Глава  четвертая

ИЗМЕРЕНИЯ  ПРИ  ИСПЫТАНИЯХ  КОТЛОВ

 

4.1. ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

 

При испытаниях котельных установок широко используют как эксплуатационные приборы, так и переносные, монтируемые на время испытаний. Переносные приборы устанавливают для измерения параметров, которые имеющимися эксплуатацион­ными приборами не измеряются или измеряются недостаточно точно. Необходимость дублирования эксплуатационных при­боров переносными выявляется после обследования состояния приборов, условий их обслуживания и поверки, а также после проверки условий их включения — места установки датчиков, глубины погружения и т. п. При сомнениях в работе ста­ционарных приборов производится проверка, их показаний переносными приборами. Все используемые при испытаниях эксплуатационные приборы должны быть поверены.

Переносные приборы и специальные способы измерений, применяемые при испытаниях котлов, детально рассмотрены в [77].

При всех измерениях температуры следует учитывать воз­можные утечки теплоты от самих измерительных устройств. Это связано с переносом теплоты теплопроводностью через чехлы, гильзы, трубы, а в газовой среде — еще и теплообменом излучением. Поэтому измерение, например, температуры газо­вого потока при наличии вблизи точки измерения относительно холодных поверхностей (топочных экранов, неизолированных стенок газохода и т. п.) может оказаться технически сложной задачей. Считается, что при температуре потока газов ниже 350 – 400 °С излучением от термоприемников к холодным поверхностям можно пренебречь.

При испытаниях котлов обычно используют технические ртутные термометры. Для измерения температур пара и воды ртутные термометры устанавливают обычно в защитных гильзах. Выступающие наружу части гильзы должны выби­раться по возможности небольшими и обязательно покрываться тепловой изоляцией. Отверстие гильзы, через которое вставля­ется термометр, должно уплотняться специальной пробкой или плотной обмоткой его оболочки асбестовым шнуром. Кольце­вой зазор между стенкой гильзы и резервуаром термометра заполняют машинным маслом при измерении температуры до 150 °С, а при более высокой температуре — металличе­скими опилками. Заполняют гильзу маслом или опилками только на высоту термобаллона (резервуара) термометра, т. е. на 1 – 2 см. Большее заполнение гильзы ведет к возрастанию оттока теплоты по ней и снижает точность измерений.

Ртутные термометры с хвостовыми частями необходимой длины могут быть весьма удобны и для измерения температуры газов. Вместо гильз можно использовать также и открытые снизу трубки, которые обеспечивают непосредственный контакт резервуара термометра с газовой средой. В этом случае необходимо тщательное уплотнение места установки термомет­ра, чтобы исключить движение газа или воздуха вдоль термометра.

Поправки к показаниям технических ртутных термометров, как правило, не вводятся.

Для испытаний котлов применяют, как правило, термо­преобразователи, имеющие точно известные характеристики (стандартные). Градуировочные характеристики обычно при­меняемых термоэлектрических преобразователей градуировки ХК (хромель-копель) и ХА (хромель-алюмель) приведены в табл. 4.1 и 4.2. Можно использовать как термопреобразователи стационарного типа — в чехлах, с компенсационными провода­ми, так и изготовленные на месте из термоэлектродной проволоки, которая выпускается промышленностью. Для сварки таких термопреобразователей можно использовать обычный лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) на 10 А. К одно­му из концов вторичной обмотки присоединяют графито­вый электрод, ко второму концу — скрученные электроды термопреобразователя. При сближении скрученных концов с графитовым электродом образуется дуга, которая свари­вает термопреобразователь. В качестве графитового электрода можно использовать металлическую коробочку с графитовым порошком.

Для измерения термо-ЭДС термопреобразователей при испытаниях котлов следует использовать переносный потен­циометр типа ПП-63, показания которого не зависят от электрического сопротивления измерительной цепи термопре­образователя. Холодные спаи термопреобразователей должны быть термостатированы, т. е. находиться при определенной температуре – см. рис. 4.1. Группы однородных термопреобра­зователей целесообразно включать с дополнительным встреч­ным термопреобразователем по схеме рис. 4.2. Каждый свободный конец термопреобразователя помещают в пробирку с обезвоженным трансформаторным маслом, а сами пробирки погружают в термостат. Для особо точных измерений исполь­зуют в качестве термостата сосуд Дьюара (термос или колбу от термоса) с тающим льдом, но для обычных испытаний можно использовать обычный стакан  с  водой, температура  которой  постоянно  измеряется лабораторным термометром. Действи­тельная температура определяется по уточненной ЭДС:

 

Таблица 4.1. Градуировочная таблица термопреобразователя хромель-алюмель
(при температуре свободных концов 0 °С), мВ

