Способ определения отпущенной потребителю тепловой энергии и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК G01K17/08 

Изобретение относится к теплотехническим измерениям и позволяет повысить точность определения расхода тепловой энергии, получаемой от теплоисточников по состоянию, расходу и разности температур с учетом возможности возникновения пролетного пара, при работе в безаварийном режиме, и может быть использовано в системе пожаротушения трубных печей для нагрева нефти в процессе первичной ее подготовки.

Из уровня техники известен способ определения расхода тепловой энергии по количеству прошедшего теплоносителя и разности его температур на входе и выходе (А.С. СССР № 932292, G 01 K 17/06, 1982).

Однако указанный способ предназначен для определения отпущенного расхода тепловой энергии при сохранении агрегатного состояния теплоносителя, например, водяная система теплоснабжения.

Известен способ определения расхода тепловой энергии потребителем, заключающийся в определении расхода тепла каждого теплоисточника по заранее определенному коэффициенту расхода и разности температур теплоисточников и окружающей средой, замеряемой через фиксированный промежуток времени (патент РФ № 2273833, МПК G01K 17/08, опубликовано 10.04.2006).

Недостатками способа являются сложность в связи с оснащением теплоисточников датчиками температуры, а также зависимость точности определения количества тепла от технического состояния теплоисточника (покраска, образование накипи и т.д.).

Наиболее близким по технической сущности и техническому результату является способ определения отпущенной потребителю тепловой энергии от парового котла, включающий определение объема потребляемой тепловой энергии от парового котла как разность полученной потребителем тепловой энергии по паропроводу на основе определения расхода, давления и температуры пара из парового котла и возвращаемой потребителю по водопроводу тепловой энергии жидкости по расходу и температуре, сообщение выхода паропровода с верхней частью дополнительной емкости, а входа водопровода – с низом емкости, размещение запорного устройства на входе водопровода, соединение электропривода которого с датчиком температуры в нижней части емкости с обеспечением стравливания конденсируемой жидкости из емкости в котел (патент RU № 2781748, опубл. 17.10.2022).

Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения отпущенной потребителю тепловой энергии, содержащее паровой котел, соединенный параллельными паропроводами, как минимум, одним потребителем тепловой энергии и приемной емкостью, выход которой посредством водопровода сообщен с котлом, на входе в паропровод и выходе водопровода установлены расходомеры пара и воды, датчики температуры и давления, соединенные с соответствующими счетчиками тепловой энергии, дополнительную емкость, в верхней и нижней частях которой выполнены отверстия с возможностью сообщения емкости с паропроводом и водопроводом соответственно, при этом на выходе емкости установлено запорное устройство с электроприводом, а в нижней части емкости – датчик температуры, соединенный с электроприводом запорного устройства, при этом датчик настроен на величину ниже температуры парообразования жидкости (патент RU № 2781748, опубл. 17.10.2022).

Недостатками способа и устройства являются:

- снижение точности определения расходуемой тепловой энергии потребителем из-за неполного учета источника потерь, которым является пролетный пар, возникающий при существующей схеме движения конденсируемого пара от емкости по водопроводу из-за преждевременного открытия либо запаздывания закрытия запорного устройства по причине инертности датчика температуры;

- возникновение аварийной ситуации, вследствии аварийного повышения давления при неисправности узла запорной арматуры с электроприводом и датчиком температуры.

Техническими результатами являются повышение точности определения расходуемой тепловой энергии потребителем, увеличение межремонтного срока службы устройства для определения отпущенной потребителю тепловой энергии за счет исключения аварийной ситуации.

Технические результаты достигаются способом определения отпущенной потребителю тепловой энергии от парового котла, включающим определение объема потребляемой тепловой энергии от парового котла как разность полученной потребителем тепловой энергии по паропроводу на основе определения расхода, давления и температуры пара из парового котла и возвращаемой потребителю по водопроводу тепловой энергии жидкости по расходу и температуре, сообщение выхода паропровода с верхней частью дополнительной емкости, а входа водопровода – с низом емкости, размещение запорного устройства на входе водопровода, соединение электропривода запорного устройства с датчиком температуры в нижней части емкости с обеспечением стравливания конденсируемой жидкости из емкости в котел.

