари) потоку вологої пари при невідомому значенні ступеня сухості».

Таким чином, застосування таких витратомірів для вимірювання витрати вологої пари призведе до недостовірних показань.

Оцінка виникає методичної похибки (до 12% при тиску до 1 МПа і ступеня сухості 0,8) при вимірюванні вологої пари витратомірами змінного перепаду тиску на основі пристроїв, що звужують, проведена в роботі.

Ультразвукові витратоміри

Ультразвукові витратоміри, що успішно застосовуються при вимірюванні витрати рідин і газів, ще не знайшли широкого застосування при вимірюванні витрати пари, незважаючи на те, що окремі типи їх випускаються серійно або були анонсовані виробником. Проблема полягає в тому, що ультразвукові витратоміри, що реалізують доплерівський принцип вимірювань, заснований на зрушенні частоти ультразвукового променя, не придатні для вимірювання перегрітої та сухої насиченої пари через відсутність неоднорідностей у потоці, необхідних для відображення променя, а при вимірюванні витрати занижують показання через відмінність швидкостей газової та рідкої фази. Ультразвукові витратоміри часуімпульсного типу навпаки непридатні для вологої пари через відображення, розсіювання та заломлення ультразвукового променя на краплях води.

Вихрові витратоміри

Вихрові витратоміри різних виробників при вимірі вологої пари поводяться неоднаково. Це визначається як конструкцією первинного перетворювача витрати, принципу детектування вихорів, електронної схеми, і особливостями програмного забезпечення. Важливим є вплив конденсату працювати чутливого елемента. У деяких конструкціях «серйозні проблеми виникають при вимірюванні витрати насиченої пари, коли одночасно в трубопроводі існує газова та рідка фаза. Вода концентрується вздовж стінок труби і перешкоджає нормальному функціонуванню датчиків тиску, встановлених урівень зі стінкою труби". В інших конструкціях конденсат може затоплювати сенсор і блокувати вимірювання витрати зовсім. Зате у деяких витратомірів це практично не впливає на показання.

Крім цього, двофазний потік, набігаючи на тіло обтікання, формує цілий спектр вихрових частот, пов'язаних як зі швидкістю газової фази, так і зі швидкостями рідкої фазою (краплинної форми ядра потоку та плівкової або струминної пристінкової області) вологої насиченої пари. При цьому амплітуда вихрового сигналу рідкої фази може бути дуже значною і, якщо електронна схема не передбачає цифрової фільтрації сигналу за допомогою спектрального аналізу та спеціального алгоритму виділення «істинного» сигналу, пов'язаного з газовою фазою потоку, що характерно для спрощених моделей витратомірів, то відбуватиметься сильне заниження показань витрати. Кращі моделі вихрових витратомірів мають системи DSP (цифрової обробки сигналу) і SSP (спектральну обробку сигналу на основі швидкого перетворення Фур'є), які дозволяють не тільки підвищити ставлення сигнал/шум, виділити «істинний» вихровий сигнал, але й усунути вплив вібрацій трубопроводу та електричних перешкод.

Незважаючи на те, що вихрові витратоміри призначені для вимірювання витрати однофазного середовища, у роботі показано, що вони можуть бути використані для вимірювання витрати двофазних середовищ, у тому числі пара з краплями води при деякій деградації метрологічних характеристик.

Волога насичена пара зі ступенем сухості понад 0,9 за експериментальними дослідженнями EMCO і Spirax Sarco можна вважати гомогенной і за рахунок «запасу» за точністю витратомірів PhD і VLM (±0,8-1,0%), показання масової витрати та теплової потужності будуть у межах похибок.

При ступеня ж сухості 0,7-0,9 відносна похибка вимірювань масової витрати цих витратомірів може досягати 10 і більше відсотків.

Інші дослідження, наприклад, дають більш оптимістичний результат – похибка вимірювання масової витрати вологої пари соплами Вентурі на спеціальній установці для калібрування витратомірів пари знаходиться в межах ±3,0% для насиченої пари зі ступенем сухості понад 0,84.

Щоб уникнути блокування чутливого елемента вихрового витратоміра, наприклад чутливого крила конденсатом, деякі виробники рекомендують орієнтувати первинний перетворювач таким чином, щоб вісь чутливого елемента була паралельна поверхні розділу пар/конденсат.

