RU2546907C1 - Condensate drain state monitoring method and device for its implementation - Google Patents
Condensate drain state monitoring method and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2546907C1 RU2546907C1 RU2013142976/06A RU2013142976A RU2546907C1 RU 2546907 C1 RU2546907 C1 RU 2546907C1 RU 2013142976/06 A RU2013142976/06 A RU 2013142976/06A RU 2013142976 A RU2013142976 A RU 2013142976A RU 2546907 C1 RU2546907 C1 RU 2546907C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- condensate
- steam
- temperature
- wall
- condensate pipe
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16T—STEAM TRAPS OR LIKE APPARATUS FOR DRAINING-OFF LIQUIDS FROM ENCLOSURES PREDOMINANTLY CONTAINING GASES OR VAPOURS
- F16T1/00—Steam traps or like apparatus for draining-off liquids from enclosures predominantly containing gases or vapours, e.g. gas lines, steam lines, containers
- F16T1/38—Component parts; Accessories
- F16T1/48—Monitoring arrangements for inspecting, e.g. flow of steam and steam condensate
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
- F28B11/00—Controlling arrangements with features specially adapted for condensers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
- F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices
- F28B9/08—Auxiliary systems, arrangements, or devices for collecting and removing condensate
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к задаче энергосбережения в системах потребления пара, и может быть использовано для контроля рационального использования пара в теплообменниках путем определения эффективности конденсатоотводчика.The invention relates to the field of power engineering, in particular to the task of energy conservation in steam consumption systems, and can be used to control the rational use of steam in heat exchangers by determining the efficiency of a steam trap.
На многих промышленных предприятиях в качестве технологического теплоносителя применяется водяной пар, который, в большинстве случаев, используется в рекуперативных теплообменниках. Пар (называемый греющим), отдавая теплоту фазового перехода, конденсируется на поверхности теплообмена. Затем образовавшийся конденсат накапливается в конденсатоотводчике и, проходя через сопло конденсатоотводчика, попадает в конденсатопровод, по которому транспортируется в котел для повторного использования. Ключевым устройством, обеспечивающим полноту конденсации греющего пара в теплообменнике, является конденсатоотводчик, который должен удерживать греющий пар в теплообменнике и пропускать через себя только жидкую фазу теплоносителя. Со временем под действием загрязнений, налипающих на внутренние элементы конденсатоотводчика, эрозии запирающих элементов, вызываемой течением высокотемпературной парожидкостной смеси, конденсатоотводчик теряет свою эффективность, под которой понимают отношение массы конденсата, прошедшего через сопло конденсатоотводчика за единицу времени к массе греющего пара, поступившего в теплообменник за ту же единицу времени. Данный показатель может быть выражен в процентах или долях от единицы.At many industrial enterprises, water vapor is used as a process coolant, which, in most cases, is used in recuperative heat exchangers. Steam (called heating), giving up the heat of phase transition, condenses on the heat exchange surface. Then, the condensate that has formed accumulates in the steam trap and, passing through the nozzle of the steam trap, enters the condensate conduit through which it is transported to the boiler for reuse. The key device ensuring the completeness of condensation of the heating steam in the heat exchanger is a steam trap, which must hold the heating steam in the heat exchanger and pass only the liquid phase of the coolant through it. Over time, under the influence of contaminants adhering to the internal elements of the steam trap, erosion of the locking elements caused by the flow of the high-temperature vapor-liquid mixture, the steam trap loses its effectiveness, which is understood as the ratio of the mass of condensate passing through the nozzle of the steam trap per unit time to the mass of heating steam entering the heat exchanger for same unit of time. This indicator can be expressed as a percentage or fraction of a unit.
Мониторинг состояния и эффективности конденсатоотводчика необходим для контроля за рациональным (полным) использованием греющего пара в теплообменнике. Конденсатоотводчик, за исключением редких случаев, не выходит из строя внезапно и полностью. В большинстве случаев полному выходу из строя предшествует длительный (от года до нескольких лет) период работы в режиме частичного пропуска греющего пара, когда эффективность конденсатоотводчика находится в пределах 90÷50%. Очень важно получить информацию об утечке греющего пара через конденсатоотводчик на как можно более раннем этапе развития неисправности. Водяной пар является одним из самых дорогостоящих теплоносителей, поэтому контроль его рационального использования является весьма актуальной задачей. Если по результатам измерений эффективность конденсатоотводчика составляет, например, 80%, то этот конденсатоотводчик необходимо заменить. Однако на сегодняшний день неисправность такого уровня остается незамеченной эксплуатирующим персоналом, и конденсатоотводчик продолжает работать долгое время, постепенно все сильнее теряя свою эффективность. В итоге несвоевременное выявление неисправных конденсатоотводчиков оборачивается значительными убытками для предприятия и, как следствие, увеличением себестоимости производимой продукции.Monitoring the condition and efficiency of the steam trap is necessary to monitor the rational (full) use of heating steam in the heat exchanger. The steam trap, with the exception of rare cases, does not fail suddenly and completely. In most cases, complete failure is preceded by a long (from a year to several years) period of operation in the mode of partial passage of heating steam, when the efficiency of the steam trap is in the range of 90–50%. It is very important to get information about the leakage of heating steam through the steam trap at the earliest possible stage of the development of the malfunction. Water vapor is one of the most expensive coolants, therefore, control of its rational use is a very urgent task. If, according to the measurement results, the efficiency of the steam trap is, for example, 80%, then this steam trap must be replaced. However, to date, a malfunction of this level remains unnoticed by the operating personnel, and the steam trap continues to work for a long time, gradually losing its effectiveness more and more. As a result, untimely identification of faulty steam traps results in significant losses for the enterprise and, as a result, an increase in the cost of production.
Поэтому создание способа и устройства мониторинга состояния конденсатоотводчика является актуальным.Therefore, the creation of a method and device for monitoring the status of the steam trap is relevant.
Известен способ и устройство мониторинга состояния конденсатоотводчика, описанный в патенте US 4456173 (А), 1984.06.26 и в патенте US 4468962 (А), 1984.09.04, основанный на измерении расхода и энергии паровой фазы теплоносителя специальным термоанемометром или аналогичным устройством, установленным в сепараторе, смонтированном на конденсатопроводе между теплообменником и конденсатоотводчиком.A known method and device for monitoring the status of the steam trap described in US patent 4456173 (A), 1984.06.26 and US patent 4468962 (A), 1984.09.04, based on measuring the flow rate and energy of the vapor phase of the coolant with a special hot-wire anemometer or similar device installed in a separator mounted on a condensate line between the heat exchanger and the steam trap.
Данный способ не позволяет достоверно определять состояние конденсатоотводчика, так как на чувствительный элемент устройства, измеряющего расход пролетного пара, неизбежно будут попадать капельки конденсата, внося существенные искажения в результат измерения расхода пролетного пара.This method does not allow to reliably determine the state of the steam trap, since droplets of condensate will inevitably fall on the sensitive element of the device that measures the flow rate of the steam, introducing significant distortions into the result of the measurement of the flow rate of the steam.
Известен способ, представленный в патентах, например, US 5069247 (А), 1991.12.03 или GB 2231407 (А), 1990.11.14, основанный на использовании датчика уровня конденсата, смонтированного на конденсатопроводе между теплообменником и конденсатоотводчиком. Датчик уровня располагается в специальном кармане или камере и определяет уровень конденсата, проводя измерения электропроводности окружающей его среды, будь то конденсат или пар.A known method is presented in patents, for example, US 5069247 (A), 1991.12.03 or GB 2231407 (A), 1990.11.14, based on the use of a condensate level sensor mounted on a condensate pipe between the heat exchanger and the steam trap. The level sensor is located in a special pocket or chamber and determines the level of condensate by measuring the conductivity of its environment, whether it is condensate or steam.
Недостатком этого способа является возможность диагностирования только двух крайних состояний конденсатоотводчика: «исправен» и «неисправен». Причем состояние конденсатоотводчика «неисправен» диагностируется лишь при массовой доле пролетного пара порядка 50% и более.The disadvantage of this method is the ability to diagnose only two extreme states of the steam trap: “good” and “faulty”. Moreover, the condition of the steam trap is “faulty” is diagnosed only with a mass fraction of passage steam of the order of 50% or more.
Известен способ, описанный в патенте US 4249697 (А), 1981.02.10, основанный на измерении перепада температур между корпусом конденсатоотводчика и стенкой конденсатопровода. Если перепад температур меньше некоторого заранее установленного значения, то конденсатоотводчик считается неисправным.The known method described in patent US 4249697 (A), 1981.02.10, based on measuring the temperature difference between the body of the steam trap and the wall of the condensate pipe. If the temperature difference is less than a predetermined value, then the steam trap is considered defective.
Недостатком этого способа является возможность диагностирования только двух крайних состояний конденсатоотводчика: «исправен» и «не исправен». Данный способ удовлетворительно работает в случае, когда перепад давлений до и после клапана конденсатоотводчика достигает значительной величины. При небольшом перепаде давления до и после клапана конденсатоотводчика разность температур корпуса конденсатоотводчика и стенки конденсатопровода будет небольшой. В том случае, если конденсатоотводчик исправен, датчик может ввести наблюдателя в заблуждение, сигнализируя о неисправности.The disadvantage of this method is the ability to diagnose only two extreme states of the steam trap: “good” and “not good”. This method works satisfactorily when the pressure drop before and after the valve of the steam trap reaches a significant value. With a small pressure drop before and after the valve of the steam trap, the temperature difference between the body of the steam trap and the wall of the condensate pipe will be small. In the event that the steam trap is operational, the sensor may mislead the observer, signaling a malfunction.
Известен способ, описанный в патенте ЕР 1831767 (B1), 2011.06.29, основанный на регистрировании акустического сигнала, создаваемого потоком среды при его течении с большой скоростью через сопло конденсатоотводчика и дополнительном контроле температуры пара, поступающего в конденсатоотводчик или выходящего из конденсатоотводчика.The known method described in patent EP 1831767 (B1), 2011.06.29, based on the registration of the acoustic signal generated by the flow of the medium when it flows at high speed through the nozzle of the steam trap and additional control of the temperature of the steam entering the steam trap or leaving the steam trap.
