О проблемах измерения насыщенного пара

К важнейшей народохозяйственной проблеме в области измерения расхода следует отнести возросшие требования к точности и достоверности измерения количества энергоносителей и энергоресурсов (в дальнейшем энергоносящих сред).

Для коммерческого расчета между поставщиком и потребителем используются средства измерений, которые необходимо привести в соответствие с нормами точности. В Ульяновской области в основном (до 76%) для учета энергоносящих сред используются дифманометры-расходомеры переменного перепада давления, измерительные комплексы, также различные счетчики газа, воды, теплосчетчики и т. д, которые внесены в Государственный реестр средств измерений.

Обычное смешение смыслового содержания понятий «расход» и «количество» связано с физическим восприятием измеряемых на практике величин. Так, расход — это количество вещества, дифференцированное по времени (Q = м³/с), а количество вещества, интегрированный по времени расход (W= м³). В связи с этим становится правомерным и терминологическое обобщение понятия «расходоизмерительное устройство», смысловое содержание которого отражено в функциональной роли измерительного преобразователя, способного передавать выработанную измерительную информацию, как о расходе контролируемого потока, так и о количестве протекаемой при этом энергоносящей среды.

При выборе системы измерения расхода целесообразно руководствоваться основными критериями:

Измеряемая среда.

Диапазон измерения расхода.

Диапазон измерения давления.

Диапазон измерения температуры.

Погрешность измерения (Наличие методики выполнения измерений).

Средний срок службы приборов учета.

Цена приборов.

Стоимость проектных и монтажных работ.

ВзрывозащищенностьСИ.

Возможность подключения СИ в автоматизированную информационно-измерительную систему.

Наличие автономного электропитания, вычислителя.

Периодичность поверки.

Наличие государственного допуска к эксплуатации.

Одним из путей повышения точности измерения расхода и количества энергоносящих сред являются экспериментальные и теоретические исследования по определению длин участков стабилизации потока с целью нахождения места установки преобразователя расхода. В правилах учета энергоносящих сред жесткие требования предъявляются к длинам прямых участков. Сокращение их вызывает дополнительную погрешность измерения расхода, достигающую 15%. В том случае, если в документации отсутствуют требования к длинам прямых участков, то погрешность, вызываемая длиной измерительного участка менее 40 D, определяется при проверке прибора совместно с теми сопротивлениями, с которыми он находится в эксплуатации. Завышение длины измерительного участка увеличивает металлоемкость (особенно при больших диаметрах) трубопроводов расходоизмерительных систем и производственных площадей. Необходимо проведение экспериментальных исследований по определению минимальных длин прямых участков после наиболее распространенных типов местных сопротивлений, а также закономерности измерения дополнительной погрешности, при сокращении в два и три раза, для этих целей надо создать условия, близкие к натурным.

Наиболее проблемным на предприятиях становится учет насыщенного пара. При заключении договоров на поставку насыщенного пара потребители не обращали внимание на параметры температуры и давления, указанные в документе, и в итоге, при проведении перерасчета сужающих устройств, входящих в состав средств измерений расхода методом переменного перепада давления, контролируемая среда по физическим свойствам оказалась двухфазной (газожидкостной), в которой степень сухости ниже 70%. Предприятия платят не только за приобретаемый пар, а в целом и за конденсат. Многочисленными причинами превращения насыщенного пара в двухфазную среду являются: повреждение или отсутствие на участках трубопроводов тепловой изоляции, использование трубопровода диаметром больше, чем требуется, снижение контролируемых параметров температуры или давления. На паропроводах отсутствуют средства измерения влажности и плотности пара, которые бы контролировали среду и сообщали поставщику о состоянии пара. Например, паропровод от УТЭЦ-1 до потребителей ЖБИ-2, КПД-1 и т. д. требует реконструкции, так как диаметр условного прохода трубопровода составляет D = 500 мм, а необходимый диаметр по расчетам D = 250 мм. Тогда потери будут минимальными, и будут выполнены энергосберегающие мероприятия. Или необходимо вводить в действие свои котельные. расход точность энергоносящий двухфазный Для того, чтобы передать перепад давления от сужающего устройства кдифманометру без искажения при измерении расхода водяного пара применяют заполненные конденсатом импульсные линии, соединяющие сужающее устройство с дифманометром. Для того, чтобы исключить влияние уровня и плотности конденсата в этих линиях на передаваемый перепад давления, необходимо поддерживать уровень конденсата в обеих линиях постоянным и одинаковым, а также обеспечивать равенство температур конденсата в обеих линиях. Для обеспечения постоянства уровня конденсата в импульсных линиях служат уравнительные конденсационные сосуды. Равенство температур обеспечивается прокладкой обеих импульсных линий в непосредственной близости одна к другой.

При этом жидкая фаза насыщенного пара должна быть в виде мелких капель или тумана, без выпадения конденсата. Степень сухости насыщенного пара должна быть не менее 70%.

Методик выполнения измерений расхода двухфазных сред (газожидкостных потоков) с применением сужающих устройств не существует. Используемые средства измерений расхода методом переменного перепада давления недостаточно обоснованы теоретически и проверены экспериментально для измерения двухфазных сред. Анализ показывает, что в случае двухфазного потока возникают трудности при попытке получить надежные результаты с достаточно высокой точностью. Эти трудности, очевидно. заключаются в следующем: в однофазном потоке границы течения определяются размерами канала, в двухфазном — также размерами канала и распределением фаз. В свою очередь, распределение фаз меняется в зависимости от скорости потока, физических свойств компонента, качества внутренней поверхности и формы трубопровода. Различное сочетание распределений фаз составляет совокупность режимов течения. Разнообразие форм и неопределенность границ течения затрудняют применение уравнений количества движения и сохранения энергии к двухфазному потоку. С целью получения теоретически обоснованной модели необходимо иметь данные о структуре потока, механизме взаимодействия газовой и жидкой сред, локальных скоростях и давлениях.

В соответствии с ГОСТ Р 8.563.1−97 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом перепада давления», пункт 6: «По условиям применения стандартных сужающих устройств, контролируемая среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам». При наличии в трубопроводе двухфазной среды «пара и воды» измерение расхода теплоносителя приборами переменного перепада давления с нормированной точностью не обеспечивается.

Используемая в ФГУ УЦСМС программа расчета «Флоуметрика» позволяет производить расчеты сужающих устройств с однофазными контролируемыми средами жидкости, природного газа, перегретого пара и насыщенного пара со степенью сухости не менее 70%.

Обоснованность обычных методов в применении к двухфазным потокам и незначительный объем экспериментальных исследований и материала требуют создания соответствующих поверочных установок, рабочих эталонов и средств измерений, а также методик выполнения измерений.