Інші типи витратомірів

Витратоміри змінного перепаду/змінної площі, обтікання з підпружиненою заслінкою та мішені змінної площі не допускають вимірювання двофазного середовища через можливе ерозійне зношування проточної частини при русі конденсату.

Принципово лише масові витратоміри коріолісового типу могли б вимірювати двофазне середовище, проте дослідження показують, що похибки вимірювань коріолісових витратомірів значною мірою залежать від співвідношення часток фаз, а «спроби розробити універсальний витратомір для багатофазних середовищ швидше ведуть у глухий кут». У той же час коріолісові витратоміри інтенсивно розвиваються, і, можливо, успіху буде досягнуто вже скоро, але поки що таких промислових засобів вимірювань на ринку немає.

Г. Сичов

У цій статті розповідається про вологу пару та засоби її обліку, які застосовуються на парогенеруючих об'єктах (насамперед у практиці промислових котелень та теплоелектростанцій). Їхня енергоефективність багато в чому визначається точністю вимірювання, яка залежить як від принципу обліку, так і від якості витратоміру пари.

Властивості водяної пари

Насичена пара - це водяна пара, що знаходиться в термодинамічній рівновазі з водою, тиск і температура якої пов'язані між собою і розташовуються на кривій насичення, що визначає температуру кипіння води при даному тиску.

Перегрітою парою називають водяну пару, нагріту до температури вище температури кипіння води при даному тиску, одержуваний, наприклад, з насиченої пари шляхом додаткового нагріву.

Суха насичена пара є безбарвним прозорим газом, будучи гомогенним, тобто однорідним середовищем. До певної міри його можна вважати абстракцією, тому що отримання його важко - у природі він зустрічається тільки в геотермальних джерелах, а вироблений паровими котлами насичена пара не є сухою - типові значення ступеня сухості для сучасних котлів становлять 0,95-0,97. При нештатних ситуаціях (крапельному винесенні котлової води під час роботи котла при зниженому робочому тиску або різкому зростанні споживання пари) ступінь сухості ще нижче. Крім того, суха насичена пара метастабільна: при надходженні тепла ззовні вона легко стає перегрітою, а при віддачі тепла - вологою насиченою.

Волога насичена пара являє собою механічну суміш сухої насиченої пари з виваженою дрібнодисперсною рідиною, що знаходиться з парою в термодинамічній і кінетичній рівновазі. Флуктуація щільності газової фази, наявність сторонніх частинок, у тому числі несучих електричні заряди - іони, призводить до виникнення центрів конденсації, що носить гомогенний характер. У міру зростання вологості насиченої пари, наприклад, через теплові втрати або підвищення тиску, дрібні крапельки води стають центрами конденсації і поступово ростуть у розмірах, а насичена пара стає гетерогенною, тобто двофазним середовищем (пароконденсатною сумішшю у вигляді туману). Насичена пара, що представляє газову фазу пароконденсатної суміші, при русі передає частину своєї кінетичної та теплової енергії рідкій фазі. Газова фаза потоку несе у своєму обсязі крапельки рідкої фази, але швидкість рідкої фази потоку істотно нижче швидкості його парової фази. Волога насичена пара може формувати межу розділу, наприклад, під впливом гравітації. Структура двофазного потоку при конденсації пари в горизонтальних та вертикальних трубопроводах змінюється залежно від співвідношення часток газової та рідкої фаз.

Характер перебігу рідкої фази залежить від співвідношення сил тертя та сил тяжіння. У горизонтально розташованому трубопроводі при високій швидкості пари перебіг конденсату може залишатися плівковим, як і у вертикальній трубі, при середній може набувати спіралеподібної форми, а при низькій - плівковій течії спостерігається тільки на верхній внутрішній поверхні трубопроводу, а в нижній формується безперервний потік, «струмок ».

Таким чином, у загальному випадку потік пароконденсатної суміші при русі є три складовими: суха насичена пара, рідина у вигляді крапель в ядрі потоку і рідина у вигляді плівки або струменя на стінках трубопроводу. Кожна з цих фаз має свою швидкість і температуру, при цьому при русі пароконденсатної суміші виникає відносне ковзання фаз.

