Госстандарт России
Всероссийский научно-исследовательский институт
метрологической службы
(ВНИИМС)
Всероссийский научно-исследовательский институт
метрологии им Д.И. Менделеева
(ВНИИМ им Д.И. Менделеева)
РЕКОМЕНДАЦИЯ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
ПАРОВЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.
УРАВНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
И КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
МИ 2451-98
Группа Т80
Введена в действие с 01.02.1998 г.
РАЗРАБОТАНА Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологической службы (ВНИИМС), Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологии им. Д.И. Менделеева (ВНИИМ им. Д.И. Менделеева)
ИСПОЛНИТЕЛИ |
Беляев Б.М., к.т.н.; Лисенков Л.И., к.т.н., (рук. темы); Походун А.И., д.т.н.; Мишустин В.И., к.т.н.; Лачков В.И.; |
УТВЕРЖДЕНА |
ВНИИМС 1997 г. ВНИИМ им. Д.И. Менделеева 1997 г. |
Настоящая рекомендация устанавливает уравнения измерений тепловой энергии и количества теплоносителя при проведении учета их отпуска и потребления в паровых системах теплоснабжения.
Рекомендация предназначена для использования при разработке средств измерений, методик выполнения измерений и схем узлов учета тепловой энергии и теплоносителя.
В рекомендациях использованы многие положения из МИ 2412, регламентирующие уравнения измерений тепловой энергии и количества теплоносителя водяных систем теплоснабжения.
1. Общие положения
1.1. Рекомендация охватывает измерения (определения) величин, которые являются исходными для осуществления учета тепловой энергии и теплоносителя при взаиморасчетах энергоснабжающей организации с потребителем.
1.2. При измерении тепловой энергии применяют косвенные измерения, при которых тепловую энергию определяют на основании измерений расхода (массового или объемного) или количества (массы или объема) теплоносителя, температуры и (или) давления теплоносителя.
Измерение тепловой энергии может осуществляться с учетом или без учета тепловой энергии холодной воды.
1.3. При измерении тепловой энергии и количества теплоносителя применяют регламентированные в нормативно-технических документах (НТД) методы измерений расхода, количества, температуры и давления теплоносителя.
1.4. Теплофизические свойства теплоносителей принимают соответствующими НТД ГСССД или другим утвержденным в установленном порядке нормативным документам, регламентирующим эти свойства.
2. Уравнения измерений
2.1. Приведенные уравнения являются исходными для разработки алгоритмов измерений, применяемых в средствах измерений, методиках выполнения измерений и схемах узлов учета тепловой энергии. Отклонение от указанных уравнений обуславливает методическую погрешность, которую необходимо оценивать при утверждении типа средств измерений тепловой энергии, аттестации конкретных методик выполнения измерений и проектировании узлов учета тепловой энергии.
2.2. Тепловую энергию Q на источнике тепловой энергии по каждому выводу (двухтрубной магистрали) определяют по формуле:
,
(2.1)
где Q - выражена в МДж;
- массовый расход
теплоносителя, соответственно, в
паропроводе и конденсатопроводе,
т/ч;
- энтальпия
теплоносителя, соответственно, в
паропроводе, конденсатопроводе и
трубопроводе холодной воды, кДж/кг;
и
- моменты
времени, соответствующие началу (
) и окончанию (
) интервала
времени измерения тепловой энергии,
ч.
Энтальпию
теплоносителя определяют по НТД, указанным
в п. 1.4 настоящей рекомендации, в
соответствии с температурой t и давлением Р
теплоносителя. Энтальпию насыщенного
водяного пара определяют по уравнениям,
приведенным в справочном
приложении.
2.3. Тепловую энергию на источнике тепловой энергии, имеющем несколько паропроводов и конденсатопроводов и несколько трубопроводов холодной воды, определяют по формуле (2.1), заменив интегралы на соответствующие суммы интегралов. Суммирование интегралов проводят по всем одноименным трубопроводам.
2.4. Тепловую энергию Q у потребителя по каждому вводу (двухтрубной магистрали) определяют по формуле:
,
(2.2)
где - энтальпия
холодной воды на источнике тепловой
энергии;
остальные обозначения те же, что в п.2.2, но для теплопотребляющей установки потребителя.
2.5. Тепловую энергию,
содержащуюся в теплоносителе, прошедшем по
любому единичному (одному) трубопроводу
или однотрубной системе, ,
определяют по формуле
;
(2.3)
где -
соответственно, массовый расход и
энтальпия теплоносителя в любом единичном
(одном) трубопроводе, независимо от его
назначения;
- энтальпия холодной
воды на источнике тепловой энергии.
