Ana səhifə

Сравнительный анализ расходомеров «Днепр-7» с другими расходомерами (на базе сужающих устройств) по измерению пара


Yüklə 80.82 Kb.
tarix04.06.2016
ölçüsü80.82 Kb.
Сравнительный анализ расходомеров «Днепр-7» с другими расходомерами (на базе сужающих устройств) по измерению пара.

Существующие в настоящее время приборы не обеспечивают достаточной точности измерения тепловой энергии в паровых системах. Это связано с тем, что основная масса потребителей не знает о существовании новых приборов, позволяющих корректно производить измерения тепловой энергии в паровых системах.

Методики измерения тепловой энергии в паровых системах так же не обеспечивают приемлемой точности, поскольку сориентированы на использование устаревших приборов.

Основная причина погрешности измерения тепловой энергии в паровых системах связана с тем, что насыщенный пар является двухфазной средой.

Используемые в узлах учета тепловой энергии расходомеры, предназначенные для измерения массового расхода теплоносителя, (насыщенного пара) непригодны для проведения измерений тепловой энергии в паровых системах.

Покажем это на примере самого распространенного расходомера, работающего по перепаду давления на сужающем устройстве.

Массовый расход насыщенного пара на сужающем устройстве определяется по формуле:

, (1)

где - массовый расход теплоносителя, т/ч;



- вычисляется в соответствии с ГОСТ 8.563.1-97 (с учетом дополнений МИ 2588-2000) или РД50-411-83 (в зависимости от типа сужающего устройства) поправочный коэффициент расхода; для напорного устройства коэффициент расхода задается;

- вычисляется в соответствии с ГОСТ 8.563.1-97 или РД 50-411-83 (в зависимости от типа сужающего устройства) коэффициент расширения пара;

- диаметр отверстия сужающего устройства или диаметр проходного отверстия при применении напорного устройства при рабочей температуре, мм;

- перепад давления на сужающем устройстве, кПа;

- плотность теплоносителя в трубопроводе, кг/м3;

Х – степень сухости пара; определяется для влажного насыщенного пара как отношение массы газовой фазы к общей массе двухфазной (газ плюс конденсат) среды; для перегретого пара Х=1;

Четких рекомендаций по определению степени сухости пара нет. Приборов для измерения степени сухости пара нет.

В тепловычислителях диапазон изменения степени сухости пара составляет от 0,7 до 1,0 и степень сухости пара вводится как договорная величина.

Легко подсчитать, что погрешность измерения массового расхода насыщенного пара на сужающем устройстве (см. формулу 1), обусловленная неопределенностью степени сухости пара, равна:

, (2)

где и - предельные значения степени сухости пара.


Для простоты дальнейших расчетов будем считать, что степень сухости пара может меняться в пределах от =0,7 до =1,0. Это означает, что масса газовой фазы насыщенного пара может составлять 70% - 100% от общей массы теплоносителя.

Максимальная погрешность измерения массового расхода насыщенного пара на сужающем устройстве (см. формулу 2), обусловленная неопределенностью степени сухости пара, составляет:



=19,5%.

Кроме того, масса теплоносителя складывается из массы газовой фазы насыщенного пара и массы конденсата. Конденсат переносит существенно меньшее количество тепла, чем газовая фаза насыщенного пара той же массы. В результате, тепловая энергия вычисляется неверно, поскольку конденсат не является таким же эффективным теплоносителем как газовая фаза пара, а их соотношение неизвестно.

Таким образом, при измерении расхода пара сужающим устройством, кроме неоднозначности определения массы теплоносителя появляется существенная погрешность измерения тепловой энергии, обусловленная разницей в теплоемкости пара и конденсата.

Теплосодержание газовой фазы насыщенного пара при температуре 160оС превышает теплосодержание в жидкости (конденсата) в 4 раза.

Погрешность измерения тепловой энергии, обусловленная неопределенностью степени сухости пара, может быть вычислена по формуле:

(3)

Максимальная погрешность измерения тепловой энергии в паровых системах обусловленная неопределенностью степени сухости пара, при условии, что масса пара (суммарная масса газовой фазы пара и конденсата) определена точно, составляет:



%.