Недостатком этого способа является возможность диагностирования только двух крайних состояний конденсатоотводчика: «исправен» и «не исправен». Также в случае изменения перепада давления на клапане конденсатоотводчика изменится характер и интенсивность акустического сигнала, что может привести к ложному срабатыванию данной системы мониторинга конденсатоотводчика. В качестве защиты от этой ситуации возможно расширение пределов допуска для акустического сигнала, однако это влечет за собой значительное снижение чувствительности данной системы мониторинга.The disadvantage of this method is the ability to diagnose only two extreme states of the steam trap: “good” and “not good”. Also, in the event of a change in the pressure drop across the valve of the steam trap, the nature and intensity of the acoustic signal will change, which can lead to a false positive of this monitoring system of the steam trap. As a protection against this situation, the tolerance limits for the acoustic signal can be extended, however, this entails a significant decrease in the sensitivity of this monitoring system.
Наиболее близким для способа мониторинга состояния конденсатоотводчика по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ, описанный в патенте US 8050875 (В2), 2011.11.01, основанный на измерении температуры стенки конденсатопровода и потока теплоносителя, выходящего из конденсатоотводчика, и сравнении этих температур с температурой греющего пара. Также данный метод предусматривает использование датчиков давления, располагаемых на паропроводе, конденсатоотводчике и конденсатопроводе.The closest to the method for monitoring the status of the steam trap according to the technical nature and the achieved result, selected as a prototype, is the method described in patent US 8050875 (B2), 2011.11.01, based on measuring the temperature of the wall of the condensate pipe and the flow of coolant leaving the steam trap, and comparing these temperatures with the temperature of the heating steam. Also, this method involves the use of pressure sensors located on the steam pipe, steam trap and condensate pipe.
Недостатком этого способа является возможность диагностирования только двух крайних состояний конденсатоотводчика: «исправен» и «не исправен».The disadvantage of this method is the ability to diagnose only two extreme states of the steam trap: “good” and “not good”.
Наиболее близким для устройства мониторинга состояния конденсатоотводчика по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является устройство, описанное в патенте US 8050875 (В2), 2011.11.01, включающее в себя датчики температуры теплоносителя, установленные в паропроводе, внутри конденсатоотводчика (или на его стенке), на стенке конденсатопровода и внутри конденсатопровода на выходе из конденсатоотводчика. Также в этом устройстве применены датчики давления, установленные в теплообменнике, в конденсатоотводчике и в конденсатопроводе.The closest to the device for monitoring the condition of the steam trap in terms of technical nature and the achieved result, selected as a prototype, is the device described in patent US 8050875 (B2), 2011.11.01, which includes heat carrier temperature sensors installed in the steam pipe inside the steam trap (or on its wall), on the wall of the condensate line and inside the condensate line at the outlet of the steam trap. Also in this device are pressure sensors installed in the heat exchanger, in the steam trap and in the condensate conduit.
Недостатком упомянутого устройства является возможность его успешного использования для диагностирования только двух крайних состояний конденсатоотводчика: «исправен» и «не исправен».The disadvantage of the said device is the possibility of its successful use for diagnosing only two extreme conditions of the steam trap: “good” and “not good”.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - усовершенствование способа и устройства для мониторинга состояния конденсатоотводчикаThe problem solved by the invention is the improvement of the method and device for monitoring the status of the steam trap.
Технический результат от использования изобретения заключается в возможности определения эффективности конденсатоотводчика.The technical result from the use of the invention lies in the possibility of determining the efficiency of the steam trap.
Указанный результат достигается тем, что в способе мониторинга состояния конденсатоотводчика, включающем измерение температуры греющего пара, давления греющего пара, температуры стенки конденсатопровода и давления в конденсатопроводе, дополнительно определяют массовый расход греющего пара и диаметр конденсатопровода, затем по величине массового расхода греющего пара сначала вычисляют коэффициент теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода, а потом вычисляют коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода, после этого исходя из данных о давлении в конденсатопроводе вычисляют соответствующую этому давлению температуру насыщения, далее, используя отношение величины коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода к величине коэффициента теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода и данные о температуре греющего пара, поступающего в теплообменник, температуре насыщения, соответствующей давлению в конденсатопроводе, и температуре стенки конденсатопровода, вычисляют эффективность конденсатоотводчика по уравнениям теплового баланса.This result is achieved by the fact that in the method for monitoring the status of the steam trap, including measuring the temperature of the heating steam, the pressure of the heating steam, the wall temperature of the condensate pipe and the pressure in the condensate pipe, the mass flow rate of the heating steam and the diameter of the condensate pipe are further determined, then the coefficient is first calculated from the mass flow rate of the heating steam heat transfer from passing steam to the wall of the condensate pipe, and then calculate the heat transfer coefficient from condensate to the wall of the condensate then, based on the data on the pressure in the condensate pipe, the saturation temperature corresponding to this pressure is calculated, then using the ratio of the heat transfer coefficient from the condensate to the wall of the condensate pipe to the value of the heat transfer coefficient from the passing steam to the wall of the condensate pipe and data on the temperature of the heating steam entering the heat exchanger , the saturation temperature corresponding to the pressure in the condensate pipe, and the wall temperature of the condensate pipe, calculate the efficiency of the condensate drain ika on heat balance equations.
