Спосіб вимірювання рівня води в барабані парогенератора і пристрій для здійснення способу

1. Спосіб вимірювання рівня води в барабані парогенератора, заснований на вимірюванні різниці тисків між плюсовою і мінусовою камерами диференційного манометра, мінусова камера котрого сполучається з барабаном парогенератора на висоті, що відповідає мінімальному вимірюваному рівню води в барабані, а плюсова камера через однокамерну зрівнювальну посудину сполучається з барабаном парогенератора на висоті, що відповідає максимальному вимірюваному рівню води в барабані, який включає вимірювання температури води в барабані парогенератора і обчислення рівня води, який відрізняється тим, що попередньо визначають і запам'ятовують значення густин води і пари як функцій від температури і тиску, вимірюють температуру пари в барабані парогенератора, тиск рідини в барабані парогенератора і температуру води в зрівнювальній посудині, після чого по заздалегідь визначеним функціональним залежностям густин води і пари від температури і тиску визначають поточне значення густини r в води в барабані парогенератора, яке відповідає виміряним поточним значенням температури і тиску води в барабані парогенератора, поточне значення густини r п пари в барабані парогенератора, яке відповідає виміряним поточним значенням температури пари і тиску води в барабані парогенератора, 2 3 85762 4 ходом датчика температури води в барабані паро генератора, а вихід є ви ходом пристрою. Група винаходів відноситься до вимірювальної техніки і може бути застосована в галузі енергетики для автоматизації контролю рівня рідини в апаратах високого тиску, робочим середовищем котрих є вода, пара і пароводяна суміш, а саме в парогенераторах, теплообмінних апаратах, підігрівачах високого тиску тощо, які працюють в стаціонарних і змінних режимах. Є відомим гідростатичний спосіб вимірювання рівня рідини в резервуарі, який включає вимірювання гідростатичного тиску контрольованої рідини в двох рівнях - нижньому і верхньому за допомогою двох вертикально рознесених датчиків тиску, які розміщують в додатковій посудині, сполученій з резервуаром [патент Російської Федерації №2153153, кл. G01F23/14, опубл. 2000р.]. Вимірювання рівня контрольованої рідини відомим способом здійснюють так. У додаткову посудину попередньо при закритих запірних вентилях заливають еталонну рідину і вимірюють її гідростатичний тиск в нижньому і верхньому рівнях еталонної рідини, після чого при закритих запірних вентилях із додаткової посудини еталонну рідину зливають. Запірні вентилі відкривають, після чого в додаткову посудину із резервуара подається контрольована рідина до встановлювання її рівнів в резервуарі і додатковій посудині. Потім тими самими датчиками і в тих самих рівнях вимірюють тиск контрольованої рідини, після чого рівень контрольованої рідини розраховують за формулою за допомогою обчислювального пристрою. Гідростатичний спосіб вимірювання рівня рідини в резервуарі здійснюють за допомогою пристрою, який містить два датчики тиску рідини, датчик тиску повітря над поверхнею рідини, обчислювальний пристрій, а також додаткову посудину з еталонною рідиною (етиловим спиртом чи дистильованою водою), сполучену з резервуаром з контрольованою рідиною за допомогою двох патрубків із запірними вентилями [патент Російської Федерації №2153153, кл. G01F23/14, опубл. 2000p.]. Датчики тиску рідини вертикально рознесені на конструктивно фіксовану відстань і розміщені в додатковій посудині, яка установлена по відношенню до резервуара з контрольованою рідиною так, щоб рівень вимірювання гідростатичного тиску нижнім датчиком співпадав з дном резервуара. При цьому верхній датчик розміщений в посудині з еталонною рідиною нижче від рівня врізання зливної труби резервуара (рівня „мертвої зони"). Виходи датчиків тиску рідини і датчика тиску повітря над поверхнею рідини сполучені з обчислювальним пристроєм, за допомогою якого обчислюється рівень рідини в резервуарі. Відомі гідростатичний спосіб вимірювання рівня рідини в резервуарі і пристрій для його здійснення