Температура   рабочего конца,  °С

Температура рабочего конца, °С

0

100

200

300

400

500

600

700

0

0

4,10

8,13

12,21

16,40

20,65

24,91

29,15

10

0,40

4,51

8,53

12,62

16,83

21,08

25,33

29,57

20

0,80

4,92

8,93

13,04

17,25

21,50

25,76

29,99

30

1,20

5,33

9,34

13,45

17,67

21,93

26,19

30,41

40

1,61

5,73

9,74

13,87

18,09

22,35

26,61

30,83

50

2,02

6,13

10,15

14,29

18,51

22,78

27,04

31,24

60

2,43

6,53

10,56

14,72

18,94

23,21

27,46

31,66

70

2,85

6,93

10,97

15,14

19,37

23,63

27,88

32,08

80

3,26

7,33

11,38

15,56

19,79

24,06

28,30

32,49

90

3,68

7,73

11,80

15,98

20,22

24,49

28,73

32,91

 

 

Таблица 4.2. Градуировочная таблица термопреобразователя хромель-копель

(при температуре свободных концов 0 °С), мВ

Температура рабочего конца, °С

Температура рабочего конца,    °С

0

100

200

300

400

500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

0.65

1,31

1.98

2.66

3,35

4,05

4,76

5,48

6,21

6,95

7,69

8.43

9,18

9,93

10,69

11,46

12.24

13,03

13.84

14.66

15,48

16.30

17,22

17,95

18,77

19,60

20,43

21,25

22,08

22,91

23,75

24.60

25,45

26.31

27,16

28,02

28.89

29,76

30,62

31.49

32,35

33.22

34,08

34.95

35.82

36,68

37,55

38,42

39,29

40,16

41,03

41.91

42,79

43,68

44.56

45,45

46,34

47,23

48,12

 

Эд = Эизм + Эх.с.

где Эд — ЭДС термопреобразователя при действительной тем­пературе горячего спая; Эиэм — измеренная ЭДС; Эхс — ЭДС термопреобразователя при температуре холодного спая.

При упрощенных измерениях определяют ртутным термо­метром температуру воздуха в зоне расположения свободных концов термопреобразователей. При этом в случае измерения температур газов стационарными термопреобразователями диа­метром электродов более 2 мм без компенсационных проводов ошибка может быть очень существенной из-за передачи теплоты к холодному концу по электродам и чехлу термопреобразова­теля.

Для точных измерений температур газов (выше 400 — 500 °С) необходимо использовать термопреобразователи с отсосом или политермопреобразователи [63].

Политермопреобразователь представляет собой устройство с двумя-тремя цилиндрами разных диаметров, которые излучают к холодным поверхностям (экранам) с различной интенсив­ностью, в результате чего температура цилиндров большего диаметра ниже. Действительная температура газового потока определяется с учетом температуры всех термоприемников. При использовании политермопреобразователей можно также оце­нить скорость газов и интенсивность падающего теплового потока.

Для повышения точности измерения температуры газов в неизолированных газоходах при температуре газов 400 – 500 °С целесообразно использовать голые термопреобразователи (без чехлов), которые меньше излучают к холодным поверхностям.

 

Рис. 4.1. Термостатирование холодного спая электрического термопреобразователя:

1 — электрический термопреобразователь;

2 — ста­кан с водой; 3 — ртутный термометр;

4 — медные провода; 5 — потенциометр

 

Рис.  4.2. Схема группового термостатирования:

1 — электрический термопреобразователь; 2 — компенсационные провода; 3 — потенцио­метр; 4термометр; 5 — медные провода; 6  — переключатель; 7  — встречный электриче­ский термопреобразователь; 8  — сосуд с маслом

 

 

Поверхностные термопреобразователи используют для изме­рения температуры пара и воды в случаях, когда врезать гильзу в трубу трудно из-за малого диаметра трубы, когда нет возможности остановить котел.

Самым простым и надежным способом крепления по­верхностных термопреобразователей [47] является раздельная укладка термоэлектродов в канавки, выполненные непосред­ственно в теле трубы или в приваренной к ней бобышке. Термопреобразователи изготовляют из термоэлектродной про­волоки диаметром не более 1 мм. Ширина канавки должна быть на 0,1 — 0,2 мм меньше диаметра проволоки d, глубина канавки должна быть (0,8 – 1,0) d расстояние между прорезями 7–10 мм, длина прорези 10 мм. Прорези выполняют по хорде окружности трубы при помощи ножовки, развод зубьев которой стачивают на наждачном круге до нужного размера. Иногда прорези вырубают крейцмейселем. Наплавки выполняют с соблюдением основных требований для сварки. Термоэлектрод закладывают в прорезь легким постукиванием. Затем ударами молотка производят окончательную зачеканку электродов.

