1.1.
Основной целью разработки «Рекомендаций по расчету и применению специальных
сужающих устройств для измерения расхода мазута на ТЭС» (далее - Рекомендации) является
создание документа, позволяющего персоналу метрологических служб оперативно
производить расчет специальных сужающих устройств (ССУ) по исходным данным,
полученным от технологических подразделений, а также их изготовление и поверку
(калибровку) в условиях ТЭС.
1.2 Настоящие Рекомендации распространяются на методики
выполнения измерений расхода мазута с применением ССУ.
1.3 Рекомендации содержат примеры расчетов ССУ, пересчет
плотности и вязкости мазута от одной температуры к другой, формы выпускного
аттестата и акта ревизии (установки) ССУ, а также рабочие чертежи расходомерных
узлов на низкое и высокое давление мазута.
1.4
Рекомендации предназначены для применения:
-
персоналом ТЭС при организации внедрения МВИ расхода мазута с применением ССУ;
- персоналом проектных организаций при проектировании схем
контроля и управления вновь строящихся и реконструируемых ТЭС.
2.1
В соответствии с РД 50.411-83 [5] к ССУ
относятся:
-
диафрагмы с коническим входом;
-
сопла «четверть круга»;
- цилиндрические сопла;
-
двойные диафрагмы;
-
сегментные диафрагмы;
-
износоустойчивые диафрагмы.
2.2
В процессе выполнения расчета ССУ определяются геометрические характеристики,
производится проверка правильности выполнения расчетов и определяется
погрешность измерения расхода мазута.
2.3
Геометрические характеристики ССУ, кольцевых камер, разделительных сосудов и их
установка должны обеспечиваться в соответствии с требованиями РД 50.411-83 [5], ГОСТ
8.563.1-97 [1], ГОСТ
8.563.2-97 [2] и ТУ
25.7439.0018-90.
2.4
Примеры расчета ССУ, выполненные в соответствии с РД 50.411-83 [5],
приведены в приложениях А - Е.
2.5
В приложениях Ж и И приведены рабочие чертежи ССУ с
угловым способом отбора перепада давления, выполненные на основании расчетов
(см. приложения А, Е) для низкого и высокого давления
мазута.
2.5.1
Геометрические характеристики для каждого типа ССУ индивидуальны и порядок их
определения приведен в РД 50.411-83.
2.5.2
Геометрические характеристики кольцевых камер определяются по ГОСТ
8.563.1.
2.5.3
Выбор фланцевых соединений производится по ГОСТ
12820 в зависимости от параметров мазута. Материал фланцев выбирается по ГОСТ
1050.
2.5.4
Измерительные трубопроводы (патрубки) выбираются по ГОСТ 8732.
Материал трубопровода выбирается по ГОСТ
8731.
2.5.5
Крепежные детали - стандартные.
2.6
Проверка правильности выполнения расчета ССУ определяется с допускаемым
отклонением ±0,2 % верхнего предела измерения расхода.
2.7
Норма погрешности измерений расхода мазута установлена РД
34.11.321-96 [7]. В случае, если
погрешность расходомерного устройства превышает нормы погрешности измерений, должна
быть проведена реконструкция расходомерного устройства путем: применения других
типов ССУ, применения СИ более высокого класса точности, совмещения обоих
способов, указанных выше.
2.8
Условные обозначения и расчетные формулы в Рекомендациях соответствуют РД 50.411-83, за исключением расчета поправочных коэффициентов Кт и Ко на
изменения диаметров ИТ и ССУ, вызванные отклонением температуры мазута от
нормальной. Расчеты Кт и К0 выполнены по ГОСТ
8.563.1-97.
2.9
Измерения температуры и давления мазута должны выполняться в соответствии с
требованиями РД 50.411-83, ГОСТ
8.563.1-97 и соответствующих МВИ.
