Chất lưu và dòng chảy

Người dùng có thể muốn đo lưu lượng hơi nước để hỗ trợ hiệu quả nhà máy, hiệu quả năng lượng, kiểm soát quy trình hoặc mục đích tính toán chi phí. Hướng dẫn này xem xét đặc tính của chất lưu đang chảy và các yêu cầu cơ bản cho thực hành đo lưu lượng hơi nước tốt.

“Khi bạn có thể đo lường những gì bạn đang nói và diễn đạt nó bằng con số, bạn biết một điều gì đó về nó; nhưng khi bạn không thể đo lường nó, khi bạn không thể diễn đạt nó bằng con số, kiến thức của bạn là nghèo nàn và không đáng hài lòng.” William Thomson (Lord Kelvin) 1824 - 1907

Giới thiệu

Nhiều doanh nghiệp công nghiệp và thương mại hiện đã nhận ra giá trị của:

• Kế toán chi phí năng lượng.
• Bảo tồn năng lượng.
• Kỹ thuật giám sát và đặt mục tiêu. Các công cụ này cho phép hiệu quả năng lượng cao hơn. Hơi nước không phải là môi chất dễ đo lường nhất. Mục tiêu của Khối này là đạt được hiểu biết sâu hơn về các yêu cầu để cho phép đo lường chính xác và đáng tin cậy lưu lượng hơi nước. Hầu hết các máy đo lưu lượng hiện có để đo dòng chảy hơi nước đã được thiết kế để đo dòng chảy của nhiều loại chất lỏng và khí khác nhau. Rất ít loại được phát triển đặc biệt để đo dòng chảy hơi nước. Spirax Sarco muốn cảm ơn EEBPP (Chương trình Thực hành Tốt nhất về Hiệu quả Năng lượng) của ETSU đã đóng góp cho một số phần của Khối này.

Tại sao phải đo lưu lượng hơi nước?

Máy đo lưu lượng hơi nước không thể được đánh giá theo cách tương tự như các thiết bị tiết kiệm năng lượng khác hoặc các chương trình tiết kiệm năng lượng. Máy đo lưu lượng hơi nước là công cụ thiết yếu cho việc quản lý hơi nước tốt. Nó cung cấp kiến thức về sử dụng và chi phí hơi nước rất quan trọng cho nhà máy hoặc tòa nhà vận hành hiệu quả. Các lợi ích chính của việc sử dụng đo lưu lượng hơi nước bao gồm:

• Hiệu quả nhà máy.
• Hiệu quả năng lượng.
• Kiểm soát quy trình.
• Tính toán chi phí và chuyển giao quyền sở hữu. Hiệu quả nhà máy ****Máy đo lưu lượng hơi nước tốt sẽ chỉ ra lưu lượng hơi nước đến một thiết bị nhà máy trong toàn bộ phạm vi hoạt động, tức là từ khi máy móc được tắt đến khi nhà máy được tải đến công suất tối đa. Bằng cách phân tích mối quan hệ giữa lưu lượng hơi nước và sản lượng, có thể xác định các phương pháp làm việc tối ưu. Máy đo cũng sẽ cho thấy sự xuống cấp của nhà máy theo thời gian, cho phép thực hiện vệ sinh hoặc thay thế nhà máy tối ưu. Máy đo cũng có thể được sử dụng để:

Điều này có thể dẫn đến thay đổi phương pháp sản xuất để đảm bảo sử dụng hơi nước kinh tế. Nó cũng có thể giảm các vấn đề liên quan đến tải đỉnh trên nhà máy lò hơi. Hiệu quả năng lượng Máy đo lưu lượng hơi nước có thể được sử dụng để giám sát kết quả của các chương trình tiết kiệm năng lượng và so sánh hiệu quả của thiết bị này với thiết bị khác. Kiểm soát quy trình Tín hiệu đầu ra từ hệ thống đo lưu lượng hơi nước đúng cách có thể được sử dụng để kiểm soát lượng hơi nước được cung cấp cho quy trình, và chỉ ra rằng nó ở nhiệt độ và áp suất chính xác. Ngoài ra, bằng cách giám sát tốc độ tăng lưu lượng khi khởi động, máy đo lưu lượng hơi nước có thể được sử dụng kết hợp với van điều khiển để cung cấp chức năng làm nóng chậm. Tính toán chi phí và chuyển giao quyền sở hữu Máy đo lưu lượng hơi nước có thể đo lượng sử dụng hơi nước (và do đó chi phí hơi nước) ở trung tâm hoặc tại từng điểm sử dụng riêng lẻ. Hơi nước có thể được tính giá như nguyên liệu thô ở các giai đoạn khác nhau của quy trình sản xuất, từ đó cho phép tính toán chi phí thực của từng dòng sản phẩm. Để hiểu về đo lưu lượng, có thể hữu ích khi đi sâu vào một số lý thuyết cơ bản về cơ học chất lưu, đặc tính của chất lưu cần đo, và cách nó di chuyển qua các hệ thống đường ống.

