ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РАСХОДОМЕТРИИ»

(ФГУП «ВНИИР»)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР

РЕКОМЕНДАЦИЯ

Государственная система обеспечения единства измерений

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА

МИ 3214-2009

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАНА Обществом с ограниченной ответственностью «Отраслевой метрологический центр Газметрология» (ООО «ОМЦ Газметрология»)

ИСПОЛНИТЕЛИ: Личко А.А. к.т.н. (рук. темы)

РАЗРАБОТАНА Федеральным государственным унитарным предприятием Всероссийским научно-исследовательским институтом расходометрии (ФГУП ВНИИР)

ИСПОЛНИТЕЛИ: Фафурин В.А. д.т.н., Ганиев Р.И., Николаев Н.А., Тырышкин Р.А., Яценко И.А.

2. УТВЕРЖДЕНА ФГУП «ВНИИР» 13.04.2009 г.

3. ЗАРЕГИСТРИРОВАНА ФГУП «ВНИИМС» 24.07.2009 г.

4. ВВЕДЕНА ВПЕРВЫЕ

Введение

При измерении расхода и количества жидкостей и газов необходима информация о значении температуры среды в корпусе первичного преобразователя расхода. При размещении преобразователя температуры вне корпуса преобразователя расхода, на некотором расстоянии от него, среда за время прохождения расстояния от корпуса до места установки преобразователя температуры охлаждается или нагревается, в зависимости от того, теплее или холоднее он окружающего воздуха. В результате температура среды в месте расположения преобразователя температуры несколько отличается от температуры в месте расположения первичного преобразователя расхода.

Другая составляющая погрешности измерений температуры обусловлена наличием теплообмена корпуса термометра и защитной гильзы со стенкой измерительного трубопровода за счет теплопроводности и излучения.

Следствием появления дополнительной погрешности измерений температуры является дополнительная погрешность определения расхода и количества.

Данные рекомендации дают возможность получить ответ на вопрос о необходимости теплоизолирования трубопровода и рассчитать толщину изоляции, обеспечивающую нормированную погрешность измерений расхода, с учетом разности температур среды и окружающего воздуха, скорости потока измеряемой среды, скорости ветра, наличия влаги на наружной поверхности трубопровода (вследствие атмосферных осадков или образования конденсата).

Методика расчета, представленная в данной рекомендации, может быть использована для узлов измерений расхода и количества с помощью стандартных сужающих устройств и осредняющих напорных трубок, а также турбинных, ультразвуковых, вихревых, камерных (ротационных, мембранных и др.) преобразователей расхода. В случае измерений расхода и количества с помощью стандартной диафрагмы, при размещении преобразователя температуры после нее, методика учитывает положения рекомендации МИ 3130-2008 [1].

Одна и та же теплоизоляционная конструкция должна ограничивать значение дополнительной погрешности в заданных пределах в различных условиях эксплуатации узла измерений. Поэтому расчет толщины изоляции и дополнительной погрешности предусмотрен для самых неблагоприятных условий измерений расхода и количества.

1. Область применения

Настоящая рекомендация устанавливает методику расчета дополнительной погрешности измерений расхода и количества жидкостей и газов, обусловленной теплообменом измеряемой среды с окружающим воздухом, и, при необходимости, толщины теплоизоляции участков наибольшего влияния теплообмена.

2. Нормативные ссылки

ГОСТ 2939-63 Газы. Условия для определения объема

ГОСТ 30319.1-96 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств природного газа, его компонентов и продуктов переработки

ГОСТ 30319.2-96 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение коэффициента сжимаемости

ГОСТ 30319.3-96 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств по уравнению состояния

ГОСТ 21.405-93 Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.

Примечание - При пользовании настоящими рекомендациями целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по соответствующим указателям, составленным на 1 января текущего года, и информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящими рекомендациями следует руководствоваться замененным (измененным) стандартом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3. Термины, определения, обозначения и сокращения

3.1. Термины и определения

В настоящих рекомендациях применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1. измерительный трубопровод: Участок трубопровода, геометрические характеристики которого, а также размещение на нем средств измерений и вспомогательного оборудования регламентировано нормативными документами, устанавливающими требования к выполнению измерений расхода и количества.

