3.0

Projekt azonosító: GVOP -3.1.1.-2004-05-0125/3.0

Új információs és kommunikációs technológia regionális hasznosítása: Városi vízgőzhálózat számítógépes felügyeleti, szakértői és döntéstámogató rendszerének kidolgozása az energiaelosztás optimalizálása, az energetikai veszteségek csökkentése céljából

1. munkaszakasz (2005.02.28 – 2005.12.31.)

A kedvezményezett szervezet neve: Pécsi Tudományegyetem

Projektvezető: Dr. Szakonyi Lajos

1 Koordinátor szervezet neve: Pécsi Tudományegyetem Projekt azonosítószáma: GVOP-3.1.1.-2004-05-0125/3.0

MELLÉKLET a PEJ 1 és PEJ 2-höz

Részletes szakmai beszámoló 1. munkaszakasz Projektünk induló szakaszában a vízgőzhálózat identifikálásához szükséges a priori ismereteket kellett rendeznünk az energiaelosztásban érdekelt partnerek igényeinek és lehetőségeinek felmérésével. Az 1. munkaszakasz befejeztével kell, hogy rendelkezésre álljanak a műszaki és módszertani feltételek az energiaveszteség feltáró vizsgálatokhoz, konkretizálnunk kell a projekt további menetét, a mérési és modellezési módszereket, technikákat. ad 1.1., 1.2 A PÉTÁV Gőzszolgáltató Kft. által működtetett, az energia-felhasználók telephelyén kialakított mérőhelyek számbavétele, ellenőrzése. A szolgáltatónál rendelkezésre álló fogyasztónkénti regisztrált vízgőzfelhasználások, ill. a Hőerőműből kiadott vízgőzmennyiségek összevetése A meglévő üzemi ellenőrző rendszer (gőzfogyasztás mérőhelyek az egyes fogyasztók telephelyén kialakított hőközpontokban, a gőzszolgáltató telephelyén működő diszpécserközpont) megkezdtük egy kiragadott féléves időszak (téli és tavaszi) mérési eredményeinek kiértékelésével (lásd. melléklet). Az egyes gőzfogyasztás mérőhelyek főbb jellemzőit, a mérőhelyek kialakítását az 1-10. sz. adatlapok tartalmazzák (lásd. melléklet). Egyértelműen megállapítható, hogy a kiépített csőhálózat a jelenlegi fogyasztói igényeket jóval meghaladó gőzenergia elosztására alkalmas. Jelenleg valamennyi vizsgált fogyasztóhelyen a szűkítőelemes áramlásmérőhelyhez csatlakoztatott nyomáskülönbség távadók jeleinek nyomás-, illetve hőmérsékletkorrekciója túlhevített vízgőz állapotjellemzőit alapul véve valósul meg. A gőzfogyasztások korábbi évekhez viszonyított jelentős visszaesésével azonban a mért hőmérséklet- és nyomásértékek telített (nedves) vízgőz állapotra utalnak, s ez esetenként a mért értékek módosítását indokolja. A fogyasztóhelyenként rendelkezésre álló mérési adatok (tömegáram, nyomás, hőmérséklet) konvertálása, feldolgozása, utólagos korrekciója a tényleges állapotjellemzők figyelembevételével történt meg (lásd. melléklet). A szűkítőelemes áramlásmérésnél az alábbi átfolyási egyenletek alapján történt a térfogatáram (qv) és a tömegáram (qm) meghatározása:

⎡m3 ⎤ 2 ∆ p [Pa ] = αε A 0 m 2 qv ⎢ ⎥ ρ ü kg / m 3 ⎣ s ⎦ ⎡ kg ⎤ qm ⎢ ⎥ = αεA0 m 2 2∆p[Pa ]ρ ü kg / m3 ⎣ s ⎦

[ ]

[ ]

[

]

[

(1)

]

ahol α - átfolyási tényező, ε - expanziós tényező, A0 – szűkítőnyílás ∆p - mérőperem nyomásesése, ρü - üzemi közegsűrűség, qv – térfogatáram, qm – tömegáram.