В случаях, когда выполнение наплавок или прорезей в стенке трубы нецелесообразно, можно размещать термопреобразовате­ли в специальной накладке, которая плотно прилегает к поверхности трубы и прижимается хомутом. Для уменьшения оттока теплоты от мест зачеканки электродов их следует плотно прижать к поверхности трубы (без электрического контакта) и обеспечить надежную тепловую изоляцию трубы на длине 300 — 500 мм. При раздельной установке термоэлектро­дов, как указано выше, в электрическую цепь термопреобразователя вводится дополнительный металл самой трубы (или наплавки). Это не влияет на термо-ЭДС термопреобразователя.

Для измерения температуры металла обогреваемых труб в топке и газоходах используют температурные вставки [47].

Прибор ЭТП-М (электронный термометр параметрический) может использоваться при испытаниях котлов главным обра­зом для измерения температуры наружного слоя обмуровки или тепловой изоляции котлов и трубопроводов. Прибор перенос­ный, снабжен сменными насадками и внутренним источником питания от сухих элементов. Насадку для измерения темпера­туры поверхностей следует прижимать плотно, без сдвигов и вибраций так, чтобы ручка датчика была перпендикулярна поверхности, температура которой измеряется. Для обеспечения надежного теплового контакта датчика с поверхностью перед измерением температуры медный колпачок смазывают техниче­ским вазелином. Прибор градуирован непосредственно в граду­сах.

 

4.2. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ И РАСХОДОВ

 

Жидкостные манометры находят самое широкое применение при наладочных работах. В качестве уравновешивающей жид­кости применяют ртуть, воду или этиловый спирт. Отсчет показаний на воде и спирте производят по нижнему мениску, на ртути — по верхнему. При значительных колебаниях изме­ряемого давления для удобства отсчета применяют местное сужение соединительной линии. При испытаниях применяют двухтрубные (U-образные) манометры, а при измерении малых давлений и разрежений — тягонапоромеры типа ТНЖ с наклон­ной измерительной трубкой, что существенно повышает точ­ность отсчета. Этот прибор допускает корректировку нуля передвижением шкалы специальным винтом и подрегулировку установки по уровню с помощью правого установочного винта.

Многопредельный микроманометр ММН-240 допускает из­менение угла наклона измерительной трубки в зависимости от измеряемого давления. Рабочая жидкость — этиловый спирт. Применять вместо спирта в микроманометрах керосин и воду не следует, так как керосин быстро загрязняется и разъедает резиновые соединения прибора, а вода образует недостаточ­но четкий вогнутый мениск. Кроме того, в воде корродиру­ют металлические части прибора и продукты коррозии за­бивают выход из нижней части сосуда в измерительную трубку. Прибор используется как дифференциальный манометр при измерении расходов газов и воздуха пневмометрическими трубками.

При измерении расходов воды и пара в качестве дифферен­циального манометра используется ртутный дифманометр ДТ-50. Перед заполнением ртутью прибор ДТ-50 промывают горячим мыльным раствором (50 — 60 г соды и 10 — 20 г мыла на 1 л воды) и опрессовывают водой под давлением, на 15% превышающим рабочее. Заполняют прибор ртутью только в специальном помещении, оборудованном для этой цели (ртут­ной комнате). Ртуть заливают через нижний ниппель при открытых клапанах верхнего блока. После заливки ртути необходимо убедиться в плотности сальников и арматуры нижнего блока; просачивание и подтекание ртути недопустимо.

При перетяжке сальников, выполненных из резиновых колец, могут треснуть концы стеклянных трубок. В этом случае необходимо сменить трубки. При их отсутствии можно аккурат­но обрезать имеющиеся стеклянные трубки до одной длины и соответственно поднять нижний блок прибора. Для его крепле­ния на новом месте в опорной раме сверлят новые отверстия под крепежные болты. Пределы измерений прибора несколько уменьшатся.

Перед подключением прибора следует поочередно продуть соединительные трубки и открыть уравнительный клапан. Закрыть его можно только после открытия обоих запирающих клапанов. Для подключения дифманометров к сужающим устройствам используют медные трубки внутренним диаметром 8–12 мм.

Измерение статических давлений и разрежений в газовых потоках следует вести из отборов, представляющих собой не­большие отверстия в стенках труб или газовоздуховодов. От­верстия должны выполняться диаметром 3–4 мм, без заусенцев и неровностей с внутренней стороны. Над отверстием к стенке приваривают штуцер внутренним диаметром 4–6 мм для подключения соединительной резиновой трубки. Соединитель­ные резиновые трубки следует прокладывать без перегибов с ук­лоном в сторону прибора, чтобы обеспечить слив воды, конден­сирующейся из водяных паров, которые могут содержаться в измеряемой среде. Необходимо проверять плотность трубок.

Сужающие устройства должны соответствовать требованиям [3]. При использовании дроссельных расходомеров в качестве основных балансовых приборов необходимо проверить ре­гистрацию их в территориальном центре метрологии и стандар­тизации, уточнить время последней проверки, наличие акта ревизии диафрагмы. При отсутствии этих данных выполняется ревизия диафрагмы с проверкой диаметра отверстия, диаметров труб и камер, проверяется острота входной кромки. Для измерения расхода устанавливается дифманометр ДТ-50. Для перевода его показаний в значения расхода необходимо выполнить расчет по [3].


