Способ определения отпущенной потребителю тепловой энергии и устройство для его осуществления
METHOD FOR DETERMINING THE THERMAL ENERGY RELEASED TO THE CONSUMER AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к теплотехническим измерениям и позволяет определить расход тепловой энергии, получаемой от теплоисточников по состоянию, расходу и разности температур, и может быть использован в системе пожаротушения трубных печей для нагрева нефти в процессе первичной ее подготовки.
Из уровня техники известен способ определения расхода тепловой энергии по количеству прошедшего теплоносителя и разности его температур на входе и выходе (см. А.С. СССР №932292, G 01 K 17/06, 1982 г.).
Однако указанный способ предназначен для определения отпущенного расхода тепловой энергии при сохранении агрегатного состояния теплоносителя, например, водяная система теплоснабжения.
Известен способ определения расхода тепловой энергии потребителем, заключающийся в определении расхода тепла каждого теплоисточника по заранее определенному коэффициенту расхода и разности температур теплоисточников и окружающей средой, замеряемой через фиксированный промежуток времени (см. патент РФ № 2273833, МПК G01K 17/08, опубликовано 10.04.2006, бюл. №10).
Недостатками указанного способа является сложность в связи с оснащением теплоисточников датчиками температуры, а также зависимость точности определения количества тепла от технического состояния теплоисточника (покраска, образование накипи и т.д.).
Известен способ определения полученной потребителем объема тепловой энергии при паровой системе теплопотребления, заключающийся в суммировании объема потребляемой энергии, тепловых потерь за вычетом возвращенной тепловой энергии воды, используемой для подпитки системы теплоснабжения (см. Правила учета тепловой энергии теплоносителя. - М.: Министерство топлива и энергетики РФ, 1995, с. 16-17).
Указанный способ достаточно простой и не требует оснащения системы отопления сложными приборами. Однако, недостатками указанного способа является его применение для глобальных систем теплоснабжения, например, города или района. Для локальных систем теплоснабжения, когда суммарная длина трубопроводной системы соизмерима с размерами объекта теплоисточника, указанный способ приводит к неоправданным потерям тепловой энергии.
Технической задачей заявленного изобретения является снижение энергопотребления и повышение точности определения расходуемой тепловой энергией потребителем.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения отпущенной потребителю тепловой энергии от парового котла, включающий определение разности полученной потребителем тепловой энергии по паропроводу на основе определения расхода, давления и температуры пара из парового котла, и возвращаемой потребителю по водопроводу тепловой энергии жидкости путем определения расхода и температуры, согласно техническому решению,  выход паропровода сообщают с верхней частью дополнительной емкости, а вход водопровода – с низом емкости, при этом на входе водопровода размещают запорное устройство, электропривод которого соединяют с датчиком температуры в нижней части емкости, настроенной на величину ниже температуры парообразования жидкости,  обеспечивают  стравливание  конденсируемой жидкости  из  нижней части емкости в котел.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для определения отпущенной потребителю тепловой энергии, содержащем паровой котел, соединенный параллельными паропроводами, как минимум, одним потребителем тепловой энергии, и приемной емкостью, выход которой посредством водопровода сообщен с котлом, на входе в паропровод и выходе водопровода установлены расходомеры пара и воды, датчики температуры и давления, соединенные с соответствующими счетчиками тепловой энергии, согласно техническому решению, оно снабжено емкостью, в верхней и нижней части которой выполнены отверстия с возможностью сообщения емкости с паропроводом и водопроводом соответственно, при этом на выходе емкости установлено запорное устройство с электроприводом, а в нижней части емкости – датчик температуры, соединенный с электроприводом запорного устройства, при этом датчик настроен на величину ниже температуры парообразования жидкости.
Предлагаемый способ определения отпущенной потребителю тепловой энергии представлен в виде схемы.
На фиг. 1 показана схема пожаротушения от паровой системы теплоснабжения.
Согласно заявленному способу, определение расхода тепловой энергии трубными блочными печами и трубопроводной системой осуществляется разностью тепловой энергии, получаемой от паровой котельной и возвращаемой обратно в котел тепловой энергии воды.
Паровая система пожаротушения включает паровой котел 1, паропровод 2 которого выполнен с возможностью сообщения полостями, например, трех трубных печей 3 через запорные устройства 4, установленные в параллельных отводах 5. Запорные устройства 4 выполнены в виде задвижек с электроприводом. Паропровод 2 сообщен с емкостью 6 посредством отверстия (на фиг. не показано), выполненного в верхней части емкости 6, предназначенной для конденсации остаточного пара. В нижней части емкости 6   выполнено выходное отверстие (на фиг. не показано) воды, соединенное с водопроводом 7 с размещенными в нем запорным устройством 8 с электроприводом, например, задвижкой, расходомером 9. Выход водопровода сообщен с входом котла 1. Водопровод 7 после расходомера 9 снабжен датчиком 10 температуры. Расходомер 9 и датчик температуры 10 соединены со счетчиком 11 тепловой энергии.
