Нагрев воды в котле при остановке циркуляционного насоса Опции

[BiteNick]

Здравствуйте. Задача такая. При остановке циркуляционного насоса, в течение некоторого времени продолжается горение топлива и нагрев воды в котле. По идее процесс идет уже не по изобаре, а изохорно. Следовательно всё отданное топливом тепло переходит во внутреннюю энергию, а не энтальпию, как при обычной работе котла и изобарном процессе. Таблиц определения воды по внутренней энергии нет, поэтому, воспользовавшись 1 законом термодинамики получил что:
u2=q+u1 или:
h2=q+h1+v*(p2-p1)
Подскажите пожалуйста, как понять 3 член в уравнении? Вроде учил термодинамику и понимал всё, а пояснить себе и другим это не могу и сомневаюсь в расчёте для практического случая.
Практический случай: котел КВГМ-30. Остановился циркуляционный насос. АВР не сработал, ПКН по газу не сработал. Оператор отреагировал и через 260 секунд остановил котёл и запустил резервный насос. Расход газа 1460м.куб/час. Начальная температура воды в остановившемся котле = 92гр.С, давление 5,5 кгс/см.кв. Известно конечное давление - 12 кгс/см.кв (по истечении 260 сек)
Посчитав по 2 формуле (см. выше) я получил h2 = 1349 кДж/кг. Для 12кгс/см.кв. на линии насыщения энтальпия воды равна 798кДж/кг, а пара 2783 кДж/кг. На основании этого предполагаю что котел закипел и определил степень сухости пара (среднюю по объему) х=0,27.
Сомневаюсь во 2 формуле, может все же надо считать что всё тепло отданное газом перешло в энтальпию, а не внутреннюю энергию. Тогда после расчётов получается значение h2 близкое к насыщенной воде при 12кгс/см2 и предположительно закипела вода частично в экранах (что, если оператор не обманывает, оправдываясь, доказывается не сильными и не продолжительными гидроударами после запуска насоса). Может кто сталкивался с чем подобным, подскажите и давайте подискутируем.

Прикрепленные файлы

 __________________________________________________.xls ( 24,5 килобайт ) Кол-во скачиваний: 16

 

[BiteNick]

Здравствуйте. Задача такая. При остановке циркуляционного насоса, в течение некоторого времени продолжается горение топлива и нагрев воды в котле. По идее процесс идет уже не по изобаре, а изохорно. Следовательно всё отданное топливом тепло переходит во внутреннюю энергию, а не энтальпию, как при обычной работе котла и изобарном процессе. Таблиц определения воды по внутренней энергии нет, поэтому, воспользовавшись 1 законом термодинамики получил что:
u2=q+u1 или:
h2=q+h1+v*(p2-p1)
Подскажите пожалуйста, как понять 3 член в уравнении? Вроде учил термодинамику и понимал всё, а пояснить себе и другим это не могу и сомневаюсь в расчёте для практического случая.
Практический случай: котел КВГМ-30. Остановился циркуляционный насос. АВР не сработал, ПКН по газу не сработал. Оператор отреагировал и через 260 секунд остановил котёл и запустил резервный насос. Расход газа 1460м.куб/час. Начальная температура воды в остановившемся котле = 92гр.С, давление 5,5 кгс/см.кв. Известно конечное давление - 12 кгс/см.кв (по истечении 260 сек)
Посчитав по 2 формуле (см. выше) я получил h2 = 1349 кДж/кг. Для 12кгс/см.кв. на линии насыщения энтальпия воды равна 798кДж/кг, а пара 2783 кДж/кг. На основании этого предполагаю что котел закипел и определил степень сухости пара (среднюю по объему) х=0,27.
Сомневаюсь во 2 формуле, может все же надо считать что всё тепло отданное газом перешло в энтальпию, а не внутреннюю энергию. Тогда после расчётов получается значение h2 близкое к насыщенной воде при 12кгс/см2 и предположительно закипела вода частично в экранах (что, если оператор не обманывает, оправдываясь, доказывается не сильными и не продолжительными гидроударами после запуска насоса). Может кто сталкивался с чем подобным, подскажите и давайте подискутируем.

Прикрепленные файлы

 __________________________________________________.xls ( 24,5 килобайт ) Кол-во скачиваний: 16

 

[испытатель]

Нужно срочно на свежий воздух!

[prant]

Воспринятое водой тепло Q=3188640 кДж.
Предположим вода не закипела и все тепло пошло на изменение внутренней энергии Q=dU=m*Cp*dT, отсюда dT=76 C,
Начальная средняя температура t1=92 C
Конечная средняя температура t2=t1+dT=162 C
Смотрим по таблице t=162 C является температурой насыщения для P=5.6 бар, что +-=P=5.5 бар (давления заявленого вами) <P=12.0 бар (в конце эксперимента), то есть в среднем кипение не должно было быть.
Однако циркуляция котла не проектная, так что локальное кипение 100% было, оценить это можно было по выключению котла - давление должно было начать быстро падать, быстрее чем остывал котел.
Теперь оценим источник повышения давления, допустим за счет расширения воды: при k=0.000975 м3/С (tср=140 C); dT=76 C; dV=0.740 м3
Теперь мораль:
- я не знаю как у вас там с инструкцией и автоматикой, но 4 мин на реакцию это много;
- формула изначально выглядит dh=du+vdp, вне зависимости от процесса;

Сообщение отредактировал prant - 18.1.2013, 19:04

[prant]

- формула изначально выглядит dh=du+vdp, вне зависимости от процесса;

- извиняюсь dh=dq+vdp

[BiteNick]

Расчёт по внутренней энергии

Да, в вашем примере всё проще и наглядней. Спасибо. Но еще не всё ясно, и если у вас есть время...
Поначалу я посчитал тепло воспринятое водой (в кДж/кг), затем нашёл конечную энтальпию, как сумму h1+dq и получил значение h2=699 кДж/кг, что в принципе соответствует t(воды) = 160...170 гр.С при Р=1.2 МПа (я не стал экстраполировать по табличным значениям, там дано значение для 1 и 1,5 МПа). И это явно не влажный пар, так как t<188гр.С при 1,2 МПа
Но вот мои сомнения последующие: При нагреве практически без циркуляции (температура за котлом, на выходе из ТСЦ не менялась в течение 5 минут) нельзя считать что нагрев идёт при постоянном давлении, но можно считать что (только нагрев, без парообразования) практически при постоянном объёме:
dq=du или dq=dh-v*dp проинтегрировав с учётом что v=const имеем:
q=h2-h1-v*(p2-p1) и следовательно: h2=q+h1+v*(p2-p1)
Да и даже если считать по внутренней энергии: q=u2-u1= h2-p2*v2-h1+p1*v1 приходим к тому же заключению (учтя что v1=v2)
Как такое может быть?! Неужели за счёт расширения воды увеличилась энтальпия. Но как понять это в энергетическом балансе? Ведь давление не 5,6, а 12 кгс/см.кв. Откуда взялась энергия, которая подняла давление и соотв. энтальпию? Совсем запутался.
Я уже относительно очень давно не занимался расчётами по термодинамике - поясните пожалуйста что за коэф. "к"? Это коэффициент объёмного расширения при постоянном давлении? (бэта) или что иное и посоветуйте справочник, пожалуйста где есть термодин. коэфф.
По вашему расчёту выходит что объём воды увеличился с 10м.куб до 10,74? В принципе если это и произошло, всё равно этот излишек (0,74 м.куб) воды ушёл из системы (система разветвлённая и было 5 порывов Тут целый клубок, так что приходится открыть термодинамику и изучать всё с начала.
В понедельник я еще раз внимательно рассмотрю тренды и может еще что добавлю.
Заранее спасибо

Сообщение отредактировал BiteNick - 19.1.2013, 15:45

[Lexman]

Не сильно вглядывался в формулы, но, думаю, что прав prant - дело не сколько в изменениях энергетических показателей воды, а в её тепловом расширении как физ. тела.
А учитывая, что в данном случае вода не идеальная жидкость, система не бесконечно жесткая (объем не строго постоянен), эти 12кгс - непредсказуемя величина.
Даже если имело место парообразование, то, учитвая гораздо большую энтальпию пара, много его образоваться не могло, и как-то значимо повлиять на общую картину он не мог.
Так подсказывает интуиция, а поскольку в формулы в воскресенье лезть лень, буду следить за вашими

[BiteNick]

В jpg - данные из трендов на момент остановки котла.
Вот что следует из этих данных:
Насос остановился в 05:27:30 (давление подачи и обратки стало равным, как видно из графика). Самое интересное, что расход воды был вплоть до 05:29:35 (более 2 минут!) при останавливающемся насосе (получается, что обратный клапан не отработал и вода циркулировала?) - это видно по линии расхода. При этом за эти 2 минуты температура за котлом не менялась, а давление как на подаче так и на обратке поднялось примерно до начальных 5,5 кгс/см.кв - начального давления на подающем трубопроводе. Затем расход резко упал до нуля. Спустя 30 секунд после этого, в 05:30:12 давление стало резко расти (может началось парообразование на экранах?). В 05:32 был отключен котёл и спустя 10 сек запущены насосы. При этом давление стало резко падать. Самое интересное, что температура за котлом, после того как запустили насосы, спустя примерно 2 минуты (возможно до темп. датчика, дошла вода из котла), поднялась всего лишь до 118 гр.С!!! Хотя предположительно по расчётам должно быть 160-170 гр.С. Я думаю, что неправильно подчитал кол-во тепла отданного воде (время теплоотдачи было примерно 2 минуты, для объёма остановившейся воды в котле). Надо будет пересмотреть время отдачи тепла, так как я считал что расход прекратился сразу после того как сравнялись давления на подаче и обратке, но как было сказано выше (по непонятным причинам) расход был и время, а соотв. и отданное тепло нужно пересчитать.
Но всё-таки интересно что же происходило в физическом смысле и с термодинамическими выкладками в данном случае? Кому интересно и кто в состоянии - давайте разберемся, пожалуйста в этом. (Полагаю, понимание таких вещей способствует профессиональному росту любого теплотехника )
Заранее спасибо

Сообщение отредактировал BiteNick - 24.1.2013, 16:57

Прикрепленные файлы

 ____________________________trend2.jpg ( 193,82 килобайт ) Кол-во скачиваний: 32

 

[HeatServ]

При остановке циркуляционного насоса, в течение некоторого времени продолжается горение топлива и нагрев воды в котле. По идее процесс идет уже не по изобаре, а изохорно.

