РД 34.11.306, МТ 34-70-021-86 Методика выполнения измерений содержания кислорода в уходящих газах энергетических котлов |
МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР
ГЛАВНОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ
МЕТОДИКА
ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА
В УХОДЯЩИХ ГАЗАХ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ
МТ 34-70-021-86
РД 34.11.306
СОЮЗТЕХЭНЕРГО
Москва 1986
РАЗРАБОТАНО Всесоюзным дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехническим научно-исследовательским институтом им. Ф.Э. Дзержинского (ВТИ им. Ф.Э. Дзержинского), предприятием Средазтехэнерго Производственного объединения по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей
ИСПОЛНИТЕЛИ В.С. БАЛОВНЕВ, В.Д. МИРОНОВ (ВТИ им. Ф.Э. Дзержинского); Л.В. БОЙЧЕНКО (Средазтехэнерго)
УТВЕРЖДЕНО Главным научно-техническим управлением энергетики и электрификации 03.03.86 г.
Заместитель начальника Д.Я. ШАМАРАКОВ
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В УХОДЯЩИХ ГАЗАХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ |
МТ 34-70-021-86 Вводится впервые |
Срок действия установлен
с 01.01.87 г.
до 01.01.97 г.
1.1. Настоящая Методика распространяется на выполнение измерений содержания кислорода в уходящих газах энергетических котлов тепловых электростанций.
1.2. Методика устанавливает методы и средства измерений, алгоритмы подготовки и проведения измерений, а также алгоритмы обработки результатов измерений.
Методика обеспечивает получение достоверных количественных показателей точности измерений в базисном режиме работы энергооборудования и устанавливает способы их выражения.
1.3. Требования Методики обязательны при проектировании и эксплуатации систем измерения содержания кислорода в дымовых газах энергетических котлов.
2.1. Принятые нормы точности измерений содержания кислорода в уходящих газах энергетических котлов установлены по результатам специально проведенной научно-исследовательской работы и составляют:
Диапазон измерений, % O2об......................................................... |
0 - 1 |
0 - 2 |
0 - 5 |
0 - 10 |
Суммарная погрешность измерений, % диапазона измерения. |
10 |
9 |
7 |
6 |
2.2. Нормы точности установлены для базисного режима работы энергооборудования. Для маневренного режима пуска и останова энергооборудования нормы точности не устанавливаются.
2.3. Погрешности измерений, полученные при аттестации настоящей Методики, не должны превышать значений, указанных в п. 2.2.
3.1. Содержание кислорода в уходящих газах является одним из важнейших технологических параметров на ТЭС.
Содержание кислорода в уходящих газах измеряется с двух сторон газохода котла перед экономайзером по ходу газов.
Результаты измерений содержания кислорода в уходящих газах используются для управления технологическим процессом и расчета технико-экономических показателей энергооборудования ТЭС.
3.2. Диапазоны изменения измеряемого параметра в зависимости от вида сжигаемого топлива составляют, % O2об.:
- от 0,4 до 4,0 вкл. - для газа;
- от 0,4 до 4,5 вкл. - для мазута;
- от 2,9 до 9,6 вкл. - для угля.
3.3. Место отбора пробы газа выбирают так, чтобы запаздывание показаний было минимальным, проба должна быть представительной.
3.4. Представительность пробы обеспечивается при отборе из точки, расположенной примерно на 1/3 диаметра поперечного сечения круглого газохода (шунтовой трубы) или на 1/3 длины по диагонали от любого угла газохода прямоугольного сечения.
3.5. Шунтирующий трубопровод прокладывают параллельно с основным газовым потоком. Шунтируется хвостовая часть котла - участок экономайзеров и воздухоподогревателей.
4.1. Измерение содержания кислорода в уходящих газах энергетических котлов следует выполнять методом, основанным на использовании явления термомагнитной конвекции исследуемой газовой смеси, обусловленной магнитными свойствами присутствующего в ней кислорода, которые резко отличают его от всех остальных компонентов смеси.
4.2. Под термомагнитной конвекцией подразумевается конвекция газа, окружающего нагретое тело (чувствительный элемент), расположенное в неоднородном магнитном поле. При этом меняется температура чувствительного элемента, а следовательно, его сопротивление. Изменение сопротивления вызывает разбаланс измерительного моста, выходное напряжение которого преобразуется в перемещение движка реохорда (способом автокомпенсации).
По изменению сопротивления чувствительного элемента судят о концентрации кислорода в газовой смеси.