Вимірювання масової витрати та теплової енергії вологої насиченої пари пов'язане з такими проблемами:

1) газова та рідка фази вологої насиченої пари рухаються з різною швидкістю і займають змінну еквівалентну площу поперечного перерізу трубопроводу;

2) щільність насиченої пари зростає у міру зростання її вологості, причому залежність щільності вологої пари від тиску при різному ступені сухості неоднозначна;

3) питома ентальпія насиченої пари знижується зі зростанням її вологості;

4) визначення ступеня сухості вологої насиченої пари в потоці важко.

Разом з тим підвищення ступеня сухості вологої насиченої пари можливе двома відомими способами: «м'яттям» пари (зниженням тиску і, відповідно, температури вологої пари) за допомогою редукційного клапана і відділенням рідкої фази за допомогою сепаратора пари і конденсатовідвідника. Ці методи відомі понад сто років. Так, А.С. Ломшаков у роботі «Випробування парових котлів» (СПб, 1913) писав: «відділення води від пари в паропроводі не становить труднощів. Якщо пара рухається зі швидкістю близько 15 м/с і швидше, більшість водовіддільників осушують його до 1 % вмісту води, навіть у тому випадку, якщо до водовідділювача він був дуже волого. Це було підтверджено досвідами Зентнера». Сучасні сепаратори пари забезпечують майже 100% осушення вологої пари.

Принципи вимірювань витрати пари

Вимірювання витрати двофазних середовищ - вкрай складне завдання, яке досі не вийшло за межі дослідницьких лабораторій. Це особливо стосується пароводяної суміші. Більшість витратомірів пари є швидкісними, тобто вимірюють швидкість потоку пари. До них відносяться витратоміри змінного перепаду тиску на основі звужуючих пристроїв, вихрові, ультразвукові, тахометричні, кореляційні, струменеві витратоміри. Особняком стоять коріолісові і теплові витратоміри, що безпосередньо вимірюють масу середовища.

Витратоміри змінного перепаду тиску на основі звужуючих пристроїв (діафрагм, сопел, труб Вентурі та інших місцевих гідравлічних опорів) досі є основним засобом вимірювання витрати пари. Проте, відповідно до підрозділу 6.2 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Вимірювання витрати та кількості рідин та газів методом перепаду тиску», за умов застосування стандартних звужуючих пристроїв, контрольоване «середовище має бути однофазним та однорідним за фізичними властивостями».

За наявності у трубопроводі двофазного середовища пари та води вимірювання витрати теплоносія приладами змінного перепаду тиску з нормованою точністю не забезпечується. У цьому випадку можна було б говорити про виміряну витрату парової фази (насиченої пари) потоку вологої пари при невідомому значенні ступеня сухості. Таким чином, застосування таких витратомірів для вимірювання витрати вологої пари призведе до недостовірних показань.

Оцінка методичної похибки (до 12 % при тиску до 1 МПа і ступеня сухості 0,8) при вимірюванні вологої пари витратомірами змінного перепаду тиску на базі звужуючих пристроїв проведена в роботі Е. Абаринова та К. Сарело «Методичні похибки вимірювання енергії вологої пари теплолічильниками на суху насичену пару».

Ультразвукові витратоміри

Ультразвукові витратоміри, що успішно застосовуються при вимірюванні витрати рідин і газів, ще не знайшли широкого застосування при вимірюванні витрати пари, незважаючи на те, що окремі типи їх випускаються серійно або були анонсовані виробником. Проблема полягає в тому, що ультразвукові витратоміри, що реалізують доплерівський принцип вимірювань, заснований на зрушенні частоти ультразвукового променя, не придатні для вимірювання перегрітої та сухої насиченої пари через відсутність неоднорідностей у потоці, необхідних для відображення променя, а при вимірюванні витрати занижують показання через відмінність швидкостей газової та рідкої фази. Ультразвукові витратоміри імпульсного типу навпаки непридатні для вологої пари через відбиття, розсіювання та заломлення ультразвукового променя на краплях води.

