Спосіб оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача

Спосіб оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача, що включає визначення густини газу - r 0 при нормальних умовах і виміру параметрів, що характеризують роботу циклонного пиловловлювача, - тиску - Р вх , 3 40144 4 n - число циклонних елементів у циклонному пиловловлювачі; P0 і T0 - тиск і температура газу за нормальних умов відповідно, має мінімальне значення, що є оцінкою коефіцієнта гідравлічного опору - l . Передбачувана корисна модель належить до гідродинаміки та гідравліки і може бути використана для оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача, наприклад, на компресорних станціях магістральних газопроводів і на інших об'єктах. Відомий спосіб експериментального визначення гідравлічних характеристик ділянки гідромагістралі і пристрій для його здійснення [а. с. СРСР № 1827453. F 15D 1/02. F 17D 1/20. 1991. БИ № 26], що полягає у вимірі часу витікання рідини через трубопровід із судини з дренажною трубою, при цьому глибину занурення кінця дренажної труби в судині змінюють безупинно при витіканні рідини за вимірюваний проміжок часу. Даний спосіб експериментального визначення гідравлічних характеристик ділянки гідромагістралі так само, як і спосіб оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача, що заявляється, призначений для визначення гідравлічних характеристик відповідних об'єктів. Однак, відсутність виміру параметрів, що характеризують роботу гідравлічного об'єкта, і обчислення оцінки коефіцієнта гідравлічного опору не дозволяє використовувати відомий спосіб для контролю і керування роботою гідравлічного об'єкта. Відомий спосіб визначення коефіцієнта гідравлічного опору при живому перетині трубопроводу, що змінюється у процесі експлуатації (а. с. СРСР № 1784751. кл. F 15D 1/02. 1991. БИ № 48). що включає вимір витрати Q і питомих втрат напору І, при цьому в трубопроводі створюють турбулентний режим руху як в області λ=f(Re,Kr), так і в об що змінюється у процесі експлуатації так само, як і спосіб оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача, що заявляється, включає вимір витрати і перепаду тиску (втрати напору). Однак, відсутність вимірювання на вході циклонного пиловловлювача тиску, температури газу і визначення густини газу при нормальних умовах із встановленим періодом протягом заданого інтервалу часу, вибору з отриманих значень параметрів К наборів значень параметрів - тиску, температури, витрати газу на вході пиловловлювача і перепаду тиску на пиловловлювачі одного зрізу часу при значеннях вхідного тиску або витрати газу, що найбільше відрізняються один від одного, і визначення величини коефіцієнта гідравлічного опору, при якій цільова функція F(λ), має мінімальне значення, і яка є оцінкою коефіцієнта гідравлічного опору - λ, не дозволяє оперативно оцінювати коефіцієнт гідравлічного опору і звужує область використання відомого способу. Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб контролю гідравлічного стану магістрального трубопроводу (Патент України № 34697, кл. F 17D 5/00. Бюл. № 6. 2003), що включає виміри тиску і температури газу на вході і на виході контрольованої ділянки магістрального трубопроводу, визначення витрати газу на вході контрольованої ділянки магістрального трубопроводу і густини газу, обчислення теоретичного і фактичного коефіцієнтів гідравлічного опору трубопроводу і коефіцієнта гідравлічної ефективності кожної ділянки трубопроводу за формулах: λтеор=0,67(121,6·D·m/Q+6,0/D)0,2 λфакт=λтeopf 2gD/ZRTcpІQ2 ласті λ=f(Kr), визначають співвідношення Q I окремо для обох областей, потім знаходять витрату, для якої дотримується умова Q3 Q1 Q 2 2 = + I3 I1 I2 , а гідравлічний опір в області λ=f(Kr) визначають зі співвідношення 2 æ ö ç 1 - I1 Q1 ÷ ç I 3 Q3 ÷ ø = 0,25 è l æ I ö lg2 ç 3 - 1÷ ç I2 ÷ è ø , де Кr - відносна еквівалентна шорсткість трубопроводу; Re - число Рейнольда; I 1 - питомі втрати напору в області λ=f(Kr) при витраті Q1; I 2, I 3 - питомі втрати напору в області λ=f(Re,Kr) при витраті Q2 i Q3 відповідно. Даний спосіб визначення коефіцієнта гідравлічного опору при живому перетині трубопроводу, E ф = l теор / l факт де λтеор - теоретичний коефіцієнт гідравлічного опору трубопроводу; λфакт - фактичний коефіцієнт гідравлічного опору трубопроводу; Еф - коефіцієнт гідравлічної ефективності трубопроводу; m=0,166+0,322·10 -3Тср+1,75·10-7·Рср - динамічна в'язкість газу: Рср - середнє значення тиску на ділянці магістрального трубопроводу: Тср - середнє значення температури на ділянці магістрального трубопроводу; D - діаметр трубопроводу на контрольованій ділянці; Q - витрата газу на вході ділянки магістрального трубопроводу; f - площа поперечного перерізу труби: g- прискорення вільного падіння: І - довжина контрольованої ділянки магістрального трубопроводу: R - газова постійна; 5 40144 Z=Тпр3+Рпр(0,04Рпр+0,41-0,61Тпр2)/Тпр3 - коефіцієнт стисливості газу; Рпр і Тпр - приведені значення тиску і температури газу відповідно, при цьому кожний з розрахованих коефіцієнтів гідравлічної ефективності порівнюють зі встановленим для даної ділянки трубопроводу значенням і сигналізують про забруднення трубопроводу, якщо значення коефіцієнта гідравлічної ефективності хоча б однієї з ділянок менше встановленого для нього значення. Даний спосіб контролю гідравлічного стану магістрального трубопроводу так само, як і спосіб оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача, що заявляється, включає вимір тиску, температури і витрати газу на вході об'єкта, коефіцієнт гідравлічного опору якого оцінюється, і густини газу. Однак, відсутність виміру перепаду тиску на об'єкті, зокрема, на циклонному пиловловлювачі й обчислень по приведених формулах не дозволяє оперативно оцінювати значення коефіцієнта гідравлічного опору і звужує область використання відомого способу. В основу передбачуваної корисної моделі поставлена задача удосконалення способу оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача шляхом розширення області використання за рахунок оперативного оцінювання його значення в реальному масштабі часу. Поставлена задача вирішується тим, що у відомий спосіб оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача, що включає визначення густини газу - ρо при нормальних умовах і виміру параметрів, що характеризують роботу циклонного пиловловлювача, - тиску - Рвх, температури - Твх і витрати - q газу на вході пиловловлювача, згідно з корисною моделлю уведений вимір перепаду тиску - ΔР на пиловловлювачі також як параметр, що характеризує роботу пиловловлювача, виміри тиску - Рвх. температури Твх і витрати - q газу на вході циклонного пиловловлювача і перепаду тиску - ΔР на пиловловлювачі здійснюють із установленим періодом протягом заданого інтервалу часу виміру, з отриманих значень параметрів відбирають К наборів значень параметрів - тиску, температури, витрати газу на вході пиловловлювача і перепаду тиску на пиловловлювачі в одному зрізі часу при значеннях вхідного тиску або витрати газу, які найбільш відрізняються один від одного, і визначають величину коефіцієнта гідравлічного опору - λ, при якій цільоa b c F(l ) = + + d - el + f l2 2 l l l ва функція , K a= k =1 де å (A K b= å K B1k = 2 1k k =1 , å E æ ç = çE k =1 ç è ) å å k =1 A1k A 2k = 2 k k × sP и × Z и × Tвх вх k k и 2 Pвх × s q k å k =1 E , и и и DPk × Z и × Tвх Pвх ö вх k k k ÷ - 2E ÷ 2 sР ÷ qи × s Р k ø и DPk K К с =2 ( ) 2 qи k k =1 K - 2B1k B 2k и DPk × Zи × Т и вх вх ( ) и и DPk × Zи × Tвх вх k и Pвх × s 2 q k k × qи k sq , 6 å (A K d= 2 2k k =1 K k =1 , K K k =1 å( 2 C1k k =1 , рів; k ( ) 2 2 + D1k ( ) éæ 2 êç Pи × qи k êç вх k = и êç и k = 1 êç EZвх k DPвх s T è ë ) å K и Tвх 2 2 2 æ DР и ö ç ÷ вхk ÷ +ç s ç DР ÷ è ø æ Ти ö ç вхk ÷ ÷ +ç s ç Т ÷ è ø k и ç EZи DPвх sT s T вх k k =1 ç è , f = ë 2 æ и Р ö ÷ + ç вх k ç s ÷ ç Р qø è и k æ и и ç Pвх × qk å (C1k C2k + D1kD2k ) = 2å ç e= 2 K é q ) å êêæçç s êè + B 2 k + C 2k + D 2k = 2 2 2 + ö ÷ ÷ ÷ ø 2ù ú ú ú û ( ) и ö Tвх ÷ k ÷ EZи Т и s DP sD P ÷ ÷ вх k вх k ø и Pвх × qи k k 2 ( ) ö æ и и 2 ÷ ç Pвх × qk k ÷ +ç ÷ ç EZи Т и s DP ÷ ç вх k вх k ø è ö ÷ ÷ ÷ ÷ ø 2ù ú ú ú ú û k і К - номер виміру параметрів і кількість вимі р Тр DР p k - k-і розрахункові значен, Рвх , вх k , ня витрати, тиску і температури на вході пиловловлювача і перепаду тиску на пиловловлювачі відповідно; qp k и и и qи , Рвх k , Tвх k , DPk - k-і обмірювані значення k витрати, тиску і температури на вході пиловловлювача і перепаду тиску на пиловловлювачі відповідно; σq, σP, σT, σΔP - паспортні значення середньоквадратичного відхилення результатів виміру датчиків, що вимірюють значення витрати, тиску і температури на вході пиловловлювача і перепаду тиску на пиловловлювачі відповідно. ZBX - коефіцієнт стисливості газу на вході пиловловлювачів; 2gp 2R 4 n 2P0 r 0 T0 - відома числова величина; g - прискорення вільного падіння; R - радіус циклонного елемента пиловловлювача; n - число циклонних елементів у циклонному пиловловлювачі; Р0 і Т0 - тиск і температура газу за нормальних умов відповідно, має мінімальне значення, що є оцінкою коефіцієнта гідравлічного опору - λ. Введення виміру тиску - Рвх, температури - Твх і витрати - q газу на вході пиловловлювача і перепаду тиску - ΔР на пиловловлювачі з установленим періодом протягом заданого інтервалу часу виміру, відбору з отриманих значень параметрів К наборів значень параметрів - тиску, температури, витрати газу на вході пиловловлювача і перепаду тиску на пиловловлювачі в одному зрізі часу при значеннях вхідного тиску або витрати газу, що найбільше відрізняються один від одного, і визначення величини коефіцієнта гідравлічного опору λ, при якій цільова функція a b c 2 F(l ) = + + d - el + f l l2 l l має мінімальне E= значення і яка є оцінкою коефіцієнта гідравлічного опору - λ дозволяє оперативно оцінювати коефіцієнт гідравлічного опору і, за рахунок цього, розширити область використання запропонованого способу, наприклад, використовувати його при 7 40144 8 оперативному контролі і керуванні роботою пилоР0 і Т0 - тиск і температура газу за нормальних вловлювачів. умов відповідно. Пиловловлювачі призначені для очищення гаZвх - коефіцієнт стисливості газу на вході пизу, що надходить на компресорну станцію з магісловловлювачів, що визначається, наприклад, по трального газопроводу, на підземне сховище газу формулі Zвх=пр3+Рпр(0,04·Рпр+0,41-0,61·Тпр2)/Тпр3; та на інші об'єкти від різного роду механічних доРпр і Тпр - приведені значення тиску і темперамішок, води і конденсату. Для реалізації технологітури газ) відповідно; чного режиму роботи компресорної станції пило2gp 2R 4 n 2P0 вловлювачі повинні забезпечувати якісне E= r 0 T0 очищення газу, що, наприклад, перекачується - відома числова величина, компресорною станцією, при цьому обсяг газу мотому що відомі всі складові її величини. же змінюватися у встановлених межах. У ході ексВважаючи в кожному випадку відомими всі паплуатації змінюється гідравлічний опір циклонного раметри, крім тих. що розраховуються, отримаємо пиловловлювача, що веде до неточного визначеннаступні формули для