Разработка информационно измерительной системы пароводяного тракта барабанного котла средней мощности

   Следовательно  σ_d =0,05 и σ_D=0,15

 

σ_αd=2*0,05(1+

)=0,1065 %

σ_αD=2*0,15*

=0,01957 %

 

  Для диафрагм с  угловым способом отбора ∆Р  при определении α, σ_α рассчитывается по соотношениям:

 

σ_α=(0,3²+ σ_αd²+ σ_αD²)^0,5 при 0,05 ≤ m ≤0,36

 

σ_α=((0,5m)²+ σ_αd²+ σ_αD²)^0,5 при 0,36 < m ≤0,64

 

  Следовательно σ_α=(0,3²+ σ_αd²+ σ_αD²)^0,5= (0,3²+ 0,1065²+ 0,01957²)^0,5=0,318943935 %

 

  Средние квадратические  относительные погрешности коэффициентов  коррекции расхода на число  Рейнольдса вычисляют по выражениям:

 

σ_κRe=(1-К_Re)σ_μ

  где σ_μ – погрешность определения вязкости среды.

  Коэффициент коррекции  расхода на число Рейнольдса:

 

К_Re=

;

 

где  С=(0,5959+0,0312m^1,05_-0,184m⁴) ,

 

          B= ;

 

С=(0,5959+0,0312*0,2^1,05-0,184*0,2⁴) =0,614

 

B= =0,000395867

К_Re =

=0,999545063 %

 

σ_μ=0,5*10 ^-6 %, половина деления шкалы показания динамической вязкости

                           воды [1]

 

 Следовательно:   σ_κRe=(1-0,999545063)* 0,5*10 ^-6 =2,2*10^-10 %

 

  Средняя квадратическая  относительная погрешность дифманометра  равна:

 

σ_√∆P=0,5

S_∆P

  где S_∆P – класс точности прибора.

  Класс точности  Метран-100, мод.-1450 к=0,5, следовательно

σ_√∆P=0,5

0,5=0,25 %

 

  Средняя квадратическая  относительная погрешность определения  плотности жидкости :  σ_ρ=0,05 %

 

  Вычислим среднюю  квадратическую относительную погрешность  измерения расхода:

σ_Q=(σ_α²+σ²_κRe+σ²_√∆P+0,25σ²_ρ)^0,5

подставим данные:

σ_Q=(0,318943935²+(2,2*10^-10)²+0,25² +0,25*0,052²)^0,5=0,406 %

 

  Находим предельную  относительную погрешность результата  измерения :

δ=2* σ_Q

 

δ=2* 0,406=0,812 %

 

 5.3. Найдем поправочный множитель на плотность:

 

 

где и частные производные по температуре и давлению соответственно.

 

 

 

теперь найдем ∆Р и  ∆t:

 

±∆Р=

 

±∆Р=

кгс/см²

 

±∆t=

 

±∆t=

⁰С

 

   Подставляем все  значения в формулу ∆ρ:

 

 

  Отсюда найдем  погрешность ε_Q:

 

ε_Q=

 

ε_Q=

1,54%

 

 

  Найдем погрешность  измерения расхода: 

∆Q=

 

∆Q=

=2,63 м³/ч

 

Q=Q_0max±∆Q

Q=236±2,63 м³/ч с достоверной вероятностью 0,95.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет диафрагмы с угловым способом отбора перепада давления для измерения расхода воды

 

   Для расчета  должно быть задано:

    Q_{o макс}=235 м³/ч - наибольший измеряемый расход;

    Q_{o мин}=105 м³/ч - наименьший измеряемый расход;

    Р=150 кгс/см² – абсолютное давление воды перед диафрагмой;

    T=220 ⁰С – температура воды перед диафрагмой;

    D₂₀= 187 мм – внутренний диаметр трубопровода перед сужающим

                            устройством при температуре  20 ⁰С;

     1×18Н10Т –  материал трубопровода;

     К=1 мм –  абсолютная шероховатость трубопровода.

 

 

Определяем недостающие для расчета данные.

 

   Находим плотность воды при рабочих условиях по таблице воды и водяного пара:

ρ=850 кг/м³

 

   Поправочный множитель на тепловое расширение материала трубопровода:

К_t=1+β_t*(t-20)=1+0.165*10^-4*200=1.0033

β_t=0.165*10^-4

 

   Внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при температуре t:     D=D₂₀*K_t=187*1.0033=187.6 мм

 

   Динамическая вязкость воды в рабочих условиях:  μ=13,2*10^-6 кгс∙с/м²

 

Определение номинального перепада давления дифманометра.

 

   Т.к. допустимая потеря давления не задана, принимаем значение относительной площади диафрагмы, равное m=0,2.