Вихрові витратоміри

Вихрові витратоміри різних виробників при вимірі вологої пари поводяться неоднаково. Це визначається як конструкцією первинного перетворювача витрати, принципу детектування вихорів, електронної схеми, і програмного забезпечення. Важливим є вплив конденсату працювати чутливого елемента. У деяких конструкціях серйозні проблеми виникають при вимірюванні витрати насиченої пари, коли одночасно в трубопроводі існує газова та рідка фаза. Вода концентрується вздовж стінок труби і перешкоджає нормальному функціонуванню датчиків тиску, встановлених урівень зі стінкою труби. В інших конструкціях конденсат може затоплювати сенсор та блокувати вимірювання витрати зовсім. Натомість у деяких витратомірів це практично не впливає на свідчення.

Крім цього, двофазний потік, набігаючи на тіло обтікання, формує цілий спектр вихрових частот, пов'язаних як зі швидкістю газової фази, так і зі швидкостями рідкої фази (краплинної форми ядра потоку та плівкової або струминної пристінкової області) насиченої вологої пари. При цьому, амплітуда вихрового сигналу рідкої фази може бути дуже значною, і якщо електронна схема не передбачає цифрової фільтрації сигналу за допомогою спектрального аналізу та спеціального алгоритму виділення «істинного» сигналу, пов'язаного з газовою фазою потоку, що характерно для спрощених моделей витратомірів, то відбуватиметься сильне заниження показань витрати. Кращі моделі вихрових витратомірів мають системи DSP (цифрової обробки сигналу) і SSP (спектральну обробку сигналу на основі швидкого перетворення Фур'є), які дозволяють не тільки підвищити ставлення сигнал/шум, виділити «істинний» вихровий сигнал, але й усунути вплив вібрацій трубопроводу та електричних перешкод.

Незважаючи на те, що вихрові витратоміри призначені для вимірювання витрати однофазного середовища, вони можуть бути використані для вимірювання витрати двофазних середовищ, у тому числі пара з краплями води при деякій деградації метрологічних характеристик. Так, за експериментальними дослідженнями компаній EMCO і Spirax Sarco, вологу насичену пару зі ступенем сухості понад 0,9 можна вважати гомогенною і за рахунок «запасу» за точністю витратомірів PhD і VLM (±0,8-1,0 %), показання масового витрати та теплової потужності будуть знаходитися в межах похибок, нормованих у «Правилах обліку теплової енергії та теплоносія».

При ступені ж сухості 0,7-0,9 відносна похибка вимірювань масової витрати цих витратомірів може досягати 10% і більше.

Щоб уникнути блокування чутливого елемента вихрового витратоміра, наприклад чутливого крила конденсатом, деякі виробники рекомендують орієнтувати первинний перетворювач таким чином, щоб вісь чутливого елемента була паралельна поверхні розділу пар/конденсат.

Інші типи витратомірів

Витратоміри змінного перепаду/змінної площі, обтікання з підпружиненою заслінкою та мішені змінної площі не допускають вимірювання двофазного середовища через можливе ерозійне зношування проточної частини при русі конденсату.

Принципово лише масові витратоміри коріолісового типу могли б вимірювати двофазне середовище, проте дослідження показують, що похибки вимірювань коріолісових витратомірів значною мірою залежать від співвідношення часток фаз, а «спроби розробити універсальний витратомір для багатофазних середовищ швидше ведуть у глухий кут» (доповідь). М. Ріккен «Вимірювання витрати за допомогою коріолісових витратомірів у разі двофазного потоку» на XXIV міжнародній науково-практичній конференції «Комерційний облік енергоносіїв» у Санкт-Петербурзі). У той же час коріолісові витратоміри інтенсивно розвиваються, і, можливо, успіху буде досягнуто вже скоро, але поки що таких промислових засобів вимірювань на ринку немає.

Корекція ступеня сухості пари

Для обчислення масової витрати та теплової потужності вологої пари необхідний вимір ступеня сухості. Багато теплообчислювачів і теплоенергоконтролерів російського виробництва мають як опцію введення константи «ступінь сухості пари», за допомогою якої проводиться корекція питомої щільності та ентальпії вологої насиченої пари.