2.10 Плотность и вязкость мазута должны быть определены в
соответствии с требованиями ГОСТ 3900-85 [3], ГОСТ
33-82 [4] и РД
34.09.114-92 [14]. Примеры
пересчета плотности и вязкости мазута от одной температуры к другой приведены в
приложениях К и Л.
2.11 Форма выпускного аттестата (диафрагма с коническим входом)
приведена в приложении М.
2.12
Измерение геометрических характеристик ИТ и ССУ, монтажные и демонтажные работы, составление акта ревизии производятся
подразделением, эксплуатирующим данное оборудование, совместно с
представителями метрологической службы энергопредприятия. Форма акта ревизии
(установки) ССУ приведена в приложении Н.
2.13 Поверка (калибровка) ССУ и проверка ИТ производятся в
соответствии с требованиями РД 50.411-83, ГОСТ
8.563.1-97.
3.1
Расчет СКО погрешности измерения расхода мазута (σ)
без учета внешних влияющих факторов (ВВФ) (температура окружающей среды,
напряжение питания СИ и др.) проводят по формуле (5.2) [5]. Примеры расчета приведены в приложениях А, В - Е.
3.2
Расчет СКО погрешности измерения расхода мазута с учетом ВВФ в условиях
эксплуатации проводят по формуле
(1)
где σα -
средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расхода, %, по п. 5.2.1 [5];
σε - средняя квадратическая
относительная погрешность на расширение измеряемой среды; σε = 0
для мазута;
-
первая производная функции α = f(m),
приложение 1 [5];
σd20 - средняя квадратическая относительная погрешность
определения диаметра отверстия сужающего устройства, %, по п. 6.1.5 [5];
σD20 -
средняя квадратическая относительная погрешность определения диаметра
трубопровода, %, по п. 6.1.5 [5];
σρ -
средняя квадратическая относительная погрешность определения плотности, %, по
п. 5.2.5 [5];
-
средняя квадратическая относительная погрешность измерения перепада давления на
ССУ, %, по п. 3.3 [5];
σоп -
средняя квадратическая относительная погрешность оператора при
планиметрировании диаграмм, 1,1 % [9];
σpc - средняя квадратическая относительная погрешность, вносимая
разделительными сосудами, % [8];
(для датчиков типа ДМ σpc = 0,014 %, для датчиков типа САПФИР σpc = 0
%, следовательно принимаем σpc =
0);
-
сумма квадратов средних квадратических относительных дополнительных
погрешностей измерений, вызванных изменением влияющих величин (температуры,
напряжения питания и др.), % [6].
Пример расчета с учетом дополнительных погрешностей приведен в приложении Б.
3.3
Средняя квадратическая относительная погрешность измерения перепада
давления на ССУ исходя из п. 5.2.3 (формула 5.13) [5]:
(2)
где δПИП, δБКИ, δРП - класс точности составляющих (первичный измерительный
преобразователь, блок корнеизвлечения, регистрирующий прибор) комплекта
расходомерного устройства, %;
-
длина прямого участка трубопровода до СУ (одно колено) - 5,2 м;
-
длина прямого участка трубопровода после СУ (одно колено) - 3,9 м.
2. Определить
геометрические характеристики диафрагмы с коническим входом и среднюю
квадратическую относительную погрешность измерения массового расхода.
Расчет
приведен в таблице А.1. В графе 2
таблицы указаны номера пунктов, формул, таблиц, приложений по РД 50-411-83 [5].
Обозначенные * соответствуют ГОСТ
8.563.1(2)-97, настоящим Рекомендациям и другим НД. Некоторые пояснения к
расчету приведены в приложении П
Рекомендаций.
Рабочие
чертежи специального сужающего устройства, выполненные в соответствии с
расчетом, РД 50-411-83, ГОСТ
8.563.1(2)-97 и другими НД, приведены в приложении Ж Рекомендаций.
-
плотность при t = 20 °С ρ20 =
0,945 г/см3 = 945 кг/м3.