(2) keresztmetszete,

Továbbá figyelembe vesszük az alábbi kapcsolatokat:

d2 cD ⎞ ⎛ ⎟ , m= 2 ν ⎠ D ⎝ c ⎞ ⎛ ∆p ε = vs.⎜⎜ , m, κ = p ⎟⎟ cv ⎠ ⎝ pü

α = vs.⎜ Re =

(3) (4)

ahol Re – Reynolds-szám, c – közegsebesség [m/s], D – csőátmérő [m], υ - kinematikus viszkozitás [m2/s], m – szűkítési viszony, d – szűkítőnyílás átmérője [m], D – csővezeték átmérője [m], pü – statikus közegnyomás szűkítőelem beépítése előtt, κ - izentrópikus kitevő, cp, cv – állandó nyomáson és térfogaton mért fajhő.

2 A PÉTÁV Gőzszolgáltató Rt. által file-formában mérőhelyenként rendelkezésünkre bocsátott adatok (tömegáram-, nyomás-, hőmérsékletértékek mintegy féléves időtartamra) a túlhevített vízgőz sűrűségével számolt értékeket jelentettek. Ugyanis mérőhelyenként a számítóegységek adott nyomás- és hőmérsékletkorrekciós tartományon belül túlhevített vízgőz nyomás-, ill. hőmérsékletváltozása okozta sűrűségváltozással korrigálják a mérőperem okozta nyomásesés négyzetgyökével arányos térfogatáramot. Az így kiszámolt tömegáram az áramló vízgőz állapotváltozása esetén, ill. telített nedves gőzállapot, s a kétfázisú áramlás kialakulásakor feltétlen a tényleges gőzállapothoz tartozó sűrűségnek megfelelő korrekciót igényel. A meglévő fogyasztóhelyeknél alkalmazott szűkítőelemes áramlásmérési módszer alapján meghatározott (túlhevített vízgőz esetén a számítóegységek nyomás- ill. hőmérsékletkorrekciója a korrekciós tartományokon belül jó közelítéssel a gázokra alkalmazható, az állapotjellemzők lineáris kapcsolatát kifejező egyesített gáztörvény alapján történik) tömegáramokból visszaszámolhatjuk a mérőperem okozta nyomáseséseket. Ugyanis a rögzített gőznyomás- és gőzhőmérséklet-értékek, a szűkítőelem geometriák, az átfolyási tényezők és az expanziós tényezők ismeretében az (1), (2), (3) és (4) összefüggések ezt lehetővé teszik. Továbbá feltételezhetjük, hogy ha a mért nyomás-, ill. hőmérsékletértékek mérőhelyenként a megadott korrekciós tartományból kilépnek, akkor a számítóegységek a korrekciós tartomány alsó, ill. felső határértékével számolják a gőzsűrűséget (ill. fajtérfogatot). Az így visszaszámolt mérőperem nyomáseséseket behelyettesítve az átfolyási egyenletbe, s a rögzített nyomáshoz, hőmérséklethez tartozó közegállapottal (lehet telített nedves gőz, víz is), s az ehhez tartozó immár tényleges gőzsűrűséggel számolva határozhatjuk meg a valódi tömegáramot. A mellékletben az üzemi mérések, s az előbbi módon korrigált mérések feldolgozását is bemutatjuk. A kiadási (az erőműben) és a vételezési helyeken (az egyes fogyasztások összegzésével) mért értékek közötti jelentős eltérések azt indokolják, hogy a hőenergiaelosztás fogyasztói igényekhez igazodó megvalósításához, s a betervezett hálózati modell mérésekkel alátámasztott kialakításához nem elegendőek a gőzhálózat végpontjain kialakított mérőhelyek, szükséges a hálózat csomópontjainál is mérőhelyeket kialakítanunk. Ezt támasztja alá a