   Вычисляем вспомогательную  величину:

 С= = =15,7

 

  Предельный номинальный  перепад давления дифманометра ∆Р_Н=1,6 кгс/см²

  Максимальный перепад давления дифманометра ∆Р=∆Р_Н

  Максимальное число  Рейнольдса:

                                    

R_e=0,0361

= =2,86*10⁶.

 

  Диаметр отверстия  диафрагмы при температуре 20 ⁰С :

 

d₂₀=

= =84 мм.

 

Проверка  расчета.

 

   Расход, соответствующий  предельному номинальному перепаду  давления:

 

Q_o=

;  [м³/ч]

где  K_t – коэффициент коррекции расхода;

        α – коэффициент расхода диафрагм с угловым способом отбора перепада 

              давления;

        d₂₀ – диаметр отверстия сужающего устройства при температуре 20⁰С, мм.

 

 

  Коэффициент расхода  диафрагм с угловым способом  отбора перепада давления, в диапазоне  чисел Рейнольдса R_emin ≤ R_e ≤ 10⁸ определяется по формуле:

 

α =

[0,5959+0,0312m^1,05-0,1840m⁴+0,0029m^1,25( )^0,75] ;

 

  Значение R_emin выбирают в зависимости от m:

для 0,05 ≤ m ≤ 0,20 R_emin=5*10³

для 0,20 < m ≤ 0,59 R_emin=10⁴

для 0,59 < m ≤ 0,64 R_emin=2*10⁴

 

α =

[0,5959+0,0312*0,2^1,05-0,1840*0,2⁴+0,0029*0,2^1,25( )^0,75] =0,613

 

    из чего: Q_o= =236,4 кг/м³.

 

 Относительное отклонение  расхода Q₀ от заданного значения Q_пр :

 

δ_Q=( )*100%=( )*100=0,16%,  т.к. относительное отклонение рассчитанного значения расхода Q₀ от заданного меньше 0,2%, расчет выполнен правильно[2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Программа расчета косвенного измерения

 

   Для использования  данной программы необходимо  иметь начальные знания по  работе в среде Matlab. Для того, чтобы запустить программу необходимо открыть программу Matlab, после чего, через командную строку открыть данный m – файл.

Краткие обозначения  программы:

t - температура воды перед диафрагмой;

dP-∆Р- Предельный номинальный перепад давления дифманометра;

Ro- ρ - плотность воды при рабочих условиях;

my - μ - динамическая вязкость воды в рабочих условиях; 

d₂₀ -  диаметр отверстия диафрагмы при температуре 20 ⁰С;

bt - β_t

m - значение относительной площади диафрагмы;

 

t=220;D20=187;m=0.2;dP=16000;Ro=850;my=13.2*10^-6;d20=84;D=187.7;

bt=0.165*10^-4;

%поправочный множитель  на тепловое расширение трубопровода

Kt=1+bt*(t-20)

%задаемся Re

Re=10^6;

%вычисляем  Alv при Re

Alv=1/((1-m^2)^0.5)*(0.5959+0.0312*m^1.05-0.1840*m^4+0.0029*m^1.25*(10^6/Re)^0.75)

%вычисляем Qo при Alv

Qo=0.01252*Alv*Kt^2*d20^2*(dP/Ro)^0.5

%вычисляем RE при Qo

RE=0.0361*(Qo*Ro)/(D*my)

%вычисляем вспомогательную  величину для определения действительного  числа Рейнольдса REd

c=(0.5959+0.0312*m^1.05-0.1874*m^4)*1/((1-m^2)^0.5)

b=(0.0029*m^1.25)/((1-m^2)^0.5)

s1=b*RE/(Alv*10^6)

s2=c*RE/(Alv*10^6)

s=s1/s2^1.75

%определяем действительное  число REd

REd=(RE*c)/(Alv*(1-s*(1-s*(1-s)^1.75)^1.75))

%определяем действительное Alvd

Alvd=1/((1-m^2)^0.5)*(0.5959+0.0312*m^1.05-0.1840*m^4+0.0029*m^1.25*(10^6/REd)^0.75)

%вычисляем действительный  расход Qod

Qod=0.01249*Alvd*Kt^2*d20^2*(dP/Ro)^0.5

%для вычисления отклонений  диаметра необходимо задаться sigd sigD

sigd=0.05;sigD=0.15;

%вычисляем погрешности

sigald=2*0.05*(1+(0.2)^2/0.613)

sigalD=2*0.15*((0.2)^2/0.613)

%определяем погрешность  для sigal

sigal=((0.3)^2+(sigald)^2+(sigalD)^2)^0.5

%определяем коэффициент  коррекции расхода на число RE

KRE=(c+b*((10)^6/REd)^1.15)/(c+b)