На начальном участке паропровод 2 снабжен датчиками температуры 12, давления 13 и расходомером 14, которые соединены со счетчиком 15 тепловой энергии пара.
Емкость 6 оснащена датчиком температуры 16, установленным в нижней ее части, в зоне входа водопровода 7.
Электроприводы запорных устройств 4 (задвижек) соединены с датчиками (на фиг. не показаны) системы пожаротушения (на фиг. не показана) печей 3, обеспечивающие открытие задвижек при возникновении пожара (горения нефти) в печах 3. Электропривод запорного устройства 8 соединен с датчиком 16 температуры воды в емкости 6 для обеспечения подачи в водопровод исключительно конденсируемую из пара воду.
Пар из котла 1 может также подаваться в другие потребители по паропроводу 17.
Котел может быть оснащен расширительной емкостью 18, сообщенной с входом котла 1 через запорное устройство 19 с электроприводом, например, задвижку. Электропривод запорного устройства 19 соединен с датчиком 20 давления, установленного на участке водопровода 7, примыкающей к котлу 1.
На конечном участке водопровода непосредственно после датчика температуры 11 установлен обратный клапан 21.
Водопровод 7 перед обратным клапаном может быть оснащен дополнительным отводом 22 для отбора горячей воды.
Устройство для осуществления описываемого способа определения объема потребляемой тепловой энергии содержит установленные на входе в паропровод 2 датчики температуры 12, давления 13, расходомер 14, соединенные со счетчиком 15 тепловой энергии пара.
Устройство снабжено емкостью 6, в верхней и нижней части которой выполнены отверстия (на фиг. не показаны) с возможностью сообщения емкости 6 с паропроводом 2 и водопроводом 7 соответственно. При этом на выходе емкости 6 установлено запорное устройство 8 с электроприводом, а в нижней части емкости 6 – датчик температуры 16, соединенный с электроприводом запорного устройства 8.
На выходе запорного устройства 8 установлены расходомер 9 жидкости и датчик температуры 10, соединенные со счетчиком 11 тепловой энергии воды.
Система пожаротушения трубных печей для нагрева нефти функционирует следующим образом.
Котлом 1 обеспечивается оснащение паропровода 2 паром требуемой температурой и давлением, обеспечивая вход запорных устройств 4 средством пожаротушения в виде пара.
Тепловая энергия поступающего в паропровод пара определяется по формуле
G
п
где  - массовый расход пара;
λ, с
п
- удельная теплота парообразования  жидкости (воды) и теплоемкость пара;
t
п
- температура пара.
Пар в паропроводе 2, под действием окружающей среды, охлаждается, что приводит к снижению в ней давления. При этом от котла 1 поступает дополнительная порция пара, обеспечивая постоянное давление в паропроводе 2. Пароводяная смесь из паропровода 2 поступает в верхнюю часть емкости 6, где она, охлаждаясь, конденсируется в воду. При снижении температуры воды, находящейся в нижней части емкости, ниже температуры парообразования жидкости (воды), например, до 97-98 °С, сигналом от датчика 16 температуры открывается запорное устройство 8 (задвижка), обеспечивая подачу горячей воды в котел 1.
Тепловая энергия поступающей из водопровода 7 в котел может быть определена по зависимости
G
ж
где  - массовый расход жидкости (воды);
с
ж
- удельная теплоемкость жидкости;
t
0
- температура настройки датчика 16 температуры;
t
Δ - снижение температуры воды, поступающей в котел 1 в зависимости от размеров трубопровода от емкости 6 до котла 1.
При возникновении пожара (загорания нефти) в одной из печей 3, срабатывает датчик пожаротушения (на фиг. не показан) с последующим открытием соответствующей задвижки 4.  При исключении опасности, т.е., завершении тушении открытого огня с последующим снижением температуры в печи 3, задвижка 4 закрывается.
При снижении давления на выходной части водопровода 7 ниже допускаемого, открывается запорное устройство 19 с последующим заполнением котла 1 водой.
Объем потребляемой тепловой энергии потребителями, т.е., печами 3 с учетом потерь тепла в паропроводе 2, водопроводе 7 и емкости 6 определяется из соотношений (1) и (2)
Таким образом, реализация предлагаемого способа определения объема потребляемой тепловой энергии и устройство для его осуществления позволяют снизить расход энергоресурсов на образование пара и повысить точность определения расходуемой потребителем тепловой энергии пара.