Способ определения степени сухости и массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора с контролем и компенсацией отклонения от изокинетического отбора пробы пара Российский патент 2023 года по МПК G01N25/60 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области определения теплофизических параметров воды в двухфазном ее состоянии, а именно, к области определения степени сухости (отношения массового расхода газовой фазы к общему массовому расходу) и массового расхода потока влажного пара в паропроводе от парогенератора.

Уровень техники

Аналогом изобретения является способ определения массового расхода влажного пара в паропроводе парогенератора по измеряемому статическому давлению и перепаду давления на двух его приемниках давления в паропроводе при использовании сигнала степени сухости влажного пара от стороннего источника (патент на изобретение №2705520 RU).

Прототипом изобретения является способ определения степени сухости влажного пара в паропроводе с подводом тепла к отбираемой пробе пара от внешнего источника, по патенту на изобретение №2761383 RU, включающий:

«измерение статического давления в паропроводе,

отбор пробы пара из паропровода со стороны движения потока и ее дросселирование в сообщающуюся с атмосферой проточную камеру с измерением в ее объеме давления и температуры,

тепловую изоляцию отбираемой пробы пара от точки отбора до ее выхода из проточной камеры,

определение наличия или отсутствия перегрева пробы пара в проточной камере,

определение плотности и энтальпии газовой фазы, плотности и энтальпии жидкой фазы по статическому давлению влажного пара,

подвод тепла в поток пробы пара от регулируемого нагревателя в проточной камере,

измерение мощности нагревателя;

при стационарном состоянии измеряемых величин и наличии перегрева пробы пара в проточной камере - первую фиксацию параметра текущей мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере; увеличение или уменьшение текущей мощности нагревателя до получения существенного изменения температуры пара в проточной камере по отношению к фиксированному ее значению;

после первой фиксации измеряемых величин и увеличения или уменьшения мощности нагревателя при последующем их стационарном состоянии и наличии перегрева пробы пара в проточной камере - вторую фиксацию измеряемых параметров текущей мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере;

определение массового расхода и энтальпии пробы влажного пара по фиксированным при первой и второй фиксации величинам мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере;

определение степени сухости отбираемой пробы влажного пара по ее энтальпии, а так же по энтальпии ее газовой и жидкой фаз при статическом давлении пара в паропроводе».

Недостатком прототипа является то, что:

1. В известном способе отбор пробы из паропровода не согласуется с текущими кинетическими параметрами потока влажного пара в паропроводе, что является причиной недостаточной точности определения его степени сухости.

2. В известном способе отсутствует так же возможность определения массового расхода влажного пара в сечении отбора его пробы, что существенно усложняет возможности устранения недостатка по пункту 1.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является способ определения степени сухости и массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора с контролем и компенсацией отклонения от изокинетического отбора пробы пара, а именно, способ включающий:

измерение статического давления в паропроводе,

отбор пробы пара из паропровода со стороны движения потока и ее дросселирование в сообщающуюся с атмосферой проточную камеру с измерением в ее объеме давления и температуры,

тепловую изоляцию отбираемой пробы пара от точки отбора до ее выхода из проточной камеры,

определение наличия или отсутствия перегрева пробы пара в проточной камере,

определение плотности и энтальпии газовой фазы, плотности и энтальпии жидкой фазы по статическому давлению влажного пара,

подвод тепла в поток пробы пара от регулируемого нагревателя в проточной камере,

измерение мощности нагревателя;

при стационарном состоянии измеряемых величин и наличии перегрева пробы пара в проточной камере - первую фиксацию параметра текущей мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере; увеличение или уменьшение текущей мощности нагревателя до получения существенного изменения температуры пара в проточной камере по отношению к фиксированному ее значению;

после первой фиксации измеряемых величин и увеличения или уменьшения мощности нагревателя при последующем их стационарном состоянии и наличии перегрева пробы пара в проточной камере - вторую фиксацию измеряемых параметров текущей мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере;

определение массового расхода и энтальпии пробы влажного пара по фиксированным при первой и второй фиксации величинам мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере;

определение степени сухости отбираемой пробы влажного пара по ее энтальпии, а так же по энтальпии ее газовой и жидкой фаз при статическом давлении пара в паропроводе;

включает:

измерение массового расхода питающей воды в парогенератор;