4.3. Возможны два варианта общей организации системы контроля содержания кислорода в уходящих газах котлов: децентрализованная и централизованная с помощью средств вычислительной техники (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема системы измерения содержания кислорода в уходящих газах котлов:
1 - соединительные (импульсные) трубки; 2 - экранированный провод
4.3.1. При децентрализованной системе контроля движок реохорда кинематически связан с кареткой средства представления информации, которая обеспечивает запись значений измеряемого параметра на диаграммной бумаге и отсчитывает эти же значения по шкале.
4.3.2. При централизованной системе контроля изменение сопротивления реохорда преобразуется в унифицированный сигнал постоянного тока 0 - 5 мА, который передается на информационно-вычислительный комплекс для автоматической обработки результатов измерений.
5.1. При выполнении измерений должны быть применены средства измерений и вспомогательные устройства, выпускаемые выруским заводом газоанализаторов и приведенные в таблице.
Наименование |
Тип, технические условия |
Диапазон измерения, % О2об. |
Основная допускаемая погрешность, % |
Автоматический газоанализатор на кислород |
МН-5130У4 ТУ 25-02-1975-75 |
0 - 1 |
±5 |
0 - 2 |
±5 |
||
0 - 5 |
±2 |
||
Автоматический термомагнитный газоанализатор кислорода |
МН-5106-2 ТУ 25-05-2151-76 |
0 - 1 |
±5 |
0 - 2 |
±5 |
||
0 - 5 |
±2 |
||
0 - 10 |
±2 |
||
Устройство отбора пробы газа |
- |
- |
- |
Устройство подготовки пробы газа |
- |
- |
- |
Примечание. Основная допускаемая погрешность приведена для нормальных условий работы комплекта газоанализатора, включающего измерительный преобразователь и регистрирующий прибор (без системы газоподготовки).
5.2. Допускается применение других средств измерений, обеспечивающих получение суммарной погрешности измерения в пределах заданных норм точности.
5.3. Параметры анализируемой пробы газа должны соответствовать следующим значениям:
Температура |
5 - 50 °С |
Относительная влажность |
Не более 95 % |
Избыточное давление |
Не более 50 кПа |
Расход анализируемой газовой смеси через газоанализатор |
(12 ± 4) · 10-6 м3/с |
Содержание механических примесей |
Не более 0,001 г/м3 |
Содержание коррозионно-активных примесей |
Не более 0,01 г/м3 |
5.4. При выполнении измерений должны быть соблюдены следующие условия:
Температура окружающего воздуха |
От 5 до 50 °С |
Относительная влажность окружающего воздуха |
До 90 % |
Атмосферное давление |
От 90,6 до 104,6 кПа |
Вибрация: |
|
амплитуда |
До 0,1 мм |
частота |
25 Гц |
Напряженность внешних магнитных полей |
Не более 400 А/м |
Напряженность внешних электрических переменных однородных полей |
Не более 50 кВ/м |
Параметры электрического питания: |
|
напряжение переменного тока |
220+22-33 В |
частота |
50 ± 1 Гц |
Давление питающего конденсата на входе системы газоподготовки |
300 ± 100 кПа |
6.1. Требования к монтажу средств измерения
6.1.1. Проба газа отбирается из шунтовой трубы, которая должна быть выполнена из покрытой теплоизоляцией стальной трубы с внутренним диаметром 80 - 200 мм и в месте отбора может иметь расширение с патрубком, позволяющее разместить в нем устройство для отбора пробы газа.
6.1.2. При конструктивной невозможности прокладки шунтовой трубы проба газа отбирается непосредственно из газохода котла в режимном сечении (перед экономайзером по ходу газов).
6.1.3. Газоанализаторы должны устанавливаться в местах, не подверженных вибрации и расположенных вдали от нагретых поверхностей, и защищаться от воздействия местных перегревов и сильных потоков воздуха.
6.1.4. Средство представления информации (самопищущий и показывающий прибор) должно быть установлено на расстоянии не более 300 мм от измерительного преобразователя (при использовании средств измерений по п. 5.1). В случае применения средств измерения других типов это расстояние регламентируется инструкцией по их монтажу.
6.1.5. Блоки газоанализаторов должны устанавливаться вертикально на щитах и кронштейнах и проверяться по уровню.
6.1.6. Вспомогательные устройства монтируются в соответствии со схемой, приведенной в паспорте газоанализатора, и указаниями в паспортах соответствующих вспомогательных устройств.
