Para – energetické médium (3), Prehľadové články, Rubriky,

Pracovný tlak

Rozloženie tlaku pary ovplyvňuje niekoľko faktorov, ale je obmedzené:

maximálnym bezpečným pracovným tlakom kotla
minimálnym tlakom vyžadovaným pre činnosť prevádzky

Pri prechode pary rozvodnými potrubiami nevyhnutne dochádza k úbytku tlaku a to z dôvodu:

trecieho odporu v potrubí
kondenzácie v potrubí pri doprave tepla do miesta spotreby

Preto je vhodné brať tieto straty do úvahy hneď pri počiatočnom návrhu prepravného tlaku pary.
Kilogram pary pri vysokom tlaku zaberá menší objem ako pri nižšom tlaku. Ak je teda para vyrábaná v kotle a následne aj prepravovaná pri vysokom tlaku, budú priemery prepravných potrubí menšie, ako pre nízkotlakový systém pri rovnakom objeme tepelnej energie (obr. 4).

Výroba a preprava pary pri vysokom tlaku má tri základné výhody:

zvyšuje sa tepelná uskladňovacia kapacita kotla, čo pomáha účinnejšie sa vyrovnať s meniacou záťažou/odberom a minimalizovať riziko výroby vlhkej a znečistenej pary
vyžadujú sa menšie priemery rozvodných potrubí, vďaka čomu sa znižujú počiatočné náklady na materiál, ako sú rúry, príruby, podporné konzoly, izolácia ako aj náklady na prácu
potrubia s menším priemerom si nevyžadujú také investície z hľadiska zabezpečenia ich izolácie ako pri väčších priemeroch

Ak chceme zabezpečiť prepravu pary pri vyššom tlaku, vyžaduje si to znížiť tlak pary v každej zóne alebo bode spotreby tak, aby bol v súlade s maximálnym tlakom požadovaným pre danú aplikáciu. Lokálne zníženie tlaku tak, aby vyhovoval jednotlivým zariadeniam bude mať takisto za následok suchšiu (mierne prehriatu) paru v mieste spotreby.

Meranie spotreby pary

Používatelia majú často záujem merať prietok pary, čo im pomáha pri zvyšovaní účinnosti prevádzky, zefektívnení spotreby energie, lepšom riadení procesov či znižovaní nákladov.
Mnohé priemyselné odvetvia už zistili prínosy, ktoré prináša:

sledovanie nákladov na energie
úspora energie
postupy pre monitorovanie a riadenie

Uvedené nástroje pomáhajú dosahovať vyššiu energetickú účinnosť.Para nepatrí medzi médiá, ktoré je možné ľahko merať. Cieľom tejto časti seriálu je ozrejmiť požiadavky, ktoré vedú k získaniu presného a spoľahlivého merania prietoku a objemu pary.

Prečo merať paru?

Prietokomery pre meranie prietoku pary nemožno posudzovať rovnako, ako iné časti zariadení pre úsporu energie alebo komplexné systémy pre úsporu energie. Prietokomery pre meranie pary sú základnými nástrojmi pre správne využívanie pary. Poskytujú prehľad
o využívaní pary a nákladoch s tým spojených, čo prispieva k efektívnej prevádzke technológií alebo budov.

Využívanie prietokomerov pre meranie pary prináša niekoľko základných výhod:

efektívnu prevádzku
účinné využitie energie
riadenie procesu
schopnosť vypočítavať a strážiť náklady

Efektívna prevádzka

Dobré prietokomery pre meranie prietoku pary dokážu určiť prietok pary smerujúci do prevádzky vo všetkých fázach jej činnosti, t. j. od momentu, keď sú stroje vypnuté až po beh prevádzky na plný výkon s pripojenými záťažami. Vďaka analýze vzťahu medzi prietokom pary a výrobou možno definovať optimálne pracovné postupy. Prietokomer takisto dokáže odhaliť zhoršenie výkonu prevádzky, čo umožňuje naplánovať čistenie alebo výmenu častí prevádzky v optimálnom čase.