измерение перепада давления на его приемниках в паропроводе, причем окно одного из них открыто в плоскости параллельной оси контролируемого потока, а окно другого приемника давления открыто в сторону движения потока, оба приемника давления установлены в непосредственной близости один от другого и от окна отбора пробы пара со стороны движения потока;

при стационарном состоянии измеряемых величин в паропроводе от парогенератора и в системе подачи питающей воды в парогенератор -

определение фиксированного значения массового расхода влажного пара от парогенератора по массовому расходу питающей воды в парогенератор,

определение фиксированного значения функции преобразования в расход по фиксированному значению массового расхода влажного пара, а так же по величине перепада давления на его приемниках в паропроводе, по плотности паровой фазы влажного пара в паропроводе и площади поперечного сечения паропровода;

определение массового расхода влажного пара в паропроводе по перепаду давления на его приемниках в паропроводе, плотности паровой фазы влажного пара определяемой по статическому давлению в паропроводе, площади поперечного сечения паропровода и фиксированному значению функции преобразования в расход;

определение расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы пара по массовому расходу влажного пара в паропроводе, а так же по площади окна отбора пробы пара из паропровода и площади поперечного сечения паропровода;

контроль отклонения массового расхода отбираемой из паропровода пробы влажного пара от расчетного значения массового расхода ее изокинетического отбора;

определение степени сухости влажного пара в паропроводе по величинам массового расхода и степени сухости отбираемой пробы влажного пара, а так же расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы пара.

Таким образом, задача изобретения решена.

Краткое описание фигур чертежей

Фиг. 1. Схема к описанию «способ определения степени сухости и массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора с контролем и компенсацией отклонения от изокинетического отбора пробы пара».

Перечень элементов схемы: паропровод 1; зонд 2, с трубкой 3 отбора пробы пара через окно отбора 4 со стороны движения потока пара, трубкой статического давления 5 с окном приемником статического давления 6 в плоскости параллельной оси паропровода, трубкой давления в сторону движения потока 9, с окном приемником давления 8 в сторону движения потока; теплоизолированная проточная камера 7; узел дросселирования 10 с набором последовательно установленных дросселирующих элементов; измеритель статического давления 11 в паропроводе; измеритель статического давления 12 в проточной камере 7; измеритель температуры 14 в камере 7; тепловая изоляция 15; выход в атмосферу 16 из проточной камеры 7; нагреватель 17 в проточной камере 7; измеритель текущей мощности 18 потребляемой нагревателем 17; измеритель перепада давления 19; контроллер 21.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Через окно отбора пробы пара 4 открытое со стороны движения потока, отбираемая из паропровода проба пара, проходя через узел дросселирования 10, поступает в сообщающуюся с атмосферой теплоизолированную проточную камеру 7. В этой камере 7 измеряют статическое давление 12 и температуру 14. В ее объеме происходит адиабатический процесс испарения жидкой фазы за счет перераспределения внутренней энергии отбираемой пробы влажного пара. С целью обеспечения определения степени сухости при ее низких значениях (например, ниже 0,94) осуществляется подвод энергии от внешнего источника непосредственно в полость проточной камеры 7 к нагревателю 17.

Исходное состояние: отключающая от паропровода арматура (без номера) в открытом положении. Узел установки расхода и дросселирования 10 в текущем рабочем положении. Проба пара по трубке 3 после дросселирования поступает в проточную камеру 7, затем из этой камеры на ее выход 16 в атмосферу. Статическое давление в паропроводе, например: ama, ему соответствует температура насыщающего пара энтальпия газовой фазы, энтальпия жидкой фазы контролируемого потока пара. В теплоизолированной проточной камере 7 установлен нагреватель 17 с номинальной мощностью, например, 1000 вт, с возможностью плавного ее изменения в интервале от нуля до максимума.

Устанавливают мощность нагревателя, например, на ее значении равном 800 вт.Изменением настройки узла дросселирования 10 получено значение температуры отбираемой пробы пара в проточной камере равное, например, 120.0°С. По температуре (120.0°С) и статическому давлению (1,0 ama) в проточной камере определяется наличие перегретого состояния пробы пара.