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.  4.3.  Схема  тарировки сечения

 (К – контрольная точка)

 

Рис. 4.4. Двойная напорная трубка ВТИ:

1 – наконечник: 2штанга; 3, 4штуцера

 

 


При измерении расхода на­сыщенного пара следует иметь в виду, что перепад давле­ний, создаваемый диафрагмой, практически не зависит от ко­личества жидкой фазы в паре [3].

Напорные трубки применя­ют для измерения расходов воздуха, иногда продуктов сгорания. Трубками измеряют динамическое давление среды в данной точке канала, которое связано со скоростью в этом месте соотношением

где w – скорость, м/с; рд – динамическое давление, Па; r — плотность измеряемого вещества, кг/м3; К – коэффициент на­порной трубки.

Скорость среды по сечению канала различна, особенно после местных сопротивлений. Для определения средней расчетной скорости измеряют скорости по всему сечению (делают тарировку). Для этого площадь поперечного сечения канала разбивают на равновеликие участки (рис 4.3), в пределах каждого из них скорость принимают постоянной. Прямоуголь­ные каналы разбивают на ряд равновеликих участков с размерами сторон 100 – 200 мм. Измерения проводят в центре каждого участка, причем не менее 2 раз — при движении трубки туда и обратно.

Задачей тарировки сечения является получение усредняющей поправки к показаниям трубки в контрольной точке, где в дальнейшем будут измерять расходы при наладке и испытаниях котла. Динамическое давление в контрольной точке необходимо измерять в процессе тарировки несколько раз, чтобы подтвер­дить постоянство расхода воздуха во время тарировки

После снятия поля скоростей подсчитывают значениедля каждого измерения, затем определяют среднее значение ()ср. Коэффициент неравномерности распределения ско­рости потока определяют по формуле

где ркд — измеренное в процессе тарировки сечения давление в контрольной точке.

 Средняя скорость потока

Объемный расход V, м3/с, определяется по площади сечения F:

V = wср F

Круглое сечение диаметром 350–1500 мм разбивают на 6–20 равновеликих концентрических площадей и производят измерения по двум взаимно перпендикулярным диаметрам. Радиусы средних окружностей, на которых должны распола­гаться точки измерений в каждом кольце, определяют по формуле

где rn – радиус средней окружности, мм; R0 – внутренний радиус канала, мм; п – порядковый номер кольца, считая от центра трубы; N – общее количество равновеликих колец.

Конструкции напорных трубок могут быть стержневыми и Г-образными. Г-образные трубки системы Прандтля имеют К = 1, но они требуют для монтажа в воздуховодах использования сложных разрезных сальников. Более удобные в обращении Г-образные трубки, также с К = 1, используются при наладке вентиляции [14].

Стержневые напорные трубки ВТИ (рис. 4.4) имеют для отбора давления два отверстия, выполненные на лобовой и тыльной сторонах по отношению к потоку. При Re = 200 ¸12000 трубка имеет постоянный коэффициент К = 0,7. Откло­нение оси отборных отверстий от направления потока на угол до 20 ° практически не влияет на показания. Эти трубки позволяют получить видимое динамическое давление потока в 2 раза больше действительного, очень просты в обращении и не требуют сложных устройств для установки.

Напорные трубки из-за возможности поворота от заданного положения и засорения обычно исполь-

 

Рис. 4.5. Микровентури:

а — одинарный: 1 — насадок; 2, 3 — штуцера; 4 — кольцо; 5 — лючок; 6 — болт; 7 — шайба; 8 —прокладка; б двойной: 1, 2 — верхний и нижний наружные насадки; 3внутренний насадок; 4 — штанга; 5, 6донышки; 7, 8 — штуцера

 

 

зуют только для разовых измерений и тарировок. Для длительных измерений в контроль­ных точках вместо трубок устанавливают специальные мульти­пликаторы (микровентури) — рис. 4.5.

Одинарные микровентури дают видимое динамическое дав­ление в 5 – 9 раз большее, чем Г-образные трубки, а двойные — в 8 – 15 раз больше. Микровентури не чувствитель­ны к углу скоса потока до 30 °. Недостатком этих устройств является возможность пульсации среды.

 

4.3. АНАЛИЗ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

 

В волюмометрических приборах анализ газов выполняется путем поглощения из пробы газов отдельных компонентов в различных поглотителях, после каждого поглощения опреде­ляется объем оставшейся пробы. В настоящее время исполь­зуют практически только прибор ГХП (рис. 4.6).

