内燃机和蒸汽机范文第1篇
1 速度流量计量方式
蒸汽流过管道的体积:
蒸汽流过管道的质量:
式中U为管道内流体平均流速 (m/s) ;
D为传感器壳体内径 (m) ;
ρ为被测介质密度 (kg/m3) ;
Qv为工况下的体积流量 (m3/h) ;
QG为工况下的质量流量 (kg/h) 。
我们在蒸汽贸易结算中, 大部分是以蒸汽质量为计量单位的, 从公式 (2) 中看出, 当管径确定, 只有流速和密度是变量。流速与用户蒸汽用量成正比, 反映用户用气量大小。流量计的种类和品质限制流速计量范围, 我公司大部分为涡街流量计, 就以涡街为例, 好的涡街流量计, 当压力大于0.5MPa, 在保证精度前提下, 所测流速为3~75m/s。超出此范围, 仪表计量准确度降低, 会产生很大误差, 管损会增加。我公司仅有一台35t/h、两台75t/h、一台150t/h锅炉, 热源有限, 供热面积不断扩大, 蒸汽压力在极寒天气情况下很难保证在0.5MPa以上, 所以管网损失一定很大。
ρ为蒸汽密度, 与压力和 (或) 温度有关, 只有饱和汽和过热汽有国标密度表, 此为工程实测密度, 没有准确计算公式。这说明只有过热和饱和汽才能进行质量计量, 而湿饱和汽和汽水混合介质是无法计量的。
2 速度流量计使用范围
速度流量计只适用单相介质, 在供热管网中, 同一时间内只能选过热蒸汽、饱和蒸汽和水中的一种介质进行计量。
在供热系统中, 大部分热电厂送出是过热蒸汽, 随着蒸汽在管道内流动, 温度不断下降, 过热蒸汽逐渐变为饱和蒸汽, 在管道末端或用汽量很小情况下, 蒸汽还会变为湿饱和汽、汽水混合介质, 甚至是水。变成水的这一部分是不计量的, 所以增加了供热损失。
由涡街流量计原理中公式 (2) 得知, 蒸汽质量流量取决于管道流速U和蒸汽密度ρ, 其他为定值, 管道流速U随用汽量大小而变化。蒸汽密度ρ在过热和饱和蒸汽中, 随压力和 (或) 温度变化, 可查表得到。湿饱和汽、汽水混合介质, 无表可查, 无法得到密度, 流体也不是单相介质, 而实际使用中只能按饱和汽计量, 在此产生误差极大。
热网管道除去跑冒滴漏情况外, 很大损耗就来自这种情况, 处理不好管损能达到20%~40%。北方城市冬季取暖用户很多, 到夏天不用汽, 管网用气量减少, 管道蒸汽流速减慢, 温度下降较大, 容易进入湿饱和汽和汽水混合汽。若供热管道末端有不间断用汽的大用户, 此情况可避免。
3 压力和温度对计量的影响
由公式 (2) 可知, 蒸汽密度影响计量, 而压力和温度又影响密度, 在热网管道中, 有很多阀门和减压阀, 他们都能改变管道压力, 涡街流量计不是质量流量计, 他计量蒸汽质量取决于管道流速和蒸汽密度, 而密度由压力决定, 改变压力就改变密度, 在刚开启阀门时还改变管道流速, 这几种情况, 都使计量产生误差。因此为保证计量准确, 流量计前阀门要全开, 减压阀放在流量计之后, 要确保管网压力损失最小。
4 影响管损的因素
(1) 热用户用气状态和结构 (决定管损) 。
(1) 管网末端有不间断大用量的热用户:介质流速快, 降温小, 仪表能准确计量 (介质在饱和和过热汽状态) 。管损小。
(2) 管网不间断用户多:没有在局部管道形成汽水混合汽, 使仪表计量不准。管损少。
(3) 供气不足和供气过剩能造成管损增大, 前者压损大, 后者降温大。
(4) 管网长、供热半径大:管损大, 压力、温度均降低。
(5) 保温良好, 减少跑冒滴漏。
(2) 减少压损:主管、表前阀门、压变法门要全开, 减压阀要安装在表后, 确保压损最小。