Указанный результат достигается тем, что в устройство мониторинга состояния конденсатоотводчика, включающее датчик давления греющего пара, поступающего в теплообменник, датчик температуры греющего пара, поступающего в теплообменник, датчик температуры стенки конденсатопровода, датчик давления в конденсатопроводе и вычислительный модуль, дополнительно введен датчик расхода греющего пара, поступающего в теплообменник.The specified result is achieved by the fact that the steam trap pressure monitoring device entering the heat exchanger, the temperature sensor of the heating steam entering the heat exchanger, the wall temperature sensor of the condensate pipe, the pressure sensor in the condensate pipe and a computing module are additionally equipped with a heating steam flow sensor entering the heat exchanger.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
1. Данные о температуре, давлении и расходе греющего пара, поступающего в теплообменник, о температуре стенки конденсатопровода и давлении в конденсатопроводе поступают от датчиков в вычислительный модуль для обработки. Данные о диаметре конденсатопровода заносятся в память вычислительного модуля на этапе первоначальной настройки устройства мониторинга состояния конденсатоотводчика.1. Data on the temperature, pressure and flow rate of the heating steam entering the heat exchanger, on the temperature of the condensate pipe wall and pressure in the condensate pipe, are received from the sensors in the computing module for processing. Data on the diameter of the condensate pipe is entered into the memory of the computing module at the initial setup stage of the device for monitoring the status of the steam trap.
2. По известной величине массового расхода греющего пара, поступающего в теплообменник, вычисляется коэффициент теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода.2. Based on the known mass flow rate of the heating steam entering the heat exchanger, the heat transfer coefficient from the passing steam to the wall of the condensate pipe is calculated.
3. По известной величине массового расхода греющего пара, поступающего в теплообменник, вычисляется коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода.3. Based on the known mass flow rate of the heating steam entering the heat exchanger, the heat transfer coefficient from the condensate to the wall of the condensate pipe is calculated.
4. Исходя из данных о давлении в конденсатопроводе вычисляется температура насыщения, соответствующая этому давлению.4. Based on the data on the pressure in the condensate line, the saturation temperature corresponding to this pressure is calculated.
5. Используя отношение величины коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода к величине коэффициента теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода, а также данные о температуре греющего пара, поступающего в теплообменник, температуре насыщения при давлении в конденсатопроводе и температуре стенки конденсатопровода, вычисляется эффективность конденсатоотводчика.5. Using the ratio of the coefficient of heat transfer from the condensate to the wall of the condensate pipe to the value of the coefficient of heat transfer from the passing steam to the wall of the condensate pipe, as well as data on the temperature of the heating steam entering the heat exchanger, the saturation temperature at the pressure in the condensate pipe and the temperature of the wall of the condensate pipe, the efficiency of the condensate drain is calculated.
Изобретение иллюстрируется фигурами чертежей, на которых изображено:The invention is illustrated by the figures of the drawings, which depict:
фиг.1 - схема устройства мониторинга состояния конденсатоотводчика с датчиками температуры и давления пара, установленными на паропровод;figure 1 - diagram of a device for monitoring the status of the steam trap with temperature and steam pressure sensors installed on the steam line;
фиг.2 - схема устройства мониторинга состояния конденсатоотводчика с датчиками температуры и давления пара, установленными на теплообменник;figure 2 - diagram of a device for monitoring the status of the steam trap with temperature and steam pressure sensors mounted on a heat exchanger;
фиг.3 - схема участка конденсатопровода с установленным датчиком температуры стенки конденсатопровода.figure 3 is a diagram of a section of the condensate pipe with an installed temperature sensor of the wall of the condensate pipe.
Физический принцип осуществления патентуемого способа мониторинга состояния конденсатоотводчика заключается в следующем.The physical principle of the patented method for monitoring the status of the steam trap is as follows.