Важнейшей частью прибора являются поглотительные сосу­ды 1 и 2. Внешний стакан сосуда является приемником ре­актива, внутренний контактный цилиндр заполнен тонкими сте­клянными трубочками длиной 100—120 мм и диаметром 4 — 5 мм. Трубки служат для увеличения поверхности сопри­косновения газа с реактивами, что дает возможность ускорить поглощение. Сосуды 1 и 2 за полнены соответственно раство­ром щелочи для поглощения СО2 и SO2 и щелочным раствором пирогаллола для поглощения О2. Сосуд 2 снабжен резиновым мешком для исключения контакта раствора пирогаллола с воздухом.

Измерительная бюретка 3 помещена в стеклянный цилиндр 4, заполненный водой, что обеспечивает постоянство температуры пробы. Воду следует брать дистиллированную или в крайнем случае просто кипяченую, так как из сырой воды при нагреве могут выделяться пузырьки воздуха, затрудняющие отсчет по бюретке. Нижняя часть бюретки связана с

Рис. 4.6.  Схема газоанализатора ГХП-100

уравнительным стаканом 5, а верхняя с гребенкой 6, состоящей из серповидных трехходовых кранов 7 над поглотитель­ными сосудами 1 и 2 и серповидного крана 8, который при отсутствии поглотительного сосуда для СО обычно используют для сообщения гребенки с атмосферой.

Для отсоса можно использовать имеющуюся в комплекте прибо­ра резиновую грушу, но лучше собрать схему с постоянным отсосом. Подключить отсос можно к всасывающему карману дымососа (можно и соседнего котла), к специальному водяному эжектору или к воздуходувке, применяемой для отбора проб при наладке вентиляции. Контроль отсоса ведется по пробулькиванию газов через воду в нижней части барботажного сосуда (фильтра) 9.

В качестве запирающей жидкости для прибора используют насыщенный раствор поваренной соли. Еще лучше применять хлористый кальций, который не оставляет следов на стенках бюретки при высыхании раствора. Раствор подкисляют серной или соляной кислотой и подкрашивают метилоранжем в розовый цвет. Это улучшает видимость уровней и позволяет вовремя выявить попадание в запирающую жидкость щелочных растворов, которые окрашивают метилоранж в желтый цвет. Такая жидкость поглощает СО2, и ее необходимо сменить. Через гребенку и бюретку необходимо также налить запирающую жидкость в сосуд 9  на высоту 25 — 30 мм.

Перед включением прибора в работу необходимо довести уровни реактивов в сосудах 1 и 2 до меток под кранами 7 и проверить прибор на плотность, для чего при заполненной до верхней метки бюретке и отключенной от пробы гребенке опустить уравнительный сосуд 5 как можно ниже. Если за несколько минут уровни в бюретке и капиллярах над поглоти­тельными сосудами не опустятся, то аппарат можно считать герметичным.

Перед отбором пробы соединительные линии от газохода к прибору должны быть надежно заполнены анализируемым газом. Если непрерывный отсос не организован, то необходимо прокачать линии грушей или непосредственно через бюретку. Для отбора пробы заполняют бюретку газом из линии с запасом — ниже нулевой отметки шкалы. После этого подни­мают уравнительный сосуд 5 до уровня, при котором жидкость в нем устанавливается на уровне нуля бюретки и открывают на мгновение кран 8 для сообщения с атмосферой. При этом нельзя допускать, чтобы при открытом кране уровень воды в бюретке опускался (при этом в пробу подсасывается воздух). Иногда выпуск излишней порции газа из бюретки контроли­руют, зажимая выходное отверстие крана большим пальцем левой руки.

После отбора и контрольной проверки объема пробу прокачивают последовательно через сосуд 1 для определения СО2 (точнее СО2 + SO2 = RO2) и через сосуд 2 для определения RO2 + O2. При всех отсчетах объемов по бюретке уровни запирающей жидкости в бюретке 3 и уравнительном сосуде 5 должны совпадать, а уровни реактивов в поглотительных сосудах должны быть подтянуты до меток. Глаз наблюдателя должен быть расположен в одной плоскости с наблюдаемым уровнем. При прокачивании пробы через поглотительные сосуды следует полностью вытеснять газ из бюретки 3 (поднимать уровень в ней до метки) и обеспечивать смачивание трубок реактивом по всей высоте. Если уровень пирогаллола в сосуде 2 не виден, следует опускать сосуд 5 до такой высоты, при которой уровень жидкости в бюретке 3 опускается до делений 25 — 30. Обычно после поглощения кислорода из пробы газа этот реактив становится прозрачным. Количество прокачиваний — 3 – 5 для поглощения RO2 и 6 — 9 для О2. Убедиться в полноте поглощения и уточнить количество качаний можно по совпадению двух последовательно проведен­ных отсчетов на одной пробе после 2 – 3 дополнительных качаний. Отсчет объема пробы при отборе и после поглощения следует вести сразу, так как показания затем могут несколько измениться из-за стекания капель со стенок бюретки. Для получения правильных результатов нельзя допускать попадания реактивов в гребенку. Если это произошло, ее надо промыть запирающей жидкостью на слив через кран 8 до розовой окраски стекающей жидкости.