vízgőz állapotváltozása, bizonyos üzemállapotokban a folyadék- és a gőzfázis egyidejű jelenléte, az egyes fogyasztók csökkentett energiafelhasználásainak egybeesésekor jelentkező jelentős kondenzáció. Az energiaáram-hálózati modell paramétereinek meghatározásához (becsléséhez) – tekintettel a fázisváltozásra, a gőz nedvességtartamának ingadozására – az üzemi (terepi) méréseken túlmenően fel kell készülnünk laboratóriumban végzett kísérleti munkákra is, melyet megelőz a már megkezdett irodalomkutatás. Ez utóbbi tevékenység elkerülhetetlen a beszerzendő érzékelők és távadók kiválasztásánál, de hasznos információt jelent a modellstruktúra kialakítása során is. ad. 1.3. A főbb energiafelhasználók egyedi fogyasztói igényeinek felmérése Projektünk előkészítő szakaszában az energiaszolgáltató szakértőivel együtt felkerestük a nagyfogyasztók hőközpontjait, megismertük a gőzáram-mérőhelyeknél alkalmazott mérési módszereket, mérőeszközöket, szemrevételeztük a mérőhelyek kialakítását, beszereztük az egyes mérőhelyek, a használt szűkítőelemek, távadók, egyéb járulékos berendezések tervdokumentációit a gőzhálózat topológiai vázlatát. Tájékozódtunk a nagyfogyasztóknál kialakított hőközpontokban üzemeltetési feladatot ellátó szakszemélyzettől üzemeltetési tapasztalataikról. Az energiafelhasználókkal, s az energia elosztását biztosító PÉTÁV gőzszolgáltató Kft-vel folytatott interjúk, megbeszélések alapján rögzíthető, hogy a fogyasztók döntő többségének a 6-10 bar túlnyomás, 154-280 ºC hőmérséklet minimum-maximum paraméter-tartománnyal jellemzett vízgőzállapot elfogadott. E vízgőzállapotok szerződésben rögzítése a túlhevített vízgőz mellett a telített nedves vízgőz fogadását és felhasználását is jelentheti. A vízgőzt elsősorban technológiai céllal igénylő BAT Pécsi Dohánygyár Kft. számára csak a túlhevített vízgőz a megfelelő, ezért a szerződésben rögzített paraméter-tartományok (8-10 bar túlnyomás, 185-280 ºC hőmérséklet) a túlhevített vízgőz állapotra utalnak. A téli és nyári időszakra vonatkozó csúcslekötés értékek (t/h maximális vízgőzáram) az egyes fogyasztóknál természetesen eltérő értéket jelentenek. A fogyasztókkal, a szolgáltatóval folytatott konzultáció kiértékelése, s az egyes szerződések tisztázása, áttekintése után az egyes fogyasztók gőzállapotra, csúcslekötésre vonatkozó igényeit és lehetőségeit rendszereztük az 1. táblázatban. (lásd. melléklet) ad. 1.4. A Hőerőmű hőenergiát előállító technológiai rendszerének áttekintése Az erőmű a turbinák kilépő gőzét hasznosítja és szolgáltat városi nagy- és kisfogyasztóknak technológiai és fűtési célokra vízgőzt. Az erőműből kilépő vízgőz nyomása 10-11 bar, s ez a beépített szabályozó szelepekkel csökkenthető. A betervezett kísérleti identifikációhoz szükséges beavatkozásokat, a fogyasztók felé biztosított energiamennyiség módosított értékeit (az aktív kísérletek lefolytatását), ezt követően a tranziens állapotokat – a

