Способ определения массового расхода и спорадического определения степени сухости потока влажного пара в паропроводе от парогенератора Российский патент 2023 года по МПК G01F1/34 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 массового расхода и степени сухости (отношения массового расхода газовой фазы к общему массовому расходу двухфазного потока) влажного пара в паропроводе от парогенератора.

Уровень техники

Аналогом изобретения является способ определения массового расхода и степени сухости влажного пара по патенту на изобретение №2778209 RU «Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара», включающий измерение статического давления в паропроводе приемником давления в потоке пара, и двух перепадов давления на приемниках давления в паропроводе установленных в непосредственной близости каждого приемника давления.

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 приемником давления в потоке пара;

отбор пробы пара из паропровода через окно отбора со стороны движения потока пара и ее дросселирование в сообщающуюся с атмосферой камеру;

измерение температуры и давления в полости камеры; тепловую изоляцию отбираемой пробы пара, от точки ее отбора из паропровода до сообщающегося с атмосферой выхода из камеры;

определение плотности и энтальпии газовой и жидкой фаз потока влажного пара по статическому давлению в паропроводе».

Недостатком прототипа является то, что:

1. Способ требует подвод тепла к отбираемой пробе пара от стороннего источника, что приводит к увеличению затрат на его осуществление.

2. Проба пара отбирается непрерывно, при том что определение степени сухости осуществляется только на интервалах стационарного состояния измеряемых величин, это увеличивает потери пара и затраты на осуществление известного способа.

3. Способ осуществляется без контроля изокинетического отбора пробы влажного пара, что обусловливает недостаточную точность определения степени сухости влажного пара в паропроводе.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является способ определения массового расхода и спорадического определения степени сухости потока влажного пара в паропроводе от парогенератора, включающий:

измерение статического давления в паропроводе приемником давления в потоке пара;

отбор пробы пара из паропровода через окно отбора со стороны движения потока пара и ее дросселирование в сообщающуюся с атмосферой камеру;

измерение температуры и давления в полости камеры;

тепловую изоляцию отбираемой пробы пара, от точки ее отбора из паропровода до сообщающегося с атмосферой выхода из камеры;

определение плотности и энтальпии газовой и жидкой фаз потока влажного пара по статическому давлению в паропроводе;

включает:

измерение массового расхода поступающей в парогенератор питающей воды;

измерение перепада давления на двух его приемниках в паропроводе от парогенератора, один из которых является и приемником статического давления, а окно другого приемника давления открыто в сторону движения потока, оба эти приемники давления установлены в непосредственной близости один от другого и от окна отбора пробы пара;

наполнение полости камеры охлажденным теплоносителем, например водой при температуре ниже температуры стартового условия, например, ниже 35°С, до фиксированного его объема в полости камеры;

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

- определение и фиксирование значения массового расхода влажного пара от парогенератора по массовому расходу поступающей в парогенератор питающей воды,

- определение и фиксирование значения функции преобразования в массовый расход влажного пара в паропроводе по фиксированному значению массового расхода влажного пара, значению перепада давления на двух его приемниках в паропроводе, плотности паровой фазы влажного пара, 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, 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 отношению площадей, окна отбора пробы пара из паропровода, к площади поперечного сечения паропровода;

при наполненности камеры охлажденным теплоносителем до фиксированного его объема и температуре этого теплоносителя ниже температуры стартового условия, а так же стационарности состояния измеряемых величин в полости камеры, в паропроводе от парогенератора и в системе подачи питающей воды в парогенератор, от случая к случаю, то есть спорадически:

- фиксирование значения температуры в объеме теплоносителя в полости камеры,

- при закрытом входе для поступления пробы пара в полость камеры, отбор пробы пара из паропровода через окно отбора со стороны движения потока пара и ее дросселирование в наполненную теплоносителем сообщающуюся с атмосферой емкость;

- переключение отбора пробы пара в наполненную охлажденным теплоносителем сообщающуюся с атмосферой камеру открытием входа для поступления пробы пара в ее полость и закрытьем входа для поступления пробы пара в сообщающуюся с атмосферой емкость, фиксирование начала отбора пробы пара в камеру;

- отключение отбора пробы пара из паропровода и прекращение отбора пара в полость камеры, фиксирование прекращения отбора пробы пара в камеру,

- определение длительности отбора пробы пара в полость камеры по фиксированным моментам начала и прекращения отбора пара в полость камеры,

- необходимую и достаточную выдержку времени для конденсации отобранной пробы пара и восстановления стационарности измеряемых величин в полости камеры,