(3) 温度要在饱和汽以上, 保证仪表使用范围, 使之计量准确。
(4) 仪表选型要适合, 以涡街为例:涡街流量传感器不同于其它流量传感器, 每一口径涡街流量传感器流量范围是固定的, 不能调整。因此它要根据流量选口径, 选型时应在工况压力、温度下, 先确定要测的流量范围, 再选择能覆盖此流量范围口径的流量传感器。
在蒸汽密度小时传感器流量范围窄, 密度大时传感器流量范围宽。
若选择不当, 当实际流量大于传感器上限时, 容易造成探头损坏, 丢漏脉冲, 少计量。实际流量超上限越多, 丢漏脉冲越多, 计量越少。
当实际流量小于传感器下限, 传感器计量很少, 或不计量。
此两种情况长期使用会造成很大损耗。
对大口径传感器的标定, 由于受检定装置限制, 只能在小流量 (低流速) 标定, 大流量 (高流速) 无法标定, 这样大流量只有在实际使用中发现问题, 由于在技术、生产工艺和检测手段方面的限制, 有些厂家的传感器在35m/s就丢漏脉冲, 流量 (流速) 越大, 丢漏脉冲越多。出现此种情况, 每天误差高达二三百吨, 每月累计损失蒸汽几百吨到上千吨。
5 管理
仪表技术达不到, 要管理祢补。
5.1 供热管理部门要有权威
供热仪表使用应有管理规定、合同确保热用户按合同规定执行。对于技术达不到的, 可在合同或规定中约定。
5.2 管网设计合理
包括管网口径、保护措施、阀门、仪表位置等。
5.3 仪表采购权
统一管理 (厂家、仪表资料、仪表维修和送检等) 在购买、安装、送检要受控。
5.4 仪表选型安装权
要根据热用户用量选仪表, 多考虑现在使用蒸汽用量。安装要选位 (靠近母管, 远离振动、仪表保护和防盗措施等) , 要监督安装, 确保安装质量和仪表使用精度。
5.5 仪表管理和调配
仪表的使用管理要确保仪表参数设置、防盗措施等。对于不合适仪表要进行调换。
5.6 报表
注意每天管损变化, 大用户用气量变化, 同一用户每天用汽量变化 (用汽规律) 。
5.7 巡检
仪表、管网检查, 异常检查, 防盗检查, 跑冒滴漏检查。确保仪表、管网正常
蒸汽计量有很多因素影响, 现有技术也有无法解决的问题, 为减少热损失、节约能源, 也为适应我省供热节能改革的需要, 对现有的蒸汽供热系统 (工业用户除外) 改造成高温水供热系统, 即:“汽改水”。提高供热效果及安全性, 实现热量的自动分配和调节。
摘要：本文针对公司供热中管网损失进行分析总结影响管网损失的因素, 并在管理上提出一些建议降低管网损失。
内燃机和蒸汽机范文第2篇
在热工计算中, 一般要求水和水蒸汽的热力性质各参数之间的关系式互为已知的, 这样在知道部分参数的情况下, 可以根据个参数之间的关系式计算出其它参数。然而水和水蒸汽的各个参数之间的关系是非常复杂的非线性关系, 计算的工作量是非常庞大的, 因此国际水和水蒸汽协会在1997推出一套计算水和水蒸汽的模型——IAPWS-IF97以替代原来普遍采用的IFC-67, 与IFC-67相比, 这一模型具有计算速度快、精确度高等优点。所以这一模型在推出以后迅速得到了广泛的运用, 并被许多学者编制成了水和水蒸汽性质查询软件, 由于查询软件非常使用非常方便, 所以人们对这一计算模型的原理并不是很清楚, 所以本文将介绍这一模型的计算方法, 并与传统的计算方法进行比较[1]。
1 IAPWS-IF97概述
IAPWS-IF97是国际水和水蒸汽性质协会提供的1997年工业用计算模型的简称, 这一模型的诞生主要因为随着计算机技术的发展及工业对计算精度的要求越来越高, 原先的计算模型IFC-67已经不能满足工业运用的要求, IFC-67主要有以下几个缺点。