Đặc tính chất lưu

Mỗi chất lưu có một tập hợp đặc tính riêng, bao gồm:

• Mật độ.
• Độ nhớt động học.
• Độ nhớt động học học. Mật độ Điều này đã được thảo luận trong Khối 2, Nguyên lý Kỹ thuật Hơi nước và Truyền Nhiệt, tuy nhiên, do tầm quan trọng của nó, các điểm liên quan được nhắc lại ở đây. Mật độ (ρ) xác định khối lượng (m) trên đơn vị thể tích (V) của một chất (xem Phương trình 2.1.2). Mật độ của cả nước bão hòa và hơi bão hòa thay đổi theo nhiệt độ. Điều này được minh họa trong Hình 4.1.1. Độ nhớt động học ****Đây là tính chất nội tại mà chất lưu sở hữu để chống lại dòng chảy. Nếu chất lưu có độ nhớt cao (ví dụ dầu nặng), nó chống lại dòng chảy mạnh. Ngoài ra, chất lưu có độ nhớt cao sẽ cần nhiều năng lượng hơn để đẩy nó qua ống so với chất lưu có độ nhớt thấp. Có nhiều cách đo độ nhớt, bao gồm gắn cờ lê xoắn vào mái chèo và xoắn nó trong chất lưu, hoặc đo tốc độ chất lưu chảy qua một lỗ. Một thí nghiệm đơn giản trong phòng thí nghiệm trường học minh họa rõ ràng độ nhớt và các đơn vị sử dụng: Một hình cầu được phép rơi qua chất lưu dưới tác dụng của trọng lực. Đo khoảng cách (d) mà hình cầu rơi qua, và thời gian (t) cần để rơi, được sử dụng để xác định vận tốc (u). Phương trình sau được sử dụng để xác định độ nhớt động học: Có ba lưu ý quan trọng cần đưa ra:

1. Kết quả của Phương trình 4.1.1 được gọi là độ nhớt tuyệt đối hoặc động học của chất lưu và được đo bằng pascal giây. Độ nhớt động học cũng được biểu thị là “lực nhớt.”
2. Các phần tử vật lý của phương trình cho kết quả bằng kg/m, tuy nhiên, các hằng số (2 và 9) tính đến cả dữ liệu thực nghiệm và chuyển đổi đơn vị sang pascal giây (Pa s).
3. Một số ấn phẩm cung cấp giá trị cho độ nhớt tuyệt đối hoặc độ nhớt động học bằng centipoise (cP), ví dụ: 1 cP = 10-3 Pa s Ví dụ 4.1.1 Cần 0,7 giây để một quả bóng thép đường kính 20mm (mật độ 7 800 kg/m3) rơi 1 mét qua dầu ở 20°C (mật độ = 920 kg/m3).

Độ nhớt động học học

Biểu thị mối quan hệ giữa độ nhớt tuyệt đối (hoặc động học) và mật độ của chất lưu (xem Phương trình 4.1.2). Ví dụ 4.1.2 Trong Ví dụ 4.1.1, mật độ của dầu được cho là 920 kg/m3 - Bây giờ xác định độ nhớt động học học: Số Reynolds (Re) Các yếu tố được giới thiệu ở trên đều có ảnh hưởng đến dòng chảy chất lưu trong đường ống. Tất cả được kết hợp trong một đại lượng không thứ nguyên để biểu thị đặc tính của dòng chảy, tức là số Reynolds (Re).