Prietokomery možno využiť aj na:

sledovanie dopytu po pare a zmeny trendov
definovanie času špičkovej spotreby pary
identifikáciu častí alebo jednotlivých zariadení prevádzky, ktoré sú hlavnými spotrebiteľmi pary

Využívanie prietokomerov a zistenie vyššie uvedených skutočnosti môže viesť k zmene výrobných postupov, ktoré budú zárukou ekonomicky výhodného využívania pary. Zároveň možno takýmto spôsobom znížiť problémy spojené so špičkovou prevádzkou v kotolni.

Energetická účinnosť

Prietokomery pre meranie pary možno použiť aj na monitorovanie výsledkov systémov pre úsporu energie a pre porovnanie účinnosti jednotlivých častí prevádzky navzájom.

Riadenie procesov

Výstupný signál z vhodného prietokomeru pre meranie pary možno použiť pre riadenie množstva pary, ktorá je dodávaná do procesu
a sledovanie, či má para správnu teplotu a tlak. Monitorovaním rýchlosti nárastu prietoku pri nábehu technológie možno prietokomer pre meranie pary využiť v súčinnosti s regulačným ventilom na funkciu postupného nábehu technológie.

Výpočet a stráženie nákladov

Prietokomery dokážu zmerať množstvo spotrebovanej pary (a vďaka tomu aj náklady) a to či už z pohľadu spotreby celej prevádzky alebo podľa jednotlivých zariadení. Paru možno naceniť ako vstupnú surovinu v rôznych fázach výrobného procesu, čo umožňuje vypočítať skutočné náklady pre každú výrobnú linku alebo časť prevádzky.

Pri meraní prietoku sa taktiež často stretávame s pojmami, ako je opakovateľnosť, neistota, presnosť či pomer merateľnosti (rozsah merania).

Opakovateľnosť (repeatability)

Tento pojem udáva schopnosť prietokomeru namerať rovnakú hodnotu pre ten istý prietok vo viac ako jednom prípade. Opakovateľnosť by sa nemala zamieňať s presnosťou, t. j. jej opakovateľnosť môže byť vynikajúca v tom, že ukazuje rovnakú hodnotu pre rovnaký prietok v rôznych časových momentoch, ale snímanie môže byť trvale zlé (alebo nepresné). Dobrá opakovateľnosť je dôležitá vtedy, keď prietokomer je skôr určený na zaznamenávanie trendov ako na presnosť merania. Tým sa ale vôbec neznižuje význam presnosti merania, ktorá je v každom prípade dôležitá.

Neistota (uncertainty)

Pojem „neistota“ sa čoraz častejšie používa vo vzťahu k presnosti. Je to z toho dôvodu, že presnosť nemožno stanoviť, nakoľko presná hodnota nemôže byť nikdy známa. „Neistotu“ ale možno odhadnúť, na čo slúži postup uvedený v norme ISO (EN ISO/IEC 17025). Musíme si ale uvedomiť, že celý výpočet je založený na štatistickom odhade a nie je zaručené, že taký výsledok sa aj naozaj dosiahne. Možno napríklad dokázať, že v rámci veľkej množiny prietokomerov bude 95% z nich takých dobrých, ako bolo vypočítaná neistota. Väčšina bude ale podstatne lepšia, ale niekoľko z nich, konkrétne 5% bude vykazovať horšie výsledky.

Presnosť (accuracy)

Je vyjadrením výkonu prietokomeru pri správnom meraní hodnoty prietoku v porovnaní so „skutočnou“ hodnotou získanou rozsiahlymi laboratórnymi testami. Témou presnosti sa zaoberá norma ISO 5725. Nasledujúce dve metódy používané na vyjadrenie presnosti majú veľmi odlišné významy:

Percento meranej hodnoty alebo aktuálne hodnoty
Presnosť prietokomeru sa napríklad uvádza ako ±3% skutočného prietoku.