(1) 在某些区域, IFC-67已经不能满足最新标准的精度。
(2) 对于某些性质来说, 在区域边界上存在相当大的不一致性。
(3) 参数音速w并没有包含在IFC-67中。
(4) IFC-67并不是基于当前适用的温标ITS-90。
(5) IFC-67是基于早期的数据, 并没有于最新的科学标准相关联。
基于以上这些IFC-67的缺点, 1997年国际水和水蒸汽性质协会公布了最新的计算公式——IAPWS-IF97。于IFC-67相比, IAPWS-IF97具有以下特点。
(1) 有效范围。对于IAPWS-IF97, 有效范围为0℃≤t≤800℃, p≤100MPa, 800℃≤t≤2000℃, p≤10MPa;而对于IFC-67, 有效范围为0℃≤t≤800℃, p≤100MPa。增加了一段高温段。
(2) 准确性。IAPWS-IF97计算得到的水和水蒸汽的性质参数与IAPWS-95计算得到的结果相比较, 其偏离要小于IST-85规定的大小。
(3) 区域边界上的一致性。在边界上由各区域方程计算得到的结果所允许的偏离。
单相区:Δv=±0.05%, Δh=±0.2k Jkg-1, Δcp=±1%, Δs=±0.2Jkg-1K-1, Δg=0.2k Jkg-1, Δw=±1%。
饱和区:Δps=±0.05%, ΔTs=±0.02%, Δg=0.2k Jkg-1。
(4) 计算速度。由国际动力公司及相关工业的实验数据证实:在普遍使用的1区、2区和4区, I A P W S-I F 9 7公式计算速度比IFC-67公式快5.1倍。在3区IAPWS-IF97公式计算速度比IFC-67公式快3.6倍, 在高温区5区, IAPWS-IF97公式的计算速度则比IFC-67公式快12.2倍[2]。
2 IAPWS-IF97的计算模型
图1给出了IAPWS-IF97划分有效区域的方法, 由图中可以看到, 有效范围被分成五个区域, 各个区域都有各自的方程, 在区域1、2、5用吉布斯自由能公式g (p, T) 表示, 在区域3用亥姆霍兹自由能公式f (ρ, T) 表示, 而在区域4即饱和区用公式ps (T) 表示[3]。
为便于以后更好的理解, 现给出以后将用到的相关常数的意义及数值。
比气体常数:R=0.461526KJkg-1;摩尔气体常数:Rm=8.3145Jmol-1kg-1;临界参数:TC=647.096k, pc=22.064MPa, ρc=322kgm-3三相点参数:Tt=273.16K, pt=611.657Pa。
区域1的吉布斯自由能方程。
这一方程是通过一个无量纲参数γ=g/RT表出的。
式中:
这一方程称为基本方程, 同样适用于靠近饱和线的亚稳态区域, 其它参数的方程可以通过全微分由此方程推得, 如比体积v= (∂g/∂p) T, 则有
区域2的吉布斯自由能方程。
这一方程同样是通过一个无量纲参数γ=g/RT表出的, 但γ被分成两部分:理想气体部分γo和剩余部分γr。
上式在压力大于10MPa时适用于靠近饱和线的亚稳态区域, 但当压力小于等于10MPa时, 会出现比较大的不一致性, 因此有一个辅助方程来表示压力小于等于10MPa时的亚稳态区域, 参阅文献[1], 该公式的有效区域为当p≤10MPa, 饱和线和5%的湿度线之间的区域。
同理其它热力性质的参数的公式也可以由这一基本方程推得, 可查阅相关文献。
区域3的亥姆霍兹自由能方程。
这一方程是通过无量纲参数φ=f/RT表出的。