Если прибавить к этому погрешность измерения массы насыщенного пара 19,5%, то общая погрешность измерения тепловой энергии в паровых системах, обусловленная неопределенностью степени сухости пара, составит 48,5%.

При нормативных требованиях обеспечения точности измерения тепловой энергии в пределах +4 становится ясно, что существующие методики измерения тепловой энергии в паровых системах ни куда не годятся.

Более того, измеряемый параметр - перепад давления на сужающем устройстве (см. формулу 1) стоит под знаком корня, что приводит к существенному уменьшению динамического диапазона работы прибора. Так для типовых приборов использующих сужающие устройства, динамический диапазон измерения составляет 1:3.

Кроме того, сужающие устройства и расходомеры других типов создают потери давления, которые приводят к существенным затратам энергии.

В отличие от других приборов, расходомеры-счетчики «ДНЕПР-7» производят измерение объемного расхода и суммарного объема газовой фазы насыщенного пара без врезки в трубопровод. Они не создают дополнительных потерь давления и очень просты в монтаже, наладке и в обслуживании.

Практически, в приборе «ДНЕПР-7» производится измерение средней по сечению трубопровода скорости контролируемой среды ультразвуковым Доплеровским методом. Для определения объемного расхода скорость умножается на площадь поперечного сечения трубопровода.

Объемный расход для расходомеров счетчиков «ДНЕПР-7» вычисляется по формуле:



, (4)

где - объемный расход газовой фазы пара, м3/ч;



– средняя по сечению трубопровода скорость пара, м/с;

– площадь поперечного сечения трубопровода, м2.

Поскольку плотность газовой фазы насыщенного пара на три порядка меньше плотности конденсата, можно считать, что объем конденсата ничтожно мал по сравнению с объемом газовой фазы пара.

Так при температуре 200 оС плотность газовой фазы насыщенного пара составляет 7,84 кг/м3.

При степени сухости пара Х=0,7 масса конденсата составляет 30% от массы теплоносителя. При этом объем конденсата составляет всего от общего объема теплоносителя.

У расходомеров-счетчиков «ДНЕПР-7» погрешность измерения объемного расхода газовой фазы насыщенного пара не превышает 2% в диапазоне измерения расходов от 3% до 100% во всем температурном диапазоне. Температура насыщенного пара от +100 оС до +200 оС.

Массовый расход газовой фазы насыщенного пара вычисляется по формуле:



, (5)

где - плотность газовой фазы насыщенного пара, определяется по таблицам в зависимости от температуры (давления).

Основная энергия насыщенного пара заключена в газовой фазе, по этому при измерении тепловой энергии в паровых системах основное предпочтение следует отдавать измерению массового расхода именно газовой фазы насыщенного пара.

Так, при измерении тепловой энергии расходомерами-счетчиками «ДНЕПР-7» договорное значение степени сухости пара в тепловычислителе можно приравнять единице Х=1,0.

В этом случае максимальная погрешность измерения тепловой энергии вызванная неопределенностью степени сухости пара составит всего 7,5% в отличие от 48,5% при измерениях сужающим устройством и расходомерами других типов.

Это легко подсчитать исходя из того, что максимальное количество жидкой фазы насыщенного пара (конденсата) составляет 30% от общего количества теплоносителя. Теплосодержание конденсата составляет ¼ от теплосодержания газовой фазы насыщенного пара. Максимальное количество тепловой энергии переносимой конденсатом составляет 30%/4=7,5% от общего количества тепловой энергии переносимой насыщенного паром.

Неопределенность степени сухости пара можно полностью исключить, установив второй расходомер-счетчик «ДНЕПР-7» после бойлера, для измерения расхода конденсата (воды).

В этом случае, степень сухости пара «Х» равна отношению массового расхода газовой фазы насыщенного пара, к массовому расходу конденсата (воды) после бойлера.



, (6)

где - массовый расход газовой фазы насыщенного пара, измеренный расходомером-счетчиком «ДНЕПР-7», вычисляется по формуле (5);



- массовый расход конденсата после бойлера, измеренный вторым расходомером-счетчиком «ДНЕПР-7».