3.1.2. термоприемник: Термометр или первичный преобразователь температуры с защитной гильзой (при ее наличии).

3.1.3. участок наибольшего влияния теплообмена: Участок измерительного трубопровода, где теплообмен потока среды в трубопроводе с окружающим воздухом оказывает наибольшее влияние на погрешность измерений расхода и количества.

Примечание - Участок наибольшего влияния теплообмена включает в себя преобразователи расхода и температуры, участок между ними, а также участки длиной, равной одному условному проходу измерительного трубопровода, прилегающие к преобразователям расхода и температуры.

3.1.4. наружная поверхность: Наружная поверхность трубопровода или слоя теплоизоляции, которая находится в непосредственном контакте с воздухом.

3.1.5. сухая наружная поверхность: Наружная поверхность при отсутствии атмосферных осадков или конденсата паров воды окружающего воздуха.

3.1.6. влажная наружная поверхность: Наружная поверхность при наличии атмосферных осадков или конденсата паров воды окружающего воздуха.

3.2. Условные обозначения

Основные условные обозначения, применяемые в настоящей рекомендации, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Знак « ¯ » (знак черточка над обозначением величины) означает среднее значение величины, либо значение величины, рассчитанное при средних значениях аргументов.

Индексы, входящие в условные обозначения величин, относят к обозначениям параметров:

в - окружающего воздуха;

вн - внутренней поверхности измерительного трубопровода;

г - измеряемой среды (газа);

гп - газа в месте размещения первичного преобразователя расхода;

гт - газа в месте размещения термоприемника;

и - излучения;

из - изоляции;

ит - стенки измерительного трубопровода;

н - наружной поверхности трубопровода;

р - температуры, регистрируемой преобразователем температуры;

с - при стандартных условиях по ГОСТ 2939;

т - термоприемника.

Остальные индексы поясняются непосредственно в тексте.

3.3. Сокращения

В настоящих рекомендациях использованы следующие сокращения:

ИТ - измерительный трубопровод;

НД - нормативная документация;

ПР - преобразователь расхода (расходомер и/или счетчик);

СУ - сужающее устройство;

УНВ - участок наибольшего влияния теплообмена.

4. Общие положения

4.1. Этапы определения необходимости теплоизоляции и достаточности ее толщины

Процедура определения необходимости теплоизоляции и достаточности ее толщины включает следующие этапы:

- установление предела допускаемой относительной дополнительной погрешности измерений температуры, обусловленной разностью температуры среды и окружающего воздуха;

- расчет погрешности, обусловленной теплообменом стенки ИТ;

- расчет погрешности, обусловленной теплообменом термоприемника;

- расчет результирующих абсолютной и относительной дополнительных погрешностей, обусловленных разностью температуры среды и окружающего воздуха;

- установление необходимости теплоизоляции;

- определение толщины теплоизоляции (в случае ее необходимости).

4.2. Условие, определяющее необходимость теплоизоляции и достаточность ее толщины

4.2.1. Условие, определяющее возможность использования ИТ без теплоизоляции, а также достаточность толщины рассматриваемой теплоизоляции, которым руководствуются при проведении расчета, имеет следующий вид:

где δ_Т - результирующая относительная дополнительная погрешность измерений температуры, обусловленная разностью температуры среды и окружающего воздуха;

 - предел допускаемой относительной дополнительной погрешности измерений температуры, обусловленной разностью температуры газа и окружающего воздуха.

4.2.2. Значение  при измерениях расхода и количества газа с помощью СУ и осредняющих напорных трубок на коммерческих узлах измерений принимают равным 0,3 %.

При измерениях расхода и количества газа с помощью СУ и осредняющих напорных трубок на технологических узлах измерений значение  вычисляют по формуле:

при измерениях с помощью турбинных, ультразвуковых, вихревых и ротационных ПР - по формуле:

где  - предел допускаемой относительной погрешности измерений расхода;

 - относительная погрешность измерений расхода без учета составляющей погрешности, обусловленной разницей температуры среды и окружающего воздуха.