Плотность
измеряется пикнометром ПЖ2, воспроизводимость результатов испытаний по ГОСТ 3900-85 [3] не превышает 0,0024 г/см3;
-
кинематическая вязкость при t = 80 °С v80 = 97 мм2/с =
9,7 · 10-5 м2/с.
Вязкость
измеряется вискозиметром Гепплера, погрешность измерения не превышает 0,5 %;
-
материал СУ - сталь 12X18Н9Т;
-
материал трубопровода - сталь 20;
-
длина прямого участка трубопровода до СУ (одно колено) - 1,6 м;
-
длина прямого участка трубопровода после СУ (одно колено) - 1,0 м;
-
температура окружающего воздуха t =
35 °С;
-
напряжение питания сети V = 231 В.
2.
Определить геометрические характеристики сопла «четверть круга» и среднюю квадратическую относительную погрешность измерения массового
расхода. Расчет приведен в таблице Б.1.
В графе 2 таблицы Б.1 указаны
номера пунктов, формул, таблиц, приложений по РД 50-411-83 [5].
Обозначенные * соответствуют ГОСТ
8.563.1(2)-97 [1], [2], настоящим Рекомендациям и другим
НД. Некоторые пояснения к расчету приведены в приложении П Рекомендаций.
-
плотность при t =
20 °С ρ20 =
0,955 г/см3 = 955 кг/м3.
Плотность
измеряется пикнометром ПЖ2, воспроизводимость результатов испытаний по ГОСТ 3900-85 [3] не превышает 0,0024 г/см3;
-
кинематическая вязкость при t =
80 °С v80 = 140 мм2/с = 1,4 · 10-4 м2/с.
Вязкость
измеряется вискозиметром Гепплера, погрешность измерения не превышает 0,5 %;
-
материал СУ - сталь 12X18Н9Т;
-
материал трубопровода - сталь 20;
-
длина прямого участка трубопровода до СУ (тройник) - 1,5 м;
-
длина прямого участка трубопровода после СУ (одно колено) - 1,0 м.
2.
Определить геометрические характеристики цилиндрического сопла и среднюю
квадратическую относительную погрешность измерения массового расхода. Расчет
приведен в таблице В.1. В графе 2
таблицы В.1 указаны номера
пунктов, формул, таблиц, приложений по РД 50-411-83 [5]. Обозначенные * соответствуют ГОСТ
8.563.1(2)-97 [1], [2], настоящим Рекомендациям идругим
НД. Некоторые пояснения к расчету приведены в приложении П Рекомендаций.
-
перепад давления Δр = 0,63 кгс/см2 = 61781,89 Па;
-
плотность при t = 20
°С ρ20 =
0,940 г/см3 = 940 кг/м3.
Плотность
измеряется пикнометром ПЖ2, воспроизводимость результатов испытаний по ГОСТ 3900-85 [3] не превышает 0,0024 г/см3;
-
кинематическая вязкость при t =
80 °С v80 =
103 мм2/с =
1,030 · 10-4м2/с.
Вязкость
измеряется вискозиметром Гепплера, погрешность измерения не превышает 0,5 %;
-
материал СУ - сталь 12Х18Н9Т;
-
материал трубопровода - сталь 20;
-
длина прямого участка трубопровода до СУ (одно колено) - 2,5 м;
-
длина прямого участка трубопровода после СУ (одно колено) - 1,0 м.
2.
Определить геометрические характеристики двойной диафрагмы и среднюю
квадратическую относительную погрешность измерения массового расхода. Расчет
приведен в таблице Г.1. В графе 2
таблицы Г.1 указаны номера
пунктов, формул, таблиц, приложений по РД 50-411-83 [5]. Обозначенные * соответствуют ГОСТ
8.563.1(2)-97 [1], [2], настоящим Рекомендациям и другим
НД. Некоторые пояснения к расчету приведены в приложении П Рекомендаций.