6.1.7. Отдельные блоки газоанализатора при монтаже газовой схемы следует соединять металлическими трубками диаметром 8?1 мм из нержавеющей стали или трубками ПМ-1/42 диаметром 8?1 мм. Рекомендуемая газовая функциональная схема приведена на рис. 2.
Рис. 2. Газовая функциональная схема
6.1.8. Электрическая схема должна монтироваться в соответствии с инструкцией по эксплуатации газоанализатора и действующими на объекте правилами и нормами.
6.1.9. Соединение измерительного преобразователя со средством представления информации должно быть выполнено экранированным проводом сечением не менее 1 мм2.
6.1.10. Для предохранения и защиты от механических повреждений и электрических помех соединительные провода следует прокладывать в гибких металлических шлангах или трубках, которые необходимо заземлять.
6.2. Требования к подготовке измерений
6.2.1. Перед выполнением измерений необходимо провести проверку:
- правильности монтажа устройства отбора и подготовки пробы газа и комплекта газоанализатора;
- наличия электропитания на первичном измерительном преобразователе и средстве представления информации;
- герметичности газового тракта (от места установки устройства отбора пробы газа до измерительного преобразователя);
- отсутствия присосов воздуха в месте установки устройства отбора пробы газа;
- наличия расхода конденсата на водоструйный эжектор.
6.2.2. К измерениям допускаются средства измерения, прошедшие государственную (ведомственную) поверку, имеющие действующие поверительные клейма.
При обнаружении какого-либо несоответствия вышеизложенным требованиям измерения нельзя производить до его устранения.
6.2.3. После осмотра и устранения дефектов подается напряжение питания.
6.3. Выполнение измерений
6.3.1. Через 60 мин после включения питания проверяются контрольные точки шкалы газоанализатора («Нуль» и «Чувствительность»), проводится соответствующая корректировка.
В процессе выполнения измерений корректировка «Нуля» и «Чувствительности» выполняется ежесуточно.
6.3.2. Измерения содержания кислорода в уходящих газах котлов выполняются с одновременной автоматической записью результатов на диаграммной бумаге.
7.1. В качестве показателя точности измерения содержания кислорода в уходящих газах котла по ГОСТ 8.011-72 принимается интервал, в котором с установленной вероятностью находится суммарная погрешность измерения.
7.2. Устанавливается следующая форма записи результатов измерения:
O2; ?O2; от ?O2н до ?O2в; P,
где O2 - результат измерения содержания кислорода в уходящих газах котла, % O2об.;
?O2, ?O2н, ?O2в - соответственно погрешность измерения, нижняя и верхняя ее границы, % O2об.;
P - установленная вероятность, с которой погрешность находится в этих границах (P = 0,95).
8.1. Обрабатывать результаты измерений содержания кислорода в уходящих газах котлов следует способом определения средних значений с использованием полярного планиметра. Тогда среднее содержание кислорода в уходящих газах котла может быть определено по формуле
(1)
где F - площадь планиметрируемой части диаграммной бумаги, см2;
mO2 - масштаб содержания кислорода, % O2 об/см;
m? - масштаб времени, ч/см;
?0 - интервал усреднений (1; 8; 24 ч).
(2)
где O2max, O2min - начальное и конечное значения шкалы, % О2об.;
C - ширина диаграммной бумаги, мм.
(3)
где V - скорость продвижения диаграммной бумаги, мм/ч.
8.2. При использовании информационно-вычислительного комплекса, прошедшего метрологическую аттестацию, применяется формула
(4)
где n - число циклов опроса за данный интервал усреднения;
O2i - значение содержания кислорода в дымовых газах котла в i-м цикле опроса, % О2об..
8.3. Оценка показателей точности измерения содержания кислорода в уходящих газах котлов проводится при метрологической аттестации методик выполнения измерения на конкретном оборудовании ТЭС.
8.4. Доверительные границы погрешности измерения содержания кислорода в уходящих газах котлов (% O2об.) определяется по формуле
(5)
где ?i - суммарная погрешность измерения содержания кислорода в i-м канале измерения, % O2об.;
K - число каналов измерения.
Суммарная погрешность измерения определяется расчетным путем с использованием данных НТД на средства измерения по формуле
(6)
где ?i - суммарная относительная погрешность измерения содержания кислорода, %;
Pн - нормирующее значение, % О2об..