При стационарном состоянии измеряемых величин и наличии перегрева пробы пара в проточной камере - фиксируют значения: текущей мощности нагревателя температуры и давления в проточной камере:

После этой фиксации измеряемых параметров, не изменяя настройку узла дросселирования отбираемой пробы, производят уменьшение (или увеличение) текущей мощности нагревателя до получения существенного изменения температуры пара в проточной камере (по отношению к значению фиксированного ее значения); далее, после первой фиксации измеряемых величин и увеличение или уменьшение мощности нагревателя, при последующем их стационарном состоянии и наличии перегрева пробы пара в проточной камере - выполняют вторую фиксацию измеряемых параметров: текущей мощности нагревателя температуры и давления в проточной камере:

Уравнение баланса тепловой мощности отбираемой пробы пара при подводе тепла кал/с от внешнего источника 17

где: - фиксированное значение мощности от внешнего источника;

- энтальпия отбираемой из паропровода пробы влажного пара;

- массовый расход отбираемой пробы пара;

- значение энтальпии при и (например, из М.П. Вукалович, Теплофизические свойства воды и водяного пара, «Машиностроение», Москва, 1967 год).

Уравнение баланса тепловой мощности отбираемой пробы при подводе тепла 144,0 кал/с от внешнего источника 17:

Из уравнений (1) и (2) определяют массовый расход и энтальпию пробы пара отбираемой из потока влажного пара в паропроводе:

Степень сухости пробы пара определяют по ее энтальпии

Энтальпия отбираемой пробы влажного пара только при изокинетическим условии отбора пробы соответствует (равна) энтальпии пара (i) в паропроводе.

Изокинетическим условием отбора пробы пара может быть принят отбор с массовым расходом из сечения отбора пробы влажного пара в паропроводе

где: - массовый расход влажного пара в паропроводе;

- площадь окна (сечение) отбора пробы пара;

- площадь поперечного сечения паропровода.

- измерение массового расхода питающей воды парогенератора, например: - измерение перепада давления на двух его приемниках в паропроводе, причем приемное окно одного приемника открыто в плоскости параллельной оси контролируемого потока, а приемное окно другого открыто в сторону движения потока (динамическое разрежение): Оба приемника давления установлены в непосредственной близости один от другого и от окна отбора пробы из паропровода со стороны движения потока.

при стационарном состоянии измеряемых величин в паропроводе от парогенератора и в системе подачи питающей воды в парогенератор: определение фиксированного значения массового расхода влажного пара по массовому расходу питающей воды парогенератора

определение фиксированного значения функции преобразования измеряемых величин в расход влажного пара в паропроводе по фиксированному значению массового расхода влажного пара измеряемой величине перепада давления плотности паровой фазы влажного пара определяемой по измеряемому в паропроводе статическому давлению, площади поперечного сечения паропровода:

Массовый расход влажного пара в паропроводе определяется по измеряемой величине перепада давления плотности его паровой фазы определяемой по статическому давлению в паропроводе площади поперечного сечения паропровода (F) и фиксированному значению функции преобразования

определение расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы пара по значению массового расхода влажного пара в паропроводе и отношению площади поперечного сечения окна отбираемой пробы пара в паропроводе к площади его поперечного сечения

Отклонение от условия изокинетического отбора пробы влажного пара из его потока в паропроводе:

Отбираемая проба пара из паропровода может быть сопоставлена с расчетным ее аналогом изокинетического отбора пробы следующим равенством:

где: - расчетное значение массового расхода изокинетического отбора пробы пара; - массовый расход отбираемой пробы влажного пара; - отклонение по массе от условия изокинетического отбора пробы влажного пара; - массовый расход газовой фазы в пробе влажного пара;

- массовый расход газовой фазы расчетного значения изокинетического отбора пробы пара;

- массовый расход жидкой фазы в пробе влажного пара.

Степень сухости влажного пара в паропроводе определяют по величинам массового расхода и степени сухости отбираемой пробы влажного пара, а так же расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы пара