-
перепад давления ΔР = 1,6 кгс/см2 = 156906,4
Па;
-
плотность при t =
20 °С ρ20 =
0,997 г/см3 = 997 кг/м3.
Плотность
измеряется пикнометром ПЖ2, воспроизводимость результатов испытаний по ГОСТ 3900-85 [3] не превышает 0,0024 г/см3;
-
кинематическая вязкость при t =
80 °С v80 = 87 мм2/с = 8,7 · 10-5 м2/с.
Вязкость
измеряется вискозиметром Гепплера, погрешность измерения не превышает 0,5 %;
-
материал СУ - сталь 20;
-
материал трубопровода - сталь 20;
-
длина прямого участка трубопровода до СУ (одно колено) - 4 м;
-
длина прямого участка трубопровода после СУ (одно колено) - 3 м.
2.
Определить геометрические характеристики сегментной диафрагмы и среднюю
квадратическую относительную погрешность измерения массового расхода. Расчет
приведен в таблице Д.1. В графе 2
таблицы Д.1 указаны номера
пунктов, формул, таблиц, приложений по РД 50-411-83 [5]. Обозначенные *
соответствуют ГОСТ
8.563.1(2)-97 [1], [2], настоящим Рекомендациям и другим
НД. Некоторые пояснения к расчету приведены в приложении П Рекомендаций.
Выбор типа и разновидности дифференциального манометра
6. Тип и разновидность дифференциального манометра
П. 9.2.3
Преобразователь измерительный «Сапфир»
Класс точности 0,5
Вторичный прибор КСУ-4
Класс точности 0,5; погрешность записи ±0,5 %; погрешность хода
диаграммы ±0,5 %
Блок питания и корнеизвлечения БПК-40
Погрешность ±0,25 %
7. Тип и разновидность термометра
Термопреобразователь сопротивления ТСМУ-055 с
пределом измерения от 0 до 150 °С с унифицированным выходным сигналом от 0 до
5 mА
Погрешность ±0,5 %
Вторичный прибор КСУ-4 с пределом измерения от 0 до 150 °С
Класс точности 0,5; погрешность записи ±0,5 %
8. Тип и разновидность:
Преобразователь измерительный «Сапфир-22ДИ» с пределом измерений
40 кгс/см2
Класс точности 0,5
манометра
Вторичный прибор КСУ-4
Класс точности 0,5; погрешность записи ±0,5 %
барометра
Примечание - Для измерения и регистрации расхода, температуры и давления
мазута возможно применение одного вторичного прибора КСУ-4 на три
точки измерения и регистрации с линейной 100
%-ной шкалой
МД-49-А, диапазон измерений от 610 до 790 мм рт. ст.
Максимальная абсолютная погрешность 1 мм
рт. ст. = 1,3595
· 10-3 кгс/см2
-
длина прямого участка трубопровода до СУ (одно колено) - 2,0 м;
-
длина прямого участка трубопровода после СУ (одно колено) - 18,5 м.
2.
Определить геометрические характеристики износоустойчивой диафрагмы и среднюю
квадратическую относительную погрешность измерения массового расхода. Расчет
приведен в таблице Е.1. В графе 2
таблицы Е.1 указаны номера
пунктов, формул, таблиц, приложений по РД 50-411-83 [5]. Обозначенные *
соответствуют ГОСТ
8.563.1(2)-97 [1], [2], настоящим Рекомендациям и другим
НД. Некоторые пояснения к расчету приведены в приложении П Рекомендаций.
Рабочие
чертежи износоустойчивой диафрагмы, выполненные в соответствии с расчетом, РД
50-411-83, ГОСТ
8.563.1(2)-97 и другими НД, приведены в приложении И Рекомендаций.
Для
пересчета плотности жидких нефтепродуктов от одной температуры к другой следует
пользоваться формулой Д.И. Менделеева
где - относительная
плотность при температуре t1;
-
относительная плотность при температуре t2;
γ
- средняя температурная поправка на 1 °С при температуре tн и относительной плотности .