Необходимо отметить, что работа на аппарате ГХП (Орса' — по фамилии изобретателя) требует постоянного навыка, и обычно при испытаниях и наладке котлов ее поручают одному из членов наладочной бригады, а не наскоро обученным наблюдателям.

Раствор едкого кали для сосуда 1 готовится растворением 60 — 70 г химически чистого КОН в 130— 140 мл дистиллированной воды. Если нет химически чистого КОН, можно пользоваться техническим, но в этом случае раствору надо дать отстояться. При растворении КОН температура сильно повышается. При насыщении раствора диоксидом углерода на стенках поглотительного сосуда начинают выделяться кристаллы, что говорит о необходимости замены раствора.

Реактив для поглощения кислорода готовят растворением 35 г пирогаллола в 60 мл дистиллированной воды. Этот раствор смешивают со 120 мл 50%-ного водного раствора КОН. Готовый реактив интенсивно поглощает кислород из воздуха, и смешение растворов лучше вести непосредственно в сосуде 1, в крайнем случае в закрытой колбе. Раствор щелочи следует брать охлажденный, так как при растворении пирогаллола также происходит выделение теплоты.

После заливки раствора в поглотительный сосуд необходимо подтянуть раствор до метки. Уровень в приемном (внешнем) сосуде при этом должен быть таким, чтобы надежно исключить пробулькивание воздуха при подтяжке уровня, но обеспечить прием всего объема реактива при вытеснении его пробой газа из контактного (внутреннего) сосуда.

После подтягивания раствора пирогаллола до метки в сосуде 2 дыхатель­ное отверстие в резиновой крышке сосуда надо немедленно закрыть резиновым баллоном для исключения контакта раствора с атмосферой. Следует иметь в виду, что через некоторое время объем воздуха в резиновом баллоне уменьшится из-за поглощения из него кислорода. Для нормальной работы раствора пирогаллола его температура не должна быть ниже 15 °С.

Из хроматографических газоанализаторов в настоящее вре­мя для анализа продуктов сгорания используется прибор «Газохром-3101», причем обычно его используют в несколько упрощенном варианте для достоверного определения продуктов неполного сгорания — Н2, СО и СН4. Для этих анализов в качестве газа-носителя используется только воздух.

Прибор комплектуется отдельным самопишущим потенцио­метром и встроенным показывающим милливольтметром. Про­качка воздуха осуществляется встроенным микрокомпрессором, расход воздуха контролируется по имеющемуся в приборе реомет­ру. Пробу газов отбирают шприцем из резиновых соединительных шлангов аппарата типа ГХП. При этом шланги должны быть на­дежно заполнены анализируемым газом. Отбор газов из остатков пробы после поглощения СО2 и О2 в газоанализаторе ГХП недо­пустим, так как из пирогаллола выделяется оксид углерода СО.

Результаты анализа записываются на ленте потенциометра (так называемая хроматограмма). Первым выделяется и фикси­руется Н2, второй пик N2 + O2 образуется из-за различия содержания этих газов в воздухе и в анализируемой пробе, третий пик — СО. Пик, соответствующий метану СН4, фик­сируется через 3 – 4 мин. Для большей точности определе­ния СН4 возможен дополнительный ввод пробы в рассеч­ку разделительной колонки. В случаях, когда не представля­ется возможным доставить в котельную самопишущий по­тенциометр, можно использовать показывающий милливольт­метр, встроенный в переносный основной блок прибора. В этом случае отсчет времени выхода компонентов необходимо вести по секундомеру, а размеры пиков отсчитывать по милли­вольтметру.

Важнейшей практической особенностью прибора является необходимость предварительной калибровки его с помощью специальных контрольных смесей. Калибровку следует прово­дить после каждой перевозки прибора. В процессе калибровки устанавливают расход воздуха и объем пробы. Для хрома­тографа «Газохром-3101» зависимость между концентрацией компонента и высотой пика является линейной и по результа­там анализа концентрация компонента сi, определяется простым пересчетом:

где Hi — определенная по хроматограмме высота пика данного компонента; Hк — высота пика данного компонента при калиб­ровке; ск — концентрация компонента в контрольной пробе.

При использовании милливольтметра вместо высот пиков следует отсчитывать эти пики в делениях шкалы.

Для хранения и перевозки контрольных проб наиболее удобны аспираторы типа «Коро». Можно пользоваться стеклян­ными пипетками с кранами с обоих концов, для длительного хранения краны следует окунуть в расплавленный парафин. Для вытеснения контрольных проб следует использовать ту же запирающую жидкость, что и в газоанализаторе типа ГХП.