4.2.3. Результирующая относительная дополнительная погрешность измерений температуры, обусловленная разностью температуры среды и окружающего воздуха, определяется по формуле:

где Т_гп - температура среды в месте расположения первичного преобразователя расхода или, в случае применения СУ, - температура среды непосредственно перед ним, К;

Δ_Т - результирующая абсолютная дополнительная погрешность измерений температуры среды, обусловленная разностью температуры среды и окружающего воздуха, К.

При расчете значения абсолютной дополнительной погрешности измерений температуры среды Δ_Т учитывают следующие составляющие:

- обусловленную теплообменом термоприемника, ΔТ_Т (см. 5.1);

- обусловленную теплообменом стенки ИТ, ΔТ_х (см. 6.1).

4.3. Указания по определению физических параметров

Физические свойства среды могут быть определены путем прямых измерений или косвенным методом на основе данных, аттестованных в качестве стандартных справочных данных.

Перечень нормативной документации, рекомендуемой для выполнения расчета используемых физических величин для природного газа, приведен в таблице 2.

Таблица 2

5. Расчет абсолютной погрешности измерений температуры, обусловленной теплообменом термоприемника

5.1. Составляющую абсолютной погрешности измерений температуры среды, обусловленную теплообменом термоприемника, представляющую разность температуры среды (Т_р), регистрируемой преобразователем температуры, и температуры среды (Т_гп) в месте расположения термоприемника

рассчитывают по формуле*

__________

*При разработке раздела использованы работы [3], [4].

где  - абсолютная погрешность измерений температуры, обусловленная теплопроводностью термоприемника;

, - абсолютная погрешность измерений температуры среды, обусловленная теплообменом между термоприемником и стенкой ИТ за счет излучения.

5.2. Значение  вычисляют по формуле

где L_т - глубина погружения термоприемника в ИТ;

L_тч- длина чувствительного элемента термометра (если чувствительный элемент сосредоточен на конце термометра, L_тч = 0), м.

Коэффициент b определяют по формуле

где α_т - коэффициент теплоотдачи термоприемника, Вт/(м²⋅К);

λ_т - теплопроводность материала термоприемника, Вт/(м⋅К).

Коэффициент α_Т определяют по одной из следующих формул:

 

 

где  - число Рейнольдса, характеризующее обтекание термоприемника потоком среды;

η_ψ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние наклона термоприемника при его установке под углом к потоку отличным от 90°.

Значения величин ρ_г, μ_г, , λ_г входящих в формулы (5.5) - (5.7) определяют при рабочих условиях в соответствии с требованиями НД, приведенными в таблице 2 [см. (4.3)]. Коэффициент η_ψ определяют по формуле [5]

где ψ - угол наклона термоприемника относительно горизонтали (ψ = 90° - соответствует вертикальному расположению термоприемника), ° (градус).

5.3. Значение ΔТ_ти определяют по формуле

где С = 5,67⋅10^-8 Вт/(м²⋅К⁴) - постоянная Стефана - Больцмана;

ε_т - коэффициент теплового излучения наружной поверхности термоприемника (см. приложение А).

6. Расчет погрешности, обусловленной теплообменом стенки измерительного трубопровода

6.1. Методы расчета погрешности, обусловленной теплообменом стенки измерительного трубопровода

6.1.1. Составляющую абсолютной погрешности измерений температуры среды, обусловленную теплообменом стенки ИТ, представляющую разность температуры среды (Т_ТГ), в месте расположения термоприемника и температуры среды в месте расположения ПР (Т_ГП)

рассчитывают в зависимости от места установки термоприемника относительно ПР и типа ПР.

6.1.2. При использовании турбинных, ультразвуковых, вихревых, камерных ПР, и осредняющих напорных трубок, независимо от расположения термоприемника, а также при использовании СУ в случае расположения термоприемника перед СУ ΔТ_х определяют по формуле [6]:

где Т_гт - температура среды в месте расположения термоприемника, К;

Т_в - температура окружающего воздуха, К;

 - число Шухова;

х_т - координата положения термоприемника относительно ПР, м;

K - коэффициент теплопередачи, Вт/(м⋅К).