Щільність насиченої водяної пари визначають за формулою:

ρ1. ρ2

ρ = --------------------- ,

ρ2. (1 - X) + ρ1. X

X - ступінь сухості насиченої водяної пари, кг/кг.

Фіксоване значення ступеня сухості може бути встановлено на базі експертної оцінки або балансу мас (останній можна встановити при аналізі статистичних даних та наявності одного джерела та одного споживача пари), проте ці методи будуть створювати істотну похибку, оскільки не враховують динамічні похибки, пов'язані зі зміною ступеня сухості у процесі роботи.

У різні роки в Росії та СНД з'являлася інформація про реалізацію вимірювачів сухості пари в потоці (поточних вологомірів) заснованих, наприклад, на діелькометричному методі вимірювань (залежності діелектричної проникності від вологості пари), радіаційного просвічування трубопроводу гамма-променями, проте промислових вологомірів пара до цих досі не з'явилося на ринку.

Насправді американська компанія EMCO (з 2005 р. бренд Spirax Sarco) випускала обчислювач потоку FP-100, що має струмовий вхід 4-20 мА з функцією введення «вологості пари» і власне вимірювач вологості пари, що діє залежно від ступеня поглинання НВЧ енергії в потік вологої пари. Проте, на початку 90-х років. цей вхід перестав використовуватися, а вимірник вологості перестав проводитися, оскільки стало цілком очевидно, що використання вологої пари для будь-яких цілей, крім дуже обмежених технологічних, неприйнятне через зниження енергоефективності пароконденсатних систем, підвищеного зносу паропроводів, арматури, фітингів та інших пристроїв , зростання ризику аварій та катастроф у небезпечних промислових та інших об'єктах

Вирішення проблеми вимірювання витрати вологої пари

Єдино правильним рішенням здійснення метрологічно достовірного та надійного обліку теплової потужності та масової витрати вологої насиченої пари є наступний метод:

1) сепарування вологої пари за допомогою сепаратора та конденсатовідвідника;

2) вимірювання витрати сухої насиченої пари будь-яким придатним для цього витратоміром;

3) вимірювання витрати конденсату будь-яким придатним для цього витратоміром;

4) розрахунок масових витрат і теплових потужностей пари та конденсату;

5) інтегрування параметрів у часі, архівування та формування протоколів вимірювань.

Вимірювання витрати конденсату повинен проводитися в тій частині конденсатопроводу, де забезпечено однофазний стан конденсату (без пари вторинного закипання), наприклад, після конденсатного бака (ресивера), що має зв'язок з атмосферою (вістову трубу), з використанням конденсатного насоса або конденсатовідвідника, що перекачує.

Вимірювання пульсуючих витрат

Вимірювання швидкомінних (пульсуючих) потоків витратомірами змінного перепаду тиску в деяких випадках може досягти неприпустимо великих значень. Це пов'язано з великою кількістю джерел похибки: впливу квадратичної залежності між витратою та перепадом тиску, впливом місцевого прискорення, впливу акустичних явищ та імпульсних (з'єднувальних) трубок. Тому п.6.3.1 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Вимірювання витрати та кількості рідин та газів методом перепаду тиску» встановлює, що: «Витрата має бути постійною або повільно змінюється в часі».

Вимірювання пульсуючих витрат вихровими витратомірами не становить проблем, оскільки ці витратоміри мають достатню швидкодію при вимірі витрати пари. Діапазон частот зриву вихорів з тіла обтікання при вимірюванні витрати пари становлять сотні та тисячі герц, що відповідає часовим інтервалам від одиниць до десятків мілісекунд. Сучасні електронні схеми вихрових витратомірів аналізують спектр сигналу за 3-7 періодів синусоїдального вихрового сигналу, забезпечуючи відгук протягом менше 30-70 мс, достатній для відстеження процесів, що швидко протікають.