2.6. По формуле (2.1...2.3)
измеряют величины с вычитанием
из них тепловой энергии холодной воды,
представленной интегралами, содержащими
сомножитель
, при условии, что
расход холодной воды равен разности
расходов (
).
При этом в формулах (2.2;
2.3) может быть определена
по принятой в установленном порядке
температуре холодной воды
при
условии оценки погрешности, обусловленной
отклонением принятой температуры
от действительной температуры
холодной воды
.
При измерении величин
без исключения из них тепловой
энергии холодной воды, указанные величины
следует определять по формулам (2.1...2.3),
опуская интегралы, в подинтегральное
выражение которых входит сомножитель
.
В последнем случае уменьшается погрешность измерений тепловой энергии за счет исключения погрешности измерений тепловой энергии холодной воды и такие измерения являются предпочтительными. В этом случае, при необходимости учета тепловой энергии холодной воды, она может быть определена отдельно, например, как произведение принятого в установленном порядке среднего значения энтальпии холодной воды на источнике тепловой энергии, на массу отобранного из системы пара и конденсата. При этом должна быть оценена погрешность определения тепловой энергии холодной воды.
2.7. Количество теплоносителя (на источнике тепловой энергии и у потребителя) определяют по следующим формулам:
масса теплоносителя,
прошедшая по любому единичному
трубопроводу,
;
(2.4)
масса теплоносителя,
отобранного из тепловой сети или от
источника тепловой энергии
(невозвращенного на источник тепловой
энергии или в тепловую сеть),
;
(2.5)
где - массовый
расход теплоносителя, соответственно, в
паропроводе и конденсатопроводе на
источнике тепловой энергии или у
потребителя, т/ч.
2.8. В случае измерения объемного расхода q массовый расход m определяют по формуле
,
(2.6)
где ρ - плотность теплоносителя, кг/м3;
q - объемный расход теплоносителя, м3/ч.
Плотность ρ теплоносителя определяют по НТД, указанным в п. 1.4 настоящей рекомендации, в соответствии с температурой и давлением теплоносителя.
2.9. В случае, когда по
конденсатопроводу производится возврат
конденсата в прерывистом режиме, измерения
количества конденсата и тепловой энергии,
содержащейся в конденсате, прошедшем по
конденсатопроводу, можно проводить только
в интервалах времени прохождения
конденсата по конденсатопроводу, тогда
интегралы, содержащие члены ,
представляют в виде суммы интегралов,
например
;
(2.7)
где - моменты
времени, соответствующие началу (
) и окончанию (
) k-го интервала времени,
в течение которого происходит возврат
конденсата по конденсатопроводу,
находящегося в интервале времени
, ч;
N - количество интервалов, во время которых происходит возврат конденсата по конденсатопроводу.
2.10. При оценивании погрешности измерений тепловой энергии составляющие погрешности должны быть представлены с учетом влияния измеряемых (определяемых) расхода, температуры, давления, энтальпии, плотности теплоносителя на результат измерений тепловой энергии.
2.11. При реализации уравнений измерений (в средствах измерений, методиках выполнения измерений и схемах узлов учета тепловой энергии и теплоносителя) их, как правило, преобразовывают в соответствии с правилами математики, энтальпию h и плотность ρ определяют по соответствующим уравнениям, а интегралы заменяют на суммы.
Энтальпию h и плотность ρ теплоносителя определяют по уравнениям, приведенным в справочном приложении. Допускается в обоснованных случаях определять энтальпию h и плотность ρ теплоносителя по другим уравнениям, утвержденным в установленном порядке, имеющим оценки погрешности по сравнению с данными ГСССД.
Интегралы заменяют на соответствующие суммы, например
заменяют
на
,
(2.8)
где - тепловая
энергия, соответствующая i-му интервалу
времени;
- значение массы
теплоносителя, прошедшей через
трубопровод в течение i-го интервала
времени;
- энтальпия
теплоносителя, соответствующая i-му
интервалу времени;
n - количество
интервалов времени, соответствующее
времени измерения тепловой энергии от
до
.
В этих случаях оценивают погрешность от замены интеграла на соответствующую сумму.
2.12. Вопрос о существенности оцениваемых погрешностей рассматривается при утверждении типа средства измерений, аттестации методики выполнения измерений, проектировании схем узлов учета тепловой энергии.
Приложение
(справочное)
УРАВНЕНИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ И
ЭНТАЛЬПИИ ВОДЯНОГО ПАРА
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. В настоящем приложении приведены уравнения определения плотности (кг/м3) и энтальпии (кДж/кг) перегретого водяного пара по исходным значениям температуры и абсолютного давления, насыщенного водяного пара по исходным значениям температуры и степени сухости, а также уравнение, связывающее однозначно температуру и абсолютное давление насыщения водяного пара. При этом под степенью сухости понимается отношение массы газовой фазы к общей массе насыщенного пара. Таким образом, насыщенный пар принимается сухим при степени сухости, равной 1, и влажным при степени сухости, меньшей 1.