визначення розрахункових ня робочих характеристик циклонного пиловловзначень параметрів: лювача і, відповідно, до погіршення якості контрои DPk × Zи × Т и лю і керування його роботою, і як наслідок до A вх k вхk 1 p qk = E = k погіршення якості очищення газу і зменшенню теи Рвх l l рміну експлуатації устаткування компресорної k , де станції. и и и Для оцінки коефіцієнта гідравлічного опору - λ DPk × Zвх × Твх k k = E Ak за обмірюваними значеннями параметрів - тиску Ри Рвх, температурі - Твх, витраті - q газу на вході пивхk , ловловлювача і перепаду тиску - ΔР на пиловлови и и DPk × Z вх × Tвх 1 B лювачі, що характеризують роботу циклонних пиk k k Рp = E = ловловлювачів, при відомому значенні густини вх k l l и 2 qk газу - ρ0 за нормальних умов складається цільова , де функція - F(λ), що залежить від коефіцієнта гідрави и и DPk × Z вх × Tвх лічного опору - λ. Мінімальне значення F(λ) відпоk k Bk = E відає оцінці коефіцієнта гідравлічного опору - λ. Як 2 qи k приклад складемо за методом максимальної пра, вдоподібності цільову функцію по К наборах зна2 2 и и Pвх × qи 1 Pвх × qи k k чень параметрів q, Рвх, Твх і ΔР: р k k Твх Ck = = = Ck l 2 2 2 2 p и p и и и K éæ p k q - qkи ö æ Pв х - Pв х ö æ Tв х - Tв х ö æ D Pkp - D Pkи ö ù EZи DPвх l EZи DPвх ÷ +ç ÷ +ç ÷ +ç вх k вхk ÷ ú F (l ) = å êç k , де , ÷ ú ç s ÷ ç s ÷ ç s ÷ ç s k =1 ê ( ) ( ) ( ) k ëè , q ø è k P k ø è k ø T è DP ø û де k і К - номер виміру параметрів і кількість їхніх вимірів; р Тр DР p k - k-і розрахункові значен, Рвх , вх k , ня витрати, тиску і температури на вході пиловловлювача і перепаду тиску на пиловловлювачі відповідно; qp k qи k Ри вх и Tвх и DPk k , k , , - k-і обмірювані значення витрати, тиску і температури на вході пиловловлювача і перепаду тиску на пиловловлювачі відповідно; σq, σP, σT, σΔP - паспортні значення середньоквадратичного відхилення результатів виміру датчиків, що вимірюють значення витрати, тиску і температури на вході пиловловлювача і перепаду тиску газу на пиловловлювачі відповідно. Розрахункові значення необхідних параметрів визначимо з формули = pR 2n × q 2 × g × P0 × DP × Z вх × Т вх = r 0 × Т 0 × l × Р вх ( ) Е DР × Z вх × Tвх l × Р вх DР p k ( ) и Pвх × qи k = k EZи Ти вх вх 2 l = Dk l Dk = ( ) и Pвх × qи k k 2 EZи Ти вхk вх k , , де при цьому. Аk, Вk, Сk і Dk є відомими числовими величинами, що визначаються по відповідних вищенаведених формулах. Тоді елементи цільової функції можна представити у такому вигляді: k qp - q и k k sq sq l sq qи A k = 1k - A 2k sq l , де A 1k = Ak sq , , и - Pвх k sP B 2k = и Pвх = и Pвх Bk B1k B k B1k = k = - B 2k sP , sP l sP l , де k sP , Тр - Т и вх вх k qи k A 2k = p Pвх k Ak = k k и Ck l Т вхk = C1k l - C 2k = sT sT , , sT де g - прискорення вільного падіння; и R - радіус циклонного елемента пиловловлюTвх Ck k вача; = = C1k C 2k sT , sT , n - число циклонних елементів у циклонному пиловловлювачі; де 9 DР p - DР и k k = s DP 40144 D k l DР и k = D l -D 1k 2k s DP s DP , де DРи k Dk D2k = s DP , s DP при цьому А1k, A2k, B1k, B2k, C1k, C2k, D1k, D2k є відомими числовими величинами, що розраховуються по відповідним вище приведеним формулам. Підставивши вираження окремих елементів у цільову функцію, отримаємо = D1k F(l ) = 2 2 ù ö ö æB 2 2 - A 2k ÷ + ç 1k - B 2k ÷ + (C1k l - C2k ) + (D1k l - D2k ) ú ÷ ç l ÷ ú l ø è ø û éæ A 1k K å êêççè k =1 ë , перетворивши отриманий вираз, отримаємо: a b c F(l ) = + + d - el + f l2 l2 l l , K a= å B = å E (q ) 1k k =1 де å (A K b= 2 1k - 2B1k B 2k åA с =2 , ) å ( ) K 1k A 2k =2 k =1 2 2k × sP и и и æ DPи × Z и × T и DPk × Z и × Tвх Pвх k ç вх k вх k вх k k k = - 2E çE и 2 2 sР Pвх × s q k =1 ç qи × s Р k è k К å (A k K , K k и 2 k k =1 k =1 