забезпечують можливість вимірювання рівня рідини в резервуарі з достатньо високою точністю лише в стаціонарних режимах, коли температура і тиск рідини залишаються незмінними. Це зумовлене тим, що кожен цикл вимірювання передбачає певну кількість допоміжних операцій, як то заливання еталонної рідини у додаткову посудину і зливання еталонної рідини, подавання контрольованої рідини у додаткову посудину до встановлювання її рівнів в резервуарі і додатковій посудині, що не дозволяє здійснювати вимірювання рівня з високою точністю під час перехідних режимів, які характеризуються швидкими змінами температури і тиску рідини. Є також відомим спосіб вимірювання рівня води в барабані парогенератора, який включає вимірювання різниці тисків за допомогою диференційного манометра, мінусова камера котрого сполучається з барабаном парогенератора на висоті, що відповідає мінімальному вимірюваному рівню води в барабані, а плюсова камера сполучається через однокамерну зрівнювальну посудину з барабаном парогенератора на висоті, що відповідає максимальному вимірюваному рівню води в барабані, а також операції з калібрування вихідного сигналу диференційного манометра [Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М., „Энергия", 1978г., с.534-536]. Відомий спосіб вимірювання рівня води в барабані парогенератора здійснюють за допомогою пристрою, який містить диференційний манометр, мінусова камера якого за допомогою імпульсної лінії приєднана до барабана парогенератора на висоті, що відповідає мінімальному вимірюваному рівню води в барабані, а плюсова камера приєднана через однокамерну зрівнювальну посудину до барабана парогенератора на висоті, що відповідає максимальному вимірюваному рівню води в барабані, при цьому вихід диференційного манометра є виходом пристрою [Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. Μ., „Энергия", 1978г., с.534-536]. Недоліком відомого способу вимірювання рівня води в барабані парогенератора і пристрою для його здійснення є невисока точність вимірювання в змінних режимах роботи парогенератора, а саме при значних відхиленнях температури і тиску робочих середовищ апарата від їх номінальних значень під час пусків і зупинок апарата, оскільки похибки, зумовлені змінами густин води і пари в барабані парогенератора і густини води в зрівнювальній посудині, зумовлені змінами тиску і температури, негативно впливають на точність вимірювання. За прототип групи винаходів обрано спосіб вимірювання рівня води в барабані парового котла і пристрій для здійснення способу [авторське свідоцтво СРСР №1368647, кл. G01F23/26, опубл. 1988]. Спосіб вимірювання рівня води в барабані парового котла згідно з прототипом засновано на вимірюванні різниці тисків між плюсовою і мінусовою камерами диференційного манометра, мінусова камера котрого сполучається з барабаном 5 85762 парового котла на висоті, що відповідає мінімальному вимірюваному рівню води в барабані, а плюсова камера через однокамерну зрівнювальну посудину сполучається з барабаном парового котла на висоті, що відповідає максимальному вимірюваному рівню води в барабані, вимірювання температури води в барабані парового котла і обчислення рівня води за формулами. Пристрій для вимірювання рівня води в барабані парового котла містить диференційний манометр, датчик температури води в барабані парового котла і обчислювальний пристрій. Мінусова камера диференційного манометра приєднана до барабана парового котла на висоті, що відповідає мінімальному вимірюваному рівню води в барабані, а плюсова камера диференційного манометра приєднана через однокамерну зрівнювальну посудину до барабана парового котла на висоті, що відповідає максимальному вимірюваному рівню води в барабані, при цьому вихід диференційного манометра підключений до входу обчислювального пристрою. Електричні вихідні сигнали диференційного манометра подаються на вхід обчислювального пристрою, вихід якого є виходом рівнеміра. При стаціонарних режимах роботи парового котла спосіб і пристрій, обрані за прототип, забезпечують достатньо високу