Контроль энтальпии и степени сухости, как ключевая задача проблемы учета тепла и массы в потоках влажного пара

Контроль энтальпии и степени сухости, как ключевая задача проблемы учета тепла и массы в потоках влажного пара К.т.н. Коваленко А.В.

Сложность учета тепла и массы потока влажного пара обусловлена тем, что объектом контроля является механическая смесь насыщенного пара с взвешенной мелкодисперсной жидкостью находящейся с паром в термодинамическом и, кинетическом равновесии. Насыщенный пар, составляющий неразрывную паровую фазу этой механической смеси является транспортером и энергетическим донором для жидкой фазы потока. Паровая фаза потока несет в своем объеме эти капельки жидкой фазы. Скорость жидкой фазы потока существенно ниже скорости его паровой фазы. Математическая модель двухфазного течения в паропроводе влажного пара представлена в работе [1]. Ее вариант, адаптированный к задаче контроля, представлен в работе [2].

Влажный пар находит применение практически во всех отраслях промышленности и в ЖКХ. На узлах замера и учета измеряются следующие параметры контролируемого потока: статическое давление, температура, сигнал измерителя расходного параметра. В качестве расходного параметра может измеряться, например, перепад давления на сужающем устройстве. Для осуществления учета тепла и массы в потоках влажного пара этой информации недостаточно.

Известны «попытки обхода» проблемы учета тепла и массы в потоках влажного пара. В частности, появились вычислители тепла, и массы в потоках влажного пара в которых реальный физический информационного базиса дополняется каналом внешнего ввода корректирующего сигнала степени сухости. Однако, при этом, возможность получения корректирующего сигнала степени сухости ничем не обеспечена.

Обозначившаяся проблема информационного базиса задачи учета тепла и массы в потоках влажного пара устраняется использованием предлагаемого способа контроля степени сухости [3]. Это техническое решение, обеспечивает возможность контроля степени сухости и энтальпии потока в паропроводах влажного, сухого и несущественно перегретого пара. Оно может быть использовано как, для решения задач регулирования и контроля в автоматизированных системах, так и для решения задач учета пара. Информация по аналогам предлагаемого способа представлена в источниках [4, 5, 6, 7, 8, 9].

Способ осуществляется при непрерывном отборе пробы влажного пара из паропровода. Отобранная проба пара проходит через дросселирующее устройство и, попадает в сосуд (узел конденсации), куда так же поступает и исходная холодная вода. Подогретая в сосуде исходная вода с конденсатом пара, выводится в линию отвода горячей воды. Измеряют: давление в паропроводе (P₀₂); расход холодной воды до узла конденсации (G₀₈), температуру воды до узла конденсации (t₀₉); давление воды в линии отвода после узла конденсации (P₁₀), расход воды в линии отвода после узла конденсации (G₁₁), температуру воды в линии отвода после узла конденсации (t₁₂). По измеренным значениям вычисляется степень сухости и энтальпия потока влажного пара. Числовой пример расчета показан в описании патента [3].

Осуществляться способ может как непрерывно, так и периодически.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа проведена на промышленном объекте (парогенератор УПГ-60/16М) в период наладки парогенератора. Способ реализован на штатных узлах и элементах парогенератора.

На рис. 1. показана схема устройства, осуществляющего способ контроля степени сухости влажного пара. Это устройство содержит:

• — паропровод 1, с датчиком давления 2 и узлом отбора пробы 3;
• — водопровод 4 с проточным сосудом (узлом конденсации) 5,
• — трубу 6 подключающую узел отбора пробы к узлу конденсации;
• — насос 7, расходомер 8 и датчик температуры 9 в водопроводе до узла конденсации;
• — датчик давления 10, расходомер 11, датчик температуры 12 и регулирующий клапан 13 в водопроводе после узла конденсации;
• — регулирующий клапан 14 и датчик давления 15 в трубе 6.

В качестве узла конденсации, во время экспериментальной проверки, использован деаэратор парогенератора. В идеальном случае это может быть специализированный смешивающий теплообменник.

Через трубу 6 в узел конденсации попадает и конденсируется отбираемая проба влажного пара. Через участок водопровода 4 в узел конденсации подается холодная вода. Регулирующим клапаном 14 в трубе 6, поддерживается давление, например 0,5 мПа, обеспечивающее поступление пара на конденсацию.