Вимірювання витрати пари в перехідних режимах

Пускові режими трубопроводу пов'язані з прогріванням трубопроводу насиченою або перегрітою парою та інтенсивним утворенням конденсату. Наявність конденсату наражатиме на небезпеку гідроударів кінетичного і термодинамічного типу як самі паропроводи, так і арматуру, фітинги та інші пристрої, встановлені на паропроводі, при контакті пари з конденсатом. Дренаж паропроводів необхідний не тільки в режимі прогріву і пуску, але і при нормальній експлуатації. При цьому сепарація утворюється в перехідних режимах конденсату, за допомогою сепараторів пари і конденсатовідвідників, поряд з отриманням насиченої сухої пари, забезпечує відвід конденсату, який може бути виміряний витратоміром рідини будь-якого придатного для цього середовища типу.

Наявність конденсату у вологій парі є серйозною загрозою виникнення гідроударів. При цьому можливе як утворення пробки конденсату, так і миттєва конденсація пари при контакті з рідиною. Витратоміри на пристроях, що звужують, не бояться гідроударів, а з вихровими пристроями дещо складніше. Справа в тому, що у вихрових витратомірах на основі пульсацій тиску чутливі елементи знаходяться під тонкою мембраною, а тому не захищені від гідроударів. Виробники зазвичай чесно попереджають про це, нагадуючи, що гарантія на прилад у цьому випадку недійсна. У вихрових витратомірах на основі згинальних напруг чутливий елемент відділений від вимірюваного середовища і не може бути пошкоджений у випадку гідроудару.

В даний час на ринку відомі сотні виробників вихрових витратомірів, але світовими лідерами з розробки та випуску цього типу приладів є корпорація Yokogawa Electric (Японія), Endress+Hauser (Німеччина) та EMCO (США).

1. Вимірювання витрати водяної пари

Розрахунок звужувального пристрою для вимірювання витрати (Q 0) водяної пари проводиться за такою методикою

Визначаємо дані для розрахунку дані

Абсолютний тиск вимірюваного середовища перед звуженням пристроєм визначається як сума барометричного та надлишкового тиску

де - Барометричний тиск (Р б = 1 кгс/см 2 = 9,8066 * 104 Па);

Надлишковий тиск().

Щільність вимірюваного середовища у робочих умовах (і t=340 0 С).

Додаток 3

Визначаємо значення D, що відповідає робочій температурі t = 340 0 С речовини у трубопроводі за формулою:

де - внутрішній діаметр трубопроводу перед пристроєм, що звужує, при температурі t = 20 0 С (D = 200 мм);

Середній коефіцієнт лінійного теплового розширення матеріалу пристрою, що звужує (трубопроводу) в інтервалі від 20 до t°С, 1/град.

t - температура вимірюваного середовища перед пристроєм, що звужує (t = 340 0 С).

Динамічна в'язкість вимірюваного середовища у робочих умовах

Температура, 0
Динамічна в'язкість, 10 -5 Па*с

Приймаємо.

Приймаємо показник адіабати, рівним k =1,38.

Приймаємо звужувальний пристрій Сопло, керуючись такими міркуваннями

а) при тих самих значеннях модуля і перепаду тиску сопло дозволяє вимірювати більшу витрату, ніж діафрагма, а при D? 300 мм забезпечує також більш високу точність виміру порівняно з діафрагмою (особливо при малих модулях);

б) при одних і тих же значеннях модуля та витрати втрата тиску в соплі значно менша, ніж у діафрагмі;

в) точність вимірювання витрати газів та пари при застосуванні сопла вище, ніж при застосуванні діафрагми;

г) зміна або забруднення вхідного профілю звужуючого пристрою в процесі експлуатації впливає на коефіцієнт витрати діафрагми значно більшою мірою, ніж на коефіцієнт витрати сопла.

1.3. Верхню межу вимірювань дифманометра Q П (Q ОП, Q НІ, Q МП) вибираємо за заданою найбільшою вимірюваною витратою Q max = 0,8 м 3 /с = 2880 м 3 /год так, щоб стандартне значення Q П було найближче більше по відношенню значення Q m ах. Таким чином, приймаємо Q П = 3200 м 3 /год.

1.4. Приймаємо модуль звужувального пристрою з таких міркувань:

При застосуванні сопел і сопел Вентурі неточність поправки на число Рейнольдса ДQ має найменший вплив на коефіцієнт витрати, коли 0,5? m? 0,65.

Таким чином, приймаємо m = 0.5.