Значения
температурных поправок представлены в таблице К.1.
Формула
обеспечивает высокую точность, если разница (t1 - t2) нe более 30 °С. Более высокая точность обеспечивается при (t1 - t2) не
более 10 °С. В других случаях интервал температур следует разбить на более
мелкие (каждые из которых не более 30 °С). Далее в соответствии с формулой
следует определять ступенчато до заданной температуры новые значения ρ и γ для нахождения искомой плотности .
Пример
пересчета плотности мазута от одной температуры к другой
Следовательно,
плотность мазута при t2 =
100
°С ρ100 =
0,9191 г/см3.
Для
быстрого, но менее точного пересчета плотности мазута от одной температуры к другой
можно пользоваться графиком (рисунок К.1).
На
оси у откладывают известное значение относительной плотности ρн20 (точка А). Из полученной точки проводят линию, параллельную
близлежащей наклонной прямой.
На
оси х из точки, соответствующей рабочей температуре, восстанавливают
перпендикуляр до пересечения с линией, соответствующей ρн20
(точка В). Из полученной точки проводят прямую до пересечения с осью у и
в точке пересечения находят искомую относительную плотность ρнt2
(точка С).
Рисунок
K.1 - Номограмма зависимости различной плотности мазута от
температуры
Изменение
вязкости мазута марок М40, M100 в
зависимости от изменения температуры приведено на номограмме (рисунок Л.1). Линии, характеризующие в этой
координатной сетке изменение вязкости от температуры для указанных марок
топочных мазутов, являются прямыми, имеют почти одинаковый наклон и в первом
приближении их можно считать параллельными.
Для
пересчета вязкости мазута от одной температуры к другой по номограмме находят
точку, соответствующую известному значению вязкости мазута при определенной
температуре t1
(точка А). Из полученной точки проводят прямую линию, параллельную оси х.
На
оси х из точки, соответствующей температуре t1,
восстанавливают перпендикуляр до пересечения с данной линией (точка В). Через
полученную точку проводят прямую, параллельную близлежащей наклонной прямой.
На
оси х из точки, соответствующей рабочей температуре t2,
восстанавливают перпендикуляр до пересечения с наклонной прямой (точка С).
Из
полученной точки проводят прямую линию до пересечения с осью у и в точке
пересечения находят искомую вязкость (точка Д).
Для
получения строгой зависимости вязкости от температуры для любой конкретной
марки мазута необходимо определить его вязкость при любых двух значениях
температуры, нанести эти точки на номограмму и соединить их прямой линией.
Промежуточные
значения на шкале кинематической вязкости v (м2/с)
для заданной условной вязкости можно определить по формуле
При использовании
мазута малой вязкости число 0,0631 следует уменьшить до 0,050 при 2°УВ, до
0,0540 при 1,8°УВ, до 0,0570 при 1,6°УВ, до 0,0595 при 1,4°УВ и до 0,0620 при
1,15°УВ (Машиностроение. Энциклопедический справочник - М.: 1947).
Пример
пересчета вязкости мазута от одной температуры к другой
Исходные
данные:
-
мазут марки M100;
-
кинематическая вязкость мазута при t1 = 80 °С
v80 =
90 мм2/с = 9,0 · 10-5
мм2/с.
Определить
кинематическую вязкость мазута при температуре t2 = 120 °С.
Для v80 =
90 мм2/с и
t1 =
80 °С на рисунке Л.1 находят точку
пересечения, проводят через нее прямую, параллельную оси х. На оси х
из точки, соответствующей t1 = 80 °С, восстанавливают перпендикуляр до пересечения с
указанной линией и через полученную точку проводят прямую, параллельную
наклонной прямой. Из точки, соответствующей t2 = 120 °С, восстанавливают перпендикуляр до пересечения с
наклонной прямой и из полученной точки проводят прямую, параллельную оси х,
до пересечения с осью у. Находят искомую вязкость v120 = 19,7 мм2/с =
1,97 · 10-5 мм2/с.