Известно, что конденсатоотводчик является устройством периодического действия - в исправном конденсатоотводчике запорный клапан попеременно находится то в открытом, то в закрытом состоянии, температура стенки конденсатопровода за конденсатоотводчиком определяется температурой дросселированного конденсата и пара вторичного вскипания. При износе или поломке запорного клапана данный клапан находится в открытом положении. В этом случае период проскока высокотемпературного пара (называемого пролетным паром) сменяется периодом сброса конденсата, накопившегося за это время в корпусе конденсатоотводчика. При дросселировании конденсата через сопло конденсатоотводчика его температура понижается из-за образования пара вторичного вскипания. Пленка относительно холодного конденсата движется по внутренней поверхности стенки конденсатопровода, охлаждая ее. Через некоторый промежуток времени через сопло конденсатоотводчика в конденсатопровод снова попадает пролетный пар. В связи с малым диаметром конденсатопровода пролетный пар движется с большой скоростью. Происходит срыв пленки конденсата со стенки конденсатопровода и нагрев этой стенки. Далее в конденсатопровод попадает новая порция дросселированного конденсата и цикл повторяется. Таким образом, температура стенки конденсатопровода вблизи конденсатоотводчика циклично изменяется во времени. Так как стенка конденсатопровода и датчики температуры имеют некоторую тепловую инерцию, температуру стенки в этом случае можно считать квазистационарной. Значение температуры стенки конденсатопровода зависит от соотношения массовых расходов высокотемпературного пролетного пара и низкотемпературного конденсата.It is known that the steam trap is a batch device - in a serviceable steam trap, the shutoff valve is alternately open or closed, the temperature of the condensate pipe wall behind the steam trap is determined by the temperature of the throttled condensate and secondary boiling steam. If the shut-off valve is worn or broken, this valve is in the open position. In this case, the period of the breakthrough of the high temperature steam (called span steam) is replaced by the period of the condensate discharge accumulated during this time in the body of the steam trap. When condensate is throttled through the nozzle of a steam trap, its temperature decreases due to the formation of secondary boiling steam. A film of relatively cold condensate moves along the inner surface of the wall of the condensate pipe, cooling it. After a certain period of time, overflow steam again enters the condensate pipe through the nozzle of the steam trap. Due to the small diameter of the condensate pipe, the passing steam moves at high speed. There is a breakdown of the condensate film from the wall of the condensate pipe and heating of this wall. Then a new portion of throttled condensate enters the condensate line and the cycle repeats. Thus, the temperature of the wall of the condensate pipe near the steam trap changes cyclically in time. Since the wall of the condensate line and temperature sensors have some thermal inertia, the wall temperature in this case can be considered quasistationary. The value of the wall temperature of the condensate pipe depends on the ratio of the mass flow rates of the high-temperature span steam and the low-temperature condensate.
Зная величину коэффициента теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода и величину коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода, температуру этой стенки, давление в конденсатопроводе, температуру насыщения при давлении в конденсатопроводе и температуру пролетного пара (которая равна температуре греющего пара, прошедшего процесс дросселирования до давления в конденсатопроводе), можно вычислить массовый расход конденсата и массовый расход пролетного пара и определить, таким образом, эффективность конденсатоотводчика.Knowing the value of the heat transfer coefficient from the passage steam to the wall of the condensate pipe and the value of the heat transfer coefficient from condensate to the wall of the condensate pipe, the temperature of this wall, the pressure in the condensate pipe, the saturation temperature at the pressure in the condensate pipe, and the temperature of the passage steam (which is equal to the temperature of the heating steam that has passed the throttling process to pressure in the condensate line), it is possible to calculate the mass flow rate of the condensate and the mass flow rate of the passing steam and thus determine the efficiency ndensatootvodchika.
Следует отметить, что для вычисления коэффициента теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода и коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода используется величина массового расхода греющего пара, поступающего в теплообменник. Для упрощения используется утверждение, что скорость движения пролетного пара и конденсата в конденсатопроводе прямо и непосредственно зависит от массового расхода греющего пара, поступающего в теплообменник. Это утверждение достаточно близко к истинной картине физического процесса, протекающего в конденсатопроводе за конденсатоотводчиком.It should be noted that in order to calculate the heat transfer coefficient from passing steam to the wall of the condensate pipe and the heat transfer coefficient from condensate to the wall of the condensate pipe, the mass flow rate of heating steam entering the heat exchanger is used. To simplify, the statement is used that the speed of the passage of steam and condensate in the condensate pipeline directly and directly depends on the mass flow rate of the heating steam entering the heat exchanger. This statement is close enough to the true picture of the physical process taking place in the condensate pipe behind the steam trap.
Во многих случаях расход греющего пара измеряется для группы теплообменников и установка индивидуального расходомера на каждый теплообменник невозможна или нецелесообразна. В этом случае для вычисления коэффициента теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода и коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода может использоваться расчетная (как доля от общего расхода греющего пара, поступающего на группу теплообменников) или проектная величина расхода греющего пара для каждого теплообменника. Это не вызовет значительного снижения точности мониторинга состояния конденсатоотводчика, так как в уравнениях теплового баланса, с помощью которых определяется эффективность конденсатоотводчика, используется отношение величины коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода к величине коэффициента теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода.In many cases, the flow rate of heating steam is measured for a group of heat exchangers and the installation of an individual flow meter on each heat exchanger is impossible or impractical. In this case, to calculate the heat transfer coefficient from the passing steam to the wall of the condensate pipe and the heat transfer coefficient from the condensate to the wall of the condensate pipe, the calculated (as a fraction of the total flow rate of heating steam entering the group of heat exchangers) or the design value of the flow of heating steam for each heat exchanger can be used. This will not cause a significant decrease in the accuracy of monitoring the state of the steam trap, since the heat balance equations that determine the efficiency of the steam trap use the ratio of the heat transfer coefficient from the condensate to the wall of the condensate pipe to the value of the heat transfer coefficient from the passing steam to the wall of the condensate pipe.
