Pomiar energii cieplnej pary i wody z wykorzystaniem przeliczników FP-30x1(N)

Przeliczniki przepływu serii FP-30x1 produkcji firmy Metronic Aparatura Kontrolno-Pomiarowa są nowoczesnymi urządzeniami do pomiaru skompensowanego przepływu masowego i rozliczania energii cieplnej pary oraz wody, a także innych mediów ciekłych (na podstawie charakterystyk wprowadzanych przez użytkownika) oraz skompensowanego przepływu gazów technicznych. Obliczenia dla wody i pary prowadzone są zgodnie z IAPWS-IF97.

Przeliczniki FP-30x1(N) mogą współpracować z przepływomierzami dowolnego typu (wirowymi, elektromagnetycznymi, ultradźwiękowymi itd.) z wyjściem analogowym 4-20 mA, impulsowym, cyfrowym HART lub RS-485/Modbus RTU, a także ze zwężkami pomiarowymi. Wartość przepływu, niezależnie od zastosowanego przepływomierza, podawana jest w jednostkach przepływu masowego i objętościowego.

Jednym z najbardziej popularnych układów jest pomiar z wykorzystaniem przepływomierza zwężkowego. Od lat jest to znany element pomiarowy, a jego wykorzystanie jest uzasadnione pod względem ekonomicznym.

Wyznaczanie przepływu masowego odbywa się w oparciu na pomiarze:

• strumienia przepływu (różnicy ciśnień Δp dla zwężek pomiarowych), ciśnienia i temperatury w przypadku pary przegrzanej;
• strumienia przepływu (różnicy ciśnień Δp dla zwężek pomiarowych) i ciśnienia (temperatura wynika z krzywej nasycenia) lub przepływu objętościowego i temperatury (ciśnienie wynika z krzywej nasycenia) dla pary nasyconej;
• strumienia przepływu (różnicy ciśnień Δp dla zwężek pomiarowych) i temperatury dla wody i innych mediów ciekłych; wartość ciśnienia cieczy ma praktycznie pomijalny wpływ na gęstość i wystarczające jest wprowadzenie wartości ciśnienia jako stałej; pomiar ciśnienia może być użyteczny jako wielkość dodatkowa informująca o wartości ciśnienia w instalacji;
• przepływu objętościowego (różnicy ciśnień Δp dla zwężek pomiarowych) i ewentualnie temperatury oraz ciśnienia dla gazów.

W przepływomierzach zwężkowych wykorzystywane jest zjawisko powstawania różnicy ciśnień między stroną dopływową a odpływową zwężki. Strumień przepływu jest proporcjonalny do pierwiastka różnicy ciśnień:

Wartość współczynnika A nie jest wartością stałą i zależy od gęstości przepływającego medium (która z kolei zależy od temperatury i ciśnienia) oraz w mniejszym stopniu od wartości strumienia przepływu qm. Zastosowanie przeliczników serii FP-30x1(N) umożliwia w przypadku pary wodnej i wody wyznaczenie współczynnika A w zależności od strumienia przepływu qm, wprowadzenie korekty gęstości i wyznaczenie przepływu łącznie z uwzględnieniem korekty od współczynnika rozszerzalności termicznej zwężki i rurociągu (obliczenia odbywają się wg algorytmu iteracyjnego opisanego w normie PN-EN ISO 5167). Dla pozostałych mediów strumień przepływu wyznaczany jest w oparciu na charakterystyce pierwiastkowej z kompensacją od temperatury i ciśnienia.

Pozwala to na stosowanie zwężek pomiarowych w układach, w których temperatura i ciśnienie medium są zmienne, przez co odbiegają od parametrów obliczeniowych zwężki, rozszerza zakres pomiarowy oraz w istotnym stopniu poprawia dokładność pomiaru zwężkowego.

Przelicznik, mając do dyspozycji wartość temperatury i ciśnienia wylicza dodatkowo wartość energii cieplnej niesionej przez przepływające medium. W przypadku bardziej rozbudowanych układów dodanie drugiego pomiaru przepływu i temperatury umożliwia pomiar i rozliczenie przepływu masowego pary i zwracanego kondensatu oraz różnicy energii cieplnej takiego układu. Przeliczniki serii FP-30x1(N) umożliwiają realizację wszystkich występujących w praktyce układów pomiaru pary i wody, przy czym w najbardziej rozbudowanym urządzeniu możliwe jest rozliczanie do trzech niezależnych układów jednocześnie.

POMIAR PRZEPŁYWU I ENERGII CIEPLNEJ CIECZY

Jest to najprostszy i podstawowy układ do pomiaru przepływu i energii cieplnej wody. Energia cieplna wyliczana jest na podstawie różnicy entalpii w warunkach pomiaru i entalpii w warunkach odniesienia. Jako parametry odniesienia domyślnie przyjmuje się temperaturę 0°C i ciśnienie 101,3 kPa (mogą być ustawione inne wartości).