1 - мазут М40; 2 -
мазут М100
Рисунок
Л.1 - Номограмма зависимости вязкости мазута от температуры
П.1
Давление насыщенного пара рнп - по
формуле (1.5) РД 50-411-83 [5].
Зависит
от температуры измеряемой среды и определяется в соответствии с ГОСТ
8.563.1-97;
П.2
Плотность жидкости ρt и
значение максимальной абсолютной погрешности измерений плотности Δρ¢t при температуре 20 °С - по формуле (5.20) РД 50-411-83.
Δρ¢t
равно половине единицы разряда последней значащей цифры ρt.
Если известна воспроизводимость результатов измерений ρ по ГОСТ 3900-85,
то принимаются исходные данные.
П.3 Максимальная
абсолютная погрешность измерений температуры мазута Δt - по формуле (5.20) РД 50-411-83.
Зависит
от погрешности записи регистрирующего прибора и термопреобразователя
сопротивления и равна
П.4
Класс точности дифференциального манометра (комплекта расходомера) SQ - по формулам (5.11); (5.12); (5.13) РД 50-411-83.
Характеризуется
предельной относительной погрешностью комплекта в целом, первичного
измерительного преобразователя и регистрирующего измерительного прибора
П.5 Коэффициент, характеризующий изменение значения
кинематической вязкости v,
при выполнении расчетов в единицах СИ по формулам (4.11) и (4.12) РД 50-411-83
равен 9,80665.
Так
как при выполнении расчетов и определении вязкости мазута в рабочих условиях используются
номограммы и другие справочные данные, составленные в системах МКС МКГСС, то
при условии измерения динамической вязкости μ
(кгс · с/м2) кинематическая вязкость v = μ/ρ. При переводе в систему СИ v = μ · 9,80665/ρ,
отсюда μ = vρ/9,80665.
Следовательно,
для вычисления числа Рейнольдса при известном объемном расходе, подставляя
значения μ в формулу (4.11) РД 50-411-83,
число
Рейнольдса
а
при известном массовом расходе формула (4.12) РД 50-411-83 имеет вид
1. ГОСТ 8.563.1-97.
Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада
давления. Диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентури, установленные в
заполненных трубопроводах круглого сечения.
2. ГОСТ 8.563.2-97.
Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада
давления. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств.
3. ГОСТ 3900-85.
Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности.
4. ГОСТ 33-82.
Нефтепродукты. Методы определения кинематической и расчет динамической вязкости.
5. РД 50-411-83. Методические
указания. Расход жидкостей и газов. Методика выполнения измерений с помощью
специальных сужающих устройств.
6. РД
153-34.0-11.201-97. Методика определения обобщенных метрологических характеристик
измерительных каналов ИИС и АСУ ТП по метрологическим характеристикам
агрегатных средств измерений. - М.: СПО ОРГРЭС, 1999.
7. РД
34.11.321-96. Нормы погрешности измерений технологических параметров
тепловых электростанций и подстанций. - М.: Ротапринт
ВТИ, 1997.
8. РД
153-34.0-11.326-00. Методика выполнения измерений расхода мазута с применением
специальных сужающих устройств. - М.: СПО ОРГРЭС, 2001.
12.
Ляндо И.М. Эксплуатация мазутного хозяйства котельной промышленного
предприятия.
13.
Ляндо И.М. Сжигание топочного мазута и газа в промышленных котельных.
14. РД 34.09.114-92.
Методические указания по контролю качества твердого, жидкого и газообразного
топлива для расчета удельных расходов топлива на тепловых электростанциях. - М.: Ротапринт ВТИ, 1992.
15. РД
153-34.0-11.201-97. Методика определения обобщенных метрологических характеристик
измерительных каналов ИИС и АСУ ТП по метрологическим характеристикам агрегатных
средств измерений. - М.: СПО ОРГРЭС, 1999.