точність вимірювання рівня води за рахунок компенсації похибки, зумовленої зміною густини води в барабані в залежності від температури (похибка в усьому діапазоні зміни тиску не перевищує 2%). Однак зазначені спосіб і пристрій не забезпечують таку саму точність вимірювання в перехідних режимах, які характеризуються відсутністю насичення й одночасною зміною температури і тиску води і пари в барабані парового котла, внаслідок чого змінюються густини зазначених середовищ. Крім того, зміни тиску і температури в барабані парового котла призводять до зміни густини води у зрівнювальній посудині, в результаті чого створюються похибки, які негативно впливають на точність вимірювання рівня. Завданням пропонованої групи винаходів є створення способу вимірювання рівня води в барабані парогенератора і пристрою для вимірювання рівня води в барабані парогенератора, котрі за рахунок усунення похибок, зумовлених змінами густин води і пари в барабані парогенератора і густини води в зрівнювальній посудині при зміні тиску і температури зазначених середовищ, забезпечували б високу точність вимірювання рівня води в барабані парогенератора як в стаціонарних, так і в перехідних режимах роботи апарата. Для досягнення зазначеного технічного результату в способі вимірювання рівня води в барабані парогенератора, який засновано на вимірюванні різниці тисків між плюсовою і мінусовою камерами диференційного манометра, мінусова камера котрого сполучається з барабаном парогенератора на висоті, що відповідає мінімальному вимірюваному рівню води в барабані, а плюсова камера через однокамерну зрівнювальну посудину сполучається з барабаном парогенератора на висоті, що відповідає максимальному вимірюваному рівню води в барабані, і який включає вимірюван 6 ня температури води в барабані парогенератора і обчислення рівня води, згідно з винаходом, попередньо визначають і запам'ятовують значення густин води і пари як функцій від температури і тиску, вимірюють температуру пари в барабані парогенератора, тиск рідини в барабані парогенератора і температуру води в зрівнювальній посудині, після чого по заздалегідь визначеним функціональним залежностям густин води і пари від температури і тиску визначають поточне значення густини r в води в барабані парогенератора, яке відповідає виміряним поточним значенням температури і тиску води в барабані парогенератора, поточне значення густини r п пари в барабані парогенератора, яке відповідає виміряним поточним значенням температури пари і тиску води в барабані парогенератора, поточне значення густини r зр води в зрівнювальній посудині, яке відповідає виміряним поточним значенням температури води в зрівнювальній посудині і тиску води в барабані парогенератора, а рівень h води в барабані парогенератора обчислюють за формулою ( ) 1 é DR ù + rзр - rп Hú, де: rв - rп ê g ë û h - поточне значення рівня води в барабані парогенератора, м Н - максимальне значення рівня води в барабані парогенератора, м; DР- поточне значення різниці тисків між плюсовою і мінусовою камерами диференційного манометра, Па; g - прискорення сили тяжіння, м/с2; r п - поточне значення густини пари в барабані парогенератора, кг/м 3; r в - поточне значення густини води в барабані парогенератора, кг/м 3; r зр - поточне значення густини води в зрівнювальній посудині, кг/м 3. Для досягнення зазначеного технічного результату в пристрій вимірювання рівня води в барабані парогенератора, який містить диференційний манометр, датчик температури води в барабані парогенератора і обчислювальний пристрій, перший вхід котрого сполучений з виходом диференційного манометра, причому мінусова камера диференційного манометра за допомогою імпульсної лінії приєднана до барабана парогенератора на висоті, що відповідає мінімальному рівню води в барабані, а плюсова камера диференційного манометра приєднана через однокамерну зрівнювальну посудину до барабана парогенератора на висоті, що відповідає максимальному рівню води в барабані, згідно з винаходом, введені датчик температури пари в барабані парогенератора, датчик