Использование: для определения степени сухости и массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют измерение массового расхода питающей воды в парогенераторе; измерение перепада давления на его приемниках в паропроводе, причем окно одного из них открыто в плоскости, параллельной оси контролируемого потока, а окно другого приемника давления открыто в сторону движения потока, оба приемника давления установлены в непосредственной близости один от другого и от окна отбора пробы пара со стороны движения потока; при стационарном состоянии измеряемых величин в паропроводе от парогенератора и в системе подачи питающей воды в парогенератор выполняют определение фиксированного значения массового расхода влажного пара от парогенератора по массовому расходу питающей воды в парогенераторе, определение фиксированного значения функции преобразования в расход по фиксированному значению массового расхода влажного пара, а также по величине перепада давления на его приемниках в паропроводе, по плотности паровой фазы влажного пара в паропроводе и площади поперечного сечения паропровода; определение массового расхода влажного пара в паропроводе по перепаду давления на его приемниках в паропроводе, плотности паровой фазы влажного пара, определяемой по статическому давлению в паропроводе, площади поперечного сечения паропровода и фиксированному значению функции преобразования в расход; определение расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы пара по массовому расходу влажного пара в паропроводе, а также по площади окна отбора пробы пара из паропровода и площади поперечного сечения паропровода; контроль отклонения массового расхода отбираемой из паропровода пробы влажного пара от расчетного значения массового расхода ее изокинетического отбора; определение степени сухости влажного пара в паропроводе по величинам массового расхода и степени сухости отбираемой пробы влажного пара, а также расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы пара. Технический результат: повышение точности определения степени сухости и массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора. 1 ил.

Способ определения степени сухости и массового расхода влажного пара в паропроводе от парогенератора с контролем и компенсацией отклонения от изокинетического отбора пробы пара, включающий:

измерение статического давления в паропроводе,

отбор пробы пара из паропровода со стороны движения потока и ее дросселирование в сообщающуюся с атмосферой проточную камеру с измерением в ее объеме давления и температуры,

тепловую изоляцию отбираемой пробы пара от точки отбора до ее выхода из проточной камеры,

определение наличия или отсутствия перегрева пробы пара в проточной камере,

определение плотности и энтальпии газовой фазы, плотности и энтальпии жидкой фазы по статическому давлению влажного пара,

подвод тепла в поток пробы пара от регулируемого нагревателя в проточной камере,

измерение мощности нагревателя;

при стационарном состоянии измеряемых величин и наличии перегрева пробы пара в проточной камере - первую фиксацию параметра текущей мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере; увеличение или уменьшение текущей мощности нагревателя до получения существенного изменения температуры пара в проточной камере по отношению к фиксированному ее значению;

после первой фиксации измеряемых величин и увеличения или уменьшения мощности нагревателя при последующем их стационарном состоянии и наличии перегрева пробы пара в проточной камере - вторую фиксацию измеряемых параметров текущей мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере;

определение массового расхода и энтальпии пробы влажного пара по фиксированным при первой и второй фиксации величинам мощности нагревателя, температуры и статического давления в проточной камере;

определение степени сухости отбираемой пробы влажного пара по ее энтальпии, а также по энтальпии ее газовой и жидкой фаз при статическом давлении пара в паропроводе;

включает:

измерение массового расхода питающей воды в парогенераторе;

измерение перепада давления на его приемниках в паропроводе, причем окно одного из них открыто в плоскости, параллельной оси контролируемого потока, а окно другого приемника давления открыто в сторону движения потока, оба приемника давления установлены в непосредственной близости один от другого и от окна отбора пробы пара со стороны движения потока;

при стационарном состоянии измеряемых величин в паропроводе от парогенератора и в системе подачи питающей воды в парогенератор -

определение фиксированного значения массового расхода влажного пара от парогенератора по массовому расходу питающей воды в парогенераторе,

определение фиксированного значения функции преобразования в расход по фиксированному значению массового расхода влажного пара, а также по величине перепада давления на его приемниках в паропроводе, по плотности паровой фазы влажного пара в паропроводе и площади поперечного сечения паропровода;

определение массового расхода влажного пара в паропроводе по перепаду давления на его приемниках в паропроводе, плотности паровой фазы влажного пара, определяемой по статическому давлению в паропроводе, площади поперечного сечения паропровода и фиксированному значению функции преобразования в расход;

определение расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы пара по массовому расходу влажного пара в паропроводе, а также по площади окна отбора пробы пара из паропровода и площади поперечного сечения паропровода;

контроль отклонения массового расхода отбираемой из паропровода пробы влажного пара от расчетного значения массового расхода ее изокинетического отбора;

определение степени сухости влажного пара в паропроводе по величинам массового расхода и степени сухости отбираемой пробы влажного пара, а также расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы пара.