Новым является то, что дополнительно устанавливают конденсатоотводчик в нижней части емкости на входе водопровода, обеспечивающий исключение возникновения и поступления пролетного пара в расходомер, и предохранительный клапан устанавливают в верхней части емкости.

Технические результаты достигаются устройством для определения отпущенной потребителю тепловой энергии, содержащим паровой котел, соединенный параллельными паропроводами, как минимум, одним потребителем тепловой энергии и приемной емкостью, выход которой посредством водопровода сообщен с котлом, на входе в паропровод и выходе водопровода установлены расходомеры пара и воды, датчики температуры и давления, соединенные с соответствующими счетчиками тепловой энергии, дополнительную емкость, в верхней и нижней частях которой выполнены отверстия с возможностью сообщения емкости с паропроводом и водопроводом соответственно, при этом на выходе емкости установлено запорное устройство с электроприводом, а в нижней части емкости – датчик температуры, соединенный с электроприводом запорного устройства, при этом датчик настроен на величину ниже температуры парообразования жидкости.

Новым является то, что в нижней части емкости на входе водопровода дополнительно установлен конденсатоотводчик, обеспечивающий исключение возникновения и поступления пролетного пара в расходомер, а в верхней части емкости установлен предохранительный клапан.

На фиг. 1 показана схема устройства для выполнения способа определения отпущенной потребителю тепловой энергии.

Согласно заявленному способу, определение расхода тепловой энергии трубными блочными печами и трубопроводной системой осуществляют разностью тепловой энергии, получаемой от паровой котельной и возвращаемой обратно в котел тепловой энергии воды.

Паровая система пожаротушения включает паровой котел 1 (фиг. 1), паропровод 2 которого выполнен с возможностью сообщения полостями, например, трех трубных печей 3 через запорные устройства 4, установленные в параллельных отводах 5. Запорные устройства 4 выполнены в виде задвижек с электроприводом. Паропровод 2 сообщен с емкостью 6 посредством отверстия (на фиг. не показано), выполненного в верхней части емкости 6, предназначенной для конденсации остаточного пара. На верхней поверхности емкости 6 установлен предохранительный клапан 7, обеспечивающий исключение аварийной ситуации при превышении давления внутри емкости 6. Применяют, например двухпозиционный рычажно-грузовой сбросный клапан 7 с полноподъёмным затвором, который устанавливают на фланцевых соединениях в верхней части емкости 6. В нижней части емкости 6 выполнено выходное отверстие (на фиг. не показано) воды, соединенное с водопроводом 8 с размещенными на нем запорным устройством 9 с электроприводом, например, задвижкой, расходомером 10. Дополнительно на нижней поверхности емкости 6 перед входом водопровода 8 установлен конденсатоотводчик 11, обеспечивающий исключение возникновения и поступления пролетного пара в расходомер 10. Применяют, например термодинамический конденсатоотводчик 11, который на фланцевых соединениях врезают в нижнюю часть емкости 6 и жестко соединяют с водопроводом 8. Конденсатоотводчик 11 устанавливают в горизонтальной плоскости с небольшим наклоном порядка 10° в сторону отвода конденсата в водопровод 8. Выход водопровода сообщен с входом котла 1. Водопровод 8 после расходомера 10 снабжен датчиком 12 температуры. Расходомер 10 и датчик температуры 12 соединены со счетчиком 13 тепловой энергии.

На начальном участке паропровод 2 снабжен датчиками температуры 14, давления 15 и расходомером 16, которые соединены со счетчиком 17 тепловой энергии пара.

Емкость 6 оснащена датчиком температуры 18, установленным в нижней ее части, в зоне входа водопровода 8.

Электроприводы запорных устройств 4 (задвижек) соединены с датчиками (на фиг. не показаны) системы пожаротушения (на фиг. не показана) печей 3, обеспечивающие открытие задвижек при возникновении пожара (горения нефти) в печах 3. Электропривод запорного устройства 9 соединен с датчиком 18 температуры воды в емкости 6 для обеспечения подачи в водопровод исключительно конденсируемой из пара воды.

Пар из котла 1 может подаваться в другие потребители по паропроводу 19.