6.1.3. При использовании СУ и установки термоприемника после него ΔТх определяют в соответствии с алгоритмом, изложенным в разделе 9. Расчетная область условно поделена на три участка: с возвратными течениями до диафрагмы, после диафрагмы, и с развитым турбулентным течением. На участках с возвратными течениями до и после диафрагмы методика учитывает положения рекомендации МИ 3130-2008 [1].

На участке с развитым турбулентным течением расчет ΔТх выполняют по формуле (6.2).

6.2. Формулы для расчета коэффициента теплопередачи

6.2.1. Коэффициент теплопередачи определяют по формуле

где А - коэффициент дополнительного теплообмена, зависящий от вида крепления ИТ;

α_вн* - коэффициент теплоотдачи, определяющий теплообмен между внутренней поверхностью ИТ и измеряемой средой с учетом интенсификации теплообмена, вызванной искажением кинематической структуры потока в ПР, Вт/(м^2⋅К);

α_н - коэффициент теплоотдачи, определяющий теплообмен между наружной поверхностью ИТ и воздухом, Вт/(м^2⋅К);

λ_ит - теплопроводность материала стенки ИТ, Вт/(м⋅К);

λ_из - теплопроводность материала теплоизоляции, Вт/(м⋅К).

Значения λ_ИТ углеродистой и нержавеющей сталей принимают равными, соответственно, 47 Вт/(м⋅К) и 17 Вт/(м⋅К).

6.2.2. Значения коэффициента дополнительного теплообмена А в зависимости от вида крепления ИТ на УНВ приведены в таблице 3.

Таблица 3

Коэффициент дополнительного теплообмена СП 41-103-2000 [7] в зависимости от вида крепления ИТ на УНВ

6.2.3. Величину коэффициента теплоотдачи  определяют по формуле

где η - коэффициент интенсификации теплообмена, вызванной искажением кинематической структуры потока в ПР;

α_вн - коэффициент теплоотдачи, определяющий теплообмен между внутренней поверхностью ИТ и измеряемой средой при его равномерном течении, Вт/(м²⋅К).

Значения коэффициента η при использовании наиболее распространенных типов ПР приведены в таблице 4.

Таблица 4

6.2.4. Коэффициент α_вн рассчитывают по формуле

где  число Рейнольдса;

 число Прандтля;

 скорость потока среды в ИТ, м/с.

6.2.5. Коэффициент теплоотдачи α_н в случае сухой наружной поверхности определяют по формуле

где (α_нк - коэффициент теплоотдачи, определяющий теплообмен между наружной поверхностью ИТ и воздухом, обусловленной конвекцией и теплопроводностью, Вт/(м² К);

α_ни - коэффициент теплоотдачи, определяющий теплообмен между наружной поверхностью ИТ и воздухом, обусловленной излучением, Вт/(м²⋅К).

Формулы для расчета α_нк, и α_ни приведены в 6.2.6 и 6.2.9.

В случае влажной наружной поверхности трубопровода коэффициент теплоотдачи α_н определяют по формуле МИ 2451-98 [8]

где с - коэффициент, зависящий от ориентации ИТ;

L - характерный размер ИТ, м;

r_к - плотность воды, кг/м³;

λ_к - коэффициент теплопроводности воды, Вт/(м⋅К);

μ_к, - динамическая вязкость воды, Па⋅с;

t_н - температура наружной поверхности ИТ, °С;

t^*_н - температура конденсата, °С;

р_нп - давление насыщенных водяных паров при температуре t_в, МПа;

р_а - атмосферное давление, МПа.

Коэффициент с для горизонтального трубопровода принимают равным 0,72, для вертикального -1,15.

Для горизонтального трубопровода L = D_ИТ = 2s, для вертикального - L = h, где h - расстояние от нижнего края вертикального участка трубопровода до ПР, м.