Упрощенные анализаторы. Для упрощенного анализа продук­тов сгорания на содержание СО используют индикаторные трубки, выпускаемые для газоопределителя ГХ-4. Индикаторная трубка заполнена специальным реактивом, нанесенным на силикагель, и запаяна с обоих концов. Для анализа концы обламывают и через трубку пропускают 100 или 1000 см3 анализируемого газа. Концентрацию СО устанавливают по длине окрашенного слоя. Шкала для отсчета нанесена на трубку, а также на упаковку трубок. Пробу газа прокачивают через трубку с помощью газоанализатора ГХП.

Иногда для упрощенного анализа используют газоана­лизатор (точнее газоиндикатор) ПГФ-2М1-У4 «Водород», пред­назначенный для контроля наличия водорода в воздухе. Использование его для контроля наличия водорода в продуктах сгорания может быть полезным при предварительных испыта­ниях.

За рубежом начали широко применяться кислородомеры, выполненные на базе датчиков с твердым электролитом из оксида циркония. Эти приборы используются как стационарные. Изготовляют также упрощенные приборы для газового анализа, которые обеспечивают автоматический отсчет содержания О2 в продуктах сгорания. Обычно такие приборы одновременно измеряют температуру уходящих газов и могут быть оборудованы специальными калькуляторами, что дает возможность после установки зонда в газоход получить на индикаторе КПД котла.

 

 

4.4. НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ НАЛАДОЧНЫХ РАБОТАХ

 

Упрощенное измерение расходов. При наладке котельных и расчетах удельных норм на отпуск теплоты часто возникает необходимость измерения расхода среды в трубопроводах, в которых по разным причинам не установлены расходомерные диафрагмы. В этих случаях можно использовать измерения с помощью напорных трубок по [12, 13]. Для измерения по этому способу на трубопроводе монтируют специальную шлюзовую камеру с отключающей задвижкой. Напорная трубка для измерений вводится в трубопровод через открытую задвижку, по окончании измерений трубка выводится из трубопровода в шлюзовую камеру и задвижка закрывается.

Измерения по [12] проводят путем снятия поля скоростей, а по [13] — определением динамического давления в одной определенной точке сечения трубы. Способ [13] пригоден, однако, только для измерения расхода в трубах диаметром не менее 300 мм. Конструкции применяемых для этих измерений напорных трубок и схемы устройств для их ввода в трубопро­вод приведены в [12, 13]. Эти измерения, поскольку они выполняются в соответствии с государственными стандартами, могут использоваться как для измерений при балансовых испытаниях котлов, так и для организации коммерческого учета.

Для упрощенных измерений расхода воды можно использо­вать перепад давлений на отводах (коленах) трубопроводов. При движении воды давление на внутренней стороне отвода меньше, чем на наружной. Перепад давлений можно измерить с помощью дифманометра ДТ-50. Для измерения пригодны только гладкие литые или гнутые отводы без сварных швов и складок. Схема отвода с расчетными размерами приведена на рис. 4.7. Расход воды через трубопровод определяется [74] по формуле:

 

 

 

Рис. 4.9. Зонд для определения скорости коррозии:                           

а – общий вид;  б –  поперечное   сечение; в – узел крепления образца

Рис. 4.8. Шкала для определения числа Бахараха

 


 

где D — внутренний диаметр трубы, м; R — радиус гиба, м; Н — измеренный перепад давлений по дифманометру ДТ-50, мм.

Такие измерения могут использоваться только для прибли­женных оценок, когда установка измерительных диафрагм или шлюзовых камер на трубопроводах невозможна. Использовать такие измерения для балансовых испытаний котлов и для коммерческого учета нельзя.

Метод Бахараха. Определение концентрации сажи в продук­тах сгорания является весьма трудоемкой операцией и может выполняться только в специально оборудованной химической лаборатории. Такие анализы при испытаниях промышленных котлов обычно не выполняют, хотя содержание сажи в про­дуктах сгорания характеризует полноту сжигания, что особен­но важно при сжигании мазута в полностью экранированных небольших по размеру топках. За рубежом нашел широкое применение экспресс-метод определения концентрации сажи, известный как метод Бахараха [61]. Пробу газа засасывают из газохода специальным поршневым насосом, который одновре­менно дозирует порцию газа. В процессе отсоса газ про­пускается через фильтровальную бумагу. Степень почернения фильтра сравнивают с эталонной шкалой, по которой опре­деляют число Бахараха, которое может изменяться от 1 до 9.

Количество пропускаемого газа через 1 см2 фильтровальной бумаги должно составлять 5750 + 250 мл. Фильтровальная бумага должна иметь коэффициент отражения 85 + 2,5% и пропускную способность 3 л/мин при перепаде давлений 2 кПа. Эталонная шкала наносится на белую бумагу с коэффициентом отражения 85%. Сравнительные цвета наносятся на бумагу в виде фигур круглой формы (рис. 4.8).

Коэффициент отражения первого круга с номером 0 равен коэффициенту отражения чистой бумаги и соответствует числу Бахараха 0. Коэффициент отражения каждого следующего круга с номерами 1—9 на 10% ниже предыдущего, так что отражательная способность последнего круга с номером 9 составляет только 10% отражательной способности первого.