3 Hőerőmű felelős vezetőivel folytatott konzultációk alapján – a technológiai rendszer biztosítja. Természetesen a felhasználókkal egyeztetnünk kell a későbbi vizsgálatok ütemtervét, a szolgáltatás időleges megváltoztatását. A Pécsi Hőerőmű a gőzt nagynyomású kazánokban állítja elő, villamos energia termelésére. A kezdeti nyomás 65 bar. A gőz turbinára kerül, és a lapátkoszorúról levett 10 bar nyomású gőzt hasznosítják fűtési célokra. A nyomás emelésére praktikusan nincs mód, mert ezzel a turbinák hatásfokát rontanánk. Alacsonyabb nyomás a rendszerbe épített szabályozó szelepekkel érhető el. Az erőmű a fűtési célokat szolgáló gőzt részben saját ipari épületeinek fűtésére használja, részben értékesíti. Az értékesített gőz öt irányban lép ki az erőmű területéről, ebből három ágat mérnek. E három fő ágra telepített fogyasztóhelyek mérési eredményeinek feldolgozása, a három fő ágon lévő csomópontokban újabb mérőhelyek kialakítása, s az új, ill. meglévő mérőhelyek mérési adatainak továbbítása, feldolgozása, kiértékelése a feladatunk. A maradék két ágon főként az erőművel szerződéses kapcsolatban álló karbantartó cégek telephelyeit látják el. A fogyasztás a rendszer működése szempontjából jelentéktelen, mérésüket a jövőben sem tervezik. Gazdaságilag az erőmű nem érdekelt a gőzszállítás növelésében, mert a gőz hatósági áras termék és a gőz eladási ára nem fedezi a költségeket. Ugyanakkor az erőmű a saját felhasználás növelésére törekszik, mivel a belső felhasználás fűtési célokra is gazdaságos. A belső felhasználást nem terheli az elosztórendszer költsége és vesztesége. ad. 1.5. Szakmai elemzés a fennálló üzemviteli, üzemellenőrzési, energiaelosztási helyzetről, ezek változtatási lehetőségeiről, a matematikai modellezés, a kísérleti identifikáció szükségességéről A kísérleti identifikáció szükségessége Az alkalmazott informatika területén megkezdett projektünk bázisrendszeréül a mintegy 13 km hosszúságú, névleges átmérőjét tekintve DN50-től DN450 – ig változó városi vízgőzhálózat szolgál, mely éves szinten ~130 ezer tonna vízgőz elosztásával a város jelentős részére terjed ki. Az energiaveszteségek csökkentésének igénye indokolja a veszteségek felmérését, helyi és időbeli pontosítását, továbbá a javaslattételt az energiatakarékosabb üzemvitelre. A műszaki-technológiai fejlesztés célja a működtetett energiaáram hálózatra telepítendő számítógépes monitoring és irányítási rendszer létrehozása, mely megteremti a lehetőségét: - az energiaelosztás folyamatos ellenőrzése és szabályozása révén az időszakosan jelentkező „többletenergia” célirányos hasznosításának, a gerinchálózaton és a fogyasztónál jelentkező energiaveszteségek csökkentésének; - az elszámolás alapját jelentő ellenőrzött és dokumentált energiaáram mérések, ezek igények szerinti feldolgozása és kiértékelése által az energiát előállító, szolgáltató és felhasználó közötti szerződésteljesítések ellenőrzésének; - az előbbi szerződő felek közötti megállapodásoknál az optimális energiaelosztást és felhasználást jelentő üzemeltetési stratégia kidolgozásának. Az előbbi fejlesztési célkitűzések megvalósítása érdekében alkalmazott kutatásunk a - a kísérleti identifikáció elvégzését, az energiaelosztás ellenőrzését biztosító monitoring rendszer, - az anyag- és energiaáram hálózat modelljeként, változó „forrásokkal”, ellenállásokkal, fogyasztóhelyekkel működtethető szimulációs rendszer, - a változó topológiák, üzemállapotok követésére alkalmas üzemviteli programcsomag, - az előbbi matematikai modellekhez illesztett irányítási stratégia, szakértői és döntéstámogató rendszer létrehozását célozza meg [1, 2]. Az identifikációs méréseket – amennyiben a technológia megengedi – célszerű úgy elvégezni, hogy bizonyos zárószerelvények lezárásával egyidejűleg megszüntetjük az áramelágazásokat. Ekkor egymással sorba kapcsolt passzív elemekből, ill. forrásokból (nyomásforrás, áramforrás) álló részrendszereket nyerünk, s az elemeken vagy azonos, vagy a forrásáramokkal korrigálható áram halad át az állandósult állapot beállásakor. Az ágáramok, s a sorba kapcsolt elemeken létrejövő nyomásesések ismeretében meghatározhatók az egyes ágakat jellemző modellparaméterek. A rendszeridentifikáció során a teljes energiahálózatot így tudjuk részrendszerekre bontani, s e részrendszereken végzett mérések kiértékelésével következtethetünk a teljes hálózat viselkedésére [3]. A vízgőzhálózatot stacionárius állapotban leíró hálózatos modell felállítása feltételezi a hálózat csomópontjai közötti ágak (különböző veszteségtényezővel, kondenzterheléssel, geometriával jellemezhető csőszakaszok, idomdarabok, zárószerelvények alkotta csővezeték) nyomásesés vs. sebesség kapcsolatát leíró ágegyenletek, karakterisztikák, valamint a hálózat komponensei összekapcsolási kényszereinek (a hálózatra felírható csomóponti egyenletek és a a hálózat hurokegyenletei) ismeretét.