- второе фиксирование значения температуры теплоносителя в полости камеры,

- удаление из полости камеры части объема теплоносителя превышающей его фиксированное значение в полости камеры и определение массы этой удаленной части объема теплоносителя,

- определение массового расхода отбираемой пробы влажного пара, по значению массы удаленного из полости камеры объема теплоносителя и длительности отбора пробы пара в полость камеры,

- определение степени сухости отбираемой в полость камеры пробы влажного пара по статическому давлению в паропроводе, фиксированным величинам температуры теплоносителя в полости камеры и массового расхода отбираемой в камеру пробы влажного пара;

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

проливание фиксированного объема полости камеры охлажденным теплоносителем для снижения температуры теплоносителя в этой полости, ниже температуры стартового условия.

Таким образом, задача изобретения решена.

Краткое описание фигур чертежей

Фиг. 1. Схема к описанию «способа определения массового расхода и спорадического определения степени сухости потока влажного пара в паропроводе от парогенератора». Перечень элементов схемы: - паропровод 1; - зонд 2 с трубкой 3 отбора пробы пара через окно отбора 4 со стороны движения потока пара, с трубкой 5 отбора статического давления через приемник статического давления 6 в плоскости параллельной оси паропровода, с трубкой 7 отбора давления в сторону движения потока через приемник давления 8 в сторону движения потока;

- линия отбора пробы влажного пара 18 с узлом дросселирования 41;

- камера 21 сообщающаяся с атмосферой через канал 24;

- сообщающаяся с атмосферой дренажная емкость 23;

- канал 25 с клапаном слива теплоносителя из объема теплоносителя выше контрольного уровня в камере 21;

- канал 29 с клапаном для подвода в камеру 21 охлажденного теплоносителя;

- канал 19 дренирования (прогрева паром) линии 18 отбора пробы влажного пара перед камерой 21;

- канал 22 с клапаном, для подвода пробы влажного пара в объем теплоносителя в полости камеры 21;

- тепловая изоляция 30 от точки 15 отбора пробы пара из паропровода до выхода 24 из камеры 21;

- измеритель статического давления 31 в паропроводе;

- измеритель перепада давления 32 на его приемниках 6 и 8 в паропроводе 1;

- измеритель температуры 33 теплоносителя в полости камеры 21;

- измеритель статического давления 34 в камере 21;

- измеритель статического давления 35 в линии отбора пара 18 после узла дросселирования 41;

- измеритель массового расхода питающей воды парогенератора 36;

- контроллер 51.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Измеряют в паропроводе: - статическое давление (Р^ст), в примере Р^ст=64 ата, ему соответствует температура насыщающего пара (t_н=278,51°С), плотности газовой (ρ''=31382,76) и жидкой (ρ'=753,296) фаз, энтальпия газовой (i''=664,3 ккал/кг) и жидкой фаз (i'=293,6 ккал/кг) контролируемого потока пара;

- перепад давления (ΔР_р) на двух его приемниках 6 и 8 в паропроводе, оба приемника давления установлены в непосредственной близости один от другого и от окна отбора пробы пара 4, например: ΔР_р=31382,76 кгс/м².

Замечание. В описании аналога изобретения (патент на изобретение №2778209 RU) представлена математическая модель связи доступных для измерения величин с физическими параметрами потока влажного пара. Перепад давления ΔР_р между приемником статического давления (6) и приемник давления 8 в сторону движения потока согласно этой известной математической модели именуется динамическим разрежением.

Измеряют массовый расход поступающей в парогенератор питающей воды (G_воды), например: G_воды=410 кг/с.

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

Определение и фиксирование значения массового расхода влажного пара от парогенератора по массовому расходу поступающей в парогенератор питающей воды

Определение и фиксирование значения функции преобразования в массовый расход влажного пара в паропроводе (ϕ^ф) по фиксированному значению массового расхода влажного пара , значению перепада давления на его приемниках в паропроводе (ΔР_р), плотности паровой фазы влажного пара, и площади поперечного сечения паропровода:

В текущий момент времени массовый расход влажного пара в паропроводе (G_пар) определяется по измеряемой текущей величине перепада давления (ΔР_р), плотности его паровой фазы (ρ'') определяемой по текущему значению статического давления в паропроводе (Р^ст), площади поперечного сечения паропровода (F) и фиксированному значению функции преобразования в массовый расход ϕ^ф:

Определяется расчетное значение массового расхода изокинетического отбора пробы пара:

где: G_пар - массовый расход влажного пара в паропроводе;

- расчетное значение массового расхода изокинетического отбора пробы пара;

ƒ - площадь поперечного сечения окна 4 отбора пробы пара (в примере: ƒ=7,068574 мм²).