тиску води в барабані парогенератора і датчик температури води в зрівняльній посудині, котрі своїми виходами сполучені відповідно з другим, третім і четвертим входами обчислювального пристрою, п'ятий вхід якого сполучений з виходом датчика температури води в барабані парогенератора, а вихід є ви ходом пристрою. Пропонований спосіб вимірювання рівня води в барабані парогенератора забезпечує високу точність, оскільки дозволяє визначати поточне знаh= 7 85762 чення густини води в барабані парогенератора, яке відповідає виміряним поточним значенням температури і тиску води в барабані парогенератора, поточне значення густини пари в барабані парогенератора, яке відповідає виміряним поточним значенням температури пари і тиску води в барабані парогенератора, а також поточне значення густини води в зрівнювальній посудині, яке відповідає виміряним поточним значенням температури води в зрівнювальній посудині і тиску води в барабані парогенератора, що дає змогу під час обчислення рівня води в барабані парогенератора усун ути похибки, зумовлені змінами густин води і пари в барабані парогенератора і густини води в зрівнювальній посудині при зміні тиску і температури зазначених середовищ. При цьому однаково висока точність вимірювання забезпечується як в стаціонарних режимах роботи парогенератора, коли існує фазова рівновага в системі вода-пара, а тиски і температури робочих середовищ в барабані парогенератора однакові, так і в перехідних режимах роботи апарата, коли температура пари може суттєво відрізнятися від температури води в барабані [див. Ю.Б. Румер, М.Ш. Рыбкин. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. - М.: «Наука», 1972.-400с.]. Визначення поточного значення густини води в зрівнювальній посудині, що відповідає виміряним поточним значенням температури води в зрівнювальній посудині і тиску води в барабані парогенератора, сприяє підвищенню точності вимірювання рівня води в барабані парогенератора насамперед в перехідних режимах його роботи, коли температура води в барабані досягає близьких до критичних значень і може перевищува ти температуру води в зрівнювальній посудині та імпульсних лініях на 100-200°С. Пропонований пристрій вимірювання рівня води в барабані парогенератора забезпечує високу точність вимірювання за рахунок використання датчиків температури води і пари в барабані парогенератора, температури води в зрівнювальній посудині і тиску води в барабані парового котла, вихідні сигнали котрих обробляються обчислювальним пристроєм. Це дозволяє отримувати інформацію щодо поточних значень температури і тиску робочих середовищ в барабані парогенератора і температури води в зрівнювальній посудині, на основі цієї інформації визначати поточні значення густин води і пари і обчислювати значення рівня води в барабані без похибок, зумовлених змінами температури і тиску робочих середовищ. На кресленні подано принципову схему пристрою для вимірювання рівня води в барабані парогенератора. На схемі позначені барабан 1 парогенератора, однокамерна зрівнювальна посудина 2, диференційний манометр 3, датчик 4 температури води в барабані 1 парогенератора, датчик 5 температури пари в барабані 1 парогенератора, датчик 6 тиску води в барабані 1 парогенератора, датчик 7 температури води в зрівняльній посудині і обчислювальний пристрій 8. Мінусова камера диференційного манометра 3 з'єднана безпосередньо з нижньою частиною барабана 1, на висоті, що від 8 повідає мінімальному рівню води в барабані, а плюсова камера диференційного манометра 3 підключена через однокамерну зрівнювальну посудину 2 до барабана 1 парогенератора на висоті, що відповідає максимальному рівню H води в барабані. Виходи диференційного манометра 3, датчика 4 температури води в барабані 1 парогенератора, датчика 5 температури пари в барабані 1 парогенератора, датчика 6 тиску води в барабані 1 парогенератора і датчика 7 температури води в зрівняльній посудині підключені відповідно до першого, другого, третього, четвертого і п'ятого входів обчислювального пристрою 8, вихід якого є виходом