1.2. Уравнения разработаны по заданию АОЗТ "НПФ ЛОГИКА" во Всероссийском научно-исследовательском центре по сертификации данных сырья, материалов и веществ (ВНИЦ СМВ) Государственной службы стандартных справочных данных (ГСССД) Госстандарта РФ.
1.3. Для перегретого пара уравнения справедливы в диапазоне температуры от 100 до 600 ?С и абсолютного давления от 0,05 до 30,0 МПа, но при значениях абсолютного давления меньших значений давления насыщения; для насыщенного - в диапазоне температуры от 100 до 300 ?С и степени сухости от 0,7 до 1.
1.4. Оценка погрешности уравнений приведена относительно данных ГСССД 98-86 для всего диапазона измерений температуры и абсолютного давления.
2. УРАВНЕНИЯ ПЕРЕГРЕТОГО ВОДЯНОГО ПАРА
2.1. Плотность перегретого водяною пара определяют по формуле:
,
(П.1)
где ρ - плотность перегретого водяного пара, кг/м3;
τ - приведенная температура, равная: τ = (t+273,15)/647,14;
π - приведенное давление, равное: π = Р/22,064;
Z - коэффициент сжимаемости перегретого водяного пара, равный:
t - температура, ?С;
Р - абсолютное давление, МПа.
Среднеквадратическая оценка относительной погрешности σ на диапазоне определенной плотности ρ перегретого водяного пара не выходит за пределы: ±0,02%.
Максимальное значение относительной погрешности δ на диапазоне определений плотности ρ перегретого водяного пара не выходит за пределы: ±0,10%.
2.2. Энтальпию перегретого водяного пара определяют по формуле:
(П.2)
где h - энтальпия перегретого водяного пара, кДж/кг;
τ - приведенная температура, равная τ = (t+273,15)/647,14;
t - температура, ?С;
π - приведенное давление, равное; π = Р/22,064;
Р - абсолютное давление, МПа.
Среднеквадратическая оценка относительной погрешности σ на диапазоне определений энтальпии h перегретого водяного пара не выходит за пределы: ±0,02%.
Максимальное значение относительной погрешности δ на диапазоне определении энтальпии h перегретого водяного пара не выходит за пределы: ±0,09%.
3. УРАВНЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО ПАРА
3.1. Плотность насыщенного водяного пара определяют по формуле:
где ρ - плотность насыщенного водяного пара, кг/м3;
- плотность жидкой фазы
насыщенного водяного пара, кг/м3, равная:
- плотность газовой
фазы насыщенного водяного пара, кг/м3, равная:
X - степень сухости насыщенного водяного пара, кг/кг;
ξ - переменная, равная: ξ = 1-τ;
exp - функция e в степени, где е - основание натурального логарифма;
τ - приведенная температура, равная τ = (t+273,15)/647,14;
t - температура, ?C.
Среднеквадратическая оценка относительной погрешности σ на диапазоне определений плотности ρ насыщенного водяного пара не выходит за пределы: ±0,05%.
Максимальное значение относительной погрешности δ на диапазоне определений плотности ρ насыщенного водяного пара не выходит за пределы: ±0,10%.
3.2. Энтальпию насыщенного водяного пара определяют по формуле:
(П.4)
где h - энтальпия насыщенного водяного пара, кДж/кг;
- энтальпия жидкой фазы
насыщенного водяного пара, кДж/кг,
равная:
- энтальпия газовой
фазы насыщенного водяного пара, кДж/кг,
равная:
X - степень сухости насыщенного водяного пара, кг/кг;
τ - приведенная температура, равная τ =(t+273,15)/647,14;
t - температура, ?С.
Среднеквадратическая оценка относительной погрешности σ на диапазоне определений энтальпии h насыщенного водяного пара не выходит за пределы: ±0,015%.
Максимальное значение относительной погрешности δ на диапазоне определений энтальпии h насыщенного водяного пара не выходит за пределы: ±0,03%.
4. УРАВНЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ НАСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО ПАРА
4.1. Абсолютное давление насыщенного водяного пара определяют по формуле:
(П.5)
где - абсолютное
давление насыщения водяного пара,
МПа;
exp - функция e в степени, где е - основание натурального логарифма;
ξ - переменная, равная: ξ = 1-τs;
τs - приведенная температура, равная τs = (ts+273,15)/647,14;
ts - температура насыщения водяного пара, ?С.