POMIAR PRZEPŁYWU I RÓŻNICY ENERGII CIEPLNEJ W UKŁADZIE ZAMKNIĘTYM ZASILANIE–POWRÓT

Jest to typowy układ wymiennika ciepła z obiegiem wody w układzie zamkniętym. Przelicznik może być skonfigurowany do pracy z pomiarem przepływu po stronie zasilania lub powrotu. Układ może realizować pomiar oddawania lub pobierania ciepła (grzanie lub chłodzenie).

POMIAR PRZEPŁYWU I RÓŻNICY ENERGII CIEPLNEJ W UKŁADZIE ZASILANIE–POWRÓT Z CZĘŚCIOWYM ZWROTEM MEDIUM

Jest to najbardziej rozbudowany układ do pomiaru przepływu i rozliczania energii cieplnej wody. Układ może realizować pomiar oddawania lub pobierania ciepła (grzanie lub chłodzenie).

POMIAR PRZEPŁYWU I ENERGII CIEPLNEJ PARY

Jest to podstawowy układ do pomiaru przepływu i energii cieplnej pary. Umożliwia pomiar parametrów pary nasyconej i przegrzanej. Energia cieplna jest wyznaczana względem parametrów odniesienia, domyślnie 0°C i 101,3 kPa (mogą być ustawione inne wartości).

POMIAR PRZEPŁYWU I RÓŻNICY ENERGII CIEPLNEJ W UKŁADZIE ZAMKNIĘTYM PARA–KONDENSAT

Jest to typowy układ pomiaru energii cieplnej pary, w którym masa dostarczonej pary jest zwracana w postaci kondensatu. Energia wyznaczana jest jako różnica energii pary i wody.

POMIAR PRZEPŁYWU I RÓŻNICY ENERGII CIEPLNEJ CIECZY W UKŁADZIE PARA–KONDENSAT Z CZĘŚCIOWYM ZWROTEM MEDIUM

Układ najbardziej rozbudowany, w którym niezależnie mierzone są przepływ i energia pary oraz przepływ i energia wody oraz wyliczany jest bilans jako różnica tych energii. Układ stosowany jest w przypadku, jeżeli nie cała para zwracana jest w postaci kondensatu, a część pary lub kondensatu wykorzystywana jest do innych procesów technologicznych oraz w przypadku gdy kondensat zbierany jest w osobnym zbiorniku i zwracany okresowo.

POMIAR PRZEPŁYWU I RÓŻNICY ENERGII CIEPLNEJ W UKŁADZIE PRODUKCJI PARY Z POMIAREM PRZEPŁYWU WODY NA ZASILANIU

Układ pomiaru przepływu i energii cieplnej wytwarzanej pary na podstawie pomiaru przepływu wody dostarczanej do kotła.

POMIAR PRZEPŁYWU GAZU

Wyznaczanie przepływu masowego odbywa się w oparciu na równaniu gazu doskonałego.

Aby wykonać szczegółową analizę procesu i diagnostykę stanów awaryjnych w układach pomiaru energii cieplnej, niezbędna staje się często rejestracja mierzonych wartości. Przeliczniki serii FP-30x1(N) oferują taką możliwość. Dane zapisywane są w wewnętrznej pamięci urządzenia o pojemności 2 GB w postaci plików w formacie tekstowym i mogą być potem odczytywane w komputerze za pomocą dedykowanego oprogramowania FP-3000-Raport lub w zwykłym edytorze tekstowym.

Aby zapewnić wiarygodność zapisywanych informacji, dane zabezpieczone są szyfrowaną sumą kontrolną. Wartości chwilowe zapisywane są z ustawianą częstością od co 3 s do co 24 h, wartości licznikowe zaś z częstością co 1 h. Dodatkowo dostępny jest rejestr zdarzeń (odnotowywane są w nim np. zmiana ustawień, początek i koniec przekroczenia wybranych progów alarmowo-sterujących, początek i koniec stanu awaryjnego na wybranych wejściach pomiarowych) oraz rejestr czynności autoryzowanych, w którym odnotowywane jest wykonanie każdej czynności wymagającej zalogowania do urządzenia (np. zerowanie liczników, założenie nowego archiwum).

Przeliczniki serii FP-30x1(N) mogą pracować jako samodzielne urządzenia pomiarowe lub jako elementy systemu pomiarowego. Wyposażone są w dwa niezależne porty komunikacyjne:

• RS–485 (z protokołem Modbus RTU),
• Ethernet (z protokołem M odbus TCP i serwerem WWW)

do komunikacji z systemem nadrzędnym (SCADA, PLC). Dwa niezależne sposoby odczytu danych z urządzenia są bardzo wygodne w przypadku rozliczania się między dostawcą a odbiorcami, gdyż dostęp do odczytu mogą mieć niezależnie obie strony.

Przeliczniki serii FP-30x1(N) są nowoczesnymi urządzeniami pomiarowymi, konfigurowanymi w bardzo szerokim stopniu, umożliwiającymi realizację złożonych układów pomiaru energii cieplnej pary wodnej i wody. Znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, w elektrowniach i elektrociepłowniach, przemyśle hutniczym, spożywczym, chemicznym, drzewno-papierniczym.

Metronic Aparatura Kontrolno-Pomiarowa
www.metronic.pl