пристрою. Елементи пристрою сполучені з барабаном 1 парогенератора за допомогою імпульсної лінії 9 і запірної арматури 10-13. Усі елементи пристрою є стандартними. В якості датчиків температури і тиску найкраще використовувати да тчики, які забезпечують неперервне перетворювання значень вимірюваних величин в уніфікований сигнал струму та/або цифровий сигнал, наприклад, датчики фірми МЕТРАН, Росія. Наприклад, в якості датчиків температури можуть бути використані датчики Метран-231; датчиками тиску можуть бути датчики Метран-55; диференційним манометром -Метран-150ДД. Функції обчислювального пристрою може виконувати програмований мікроконтролер, наприклад, SYSTEM 100V. Вимірювання рівня води в барабані парогенератора із застосуванням пропонованих способу і пристрою здійснюється наступним чином. В основу принципу дії пристрою покладено гідростатичний спосіб вимірювання рівня, згідно з яким рівень води в барабані 1 парогенератора визначається по перепаду повних тисків між плюсовою і мінусовою камерами диференційного манометра 3. Перед початком вимірювань попередньо визначаються [наприклад, з книги Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - Μ.: Физматгиз, 1963, - 420с.] значення густин води і пари як функцій від температури і тиску, наприклад, у діапазоні температур від 20 до 300°С з кроком, наприклад, 10°С, і діапазоні тисків від 0,5×105 до 2,5×107Па з кроком, наприклад, 100Па. Зазначені довідкові дані, наприклад, у табличній формі, запам'ятовуються в блоці пам'яті (на кресленні не показаний) обчислювального пристрою 8. У процесі роботи пристрою за допомогою диференційного манометра 3 і датчиків 4-7 здійснюються неперервні вимірювання наступних параметрів, відповідно: різниці тисків DР між плюсовою і мінусовою камерами диференційного манометра, температури води в барабані 1 парогенератора, температури пари в барабані 1 парогенератора, тиску води в барабані 1 парогенератора і температури води в зрівнювальній посудині 2. Вихідні електричні сигнали датчиків 4-7 і диференційного манометра 3 подаються на відповідні входи обчислювального пристрою 8, де відбувається обчислювання рівня рідини в барабані 1 в послідовності, яку передбачено пропонованим способом. 9 85762 Спочатку за даними щодо залежності густин води і пари від температури і тиску, які було заздалегідь визначено і збережено в пам'яті обчислювального пристрою 8, визначаються поточні значення густин води і пари r в і r п відповідно в барабані 1 парогенератора і густини r зр води в зрівнювальній посудині 2, які відповідають поточним значенням виміряних датчиками 4-7 параметрів. При цьому поточне значення густини r в води в барабані парогенератора визначається у відповідності до виміряних поточних значень температури і тиску води в барабані парогенератора; поточне значення густини r п пари в барабані парогенератора визначається у відповідності до виміряних поточних значень температури пари і тиску води в барабані парогенератора; поточне значення густини r зр води в зрівнювальній посудині визначається у відповідності до виміряних поточних значень температури води в зрівнювальній посудині і тиску води в барабані парогенератора. Після цього рівень h води в барабані парогенератора обчислюється за формулою Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 10 ( ) 1 é DR ù ê- g + rзр - rп Hú, rв - rп ë û DР- поточне значення різниці тисків між плюсовою і мінусовою камерами диференційного манометра, Па; g - прискорення сили тяжіння, м/с2; r п - поточне значення густини пари в барабані парогенератора, кг/м 3; r в - поточне значення густини води в барабані парогенератора, кг/м 3; r зр - поточне значення густини води в зрівнювальній посудині, кг/м 3. Таким чином, пропонована група винаходів забезпечує високу точність вимірювання рівня води в барабані парогенератора як в стаціонарних, так і в змінних режимах роботи апарата завдяки усуненню похибок, зумовлених зміною густин води і пари в барабані парогенератора і густини води в зрівнювальній посудині. h= Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601