При расчетах по формуле (6.7) допускается принимать:

r_к = 1000 кг/м³;

λ_к = 0,58 Вт/(м⋅К);

μ_к = 0,001 Па⋅с.

Давление р_нп определяется в соответствии с МИ 2451-98 [8].

Температура конденсата и условие его наличия на наружной поверхности ИТ приводится в 6.2.11.

6.2.6. Коэффициент теплоотдачи α_нк вычисляют по следующим формулам:

- при естественной конвекции (в помещении) и горизонтальном положении ИТ при 10³ < GrPr_в < 10⁹

при GrPr_в > 10⁹

- при естественной конвекции (в помещении) и вертикальном положении ИТ при 10³ < GrPr_в < 10⁹

при GrPr_B ≥ 10⁹

- при наличии ветра (на открытом воздухе) и любом положении ИТ при 5 < Re_н ≤ 10³ [9]

при 10³ < Re_н ≤ 2⋅10⁵

при 2⋅10⁵ < ReH ≤ 2⋅10⁵

где D_н = D_ИТ + 2σ - диаметр наружной поверхности трубопровода;

β_V = 1/T_в;

r_в = 353,085/Т_в*;

μ_в, = (32,694 + 0,5065 T_в)⋅10^-7;

;

λ_в = (1,667 + 0,0816 Т_в)⋅10^-3;

и_в - расчетная скорость ветра (определяют согласно 6.2.8), м/с.

___________

*Формулы для ρ_в, μ_в,  и λ_в получены аппроксимацией данных справочника [10].

6.2.7. Расчетную температуру воздуха t_в определяют по СНиП 23-01-99 [11]: для холодного периода года - по столбцу 2 таблицы 1, для теплого - по столбцу 4 таблицы 2. Для пунктов, не указанных в СНиП 23-01-99 [11], t_в либо принимается на основании данных метеорологических станций, либо берется для теплого периода на 2 °С выше, а для холодного периода - на 2 °С ниже, чем в ближайшем из указанных в СНиП 23-01-99 [11] населенных пунктов.

6.2.8. Скорость и_в и для холодного и для теплого периодов года берется по данным, приведенным в столбце 19 таблицы 1 СНиП 23-01-99 [11]. Для пунктов, не указанных в СНиП 23-01-99 [11], скорость и_в либо принимается на основании данных метеорологических станций, либо берется на 1 м/с больше, чем в ближайшем из указанных в СНиП 23-01-99 [11] населенном пункте.

6.2.9. Коэффициент теплоотдачи излучением α_ни вычисляют по следующим формулам: при размещении ИТ на открытом воздухе

при размещении ИТ в помещении

где ε_н - коэффициент теплового излучения наружной поверхности ИТ на УНВ (см. приложение А);

Т_н - температура наружной поверхности ИТ, К;

Т_мп = 220 К - среднеэффективная температура мирового пространства [12].

6.2.10. Необходимую для проведения расчетов связь температур t_вн и t_н с другими параметрами дают следующие выражения [9]:

 

6.2.11. Условие наличия конденсата на поверхности ИТ имеет следующий вид

где t_н - температура наружной поверхности ИТ [см. формулу (6.18)];

t_н^* - точка росы (температура наружной поверхности ИТ, при охлаждении ниже которой на поверхности образуется конденсат).

Температуру определяют по формуле [13]

где a₁ = 237,7 °C;

a₂ = 17,27;

t_в - температура окружающего воздуха, °C;

φ - относительная влажность окружающего воздуха в долях (0 < φ < 1,0).

Формула (6.20) может быть использована при выполнении следующих условий:

0 °С < t_в < 60 °С;

0,01 < φ < 1,0;

0 °С < t^*_н < 50 °С.

При наличии влаги на наружной поверхности ИТ в случае, когда t_в ≤ 0 полагают, что t^*_н = 0.

Относительную влажность воздуха при размещении ИТ в помещении принимают равной 0,7. При размещении ИТ вне помещений относительную влажность воздуха определяют по СНиП 23-01-99 [11].