Наполняют полость камеры охлажденным теплоносителем (например, водой) до фиксированного его объема в камере. В примере эта операция наполнения осуществляется через канал 29 при отрытом канале 25 слива теплоносителя из объема теплоносителя выше контрольного уровня в камере 21.

При стационарном состоянии измеряемых величин в камере 21, в паропроводе от парогенератора и в системе подачи питающей воды в парогенератор, от случая к случаю, то есть - спорадически, осуществляют:

- измерение и фиксирование значения температуры теплоносителя в полости камеры в примере ,

- отбор пробы пара из паропровода, включающий: фазу прогрева паром (дренирования) линии отбора от паропровода до камеры и, фазу отбора пробы пара в полость камеры по прогретой линии отбора с определением времени этой фазы отбора (τ), в примере τ=10 с,

- второе фиксирование значения температуры теплоносителя в полости камеры в примере ,

- удаление из полости камеры и последующее определение массы превышающего фиксированное значение объема теплоносителя удаленного из камеры в примере

- определение массового расхода пробы влажного пара отбираемой в полость камеры по значению массы превышающего фиксированное значение объема теплоносителя в полости камеры и времени ее отбора в эту полость:

- определение степени сухости пробы влажного пара (х_проб) по статическому давлению в паропроводе, фиксированным величинам температуры теплоносителя в полости камеры и массового расхода отбираемой пробы влажного пара в полость камеры, фиксированным величинам массы и теплоемкости (с_камер) камеры без теплоносителя в ее полости:

где: с_камер - 0,5 ккал/(кг*град) - фактическая теплоемкость камеры 21 без теплоносителя; с=1 ккал/(кг*град) - теплоемкость теплоносителя (воды);

r=639,20 ккал/кг - скрытая теплота парообразования теплоносителя в паропроводе (~64 ата); t_п=~100°С - температура насыщающих паров в камере (~1 ата).

Фиксированное значение массы камеры (М_камер) без теплоносителя в ее полости. Эта величина может уточняться В примере

Наполнение полости камеры фиксированным объемом охлажденного теплоносителя массой (до фиксированного значения его объема в камере), в примере

Фиксированное значение массы камеры с наполняющим часть ее полости фиксированным объемом теплоносителя перед моментом начала отбора пробы влажного пара из паропровода в камеру: в примере

Фиксированное значение массы камеры 21 с массой фиксированного объема теплоносителя и массой отобранной в камеру (G_проб⋅τ) пробы влажного пара: в примере при массе отобранной пробы пара G_проб⋅τ=0,0097917 кг/с⋅10 с, где: G_проб - массовый расход отбираемой пробы влажного пара, τ - время отбора пробы влажного пара.

При температуре теплоносителя в полости камеры 21 выше, например 35°С: - пролив охлажденным теплоносителем полости проточной камеры с удалением превышающего фиксированное значение его объема.

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

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

где: - расчетное значение массового расхода изокинетического отбора пробы пара;

G_проб - массовый расход отбираемой пробы влажного пара;

Δ - отклонение по массе от условия изокинетического отбора пробы влажного пара;

- массовый расход жидкой фазы в отбираемой пробе влажного пара,

- массовый расход газовой фазы в отбираемой пробе влажного пара;

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

Степень сухости влажного пара в паропроводе (χ) определяют по величинам массового расхода (G_проб) и степени сухости (χ_проб) отбираемой в камеру пробы влажного пара, а так же расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы пара :

Изобретение относится к области определения теплофизических параметров воды в двухфазном ее состоянии, а именно к области определения массового расхода и степени сухости (отношения массового расхода газовой фазы к общему массовому расходу двухфазного потока) влажного пара в паропроводе от парогенератора. Предложен способ определения массового расхода и спорадического определения степени сухости потока влажного пара в паропроводе от парогенератора, включающий: измерение статического давления в паропроводе приемником давления в потоке пара. Способ включает определение массового расхода влажного пара в паропроводе по перепаду давления на его приемниках в паропроводе, плотности паровой фазы влажного пара, площади поперечного сечения паропровода и фиксированному значению функции преобразования в расход. Далее определяют расчетное значение массового расхода изокинетического отбора пробы пара по массовому расходу влажного пара в паропроводе, а также по отношению площадей, окна отбора пробы пара из паропровода, к площади поперечного сечения паропровода. Определяют массовый расход отбираемой пробы влажного пара по значению массы удаленного из полости камеры объема теплоносителя и длительности отбора пробы пара в полость камеры. Определяют степень сухости отбираемой в полость камеры пробы влажного пара по статическому давлению в паропроводе, фиксированным величинам температуры теплоносителя в полости камеры и массового расхода отбираемой пробы влажного пара. Определяют степень сухости влажного пара в паропроводе по величинам массового расхода и степени сухости отбираемой в камеру пробы влажного пара, а также расчетного значения массового расхода изокинетического отбора пробы влажного пара из паропровода. Технический результат – повышение точности определения степени сухости влажного пара в паропроводе. 1 ил.

Способ определения массового расхода и спорадического определения степени сухости потока влажного пара в паропроводе от парогенератора,

включающий:

измерение статического давления в паропроводе приемником давления в потоке пара;

отбор пробы пара из паропровода через окно отбора со стороны движения потока пара и ее дросселирование в сообщающуюся с атмосферой камеру;

измерение температуры и давления в полости камеры;

тепловую изоляцию отбираемой пробы пара, от точки ее отбора из паропровода до сообщающегося с атмосферой выхода из камеры;

определение плотности и энтальпии газовой и жидкой фаз потока влажного пара по статическому давлению в паропроводе;

включает:

измерение массового расхода поступающей в парогенератор питающей воды;

измерение перепада давления на двух его приемниках в паропроводе от парогенератора, один из которых является и приемником статического давления, а окно другого приемника давления открыто в сторону движения потока, оба эти приемники давления установлены в непосредственной близости один от другого и от окна отбора пробы пара;

наполнение полости камеры охлажденным теплоносителем, например водой при температуре ниже температуры стартового условия, например ниже 35°С, до фиксированного его объема в полости камеры;

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

- определение и фиксирование значения массового расхода влажного пара от парогенератора по массовому расходу поступающей в парогенератор питающей воды;

- определение и фиксирование значения функции преобразования в массовый расход влажного пара в паропроводе по фиксированному значению массового расхода влажного пара, значению перепада давления на двух его приемниках в паропроводе, плотности паровой фазы влажного пара 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, 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 отношению площадей, окна отбора пробы пара из паропровода, к площади поперечного сечения паропровода;

при наполненности камеры охлажденным теплоносителем до фиксированного его объема и температуре этого теплоносителя ниже температуры стартового условия, а также стационарности состояния измеряемых величин в полости камеры, в паропроводе от парогенератора и в системе подачи питающей воды в парогенератор, от случая к случаю, то есть спорадически:

- фиксирование значения температуры в объеме теплоносителя в полости камеры;

- при закрытом входе для поступления пробы пара в полость камеры, отбор пробы пара из паропровода через окно отбора со стороны движения потока пара и ее дросселирование в наполненную теплоносителем сообщающуюся с атмосферой емкость;

- переключение отбора пробы пара в наполненную охлажденным теплоносителем сообщающуюся с атмосферой камеру открытием входа для поступления пробы пара в ее полость и закрытием входа для поступления пробы пара в сообщающуюся с атмосферой емкость, фиксирование начала отбора пробы пара в камеру;

- отключение отбора пробы пара из паропровода и прекращение отбора пара в полость камеры, фиксирование прекращения отбора пробы пара в камеру;

- определение длительности отбора пробы пара в полость камеры по фиксированным моментам начала и прекращения отбора пара в полость камеры;

- необходимую и достаточную выдержку времени для конденсации отобранной пробы пара и восстановления стационарности измеряемых величин в полости камеры;

- второе фиксирование значения температуры теплоносителя в полости камеры;

- удаление из полости камеры части объема теплоносителя, превышающей его фиксированное значение в полости камеры, и определение массы этой удаленной части объема теплоносителя;

- определение массового расхода отбираемой пробы влажного пара, по значению массы удаленного из полости камеры объема теплоносителя и длительности отбора пробы пара в полость камеры;

- определение степени сухости отбираемой в полость камеры пробы влажного пара по статическому давлению в паропроводе, фиксированным величинам температуры теплоносителя в полости камеры и массового расхода отбираемой в камеру пробы влажного пара;

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

проливание фиксированного объема полости камеры охлажденным теплоносителем для снижения температуры теплоносителя в этой полости ниже температуры стартового условия.