1.5. За значенням m обчислюю:

Коефіцієнт витрати а І за формулою:

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

Значення коефіцієнта витрати б за такою формулою:

а = а І * k 2

де k 2 – поправний множник на шорсткість труби (k 2 = 1,005).

пар тиск аналоговий комутатор

а = ,0812 * 1,005 = 1,0866.

1.6. Визначаємо граничний номінальний перепад тиску дифманометр ДРн. Нехай задана допустима втрата тиску в пристрої, що звужує, при найбільшому вимірюваному витраті Qmах.

Визначаємо допустиму втрату тиску Р ПД при витраті, що дорівнює обраній верхній межі вимірювань дифманометра Q П = 3200 м 3 /год.

Граничний перепад тиску дифманометр ДРн вибираємо з ряду стандартних чисел. Отже, ДРн = 250 кПа.

1.7. Визначаємо число Рейнольдса при витраті, що дорівнює Q СР = 2520 м 3 /год.

Т.к. розраховане число Рейнольдса для даного модуля m = 0.5, то розрахунок продовжуємо далі.

1.8. Визначаємо найбільший перепад тиску в звужувальному пристрої для кільцевих, сильфонних та мембранних дифманометрів за формулою:

1.9. Визначаємо поправний множник за формулою:

1.10. Підраховуємо ставлення

1.11. Визначаємо поправний множник за формулою:

1.12. Підраховуємо (з чотирма значущими цифрами) значення d 20 діаметра отвору звужувального пристрою при 20 °С:

1.13. Для поплавкових дифманометрів, заповнених ртуттю, над якою знаходиться газ щільністю 14 кг/м 3 або маслом, над яким знаходиться газ щільністю 0,9 кг/м 3 , а також для кільцевих, дзвонових, сильфонних і мембранних дифманометрів визначаємо об'ємну витрату відповідну найбільшому перепаду тиску

Вплив схем увімкнення підігрівачів енергоблоку на теплову ефективність підігріву

Перший етап розрахунку ПТС полягає у визначенні станів водяної пари в ступенях турбіни. Для цього будують процес роботи пари в турбіні h, S-діаграмі. Використовуємо методику ...

Модернізація системи енергопостачання цементного заводу

Виконується тепловий баланс: Відповідно до ВНТП 06-86 вибираємо параметри пари: T=187.9 0C P=1.2MПа Де теплоємність мазуту в ккал/(кг*0С) вважається за формулою сТ=0,415+0,0006*t, t - температура палива, 0С. Середню температуру мазуту приймаємо зима-20, літо 20...

Проект конденсаційної електростанції 450 мВт у м. Назарове

Коефіцієнт недовироблення потужності опалювального відбору дорівнює: Для першого відбору: (4) де - ентальпія на виході з турбіни, кДж/кг; - ентальпія пари на вході в пароперегрівач, кДж/кг; - ентальпія пари на виході з пароперегрівача, кДж/кг.

Проект ТЕЦ потужністю 500 МВт

Коефіцієнт недовикористання потужності опалювальних відборів: для першого відбору: (30) для другого відбору: (31) Витрата пари на мережні підігрівачі визначимо з рівняння теплового балансу: (32) (33) Приймаючи коефіцієнт регенерації Kр = 1...

Проект ТЕЦ із розробкою інваріантних САР

Витрата пари на турбіну визначається за такою формулою: . Тоді: кг/с, кг/с, кг/сек, кг/сек, кг/сек, кг/сек, кг/сек, кг/сек, кг/сек, кг/сек, кг/сек кг/с. Потужність, що виробляється в турбіні: = 80 МВт - потужність...

Проектування ДРЕС

Коефіцієнт недовикористання потужності опалювального відбору на нижній мережевий підігрівач: (2.21) де iотб7 - ентальпія пари у відборі на нижній мережевий підігрівач з таблиці 2.2, кДж/кг; iк - ентальпія пари в конденсаторі з таблиці 2.2.

У цьому курсовому проекті для вимірювання витрати пари використовується метод змінного перепаду тиску. Цей метод заснований на тому, що потік пари, що протікає в трубопроводі.

Проектування систем контролю витрати та температури пари

Для вимірювання температури пари використовуємо термоелектричний термометр - термопара ХК (хромель-крапель). Термопара - це два провідники (термоелектрода), виготовлені з різних металів, спаяні в одній точці.