Сравнение полученного сажевого пятна с эталоном может производиться как визуально, так и фотометрическим спосо­бом. Температура газа перед фильтровальной бумагой должна быть не ниже 150 – 200 °С.

При сопоставлении данных по содержанию сажи, получен­ных по методу непосредственного анализа и по методу Бахараха, было установлено, что существует однозначная зависимость между числом Бахараха и концентрацией сажи, г/м3. Однако характер этой зависимости несколько изменяется при переходе от газа к мазуту. Например, при сжигании мазута числу Бахараха 3 соответствует m = 0,15 г/м3; 5 —m = 0,25 г/м3; 7 — 0,35 г/м3; 9 — 0,5 г/м3. При сжигании газа эти значения могут быть в 2 – 3 раза меньше из-за высокой дисперсности газового факела.

Определение скорости коррозии. Коррозионная агрессивность продуктов сгорания мазута зависит от температуры стенки по кривой сложной формы — см. рис. 6.1. Форма кривой связана с тем, что скорость коррозии зависит как от температуры стенки, определяющей скорость химической реакции, так и от концентрации выпадающей серной кислоты. Чем выше температу­ра, тем выше концентрация серной кислоты в росе, а с ростом концентрации скорость коррозии падает. Например, при сжига­нии чистой серы в выпадающей росе содержалась кислота концентрацией примерно 95%, которая не воздействовала на металл поверхностей нагрева даже при температуре около 300 °С. Два противоположно действующих фактора — скорость реакции и концентрация — приводят к образованию второго пика коррозии при температуре около 120 °С. Абсолютное значение скорости коррозии зависит от целого ряда факто­ров — нагрузки котла, коэффициента избытка воздуха, содержа­ния серы в мазуте. Знание этой зависимости необходимо для выбора оптимальных режимов работы котлов на мазуте по условиям их надежности. С помощью специального зонда по [87] можно получить кривую по результатам измерений за один опыт на одном приборе.

Зонд (рис. 4.9) выполнен в виде цилиндрического метал­лического корпуса 1, предназначенного для размещения в стенке 2 газохода, и содержит штуцер 3 для подвода охлаждающего воздуха, штуцер 4 для вывода проводников 5 и 6 от эталонных и испытуемых образцов 7 и 8, установленных на поверхности корпуса 1. В корпусе выполнены отверстия 9, в которых расположены пробки 10 из электроизоляционного материала с винтами 11 для закрепления с помощью шайб 12 и 13 эталонных и испытуемых образцов 7 и 8, а также проводников 5 и 6.

Поверхность корпуса зонда покрывают эмалью или термо­стойким лаком. Взвешенные образцы 8 размещают вдоль корпуса 1 металлического зонда. К одному из концов каждого образца 8 присоединяют с помощью винта 11 и шайб 12 и 13 свой проводник 5 из металла, имеющего термоэлектрические свойства, отличные от термоэлектрических свойств металла образца, а в качестве другого проводника используют корпус зонда, к которому присоединен свободный конец испытуемого образца. Проводник 5 и корпус 1 соединяют с регистрирующим прибором (потенциометром). Через штуцер 3 подают охлаж­дающий воздух, в результате чего образцы 8, расположенные вдоль корпуса, нагреваются до различных температур.

Температура минимальна вблизи штуцера 3 и максимальна у противоположного конца корпуса, поскольку охлаждающий воздух по мере прохождения вдоль корпуса зонда нагревается. Подбирая расход воздуха через штуцер 3, можно получить нужное распределение температур. Температуры измеряются с помощью термопреобразователей, функции которых вы­полняют проводник 5, изготовленный, например, из сплава копель, и испытуемый железный образец 8. Полученная при нагреве такого соединения ЭДС передается на регистрирующий прибор через проводник 5 и корпус 1 зонда. После выдержки образцов в газоходе в течение заданного времени их охлаж­дают, снова взвешивают и по изменению массы судят о скорости коррозии при температуре данного образца.

Для определения скорости коррозии по изменению электро­сопротивления образцов на корпусе зонда размещают дополни­тельно эталонные образцы 7, аналогичные испытуемым, но имеющие защитное покрытие. Один конец эталонного образца прикрепляют к тому концу эталонного образца 8, к которому присоединен проводник 5, а к другому концу эталонного образца прикрепляют проводник 6 из того же металла, что и проводник 5. При нагреве образцов изменение электросопротив­ления измеряют с помощью проводников 5 и 6, а температу­ру — термопреобразователем, образованным проводником 5 и образцом 8. Кроме того, с помощью проводников 5 и 6 мож­но измерить разность температур по длине эталонного образ­ца 7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

66

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

67

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

69

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

73

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

74

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

76

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

77

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

82

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

83



Далее...