6.2.12. Номера формул, по которым проводят вычисления коэффициентов теплоотдачи α_н, приведены в таблице 5 в зависимости от места размещения ИТ и условий эксплуатации узла измерений.

Таблица 5

Номера формул для расчета α_н, α_нк, α_ни при различных условиях эксплуатации

7. Расчет результирующей дополнительной погрешности и определение толщины теплоизоляции

7.1. Расчет толщины теплоизоляции и дополнительной погрешности предусмотрен для самых неблагоприятных условий (с точки зрения возрастания дополнительной погрешности) эксплуатации узла измерений. Все расчеты проводят при максимальной разнице температур воздуха и среды |Т_в - Т_г| и минимальных значениях расхода.

Значения Т_в определяется согласно разделу 6.2.7, Т_г, - согласно проектной документации узла измерений.

7.2. Результирующую дополнительную погрешность  Δ_Т определяют следующим образом:

- при размещении термоприемника перед ПР погрешность Δ_Т принимают равной большей из погрешностей ΔТ_х и ΔТ_Т,:

- при размещении термоприемника после ПР результирующую дополнительную погрешность Δ_Т определяют по формуле:

Взаимосвязь температур и погрешностей, используемых в рекомендациях, иллюстрируется на рисунке 1.

Т_в - температура окружающего воздуха; Т_р - температура, регистрируемая преобразователем температуры; Т_гп - температура среды в месте размещения первичного преобразователя расхода; Т_т - температура среды в месте размещения термоприемника; ΔТ_т - погрешность, обусловленная теплообменом термоприемника; ΔТ_х - погрешность, обусловленная теплообменом стенки ИТ

Рисунок 1. Изменение температуры среды вдоль трубопровода при Т_в < Т_гт, х_т < 0

7.3. Проводят расчеты результирующей относительной дополнительной погрешности измерений температуры, обусловленной разностью температуры среды и окружающего воздуха δ_Т в отсутствии теплоизоляции.

Проверяют выполнение условия (4.1). Если условие выполняется, то изоляция УНВ не требуется.

В противном случае проверяют выполнение условия

где  - предел допускаемой относительной дополнительной погрешности измерений температуры, обусловленной разностью температуры среды и окружающего воздуха [см. формулы (4.2) и (4.3)], %.

Если условие (7.2) выполняется, то теплоизолируют только термоприемник. Теплоизоляция термоприемника производится согласно разделу 8.

Если условие (7.2) не выполняется, то необходима теплоизоляция УНВ, включая термоприемник. Необходимую минимальную толщину теплоизоляции следует определять согласно 7.4. УНВ теплоизолируют в соответствии с требованиями раздела 8.

7.4. Расчет толщины слоя теплоизоляции рекомендуется проводить путем последовательного дискретного увеличения толщины слоя с шагом 1 мм и расчета соответствующей ей погрешности δ_Т.

При этом наружный диаметр D_н определяют по формуле

где i - номер очередного шага увеличения толщины слоя изоляции и вычисления погрешности δ_Т.

После каждого шага вычисления погрешности δ_Т проверяют выполнение условия (4.1). Вычисления заканчивают при выполнении условия (4.1). Минимальную необходимую толщину слоя теплоизоляции (σ_min) определяют по формуле

где N - номер шага, при котором начинает выполняться условие (4.1).

При выборе толщины теплоизоляции должно быть выполнено требование

8. Требования к оснащению измерительных трубопроводов тепловой изоляцией

8.1. Материалы и конструкция теплоизоляции должны удовлетворять требованиям СНиП 41-03 (разделы 4 и 5) [14].

8.2. Совместно с прямолинейными участками ИТ теплоизолируют фланцевые соединения, люки, расположенные на УНВ, и выступающую часть термоприемника.

Тепловая изоляция элементов, к которым систематически требуется доступ, должна быть съемной.

Пример теплоизоляционной конструкции УНВ представлен на рисунке 2, а термоприемника на рисунке 3.

Рисунок 2. Пример теплоизоляционной конструкции УНВ

Рисунок 3. Пример теплоизоляционной конструкции термоприемника

8.3. Рабочую документацию тепловой изоляции выполняют в соответствии с ГОСТ 21.405.