В школу.

[BiteNick]

В школу.

Краткость - сестра таланта. Хотелось бы увидеть блеск вашего таланта, а не глупую полуфразу
Как по вашему, если представить условно-закрытую ёмкость наполненную водой и сообщать ей тепло, то допустимо предположить что процесс идёт по изохоре? о_0
*надеюсь, кроме глупого троллинга тут кто-нибудь напишет что-нибудь достойное специалистов, как написал, к примеру, prant.

Сообщение отредактировал BiteNick - 25.1.2013, 0:18

[vadim999]

Начните с выделенного в Вашем посте, и обр клапан не отработал.

Насос остановился в 05:27:30 (давление подачи и обратки стало равным, как видно из графика). Самое интересное, что расход воды был вплоть до 05:29:35 (более 2 минут!) при останавливающемся насосе (получается, что обратный клапан не отработал и вода циркулировала?) - это видно по линии расхода. При этом за эти 2 минуты температура за котлом не менялась, а давление как на подаче так и на обратке поднялось примерно до начальных 5,5 кгс/см.кв - начального давления на подающем трубопроводе. Затем расход резко упал до нуля.

"Мерилу" расхода воды "по барабану", в какую сторону течет вода, "оно" регистрирует только количество. Т.е. произошел резкий сброс (массы) воды ----> давление упало ----> (изоильтайпное раширение "оставшейся" в котле воды) ----> падение температуры на фоне постоянного подвода тепла.
Примерно ТАК или .... около того.

Сообщение отредактировал vadim999 - 25.1.2013, 17:10

[Бойко]

...Остановился циркуляционный насос.
АВР не сработал, ПКН по газу не сработал. Оператор отреагировал и через 260 секунд остановил котёл и запустил резервный насос. Расход газа 1460м.куб/час. Начальная температура воды в остановившемся котле = 92гр.С, давление 5,5 кгс/см.кв. Известно конечное давление - 12 кгс/см.кв (по истечении 260 сек)....

Вы пробовали соотнести описанный сценарий с:
- инерция датчиков
- периодичность опроса ПЛК
- "скважность" архиватора

Многие события могут "проглатываться"/сглаживаться..
В таких случаях "удары" много больше 6 бар... но время доли секунд ... конечно часть демпфирует сеть

[BiteNick]

Ребята, я только со смены, отвечу завтра или чуть позже. Скажу только что узнал у работников КИП, что, возможно, ДРК у них работал с запозданием. Но опять же - температуры после показывают интересные выводы. Так неужели в сильно разветвлённой цепи может быть циркуляция более 2 минут после остановки насоса? Я совсем запутался. Но разберемся. Простите - только пришел и устал. Завтра

Сообщение отредактировал BiteNick - 26.1.2013, 2:37

[Cheleks]

В рассуждениях следует учесть остаточную, вследствие инерции, циркуляцию теплоносителя в системе теплоснабжения.
Система теплоснабжения состоит из теплового источника, тепловой сети и потребительских систем. Ёмкость системы, вероятно для Вашего случая, составляет около 4000 м3. Это примерно до 70 железнодорожных 60-кубовых цистерн. Если принять среднюю скорость движения теплоносителя ~1 м/с, то кинетическая энергия движения теплоносителя составит порядка 2 ГДж – сразу не остановится.
При останове циркуляционного насоса, выбег которого измеряется несколькими секундами, циркуляция продолжается ещё несколько сотен секунд. Длительность выбега насосного агрегата зависит от инерционных свойств ротора, а длительность циркуляции зависит от геометрических и гидравлических характеристик системы. В данном случае снижение скорости теплоносителя до своего половинного значения (0,5 м/с) составит от 70 с до 120 с если не возникнет препятствий виде разрывов сплошности потока теплоносителя из-за парообразования. Кипение в трубках резко повышает гидравлическое сопротивление, поток тормозится, при этом давление воды перед препятствием повышается с интенсивностью 10 бар за 1 м/с2 (отрицательное ускорение). Фронт повышения давления распространяется против движения воды со скоростью звука (до 1 км/с). За препятствием образуется фронт разрежения. Через двойное время пробегания по системе фронта со скоростью звука процесс меняется на обратный. В зависимости от интенсивности парообразования происходит серия «мягких» гидравлических ударов.
Для воспроизведения произошедшего процесс во времени надо описать системой уравнений гидравлики и термодинамики.