Массовый расход конденсата (воды) вычисляется по формуле:



, (7)

где - объемный расход конденсата (воды), м3/ч;



- плотность конденсата (воды), кг/м3.
У расходомеров-счетчиков «ДНЕПР-7» погрешность измерения объемного расхода жидкости не превышает 2% в диапазоне измерения расходов от 3% до 100% во всем температурном диапазоне. Температура жидкости от +1 оС до +150 оС.

Максимальная погрешность определения степени сухости пара по формуле (6) не будет превышать = 2,83%.

Определение степени сухости насыщенного пара по формуле (6) позволит свести к минимуму погрешность измерения тепловой энергии в существующих тепловычислителях.

Таким образом, использование расходомеров-счетчиков «ДНЕПР-7» позволяет свести погрешность измерения тепловой энергии в паровых системах к 3% – 4%.

Кроме того, расходомеры-счетчики «ДНЕПР-7» имеют линейную характеристику и динамический диапазон 1:33.

Изменив алгоритм работы тепловычислителя можно исключить влияние степени сухости пара на результаты вычисления тепловой энергии.

Если степень сухости пара «Х» использовать только для определения массы жидкой фазы насыщенного пара (конденсата), а массу газовой фазы пара измерять непосредственно по формуле (5), то максимальная погрешность измерения тепловой энергии, обусловленная неопределенностью степени сухости пара, не будет превышать 0,21%.

Использование расходомеров-счетчиков «ДНЕПР-7» в паровых системах позволяет полностью исключить такое понятие как степень сухости пара.

Расходомер-счетчик «ДНЕПР-7» измеряет объемный расход газовой фазы насыщенного пара.

Вычисление массового расхода газовой фазы насыщенного пара производится по формуле (5).

Установка второго расходомера-счетчика «ДНЕПР-7» для учета конденсата после бойлера позволяет непосредственно вычислять массовый расход жидкой фазы насыщенного пара (конденсата) по формуле:

. (8)

Раздельное измерение двух фазовых составляющих насыщенного пара позволяет увеличить точность измерения тепловой энергии за счет раздельного подсчета тепловой энергии для газовой и жидкой составляющей пара.

Это позволяет исключить такое понятие, как плотность влажного пара , которое обычно вычисляется по формуле:

, (9)

где - плотность конденсата (воды), кг/м3;



- плотность сухого пара, кг/м3;

Х – степень сухости пара.


Следует отметить, что это понятие используется в формуле (1) для вычисления массы теплоносителя.

Погрешность вычисления плотности влажного пара , произведенного по формуле (8) будет составлять:



(10)

Максимальная погрешность определения плотности теплоносителя за счет неопределенности степени сухости пара составляет 97%.


Из всего вышеизложенного следует:

  1. Существующие методики расчета не обеспечивают требуемой точности измерения тепловой энергии в паровых системах.

  2. Существующие приборы (расходомеры) не обеспечивают требуемой точности измерения расхода насыщенного пара (двухфазной среды).

  3. Для измерения расхода в паровых системах следует применять только расходомеры-счетчики «ДНЕПР-7». Расходомеры-счетчики «ДНЕПР-7» могут обеспечить достоверное измерение двух компонент насыщенного пара – расхода газовой фазы и жидкой фазы насыщенного пара (конденсата).

  4. Для обеспечения требуемой (по правилам учета тепловой энергии) точности измерения тепловой энергии в паровых системах необходимо изменить методику расчета тепловой энергии. Тепловую энергию в паровых системах следует подсчитывать раздельно для газовой и жидкой фазы насыщенного пара.

  5. При измерении расхода насыщенного пара расходомерами-счетчиками «ДНЕПР-7», в существующих тепловычислителях, договорное значение степени сухости пара следует устанавливать равным единице Х=1.

  6. Степень сухости пара «Х» можно оценивать как отношение массового расхода газовой фазы насыщенного пара к массовому расхода конденсата (воды) после бойлера. Измерение расхода следует производить только расходомерами-счетчиками«ДНЕПР-7».


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©kagiz.org 2016
rəhbərliyinə müraciət