8.4. Нанесение изоляционных покрытий, контроль качества работ, транспортировку и хранение изоляционных материалов и изолированных труб выполняют в соответствии с требованиями ВСН 008-88 [15].

8.5. При подготовке и выполнении работ с тепловой изоляцией должны выполняться требования СНиП 12-04-2002 [16] по обеспечению безопасности работ.

9. Расчет результирующей относительной дополнительной погрешности измерений температуры среды при размещении термоприемника после стандартной диафрагмы

9.1. Основные положения

Алгоритм расчета применим как в отсутствие, так и при наличии теплоизоляции. При отсутствии теплоизоляции значение δ_Т принимают равной нулю.

Конечным результатом выполнения расчета является определение относительной дополнительной погрешности измерений температуры среды δ_Т при размещении термоприемника после стандартной диафрагмы.

Для проведения расчетов, как показано на рисунке 3, область УНВ условно поделена на три участка:

- «0» - между сечениями 0-0 и 1-1 с возвратными течениями до диафрагмы;

- «1» - между сечениями 1-1 и 2-2 с возвратными течениями после диафрагмы;

- «2» - между сечениями 2-2 и 3-3 с развитым турбулентным течением.

Рисунок 3. Распределение температуры в УНВ при измерении расхода среды с помощью стандартной диафрагмы в случае Т_в < Т_гт, х_т < 0

На каждом из участков применяются различные зависимости для расчета коэффициента теплоотдачи α^*_н .

Для удобства изложения алгоритма для температуры среды в месте расположения ПР наряду с Т_гп применено обозначение Т_г0, а для температуры среды в месте расположения термоприемника наряду с Т_гт - обозначение Т_г3.

9.2. Формулы для расчета погрешности, обусловленной теплообменом стенки измерительного трубопровода

9.2.1. Абсолютную погрешность, обусловленную теплообменом стенки ИТ с воздухом определяют по формуле:

где ΔT_xi - абсолютная погрешность, обусловленная теплообменом стенки ИТ с воздухом на i-м участке.

Связь погрешности ΔT_xi с температурами среды на границах i-го участка выражается формулой

где ΔT_xi - температура среды в сечении j-j (j = 0, 1, 2, 3).

9.2.2. Формулы, применяемые на участках «0» и «1»

Погрешность ΔT_xi определяется в итерационном процессе по формуле

где W_i - поток тепла, выделяемого по всей длине i-го участка (i = 0, 1);

и_гi - скорость потока среды в сечении j-j (j = 0, 1, 2).

Скорость и_гj вычисляют по формуле

где ρ_гj - плотность среды в сечении j-j:

d_j - одно из следующих значений диаметра: d₀ = d₂ = D, d₁ = d.

Плотность среды  в сечении j-j рассчитывают по формулам:

 

 

Тепловой поток между средой и воздухом на i-м участке определяют по формуле

где  - средняя линейная плотность теплового потока среды в сечении j-j:

l_i - длина i-го участка.

Длину участка «0» l₀ принимают равной 0,01 D.

Длину участка «1» определяют в соответствии с МИ 3130-2008 [1] по формуле

Среднюю линейную плотность теплового потока между среды и воздухом на i-м участке вычисляют по формуле

где K_i - коэффициент теплопередачи на i-м участке.

 - средняя температура среды на i-м участке.

Температура среды , на i-м участке вычисляют по формуле

Коэффициент теплопередачи на участках определяют по формуле

где - - коэффициент теплоотдачи, определяющий теплообмен между внутренней поверхностью ИТ и среды на i-м участке с учетом интенсификации теплообмена, вызванной искажением кинематической структуры потока в ПР;

 - коэффициент теплоотдачи, определяющий теплообмен между наружной поверхностью ИТ и воздухом на i-м участке, рассчитываемый (см. 6.2.5) при температуре .

При расчете коэффициента теплоотдачи  его составляющие  и  [см. формулы (6.6) и (6.7)] определяют при температуре  с учетом условий, указанных в таблице 5.