В таблице 1. представлены наборы исходных данных и результаты расчетов для ряда контрольных точек периода наладки парогенератора. Так, в столбце 8 этой таблицы представлены расчетные значения степени сухости. В столбце 9 расчетные значения степени недогрева воды до температуры кипения, а в столбце 10 значения энтальпии контролируемого потока.

Представленное техническое решение эффективно может быть использовано как для решения задач контроля качества пара в паропроводах парогенераторов, так, и для решения задач нормированного учета тепла и массы в потоках влажного, насыщенного и несущественно перегретого пара.

Метрологическая аттестация получаемых расчетных значений степени сухости и энтальпии может быть выполнена по методике, аналогичной методике представленной в известной работе [11]. То есть, вопрос косвенной метрологической аттестации не содержит проблемных вопросов, — является чисто инженерной задачей. тепло парогенератор технический Опираясь на результаты известных исследований [10] которые показывают, что сужающие устройства в относительно большом диапазоне изменения степени сухости остаются селективными к свойствам только паровой фазы потока (жидкая фаза игнорируется). И принимая представленные выше результаты промышленного тестирования технического решения по патенту № 2 380 694 позволяющего определять степень сухости (во всем диапазоне ее определения от 0,0 до 1,0) и энтальпию потока влажного, насыщенного и несущественно перегретого пара.

Следует отметить, что:

• 1. Есть технически обоснованное и экспериментально проверенное техническое решение проблемы учета массы в потоке влажного пара, путем вычисления по контролируемым значениям степени сухости и расхода его паровой фазы.
• 2. Есть технически обоснованное и экспериментально проверенное техническое решение проблемы учета тепла в потоке влажного пара, путем вычисления по контролируемым значениям степени сухости, расхода паровой фазы, и энтальпии потока.

• 1. Тонг Л. Теплопередача при кипении и двухфазное течение. М.: Мир, 1969. -344 с.
• 2. Коваленко А. В., «Регулирование производительности прямоточных парогенераторов влажного пара в технологическом комплексе повышения нефтеотдачи пластов», диссертация к.т.н., Москва, МЭИ, 1989 г.
• 3. Патент РФ № 2 380 694, Способ контроля степени сухости влажного пара, приоритет от 15.05.2008 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 27.01.2010 г., автор и патентообладатель А. В. Коваленко.
• 4. Патент РФ № 2 046 328, Устройство для определения степени сухости потока влажного пара, приоритет от 10.01.1992 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 20.10.1995 г., авторы А. В. Коваленко, А. Кушеров, Г. Д. Суров, патентообладатель А. В. Коваленко.
• 5. Патент РФ № 1 742 698, Устройство для контроля параметров потока влажного пара, приоритет от 14.09.1990 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 18.05.1993 г., автор и патентообладатель А. В. Коваленко.
• 6. Авторское свидетельство СССР № 1 046 665, Способ определения степени сухости влажного пара; Коваленко А. В., Кипнис С. Г., Аржанов Ф. Г., приоритет от 02.10.1980 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 08.06.1983 г.
• 6. Авторское свидетельство СССР № 1 180 701, Способ измерения расхода влажного пара; Коваленко А. В., Кипнис С. Г., Аржанов Ф. Г., приоритет от 20.10.1980 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 22.05.1985 г.
• 8. Авторское свидетельство СССР № 1 288 568, Способ определения отношения истинного объемного паросодержания к объемному расходному паросодержанию; Коваленко А. В., Шульман Б. Х., Демехин Е. А., приоритет от 29.01.1985 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 08.10.1986 г.
• 9. Авторское свидетельство СССР № 819 663, Устройство для измерения влажности пара; Коваленко А. В., Кипнис С. Г., Зуйко Г. И., приоритет от 31.05.1979 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 05.12.1980 г.
• 10. Кузнецов Ю. Н., Певзнер В. Н., Толкачев В. Н. Измерение насыщенного пара сужающими устройствами — Теплоэнергетика, 1080, № 6, с. 62 — 64
• 11. Влажность пара относительная, методика выполнения измерений, Пенза, 2002 г., опубликовано на сайте РТ, «Технические статьи» в разделе «Приборы учета тепла».