В случае еще большего упрощения способа мониторинга состояния конденсатоотводчика коэффициент теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода и коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода могут не определяться расчетным путем, а быть представлены в виде заранее заданных величин (или сразу их отношения), заносимых в память вычислительного модуля. Однако в этом случае точность мониторинга состояния конденсатоотводчика снизится из-за того, что при различной величине расхода греющего пара отношение величины коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке конденсатопровода к величине коэффициента теплоотдачи от пролетного пара к стенке конденсатопровода может изменяться.In the case of a further simplification of the method for monitoring the state of the condensate drain, the heat transfer coefficient from the passing steam to the wall of the condensate pipe and the heat transfer coefficient from condensate to the wall of the condensate pipe can not be determined by calculation, but can be presented in the form of predetermined values (or immediately their ratios) stored in the computational memory module. However, in this case, the accuracy of monitoring the state of the steam trap will decrease due to the fact that for different values of the flow rate of the heating steam, the ratio of the coefficient of heat transfer from the condensate to the wall of the condensate pipe to the value of the coefficient of heat transfer from the passing steam to the wall of the condensate pipe.
Способ может быть реализован с помощью устройства мониторинга состояния конденсатоотводчика, схема которого приведена на фиг.1.The method can be implemented using a device for monitoring the status of the steam trap, a diagram of which is shown in figure 1.
Устройство состоит из датчика температуры греющего пара 1; датчика давления греющего пара 2; датчика расхода греющего пара 3; датчика температуры стенки конденсатопровода 4; датчика давления в конденсатопроводе 5, соединенных с вычислительным модулем 6.The device consists of a temperature sensor heating steam 1; heating
На схеме изображены также паропровод 7; теплообменник 8; конденсатоотводчик 9; конденсатопровод 10; трубопровод, транспортирующий нагреваемый теплоноситель 11.The diagram also shows the steam line 7;
Устройство мониторинга состояния конденсатоотводчика функционирует следующим образом. Датчики 1, 2, 3 устанавливаются на паропровод 7, а датчики 4 и 5 устанавливаются на конденсатопровод 10. Данные, полученные с указанных датчиков, по проводному или беспроводному каналу 12 поступают на вход вычислительного модуля 6. В вычислительном модуле 6 по заранее заданным алгоритмам (уравнениям теплового баланса) происходит вычисление эффективности конденсатоотводчика.The device for monitoring the status of the steam trap operates as follows.
Информация о текущем состоянии конденсатоотводчика может быть выведена на дисплей, установленный на щите управления, или по проводному или беспроводному каналу передана на персональный компьютер диспетчера, где производится вывод этой информации на дисплей персонального компьютера или дальнейшая ее обработка. Таким образом, устройство мониторинга состояния конденсатоотводчика может быть интегрировано в автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) предприятия.Information about the current state of the steam trap can be displayed on a display installed on the control panel, or transmitted via a wired or wireless channel to the dispatcher’s personal computer, where this information is displayed on a personal computer display or further processed. Thus, the device for monitoring the status of the steam trap can be integrated into the automated process control system (ACS TP) of the enterprise.
Вычислительный модуль базируется на современном микропроцессорном устройстве, например, таком как Atmel AVR ATmega 1284P или аналогичном.The computing module is based on a modern microprocessor device, for example, such as Atmel AVR ATmega 1284P or similar.
Для измерения температуры греющего пара, поступающего в теплообменник, его давления и расхода, а также давления в конденсатопроводе могут применяться различные датчики, широко выпускаемые промышленностью. Датчики 1, 2 для измерения температуры и давления греющего пара, поступающего в теплообменник, могут устанавливаться как на паропровод 7, так и на сам теплообменник 8 (фиг.2).To measure the temperature of the heating steam entering the heat exchanger, its pressure and flow rate, as well as the pressure in the condensate pipe, various sensors widely used by the industry can be used.
Температуру стенки конденсатопровода можно измерять с помощью термопар, терморезисторов и других датчиков, предназначенных для измерения температуры поверхности. Датчик температуры должен быть надежно закреплен на поверхности стенки конденсатопровода или вмонтирован в стенку. Для исключения воздействия температуры окружающего воздуха участок поверхности конденсатопровода 10 вместе с датчиком 4 должен быть покрыт теплоизоляцией 13 (фиг.3).The wall temperature of the condensate pipe can be measured using thermocouples, thermistors, and other sensors designed to measure surface temperature. The temperature sensor must be securely mounted on the surface of the wall of the condensate pipe or mounted in the wall. To exclude the effects of ambient temperature, the surface section of the
Данные, поступающие на вход вычислительного модуля, могут быть получены не только от датчиков, установленных специально для осуществления мониторинга состояния конденсатоотводчика. В качестве, как минимум, одного из датчиков, входящих в состав устройства мониторинга состояния конденсатоотводчика, могут быть использованы аналогичные датчики, примененные в составе существующей системы телеметрии технологического процесса предприятия. Это позволит избежать дублирования различных датчиков и обеспечит снижение стоимости устройства мониторинга состояния конденсатоотводчика. Например, если в существующей системе телеметрии технологического процесса предприятия используются датчики температуры греющего пара, поступающего в теплообменник, то для функционирования устройства мониторинга состояния конденсатоотводчика необязательно устанавливать отдельный датчик температуры греющего пара - существующий датчик может быть подключен к устройству мониторинга состояния конденсатоотводчика и таким образом войдет в его состав.The data received at the input of the computing module can be obtained not only from sensors installed specifically for monitoring the status of the steam trap. As at least one of the sensors included in the device for monitoring the status of the steam trap, similar sensors used in the existing telemetry system of the technological process of the enterprise can be used. This will avoid duplication of various sensors and will reduce the cost of the device for monitoring the status of the steam trap. For example, if the existing telemetry system of an enterprise’s technological process uses temperature sensors for heating steam entering the heat exchanger, then it is not necessary to install a separate temperature sensor for heating steam to operate the steam trap status monitor - the existing sensor can be connected to the device for monitoring the status of the steam trap and thus enter its composition.