В качестве Pн принято значение диапазона измерений.
Суммарная относительная погрешность измерения содержания кислорода выражается формулой
(7)
где ?iну- предел суммарной относительной погрешности измерительной системы при нормальных условиях, %;
?iд - суммарная дополнительная погрешность канала измерения при отклонении внешних влияющих факторов от нормальных значений, %;
(8)
где ?г - погрешность, вносимая в результате измерения газоходом котла, %;
?уог - погрешность устройства отбора пробы газа, %;
?сгп - погрешность системы подготовки пробы газа, %;
?га - предел допускаемой погрешности комплекта газоанализатора (измерительный преобразователь и средство представления информации), %;
?обр - погрешность обработки результатов измерения (предел допускаемой погрешности от индивидуальных особенностей планиметриста и условий работы), %; ?обр = 1,1 %;
(9)
где ?1 - ?n - составляющие суммарной дополнительной погрешности измерения содержания кислорода за счет отклонения влияющих факторов (температуры, напряжения, частоты, расхода газовой смеси и др.) от области нормальных значений, приведенных в НТД на средства измерения, %.
Для определения составляющих (по формуле 8) следует вычислить математическое ожидание каждой влияющей величины по формуле
(10)
где ?i - значение влияющей величины (i-е измерение);
L - количество измерений влияющего фактора за интервал усреднения.
По полученным значениям Mопределяют значения составляющих суммарной погрешности по НТД или данным, приведенным в приложении 1.
Приведенный метод является упрощенным способом оценки погрешности измерений в эксплуатационных условиях.
8.5. Пример расчета погрешности измерения содержания кислорода в уходящих газах котлов с рекомендуемыми средствами измерений по приведенному методу дан в приложении 2.
8.6. Обработка результатов измерений для получения более достоверных оценок погрешности измерения содержания кислорода в уходящих газах проводится в соответствии с ГОСТ 8.207-76.
К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица, прошедшие специальное обучение и имеющие квалификацию:
- для выполнения измерений - электрослесарь 3-го - 4-го разрядов;
- для обработки результатов измерений - техник или инженер-метролог.
10.1. При выполнении измерений содержания кислорода в уходящих газах энергетических котлов должны соблюдаться действующие «Правила техники безопасности при эксплуатации тепломеханического оборудования электростанций и тепловых сетей» (М.: Энергоатомиздат, 1985) и «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» (М.: Энергоатомиздат, 1986), а также требования ГОСТ 12.2.007.0-75.
10.2. К выполнению измерений по настоящей Методике допускаются лица, имеющие квалификационную группу по технике безопасности не ниже III при работе с электрическими цепями с напряжением до 1000 В.
Справочное
Таблица 1
Дополнительные погрешности комплекта газоанализатора (измерительный преобразователь и регистрирующий прибор) от воздействия влияющих факторов
Факторы, вызывающие дополнительные погрешности |
Значения дополнительных погрешностей в долях предела основной погрешности для диапазонов, % О2об. |
|||
0 - 1 |
0 - 2 |
0 - 5 |
0 - 10 |
|
Изменение только напряжения питания на каждые ±10 % |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
Изменение только расхода газовой смеси на каждые 4 · 10-6 м3/с от номинального 12 · 10-6 м3/с |
0,4 |
0,4 |
0,6 |
0,6 |
Изменение только атмосферного давления на каждые 3,3 кПа (25 мм рт. ст.) от градуировочного |
0,4 |
0,4 |
0,6 |
0,6 |
Изменение только температуры окружающей среды на каждые 10 °С от градуировочной |
0,8 |
0,8 |
1,0 |
1.0 |
Изменение только наклона в любом направлении на 5° от положения, принятого при градуировке |
0,5 |
0,5 |
0,8 |
0,8 |
Изменение только частоты питания на каждые 0,5 Гц от номинального 50 Гц |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
Изменение только концентрации водорода на 1 % об. по сравнению с градуировочным |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
0,75 |
Изменение концентрации двуокиси углерода на каждые 2,5 % об. по сравнению с градуировочным |
1,0 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Изменение концентрации двуокиси углерода на 10 % об. по сравнению с градуировочным |
- |
- |
- |
0,5 |
Таблица 2
Дополнительные погрешности, вносимые в результат измерений устройством отбора пробы газа, газоходом котла и системой подготовки пробы газа
Диапазон измерения, % O2об. |
Топливо |
Точка измерения, % O2об. |
Погрешность, % O2об. |
||
Газоход котла |
Устройство отбора пробы газа |
Система подготовки пробы газа |
|||
0 - 1 |
Природный газ |
0,5 |
0,010 |
0,015 |
0,026 |
1,0 |
0,018 |
0,030 |
0,050 |
||
Мазут |
0,5 |
0,010 |
0,015 |
0,026 |
|
1.0 |
0,020 |
0,030 |
0,050 |
||
0 - 2 |
Природный газ |
0,5 |
0,010 |
0,015 |
0,026 |
2,0 |
0,034 |
0,060 |
0,101 |
||
Мазут |
0,5 |
0,010 |
0,015 |
0,026 |
|
2,0 |
0,039 |
0,060 |
0,101 |
||
0 - 5 |
Природный газ |
0,5 |
0,010 |
0,015 |
0,026 |
5,0 |
0,080 |
0,150 |
0,252 |
||
Мазут |
0,5 |
0,010 |
0,015 |
0,026 |
|
5,0 |
0,085 |
0,150 |
0,252 |
||
0 - 10 |
Каменный уголь |
3,5 |
0,180 |
0,105 |
0,276 |
10,0 |
0,370 |
0,300 |
0,504 |
Примечание. Погрешности на остальных точках шкалы определяются путем линейной интерполяции.
