Przepływomierz wirowy Prowirl 200
Janusz Zajączkowski
Dokładność obliczeń cieplnych pary przy pomiarach strumienia objętości na przykładzie przepływomierza wirowego Prowirl 200
W instalacjach technologicznych wykorzystujących parę jako nośnik ciepła dokładne wyliczenie ilości pary oraz ciepła zawartego w parze wymaga znajomości rzeczywistych parametrów pary w takim stanie termodynamicznym, w jakim para ta znajduje się w określonym punkcie instalacji cieplnej w danym momencie. Są to w szczególności: strumień objętości, ciśnienie i temperatura. Pożądana jest też wiedza na temat stopnia suchości pary. Miejscami przysparzającymi najwięcej trudności w określeniu stanu przegrzania pary są punkty pomiarowe znajdujące się za zaworami dławiącymi w stacjach redukcyjnych.
Wszystkie powszechnie używane metody pomiaru przepływu pary jako nośnika ciepła są pomiarami strumienia objętości. Tak dzieje się zarówno podczas pomiaru za pomocą podstawowej do niedawna techniki wyznaczania różnicy ciśnień na elemencie spiętrzającym (zwężka pomiarowa, rurka Pitota), jak również w coraz częściej stosowanych przepływomierzach wirowych. Mierzą one liniową prędkość przepływu, wykorzystując efekt tzw. ścieżki wirowej von Kármána, tworzącej się za przegrodą umieszczoną w strudze płynu o przepływie turbulentnym. Właśnie od angielskiej nazwy ścieżki wirowej – von Kármán vortex street – nazywane są one często przepływomierzami typu „Vortex”.
Ze względu na swoją liniowość i bardzo wysoką dynamikę zakresowości, wynoszącą przy dobrze dobranym przyrządzie 1:60 i więcej, przepływomierze wirowe systematycznie wypierają pomiary zwężkowe współpracujące z przetwornikami różnicy ciśnień. Pomiary przepływu pary metodą różnicy ciśnień pozostały w powszechnym użyciu tylko w punktach pomiarowych, w których obciążenia cieplne przekraczają możliwości przepływomierzy wirowych, to jest dla ciśnień przekraczających specyfikację PN250, temperatury powyżej 400°C, a także tam, gdzie pomiary są wykonywane na rurociągach o średnicach przekraczających 300 mm. Nawet w takich przypadkach należy jednak mieć na uwadze, że dynamika zakresowości pomiaru z wykorzystaniem elementu spiętrzającego jest niska i przy zastosowaniu pojedynczego przetwornika różnicy ciśnień wynosi zaledwie 1:3.
Prowirl 200 z układem kompensacji ciśnieniowej
Ponadto nawet najdokładniejszy pomiar strumienia objętości nie wyczerpuje zadania dostarczenia danych do wyliczenia ilości pary, czyli mówiąc językiem termodynamiki – zliczania strumienia masy, ani do obliczeń ilości ciepła (czy to w postaci ciepła zawartego w parze, czy w formie różnicowej na wymiennikach ciepła). Konieczne jest więc uwzględnianie dodatkowych parametrów, które umożliwią wyliczenie gęstości oraz entalpii właściwej pary odpowiednio do stanu termodynamicznego pary w danym momencie i punkcie pomiarowym. Współczesne przepływomierze wirowe posiadają najczęściej możliwość wewnętrznej kompensacji temperaturowej za pomocą wbudowanych czujników temperatury. Przepływomierze wirowe Prowirl 200 mają wbudowany czujnik temperatury Pt1000, umożliwiający kompensację pary nasyconej w oprogramowaniu przetwornika. Dokładność pomiaru temperatury pary wynosi w takim wypadku ±1K.
Podsumowując, dla dokładnych obliczeń cieplnych przy bilansowaniu dużych przepływów pary kompensacja zarówno od ciśnienia, jak i od temperatury daje wymierne korzyści ekonomiczne. Oszczędności w skali rocznej przekraczają wartość pełnego opomiarowania danego punktu pomiarowego. W podanym przykładzie czas zwrotu inwestycji wyniósłby około 6 miesięcy. Przepływomierz Endress+Hauser Prowirl 200 umożliwia przeprowadzenie pełnej kompensacji strumienia objętości pary zarówno za pomocą zintegrowanych czujników temperatury i ciśnienia, jak też umożliwia podłączenie zewnętrznego przetwornika ciśnienia, jeśli wymagany jest przyrząd klasy 0,1% lub lepszej. Wyznaczanie przez przepływomierz Prowirl 200 stopnia suchości pary pozwala na dokładniejsze obliczenie jej parametrów cieplnych. Wykrywanie i oznaczanie wilgotności pary zwiększa również poziom bezpieczeństwa pracy instalacji cieplnej dzięki zapobieganiu uderzeniom hydraulicznym. Oprogramowanie narzędziowe Applicator pozwala na dokładną ocenę stanu termodynamicznego pary w dowolnym stanie przegrzania.
Autor: Janusz Zajączkowski – Menedżer branży energetycznej, Endress+Hauser Polska sp. z o.o.
Endress+Hauser Polska sp. z o.o.
ul. Wołowska 11
51-116 Wrocław
tel. 71 773 00 00
fax 71 773 00 60
e-mail: info.pl@endress.com
www.pl.endress.com