%задаемся погрешностью sigmy, как половина шкалы покозания динамической

%вязкости воды

sigmy=0.5*10^-6;

%определяем среднеквадратическую относительную погрешность коэффициентов

%коррекции расхода  на число Рейнольдса

sigkRE=(1-KRE)*sigmy

%для нахождения квадратической  относительной погрешности дифманометра sigdP

%необходимо задаться  классом точности прибора Sdp, а также знать измеряемый

%диапазон dPpr, dP

Sdp=0.5;dPpr=16000;dP=16000;

sigdP=0.5*(dPpr/dP)*0.5

%средняя квадратическая  относительная погрешность определения  плотности

%жидкости sigRo, равна половине последней значащей цифре

sigro=0.05;

%теперь вычисляем  среднюю квадратическую относительную погрешность

%измерения расхода

sigQ=(sigal^2+sigkRE^2+sigdP^2+0.25*sigro^2)^0.5

%находим предельную  относительнуюпогрешность результата  измерения eta

eta=2*sigQ

%находим поправочный  множитель на плотность воды DRO

%для этого необходимо  найти частные производные

dP=0.4;dt=1.1;

DRO=((1.2^2*dt^2)+(0.078^2*dP^2))^0.5

%находим предельную  относительную погрешность измерения  расхода

epsQ=(eta^2+DRO^2)^0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Рабочая станция

 

Высокопрочный мобильный планшетный компьютер  СА25

 

Общие параметры компьютера

 

Процессор – Intel Pentium 3/Celeron от 700 МГц.

Память:

-1 гнездо SO-DIMM  с поддержкой до 128 Мбайт РС 100 SDRAM

-кэш 256 кбайт или  128 кбайт встроен  в ядро процессора.

Дисковые накопители :

-встроенный винчестер  высотой до 9,5мм

-внешний дисковод гибких дисков

-внешние приводы CD-ROM/DVD-ROM

Видеоадаптеры: 32-битный SVGA  с видеопамятью до 4 Мбайт

Дисплей : 10,4” цветной  ЖКИ на активной матрице, разрешение 1024*768.

Порты ввода-вывода:

- последовательный порт RS-232C

- порт USB

- внешние порты клавиатуры и мыши PS/2

- инфракрасный порт

- порт для станции  расширения

- порт RJ-1 для модема.

    Для программного  обеспечения сбора данных и  оперативного диспетчерского управления  верхнего уровня систем промышленной  автоматизации, используется SCADA-система GENESIS32.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

 

   В данной курсовой работе была разработана информационно измерительная система уровня барабанного котла средней мощности.   Повышение уровня, от нормального (перепитка "котла")   увеличивает   влажность пара, а иногда приводит   к забросу воды в пароперегреватель и турбину.

   Наоборот, слишком низкий уровень("пуск" воды из барабана котла) может привести к нарушению циркуляции в отдельных экранных трубах котла и их пережогу. Поэтому информационный контроль очень важен.

   Также по заданным  параметрам было рассчитано сужающее  устройство и выбран дифманометр.  В ходе расчета погрешность  дифманометра составила Q=236±2,63 м³/ч. Для расчета оценки косвенного измерения была составлена программа в системе Matlab.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. РД 50-213-80, Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными 

     сужающими  устройствами, М.:Издательство стандартов, 1982.

2. Рыжиков Ю.Г. Конышева О.Н., Методические указания к практическим  

     занятиям  по дисциплине “Теплотехнические  измерения и приборы” 

     измерения  расхода, О.:ОНПУ, 1988.

3. Деянов В.А., Автоматизация, защита и сигнализация на электростанциях, 

Госэнергоиздат, 1963.

4. Файерштейн Л.М. Этинген Л.С. Гохбойм Г.Г., Справочник по автоматизации

Котельных , М.:Энергия, 1972.

5. Методические указания по наладке регуляторов питания барабанных

     паровых  котлов, М.:Союзтехэнерго, 1987.

6. Клюев А.С. Глазов Б.В. Миндин М.Б., Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля, М.:Энергоатомиздат, 1983.
7. Демченко В.А., Автоматизация и моделирование технологических процессов АЭС и ТЭС, О.:Астропринт, 2001.
8. Инструкция правил устройства и безопасной эксплуатации котлоагрегата ТП-170, ОТЭЦ, 1994.
9. Каталог ”Метран“ средств автоматизации для измерения давления, температуры, расхода, уровня, метрологического оборудования, Р.:Космос, 2004.
10. Руководство по монтажу и эксплуатации уровнемеров, Ивано-Франковск, 1965.
11. РД 34.35.101-88, Методические указания по объему технологических измерений сигнализации автоматического регулирования на тепловых электростанциях, М.:Издательство стандартов, 1982.