Pri meranom prietoku 1000 kg/h je „neistota“ skutočného prietoku medzi: 1000 – 3% = 970 kg/hod a 1000 + 3% = 1030 kg/hod

Podobne aj pri prietoku 500 kg/hod je chyba stále ±3% a „neistota“ je medzi: 500 – 3% = 485 kg/hod a 500 + 3% = 515 kg/hod

Percento odchýlky z celého rozsahu (Full scale deflection- FSD)

Presnosť prietokomeru možno udávať aj percentom odchýlky z celého rozsahu, čo znamená, že chyba merania je vyjadrená ako percento maximálneho prietoku, ktorý prietokomer dokáže zmerať. Chyba vyjadrená v percentách FSD má tendenciu byť menšia ako chyba vyjadrená ako percento skutočného prietoku. Pre tento prípad použijeme hodnotu ±0,3% FSD. Nech je maximálny prietok 1000 kg/hod.

Pri nameranom prietoku 1000 kg/hod bude skutočná hodnota neurčitosti medzi: 1000 – 0,3% = 997 kg/hod a 1000 + 0,3% = 1003 kg/hod

Pri nameranom prietoku 50 kg/hod je chyba stále ±0,3 kg/hod. a skutočný prietok je medzi: 50 kg/hod - 3 kg/hod = 47 kg/hod s chybou -6% a 50 kg/hod + 3 kg/hod = 53 kg/hod s chybou +6%

Čím viac sa prietok znižuje, tým väčšia je percentuálna chyba. Porovnanie meraní uvedených v predchádzajúcich príkladoch je na obr. 5.

Pomer merateľnosti (Turndown)

Pri výbere prietokomeru je presnosť nevyhnutným kritériom, avšak rovnako dôležité je vybrať prietokomer s vhodným rozsahom merania pre danú aplikáciu. Pomer merateľnosti alebo “efektívny rozsah” sú výrazy popisujúce rozsah, v rámci ktorého bude prietokomer pracovať s presnosťou a opakovateľnosťou v rámci predpísanej toleranice. Pomer merateľnosti možno vyjadriť vzťahom:

Pomer merateľnosti = Maximálny prietok/Minimálny prietok

Každý parný systém má svoj charakter spotreby (obr. 6). Prietokomer by mal byť zvolený podľa maximálneho očakávaného prietoku – v tomto prípade 1000 kg/hod.

Pomer merateľnosti vybraného prietokomeru pre uvedený prípad bol 4:1, t. j. deklarovanú presnosť prietokomera možno dosiahnuť pri minimálnom prietoku 1000 ÷ 4 = 250 kg/hod. Ak je prietok pary nižší, ako táto hodnota, prietokomer nedokáže pracovať s deklarovanou presnosťou a objaví sa väčšia chyba merania prietoku. V najlepšom prípade budú merania pod rozsah prietoku 250 kg/hod. nepresné a v najhoršom prípade sa prietok pod uvedenú hodnotu nebude zaznamenávať.

V príklade na obr. 6 je naznačený “stratený” (nezaznamenaný) prietok v celkovom rozsahu viac ako 700 kg pary počas periódy viac ako 8 hod. Celkové množstvo pary, ktoré sa za tento časový úsek spotrebovalo, bolo 2700 kg, čiže uvedená strata predstavovala viac ako 30% celkovej spotreby v danom časovom úseku. Ak by bol prietokomer pre meranie pary s vhodnejším pomerom merateľnosti, bolo by možné merať prietok pary do procesu presnejšie a bolo by možné aj presne vyčísliť s tým spojené náklady.

Ak sa má prietok merať presnejšie, používateľ musí zrealizovať pravdivé a skutočné posúdenie dopytu a až následne vyšpecifikovať vhodný prietokomer s: