Как измерить параметры потока пара с помощью массового расходомера?
Контроль и управление потоком - Применение вычислителей расхода
11.02.13 15:21

Природа пара
Пар можно отнести к газообразному состоянию воды. При нагревании воды до температуры 100 градусов по Цельсию (212 градусов по Фаренгейту) она переходит в парообразное состояние. Если продолжать процесс нагревания, то переход воды в пар так же продолжится до тех пор, пока вся жидкость не исчезнет.
Если повторить ту же процедуру на высоте (например, в горах), мы увидим что, хотя вода уже закипает, но жидкость не так горяча как на уровне моря. Причина этого состоит в том, что кипение воды зависит от давления. В данной статье мы будем использовать для указания давления фунты на квадратный дюйм.
При снижении давления температура кипения воды снижается, при повышении давления происходит увеличение температуры кипения воды. Для иллюстрации приведем несколько примеров:

Давление 14.696 фунты на квадратный дюйм (атмосферное давление на уровне моря) Температура парообразования 212ºF
Давление 50 фунты на квадратный дюйм Температура парообразования 281ºF
Давление 100 фунты на квадратный дюйм Температура парообразования 328ºF
Давление 200 фунты на квадратный дюйм Температура парообразования 382ºF
Давление 400 фунты на квадратный дюйм Температура парообразования 445ºF
Давление 800 фунты на квадратный дюйм Температура парообразования 518ºF
Температура кипения воды при любом заданном давлении называется температурой насыщения. Пар полученный в данных условиях называют насыщенным паром. Если пар получается при температурах выше температуры насыщения, он называется перегретым. Величина перегрева (в градусах) выше температуры насыщения называется степенью перегрева. например пар полученный при нагреве воды до 428 градусов по фаренгейту при давлении 100 фунтов на квадратный дюйм обладает степенью перегрева 100 градусов.
Вода, во всех ее формах, является одной из наиболее изученных и описанных жидкостей. Свойства водяного пара полностью документированы в таблицах. Приведенная выше информация по температуре кипения так же получена из таблиц пара.
Энтальпия и плотность
Энтальпия, или энергия, любого вещества полностью определяется его температурой, давлением и составом. Если мы будем говорить только о водяном паре, то из этого следует, что энергия пара полностью определяется его температурой и давлением.
По таблицам пара видно, что плотность пара полностью определяется его температурой и давлением. Поэтому, сделав непрерывное измерение температуры и давления в паропроводе, мы можем организовать вычисление плотности пара на постоянной основе.
Если при этом организовать измерение объемного расхода пара, то можно вычислять массовый расход. Это делается путем умножения объемного расхода на плотность.
Организация учета пара при покупке или использовании
Пар используется для отопления, вращения турбин и других нужд. Энергия пара определяет эффективность использования для отопления, скорость вращения турбины так же зависит от энергии пара. Таким образом, при покупке и использовании пара важно знать его энергию. Как было показано выше, плотность пара является хорошим индикатором количества энергии.
Сравнение учета пара с помощью массовых и объемных расходомеров
В большинстве случаев для измерения расхода определяют скорость потока в трубе стандартного размера и по полученным данным определяют объемный расход. При таком подходе не учитываются изменения плотности являющиеся функцией изменения давления и температуры. Это означает, что при постоянной скорости потока объемный метод определения расхода не изменит показаний при изменении плотности пара.
В итоге клиенты будут платить одинаковую сумму в не зависимости от количества энергии.
При использовании массовых расходомеров с вычислителем MASStrol есть возможность измерить давление, температуру и величину потока. На основании этих данных рассчитывается масса и выполняется компенсация любых изменений обнаруженных при измерении параметров потока.
Покупатели платят только за энергию, которую используют.
Причины потери давления и температуры
существует много причин по которым теряется давление и температура пара. наиболее часто встречаются следующие:
неизолированные и плохо изолированные трубы
утечки в клапанах и трубах
длина линий
сопротивление при расходе пара по направлению вверх
Какие ошибки могут возникнуть при измерении расхода объемным способом. Ниже представлены типичные ошибки, которые возникают при таком подходе к измерению:

Баланс генерации/расхода пара при разных объемном и массовом измерении расхода:

Область генерации / расхода Массовый расход, фунты/час Давление (футы/кв.дюйм) / Температура (Градусы Фаренгейта) Объемный расход, фунты/час Плотность (фунты /куб.фут)
Произво-дительность парогене-ратора 20000 160/480 67340 0,297
Ткацкий участок 4000 152/460 13841 0,289
Прядильный участок 4000 144/440 14286 0,28
Участок заключи-тельной обработки 4000 136/420 14706 0,272
Сервисный участок 8000 128/400 30534 0,262
Итоговый расход: 20000 77367


Таким образом, видно, что при измерении расхода с помощью массового расходомера нет ошибок в массе (20000 фунтов/час на входе и выходе паровой сети). При объемном расходе разница между входом и выходом паропровода составляет 9% (67340 кубических футов/час на входе, 77367 кубических футов/час на выходе паропровода). Представленный здесь расчет достаточно консервативен, в реальной ситуации на заводе разница будет еще больше.