16.3. Визначення вологості пари

Насичена пара, яка виробляється в суднових котлах, містить солі та інші домішки внаслідок виносу парою крапель котлової води. Забруднення пари солями впливає на економічність і надійність роботи котла і парової турбіни. Якість пари звичайно пов’язують з її вологістю. Під вологістю розуміється відносна масова кількість вологи в одиниці маси пари; вологість пари прийнято позначувати як (1 – х), кг/кг, або (100 – х), %, де х – ступінь сухості пари.

Вологість пари визначають з аналізу проби, відібраної з паропроводу, в якому звичайно відбувається дисперсно-кільцевий режим руху двофазного потоку. Представництво проби може бути забезпечено лише при умові, що краплі води рівномірно перемішані в потоці пари, а плівка води з поверхні труби повернена в потік пари, або її відповідна частина відведена в пробовідбірник. Важливим також є додержання ізокінетичності.

Існують різноманітні конструкції пробовідбірників: багатососкові, щілинні, одноотвірні із змішувальними пристроями. Найбільш про-стими і досконалими є секторні пробовідбірники (рис.16.15). Пробовідбірник розміщується в паропроводі 1 і виділяє пробу пари, пропорційну площі сектора 2. Відібрана проба пари надходить через патрубок 3 до аналізатора вологості. Надійна робота пробовідбірника забезпечу- ється при його розміщенні на відрізку трубопроводу з симетричним полем вологості. Тому його розміщують якнайдальше від поворотів, арматури тощо, переважно на вертикальних відрізках трубопроводів. Оптимальні розміри пробовідбірника забезпечують відбір 1/8 частини витрати пари через паропровід. Для секторних пробовідбірників за умови ізокінетичного відбору при швидкості від 10 до 100 м/с представництво проб не залежить від тиску пари, її швидкості і вологості.

Найбільш поширеними методами вимірювання вологості пари є сольовий і колориметричний. Сольовий метод грунтується на зістав- ленні солевмісту конденсату пари і котлової води. При механічному виносі крапель їх солевміст дорівнює солевмісту котлової води. Отже, солевміст конденсату насиченої пари S_п, мг/кг, віднесений до соле- вмісту котлової води S_К, мг/кг, буде характеризувати вологість пари, тобто

.

(16.25)

Сольовий метод забезпечує високу точність вимірювання вологості. Він застосовується при тиску пари до 10 МПа. При більш високих тисках солевміст пари залежить не тільки від виносу крапель котлової води, а й від розчинення солей у парі (вибірний винос).

Для котлів, що виробляють насичену пару низького тиску з вологістю більше 1 % застосовують дросельні калориметри. Визначення вологості дросельним калориметром грунтується на незмінності ентальпії пари при її дроселюванні, тобто

(tпе – ts),

(16.6)

де – відповідно ентальпія сухої насиченої пари при початковому Р₁ і кінцевому Р₂ тиску дроселювання, кДж/кг; r – теплота пароутворення при тиску пари Р₁, кДж/кг; t_ПЕ – температура перегрітої пари після дроселювання, ^оС; t_s – температура насичення пари при тиску Р₂, ^оС; С_р – середня масова теплоємність перегрітої пари при тиску Р₂, кДж/кг ^оС.

Вологість насиченої пари

.

(16.27)

Конструкція дросельного калориметра показана на рис.16.16. Дроселювання пари відбувається в соплі 2 і в дросельному клапані 3. Значення кінцевого тиску дроселювання залежить від положення дросельного клапана. Температура перегрітої пари в калориметрі вимірю- ється двома скляними термометрами розширення, які розміщуються в захисних гільзах 4. Калориметр фланцем 1 приєднується до трубопроводу пробовідбірника, на якому розміщується манометр для вимірю- вання тиску насиченої пари Р₁. Тиск перегрітої пари Р₂ вимірюється манометром, який приєднується до калориметра через штуцер 5. Через штуцер 6 перегріта пара відводиться в систему для вимірювання витрати пари через калориметр з метою введення поправки на втрату теплоти в навколишнє середовище.

Високу точність вимірювання вологості пари забезпечує проточний калориметр (рис.16.17), дія якого грунтується на визначенні кількості теплоти, витраченої на випаровування рідини, що міститься в парі. Проточний калориметр складається з корпусу 1 із захисною паровою оболонкою 7, електрообігрівного трубчастого нагрівника 8, струмо-підвідних мідних шин 4 і16, теплової ізоляції 10. Струмопідвідна шина поділяє трубчастий нагрівник на дві частини. Нагрів здійснюється безпосереднім пропусканням струму через трубчастий нагрівник, виготовлений з нержавіючої сталі діаметром 10 мм, довжиною до 5 м. Шина 4 загальна для обох частин нагрівника. Проба пари по трубі 2 надходить всередину трубчастого нагрівника і рухається по його спіралям до вихідної труби 5, звідки направляється в захисну парову оболонку, а далі в вихідний штуцер 11. Температура пари на вході і виході з нагрівника і корпусу вимірюється за допомогою термопар 3, розміщених в гільзах 6 і штуцері 11. В нагрівнику пара підсушується і дещо перегрівається. По ходу руху пари внаслідок гідравлічного опору тиск її знижується, тому змінюється температура насичення і ентальпія насиченої пари. Трубчастий нагрівник живиться змінним струмом; його потужність досягає 4,5 кВт при витраті пари до 0,05 кг/с. Проточний калориметр застосовується для вимірювання вологості пари в діапазоні від 0,1 до 3 % і тиску до 7 МПа.