d= и DPk × Z и × Т и вх вх K å E и × Zи × Tвх вхk k и Pвх × s 2 q k é q ) å êêæçç s êè + B 2 k + C 2k + D 2k = 2 2 2 k =1 K k =1 , ë 2 æ и Р ö ÷ + ç вх k ç s ÷ ç Р qø è и k 2 × æ Ти ö ç вхk ÷ ÷ +ç s ç Т ÷ è ø ( ) K sq 2 b= , æ DР и ö ç ÷ вхk ÷ +ç s ç DР ÷ è ø ö ÷ ÷ ÷ ø ( ) å (C K k =1 2 1k 2 + D1k ) å ( ) 2 ( ) ö æ и и 2 ö ÷ ç Pвх × qk ÷ k ÷ +ç ÷ и и ÷ ç EZ Т s DP ÷ ÷ ç вх k вх k ÷ ø è ø 2ù ú ú ú û ö ÷ ÷ ø ú ú ú ú û å E ( ) k= 1 æ ç çE 1ç è ) å K 2 1k - 2B1k B 2k = k= 1 k= å A1k A 2k = 2 k= 1 å (A K 2 2k + B 2 k + C 2k + D 2k 2 2 2 , K k E - 2E k × s2 q qи k sq × k ( ) æ Pи × q и k k è k и Pвх × s 2 q ) å = k 1 ( ) k é K æ и ö 2 æ Ри êç qk ÷ ç вх k +ç = êç s ÷ ç sР = k 1 êè q ø è ë K и и и DPk × Z и × Tвх Pвх ö вх k k k ÷ ÷ 2 sР ÷ qи × s Р k ø и и DPk × Zи × Tвх вх вх å (C1k C2k + D1k D2k ) = å ç EZ и ç k= 1 , и × Z и × Tвх вх и Pвх k å k × sP k= 1 = k 1 e= и DPk K К с= 2 k 2 qи k , 2ù Спосіб оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача, наприклад на компресорній станції, реалізується в такий спосіб. Попередньо, відповідно до регламенту технологічного процесу компресорної станції, наприклад, один раз на добу визначають лабораторним шляхом або вимірюють (при наявності відповідних датчиків) і вводять у систему оперативнодиспетчерського контролю і керування густину газу за нормальних умов - ρ0. Оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору здійснюють або автоматично з установленим періодом, що дорівнює наприклад, одному місяцеві, або по командах оперативного персоналу компреКомп’ютерна верстка І.Скворцова å (A K d= é 2 K ê æ P и × qи ç k ê ç вх k = и êç и k = 1 ê ç EZвх k DPвх s T è ë å и DPk × Z и × Т и вх вх K B1k = k= 1 , . формулах: qи k 2 2 K æ P и × qи K Tвихk Pвихk × qи D Pик в хk k k + e = 2å (C1 k C2 k + D1k D2 k ) = 2å ç ç EZ вих D Pвихs T s T EZ вих Т вих s DP s DP k =1 k =1 k k k è f = сорної станції. При надходженні команди на оцінювання коефіцієнта гідравлічного опору починають вимірювати з установленим періодом, який дорівнює, наприклад, одній годині, набір параметрів, що характеризують роботу циклонного пиловловлювача - тиск, температуру, витрату газу на вході пиловловлювача і перепад тиску на пиловловлювачі. Отримані значення зазначених параметрів, разом зі значенням густини газу за нормальних умов, при яких вони обмірювані, запам'ятовують. Після закінчення заданого інтервалу часу виміру, наприклад 3-х - 5-ти діб, отриманий масив наборів значень параметрів, що характеризують роботу циклонного пиловловлювача, аналізують і відбирають ті набори параметрів, що максимально відрізняються один від одного по величині витрати газу або по величині вхідного тиску газу. Їхнє число - К вибирають, наприклад, у межах від 3-х до 10-ти. За значеннями обмірюваних параметрів обраних наборів обчислюють значення коефіцієнтів - a, b, c, d, e і f цільової функції a b c F(l ) = + + d - el + f l2 2 l l l по нижчеподаних a= и DPk k =1 ö ÷ ÷ ÷ ø 10 в хk 2 Tвиk х DP s T s T и вх 2 æ Ти ö ç вхk ÷ ÷ +ç s ç Т ÷ è ø + , 2 æ DР и ö ç ÷ вхk ÷ +ç s ç DР ÷ è ø ( ) Pвихk × qkи 2 EZ Т s DP и в хk и в хk ö ÷ ÷ ÷ ø 2ù ú ú ú û DPkи ö ÷ s DP ÷ ø , å( K f = k= 1 2 C1k 2 + D1k k= ( ) éæ 2 ê ç P и × qи k ê ç вх k и êç и 1 ê ç EZвх k DPвх s T è ë )= å K 2 ( ) ö æ и и 2 ö ÷ ç Pвх × qk ÷ k ÷ +ç ÷ и и ÷ ç EZ Т s DP ÷ ÷ ç вх k вх k ÷ ø è ø 2ù ú ú ú ú û і знаходять значення λ, при якому F(λ) досягає мінімуму. Отримане значення λ є знайденою оцінкою коефіцієнта гідравлічного опору циклонного пиловловлювача, яку оперативний персонал може використовувати як для оцінювання стану циклонного пиловловлювача, так і для оцінювання роботи циклонних пиловловлювачів. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601