Пример конкретного выполнения способа.An example of a specific implementation of the method.
Способ апробирован на предприятии тяжелой промышленности. С помощью устройства были получены следующие данные с датчиков: температура греющего пара составляла 180°C, абсолютное давление в теплообменнике составляло 0,5 МПа, абсолютное давление в конденсатопроводе составляло 0,15 МПа, температура стенки конденсатопровода составляла 118°C, массовый расход греющего пара составлял 0,2 кг/с. Был определен диаметр конденсатопровода, составлявший 0,05 м. Используя полученные данные, при помощи уравнений теплового баланса была определена эффективность конденсатоотводчика, составившая 82%.The method is tested at the enterprise of heavy industry. Using the device, the following data were obtained from the sensors: the temperature of the heating steam was 180 ° C, the absolute pressure in the heat exchanger was 0.5 MPa, the absolute pressure in the condensate pipe was 0.15 MPa, the temperature of the wall of the condensate pipe was 118 ° C, the mass flow rate of heating steam was 0.2 kg / s. The diameter of the condensate pipe was determined to be 0.05 m. Using the data obtained, using the heat balance equations, the efficiency of the steam trap was determined, amounting to 82%.
На первый взгляд, конденсатоотводчик обладает достаточно высокой эффективностью, и производить его замену не требуется. Однако экономический анализ показывает, что при стоимости 1 ГДж теплоты порядка 300 рублей и стоимости нового конденсатоотводчика порядка 45000 рублей срок окупаемости мероприятия по замене конденсатоотводчика в данных условиях составляет около 24 суток (при круглосуточном режиме работы). В результате принято решение о замене данного конденсатоотводчика.At first glance, the steam trap has a fairly high efficiency, and it is not necessary to replace it. However, an economic analysis shows that at a cost of 1 GJ of heat of about 300 rubles and the cost of a new steam trap about 45,000 rubles, the payback period for replacing a steam trap under these conditions is about 24 days (with a round-the-clock operation). As a result, a decision was made to replace this steam trap.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет выявлять неработоспособные конденсатоотводчики на раннем этапе развития неисправности. Используя данные о стоимости единицы тепловой энергии, средней стоимости конденсатоотводчика данной производительности, его номинальной эффективности, гарантируемой изготовителем, и его среднем сроке службы, можно достаточно просто определить пороговое значение величины эффективности конденсатоотводчика, при котором рекомендуется произвести его замену.Thus, the use of the invention allows to identify inoperative steam traps at an early stage of the development of a malfunction. Using data on the cost of a unit of thermal energy, the average cost of a steam trap of a given capacity, its nominal efficiency guaranteed by the manufacturer, and its average life, you can simply determine the threshold value of the efficiency of a steam trap at which it is recommended to replace it.
В результате использования предлагаемого изобретения замена неисправных конденсатоотводчиков будет производиться чаще и ежегодные затраты предприятия на эту цель возрастут. Однако экономический эффект от экономии греющего пара превзойдет увеличение затрат на более частую замену конденсатоотводчиков.As a result of the use of the invention, the replacement of faulty steam traps will be made more often and the annual costs of the enterprise for this purpose will increase. However, the economic effect of saving heating steam will exceed the increase in costs for more frequent replacement of steam traps.
Предлагаемое изобретение соответствует критерию промышленной применимости, поскольку было опробовано на реальных теплообменниках, оснащенных конденсатоотводчиками различного типа. Помимо прочего, существенным положительным свойством изобретения является возможность его интеграции в автоматизированную систему управления технологическим процессом предприятия.The present invention meets the criterion of industrial applicability, since it has been tested on real heat exchangers equipped with various types of steam traps. Among other things, a significant positive feature of the invention is the possibility of its integration into an automated process control system of an enterprise.
Необходимо отметить, что изобретение обладает свойством адаптивности и позволяет производить мониторинг состояния конденсатоотводчика в широком диапазоне колебаний параметров греющего пара (таких как температура, давление, расход). Это позволяет обеспечить необходимую надежность и точность мониторинга состояния конденсатоотводчика при различных технологических режимах работы теплообменника.It should be noted that the invention has the property of adaptability and allows you to monitor the status of the steam trap in a wide range of fluctuations in the parameters of the heating steam (such as temperature, pressure, flow). This allows you to provide the necessary reliability and accuracy of monitoring the status of the steam trap under various technological operating modes of the heat exchanger.