Котел может быть оснащен расширительной емкостью 20, сообщенной с входом котла 1 через запорное устройство 21 с электроприводом, например, задвижку. Электропривод запорного устройства 21 соединен с датчиком 22 давления, установленным на участке водопровода 8, примыкающего к котлу 1.

На конечном участке водопровода непосредственно после датчика температуры 12 установлен обратный клапан 23.

Водопровод 8 перед обратным клапаном может быть оснащен дополнительным отводом 24 для отбора горячей воды.

Устройство для осуществления описываемого способа определения объема потребляемой тепловой энергии содержит установленные на входе в паропровод 2 датчики температуры 14, давления 15, расходомер 16, соединенные со счетчиком 17 тепловой энергии пара.

Устройство снабжено емкостью 6, в верхней и нижней части которой выполнены отверстия (на фиг. не показаны) с возможностью сообщения емкости 6 с паропроводом 2 и водопроводом 8 соответственно. При этом на выходе емкости 6 установлено запорное устройство 9 с электроприводом, а в нижней части емкости 6 – датчик температуры 18, соединенный с электроприводом запорного устройства 9.

На выходе запорного устройства 9 установлены расходомер 10 жидкости и датчик температуры 12, соединенные со счетчиком 13 тепловой энергии воды.

Система пожаротушения трубных печей для нагрева нефти функционирует следующим образом.

Котлом 1 обеспечивается оснащение паропровода 2 паром требуемой температурой и давлением, обеспечивая вход запорных устройств 4 средством пожаротушения в виде пара.

Тепловую энергию поступающего в паропровод пара определяют по формуле:

где G_п– массовый расход пара;

λ, с_п – удельная теплота парообразования жидкости (воды) и теплоемкость пара;

t_п – температура пара.

Пар в паропроводе 2, под действием окружающей среды, охлаждается, что приводит к снижению в ней давления. При этом от котла 1 поступает дополнительная порция пара, обеспечивая постоянное давление в паропроводе 2. Пароводяная смесь из паропровода 2 поступает в верхнюю часть емкости 6, где она, охлаждаясь, конденсируется в воду. При этом на выходе емкости 6 установлено запорное устройство 9 с электроприводом, а в нижней части емкости 6 установлен датчик температуры 18, соединенный с электроприводом запорного устройства 9. При снижении температуры воды, находящейся в нижней части емкости 6, ниже температуры парообразования жидкости (воды), например, до 97-98°С, сигналом от датчика 18 температуры открывается запорное устройство 9 (задвижка), обеспечивая подачу горячей воды в котел 1.

При существующей схеме движения конденсируемого пара от емкости 6 по водопроводу 8 существует риск возникновения пролетного пара (что было подтверждено на практике) из-за преждевременного открытия либо запаздывания закрытия запорного устройства 9 по причине инертности датчика температуры 18. Для решения этой проблемы на водопроводе 8 в нижней области емкости 6 устанавливают конденсатоотводчик 11, что позволяет исключить возникновение и попадание пролетного пара в расходомер 10. Для решения проблемы с аварийным повышением давления в емкости 6, вследствие аварийного повышения давления при неисправности узла запорной арматуры 9 с электроприводом и датчиком температуры 18 устанавливают в верхней части емкости 6 предохранительный клапан 7.

Тепловая энергия поступающей из водопровода 8 в котел может быть определена по зависимости:

где G_ж – массовый расход жидкости (воды);

с_ж – удельная теплоемкость жидкости;

t₀ – температура настройки датчика 18 температуры;

Δt – снижение температуры воды, поступающей в котел 1 в зависимости от размеров трубопровода от емкости 6 до котла 1.

При возникновении пожара (загорания нефти) в одной из печей 3, срабатывает датчик пожаротушения (на фиг. не показан) с последующим открытием соответствующей задвижки 4. При исключении опасности, т.е., завершении тушении открытого огня с последующим снижением температуры в печи 3, задвижка 4 закрывается.

При снижении давления на выходной части водопровода 8 ниже допускаемого, открывается запорное устройство 21 с последующим заполнением котла 1 водой.

Объем потребляемой тепловой энергии потребителями, т.е., печами 3 с учетом потерь тепла в паропроводе 2, водопроводе 8 и емкости 6 определяется из соотношений (1) и (2):

Таким образом, реализация предлагаемого способа определения объема потребляемой тепловой энергии и устройство для его осуществления позволяют повысить точность определения расходуемой тепловой энергии потребителем, увеличить межремонтный срок службы устройства для определения отпущенной потребителю тепловой энергии за счет исключения аварийной ситуации.