Справочное
Исходные данные:
Сжигаемое топливо - природный газ.
Автоматический газоанализатор на кислород - МН-5130У4.
Диапазон измерений - от 0 до 5 % O2об.
Основная допустимая погрешность записи - 2,0 % об.
Планиметр ППР-1.
Ширина диаграммной бумаги C = 160 мм.
Скорость продвижения диаграммной бумаги V = 20 мм/ч.
Интервал усреднения ?0 = 8 ч.
Расход газовой смеси 16 · 10-6 м3/с.
Атмосферное давление 101,325 кПа.
Частота питающего напряжения 50 Гц.
Содержание H2 и CO2 в пробе газа соответствует градуировочному.
Средняя температура окружающего воздуха +30 °С.
Напряжение питания 220 В.
Площадь планиметрируемой части диаграммной бумаги F = 34 см2.
Наименование |
Способ и источник |
Расчет и результат |
Масштаб содержания кислорода, % O2 об/см |
(2) |
|
Масштаб времени, ч/см |
(3) |
|
Результат измерения содержания кислорода в уходящих газах, % O2об. |
(1) |
|
Предел допускаемой погрешности комплекта кислородомера (погрешность записи), % |
?га = 2,0 |
|
Погрешность газохода котла, % |
Табл. 2 |
|
Погрешность устройства отбора пробы газа, % |
Табл. 2 |
|
Погрешность системы подготовки пробы газа, % |
Табл. 2 |
|
Погрешность обработки (погрешность планиметрирования), % |
Журнал «Измерительная техника», 1982, № 8 |
?обр = 1,1 |
Суммарная относительная погрешность измерительной системы в нормальных условиях, % |
(8) |
|
Составляющие суммарной дополнительной погрешности за счет отклонения, %: |
Табл. 1 |
|
температуры |
?1 = 2,0 |
|
расхода газовой смеси |
?2 = 1,2 |
|
Суммарная дополнительная погрешность при отклонении внешних влияющих факторов от градуировочных значений, % |
(9) |
|
Суммарная относительная погрешность измерения содержания кислорода в уходящих газах, % |
(7) |
Погрешность соответствует установленной норме точности (см. п. 2.2) |
Доверительные границы погрешности измерения, % O2об. |
(5) |
|
Результат измерения содержания кислорода в уходящих газах, % |
- |
0,64 % O2об.; ? от -0,166 до +0,166 при P = 0,95 |
СОДЕРЖАНИЕ
1. Назначение и область применения. 1 2. Нормы на показатели точности измерений. 2 3. Измеряемый параметр и условия измерения. 2 4. Метод измерения и структура измерительной системы.. 2 5. Условия применения средств измерения. 3 6. Алгоритм операций подготовки и выполнения измерений. 4 7. Показатели точности измерений, способы и формы их представления. 6 8. Алгоритм обработки результатов измерений и оценка показателей точности. 6 9. Требования к квалификации операторов. 8 10. Требования техники безопасности. 8 Приложение 1. Составляющие суммарной дополнительной погрешности. 8 Приложение 2. Пример расчета погрешности измерения содержания кислорода в уходящих газах котла. 9 |