Claims (2)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013142976/06A RU2546907C1 (en) | 2013-09-20 | 2013-09-20 | Condensate drain state monitoring method and device for its implementation |
| PCT/RU2014/000335 WO2015041569A1 (en) | 2013-09-20 | 2014-05-12 | Method for monitoring the condition of a condensate drain and device for implementing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013142976/06A RU2546907C1 (en) | 2013-09-20 | 2013-09-20 | Condensate drain state monitoring method and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013142976A RU2013142976A (en) | 2015-03-27 |
| RU2546907C1 true RU2546907C1 (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=52689135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013142976/06A RU2546907C1 (en) | 2013-09-20 | 2013-09-20 | Condensate drain state monitoring method and device for its implementation |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2546907C1 (en) |
| WO (1) | WO2015041569A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4249697A (en) * | 1979-06-25 | 1981-02-10 | Savage Harlow D Jr | Steam trap monitor |
| SU966392A1 (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-15 | Всесоюзный Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского | System for automatic controlling of drainage out of steam duct |
| US5069247A (en) * | 1990-01-17 | 1991-12-03 | Gestra Aktiengesellschaft | Condensate drain with monitor device |
| RU2296265C2 (en) * | 2001-10-18 | 2007-03-27 | ФИШЕР КОНТРОЛЗ ИНТЕРНЭШНЛ Эл-Эл-СИ | Steam trap arrangement |
| EP1831767B1 (en) * | 2004-12-08 | 2011-06-29 | Armstrong International, Inc. | Steam trap monitoring |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8050875B2 (en) * | 2006-12-26 | 2011-11-01 | Rosemount Inc. | Steam trap monitoring |
-
2013
- 2013-09-20 RU RU2013142976/06A patent/RU2546907C1/en active
-
2014
- 2014-05-12 WO PCT/RU2014/000335 patent/WO2015041569A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4249697A (en) * | 1979-06-25 | 1981-02-10 | Savage Harlow D Jr | Steam trap monitor |
| SU966392A1 (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-15 | Всесоюзный Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского | System for automatic controlling of drainage out of steam duct |
| US5069247A (en) * | 1990-01-17 | 1991-12-03 | Gestra Aktiengesellschaft | Condensate drain with monitor device |
| RU2296265C2 (en) * | 2001-10-18 | 2007-03-27 | ФИШЕР КОНТРОЛЗ ИНТЕРНЭШНЛ Эл-Эл-СИ | Steam trap arrangement |
| EP1831767B1 (en) * | 2004-12-08 | 2011-06-29 | Armstrong International, Inc. | Steam trap monitoring |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013142976A (en) | 2015-03-27 |
| WO2015041569A1 (en) | 2015-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10400623B2 (en) | Method for detecting a fluid leak in a turbomachine and system for distributing a fluid | |
| Jia et al. | Characteristic physical parameter approach to modeling chillers suitable for fault detection, diagnosis, and evaluation | |
| CN114353854B (en) | Method, apparatus, and medium for online locating of anomaly sensors | |
| CN103969280B (en) | Method for detecting refrigerant abnormity and air conditioner | |
| CN105241018A (en) | Heat exchange fault detection method and device for dehumidification device | |
| JP2008096002A (en) | Air conditioner | |
| CN102313471A (en) | The function supervision of cooling system and/or control method and corresponding cooling | |
| JP2003315211A (en) | Method for detecting deterioration of apparatus | |
| CN110296499A (en) | A kind of electric expansion valve abnormal cause judgment method, device and air conditioner | |
| US10031501B2 (en) | Apparatus and method for detecting degradation in climate control system performance | |
| RU2546907C1 (en) | Condensate drain state monitoring method and device for its implementation | |
| JP6660275B2 (en) | Capacity diagnosis system and capacity diagnosis method for absorption refrigerator | |
| US10669883B2 (en) | Steam-using facility monitoring system | |
| US10676206B2 (en) | System and method for heat exchanger failure detection | |
| JPWO2007046139A1 (en) | Fuel gas moisture monitoring device and moisture monitoring method | |
| EP3179165B1 (en) | Steam using facility management method, and steam using facility | |
| JP4694185B2 (en) | Method for measuring input energy of equipment and method for measuring steam flow rate | |
| JP2018204920A (en) | Performance diagnostic device and performance diagnostic method for absorption type refrigerator | |
| JP2005233609A (en) | Anomaly diagnosing method and its device for absorption refrigerator | |
| JP6900303B2 (en) | Refrigerator performance diagnostic system | |
| Saththasivam et al. | Evaluation of the simple thermodynamic model (Gordon and NG universal chiller model) as a fault detection and diagnosis tool for on-site centrifugal chillers | |
| Rueda et al. | Fault detection and diagnosis in liquid chillers | |
| JP6303473B2 (en) | Steam pipe loss measurement system and steam pipe loss measurement method | |
| JP2010139360A (en) | Gas supply security apparatus and gas meter | |
| US11754338B2 (en) | Method to detect tube leakage in shell and tube thermosiphon reboilers |