Проектування теплової схеми ТЕЦ для промислового підприємства та житлового району

Вимірювання витрати та маси речовин (рідких, газоподібних, сипких, твердих, парів тощо) широко застосовується як у товарооблікових та звітних операціях, так і при контролі, регулюванні та управлінні технологічними процесами.

Розробка витратоміра змінного перепаду тиску з трубою Вентурі

Потрібно розрахувати наведену температуру перегрітої водяної пари tпр та наведений тиск pпр для визначення коефіцієнта динамічної в'язкості з. За даними довідника : де t - температура водяної пари, ?C; t = 500? C ....

Розрахунок принципової теплової схеми та техніко-економічних показників енергоустановки (енергоблок з турбіною ПТ-135/165-130/15)

енергоблок пар турбіна деаератор Визначення попередньої витрати пари на турбіну. Коефіцієнт недовикористання потужності промислового відбору: ; де Hi = i0-ik, hпр = i0-i3 - використані теплоперепади потоку пари. Hi=3471.4-2063.26 =1408.14 кДж/кг. hпр=3471...

Розрахунок робочого контуру ядерної енергетичної установки

Кількість пари, що відбирається на технологічні потреби двоконтурних АЕС (витрата пари на власні потреби СН), визначається потужністю АЕС, особливостями принципу дії прийнятої в розрахунок ЯЕУ АЕС та АЕС в цілому.

Розрахунок теплової схеми турбіни К-800-240

Розрахунок принципової теплової схеми за методом послідовних наближень заснований на попередній оцінці витрати пари на турбіну за допомогою діаграми режимів або за наближеними формулами.

Розрахунок циліндра низького тиску (ЦНД) турбіни К-300-240-1

Теплова схема установки приймається за прототипом. Число відборів, тиск пари у відборах та витрата пари в кожному відборі вибираються за таблицями, представленими в додатку.

Теплова енергія - це система вимірювання теплоти, яка була винайдена та використовується ще два сторіччя тому. Основним правилом роботи з цією величиною було те, що теплова енергія зберігається і не може просто зникнути, але може перейти в інший вид енергії.

Існує кілька загальноприйнятих одиниць вимірювання теплової енергії. Здебільшого їх використовують у промислових галузях, таких як . Внизу описані найпоширеніші з них:

Будь-яка одиниця виміру, що входить до системи СІ, має призначення у визначенні сумарної кількості того чи іншого виду енергії, такого як виділення тепла або електроенергія. Час проведення вимірювання і кількість не впливають на ці величини, чому їх можна використовувати як для споживаної, так і для вже спожитої енергії. Крім того, будь-яка передача та прийом, а також втрати теж обчислюються у таких величинах.

Де застосовують одиниці виміру теплової енергії

Одиниці виміру енергії, переведені в теплову

Для наочного прикладу нижче наведено порівняння різних популярних показників СІ з тепловою енергією:

• 1 ГДж дорівнює 0,24 Гкал, що у електричному еквіваленті дорівнює 3400 мільйонів кВт на годину. В еквіваленті теплової енергії 1 ГДж = 0,44 тонн пара;
• У той самий час 1 Гкал = 4,1868 ГДж = 16000 млн. кВт за годину = 1,9 тонн пари;
• 1 тонна пари дорівнює 2,3 ГДж = 0,6 Гкал = 8200 кВт на годину.

У цьому прикладі величина пари прийнята за випаровування води при досягненні 100°С.

Щоб здійснити розрахунки кількості тепла, використовується наступний принцип: для отримання даних про кількість тепла його використовують у нагріванні рідини, після чого маса води множиться на пророщену температуру. Якщо СІ маса рідини вимірюється кілограмами, а температурні перепади в градусах Цельсія, то результатом таких розрахунків буде кількість теплоти в кілокалоріях.

Якщо є необхідність передачі теплової енергії від одного фізичного тіла іншому, і ви хочете дізнатися можливі втрати, то варто масу одержуваного тепла речовини помножити на температуру підвищення, а після дізнатися твір одержуваного значення на «питому теплоємність» речовини.