Изобретение относится к теплотехническим измерениям и может быть использовано в системе пожаротушения трубных печей для нагрева нефти в процессе первичной ее подготовки. Предложен способ определения отпущенной потребителю тепловой энергии от парового котла, который включает определение объема потребляемой тепловой энергии от парового котла как разность полученной потребителем тепловой энергии по паропроводу на основе определения расхода, давления и температуры пара из парового котла и возвращаемой потребителю по водопроводу тепловой энергии жидкости по расходу и температуре, сообщение выхода паропровода с верхней частью дополнительной емкости, а входа водопровода – с низом емкости, размещение запорного устройства на входе водопровода, соединение электропривода запорного устройства с датчиком температуры в нижней части емкости с обеспечением стравливания конденсируемой жидкости из емкости в котел. Дополнительно устанавливают конденсатоотводчик в нижней части емкости на входе водопровода, обеспечивающий исключение возникновения и поступления пролетного пара в расходомер, и предохранительный клапан устанавливают в верхней части емкости. Также заявлено устройство для определения отпущенной потребителю тепловой энергии, которое содержит паровой котел, соединенный параллельными паропроводами как минимум одним потребителем тепловой энергии и приемной емкостью, выход которой посредством водопровода сообщен с котлом, на входе в паропровод и выходе водопровода установлены расходомеры пара и воды, датчики температуры и давления, соединенные с соответствующими счетчиками тепловой энергии, дополнительную емкость, в верхней и нижней частях которой выполнены отверстия с возможностью сообщения емкости с паропроводом и водопроводом соответственно. При этом на выходе емкости установлено запорное устройство с электроприводом, а в нижней части емкости – датчик температуры, соединенный с электроприводом запорного устройства, при этом датчик настроен на величину ниже температуры парообразования жидкости. В нижней части емкости на входе водопровода дополнительно установлен конденсатоотводчик, обеспечивающий исключение возникновения и поступления пролетного пара в расходомер, а в верхней части емкости установлен предохранительный клапан. Техническими результатами являются повышение точности определения расходуемой тепловой энергии потребителем, увеличение межремонтного срока службы устройства для определения отпущенной потребителю тепловой энергии за счет исключения аварийной ситуации. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения отпущенной потребителю тепловой энергии от парового котла, включающий определение объема потребляемой тепловой энергии от парового котла как разность полученной потребителем тепловой энергии по паропроводу на основе определения расхода, давления и температуры пара из парового котла и возвращаемой потребителю по водопроводу тепловой энергии жидкости по расходу и температуре, сообщение выхода паропровода с верхней частью дополнительной емкости, а входа водопровода – с низом емкости, размещение запорного устройства на входе водопровода, соединение электропривода запорного устройства с датчиком температуры в нижней части емкости с обеспечением стравливания конденсируемой жидкости из емкости в котел, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают конденсатоотводчик в нижней части емкости на входе водопровода, обеспечивающий исключение возникновения и поступления пролетного пара в расходомер, и предохранительный клапан устанавливают в верхней части емкости.

2. Устройство для определения отпущенной потребителю тепловой энергии, содержащее паровой котел, соединенный параллельными паропроводами как минимум одним потребителем тепловой энергии и приемной емкостью, выход которой посредством водопровода сообщен с котлом, на входе в паропровод и выходе водопровода установлены расходомеры пара и воды, датчики температуры и давления, соединенные с соответствующими счетчиками тепловой энергии, дополнительную емкость, в верхней и нижней частях которой выполнены отверстия с возможностью сообщения емкости с паропроводом и водопроводом соответственно, при этом на выходе емкости установлено запорное устройство с электроприводом, а в нижней части емкости – датчик температуры, соединенный с электроприводом запорного устройства, при этом датчик настроен на величину ниже температуры парообразования жидкости, отличающееся тем, что в нижней части емкости на входе водопровода дополнительно установлен конденсатоотводчик, обеспечивающий исключение возникновения и поступления пролетного пара в расходомер, а в верхней части емкости установлен предохранительный клапан.