该方程适用于过热水和过热汽的亚稳态区域。
区域4的饱和压力方程。
该方程通过隐式二次方程的形式描述饱和线。
式中:p*=1MPa, T*=1000K。
区域5的吉布斯自由能方程。
这一方程同样是通过一个无量纲参数表出的, γ被分成两部分:理想气体部分γ0和剩余部分rγ。
其中:γo=lnπ6i=∑1nioτJioγr=i=∑15niπIiτJi
式中:
区域2和3之间的边界方程。
其他区域之间的边界都可由两边区域的方程求得, 但区域2和区域3在边界处存在比较大的不一致性, 因而采用辅助的方程来描述改边界。
式中:
3 导出方程
当已知的参数不是上述基本方程中的参数时, 要想通过上述基本方程求得其他参数就必须得通过迭代的方法实现, 但是迭代将减慢计算的时间, 如果要能够直接得到其他参数的基本方程就可以节省许多计算时间, IAPWS-IF97通过提供所谓的导出方程使得上述得以实现, 因而可以节省大量的计算时间。
IAPWS-IF97为区域1和区域2提供导出方程T (p, s) 和T (p, h) , 同时为区域4提供导出方程Ts (p) , 通过这些导出方程和基本方程, 在这三个区域内, 当已知参数不为基本方程中的参数时, 也可以直接导出其他参数的方程。
区域1的导出方程T (p, s) 和T (p, h) 。
这些基本方程是通过无量纲参数表出的。+式中:。
该方程不适用于靠近饱和线的亚稳态区域。
式中:
区域2的导出方程T (p, s) 和T (p, h) 。
由于在区域2中当s≤5.85k Jkg-1 K-1和s>5.85k Jkg-1K-1的精度要求不同, 因而为了满足这一要求, 将区域2分为三个子区域, 划分方法如图2所示。
各区域的导出方程形式分别以下标a、b、c示之。
式中:
式中:
而对于a区域s*=2k JKg-1K-1, b区域s*=0.7853k JKg-1K-1, c区域s*=2.925k JKg-1K-1。
区域4的导出方程Ts (p) :
其中D是ps的参数, T*=1K。
4 结语
人们对于计算速度的要求越来越高, 旧的计算模型IFC-67已不能满足要求, 因而促使了IAPWS-IF97的产生。在绝大部分区域内, IAPWS-IF97的计算速度超过IFC-67的五倍以上, 因而可以满足人们对计算速度的要求。IAPWS的另一个优点是不但适用于稳态区域, 同时还可以用于亚稳态区域, 同时导出方程的引入可以根据任意基本参数的组合导出其他基本参数。IAPWS-IF97的有效范围能够满足目前工业上的绝大部分运用, 目前已有很多学者根据IAPWS-IF97编制了许多计算水蒸汽参数的软件, 以便较准确的查询水蒸汽参数。
摘要：IAPWS-IF97作为新的一种计算水和水蒸汽热力性质的计算模型, 与传统的计算模型IFC-67相比, 无论在计算速度和精确性方面都有了很大的改善, 因而从IAPWS-IF97问世以来, 迅速在工程实践和数值计算等中得到了广泛的运用。本文将从论述IFC-67的不足出发, 介绍为什么要发展IAPWS-IF97, 并比较详细的介绍了IAPWS-IF97的计算原理和计算模型。
关键词：水和水蒸汽热力性质,IAPWS-IF97,IFC-67,计算模型
参考文献
[1] 王培红, 贾俊颍, 等.水和水蒸汽性质的IAPWS-IF97计算模型[J].动力工程, 2000, 20 (6) :988～991.
[2] 李晨曦.工业用水和水蒸气热力性质计算公式—IAPWS-IF97[J].锅炉技术, 2002, 33 (6) :15～19.