Температуру  ( наружной поверхности i-то участка, уточняют на каждом шаге итерационного процесса по формуле

На i-м участке коэффициент теплоотдачи  находят в соответствии с МИ 3130-2008 [1] по формуле

где число Рейнольдса определяют по формуле

9.2.3. Формулы, применяемые на участке «2»

Абсолютную погрешность, обусловленную теплообменом стенки ИТ с воздухом на участке «2» определяют по формуле

где  число Шухова, рассчитываемое по длине участка (l₂).

Коэффициент теплопередачи K на участке «2» вычисляют по формуле (6.3), руководствуясь следующими положениями:

а) коэффициент теплоотдачи на участке α^*_вн определяют по формулам (6.4) и (6.5) при коэффициенте интенсификации η = η₂, где η₂ рассчитывают в соответствии с МИ 3130-2008 [1] по формуле

где l₂ = х_т, - l₁, - l₀ - длина участка.

б) коэффициенты α_нi, α_нкi и α_ниi определяют по формулам (6.6) - (6.16) при температуре Т_н с учетом условий указанных в таблице 5. Температуру наружной поверхности Т_н, уточняют на каждом шаге итерационного процесса по формуле (6.18).

Приложение А
(рекомендуемое)

Коэффициенты теплового излучения

В таблице А приведены коэффициенты теплового излучения ряда материалов.

Таблица А

Приложение Б
(справочное)

Блок-схема алгоритма расчета результирующей дополнительной погрешности и толщины теплоизоляции

Б.1. Комментарии к схеме алгоритма

Б.1.1. При описании алгоритма применены следующие сокращения:

ТУ - Тип узла;

РИТ - Размещение ИТ;

ПИТ - Положение ИТ;

КРИТ - Способ крепления ИТ;

ТПР - Тип ПР;

УТП - Установка термоприемника.

Б.1.2. В алгоритме применяются следующие исходные параметры конфигурации узла измерения, которые указывают на его тип и конструктивные особенности:

- Тип узла (ТУ):

1 - коммерческий;

2 - технологический.

- Размещение ИТ (РИТ):

1 - на воздухе;

2 - в помещении.

- Положение ИТ (ПИТ):

1 - горизонтальное;

2 - вертикальное.

- Способ крепления ИТ (КРИТ):

1 - без подвесок или опор;

2 - опоры;

3 - подвески.

- Тип ПР (ТПР):

1 - диафрагма;

2 - стандартное сопло;

3 - усредняющие напорные трубки;

4 - турбинный;

5 - ультразвуковой;

6 - вихревой;

7 - ротационный;

8 - сопло ИСА 1932;

9 - эллипсное сопло;

10 - сопло Вентури;

11 - труба Вентури.

- Установка термоприемника (УТП):

1 - перед ПР;

2 - за ПР.

Присвоение значений параметров конфигурации рекомендуется проводить из раскрывающихся списков.

Кроме исходных параметров, при расчете определяется условный параметр наличия влаги на наружной поверхности трубопровода (НВП). Этот параметр указывает на состояние наружной поверхности трубопровода на УНВ и определяет необходимость учета влаги по формуле (6.7). Параметр определяется из таблицы 5 и может принимать значения:

0 - сухая поверхность трубопровода;

1 - влажная поверхность трубопровода.

Б.1.3. Полный перечень исходных данных, используемых при проведении расчетов, с примером присвоения вводимым параметрам конкретных значений приведен в Приложении В.

Б.1.4. При описании блок-схемы алгоритма приведены ссылки:

- на пункты рекомендаций - в круглых скобках, например, (6.2.6);

- на исходный параметр - в квадратных скобках, например, [3.1] - ссылка на строку с номером 3.1 таблицы В Приложения В;

- на формулы рекомендаций - в фигурных скобках, например, {6.2} - ссылка на формулу (6.2).

Б.2. Блок-схема

 

Приложение В
(справочное)

Пример исходных данных

Таблица В

Пример ввода значений исходных параметров

Библиография

СОДЕРЖАНИЕ