4 A műszaki-technológiai folyamatok a valóságban többnyire nincsenek állandósult állapotban. Az elosztandó anyag-, és energiaáram változása, a környezeti hőmérséklet ingadozása, s a változó fogyasztói igények befolyásolják az energiaáram-hálózat állapotjellemzőinek (a vízgőz nyomása, hőmérséklete, nedvességtartalma) helyi és időbeli értékeit is. Tehát változik a hálózat jellemzőinek eloszlása, az egyes fogyasztóhelyekre jutó energia minősége. Ha az egész műszaki-technológiai folyamat alapvető célja az egyes fogyasztóhelyekre jutó termék kívánt minőségének biztosítása, ezek a fogyasztói igények szükségessé teszik a folyamatba történő irányított beavatkozásokat, a folyamatirányítást. A tervezendő irányítási stratégia a külső hatások változását (zavarásokat) kompenzálva képes lehet a minőségi elvárások kielégítésére. A modellezési cél tehát dinamikus modellek létrehozását kívánja meg, amennyiben a technológiai célok az optimális, a fogyasztói igényekhez igazodó üzemvitel megvalósítására, számítógépes irányítási stratégia felállítására irányulnak [4]. Az energetikai rendszerben végbemenő változások dinamikáját, az állapotjellemzők térbeli eloszlását elosztott paraméterű modellek írják le, tehát parciális differenciál egyenletek felállításával számolhatunk e mező-problémák tárgyalásánál. Az energiaáram-hálózati modell paramétereinek meghatározásához, becsléséhez – tekintettel a fázisváltozásra, a gőz nedvességtartamának ingadozására, az állapotjellemzők idő- és térbeli változására – szükséges az üzemi, terepi mérések elvégzése. Továbbá e mérések kivitelezése speciális – helyenként az adott csőszelvényben két egymásra merőleges átmérőirány különböző pontjaiban elhelyezett - hőmérséklet- és nyomásérzékelők megtervezését, legyártását és telepítését is igényli. Számolunk továbbá a kétfázisú áramlás nyomonkövetése céljából termokamera alkalmazásával is. A vízgőzhálózat mintegy 20 különböző helyén telepített távadók (mérőhelyenként hőmérséklet-, nyomás-, nyomáskülönbség érzékelőkkel), továbbá a hálózat egyes csomópontjaiban (minimum 6-8 mérőhely) beépítendő távadók lekérdezését mobil infokommunikációval kívánjuk megoldani a nagy távolságok, a terepi, villamos energiavételezési helyektől távoleső mérőhelyek jellege miatt. Az előzőekben említett üzemviteli helyzet alapján, s a tervezendő irányítási stratégiák kialakítása céljából indokolt az anyag-energiaáram hálózat áramlástani, hőátviteli modellezése, megkezdtük e modellezési tevékenységet is. További feladatunk a modellparaméterek becslését, kísérleti meghatározását (igazolását), a teljes energiaáram–hálózat elemi egységekből való felépítését, változó üzemállapotokban futatott szimulációját, s az így nyert energiaáram-hálózati modellrendszernek a kialakítandó térinformatikai modellrendszerünkhöz történő adaptálását jelenti. Ezt követi az energiaáram-hálózat számítógépes szimulációjának kiértékelésével az energiatakarékos üzemvitelt biztosító irányítási stratégia meghatározása. Az energiaáram-hálózat bontása Összetett technológiai folyamat, anyag- és energiaáram hálózat jellemzésénél – az általánosítás lehetőségével élve – a teljes műszaki - technológiai rendszer tekinthető elemi egységekben végbemenő elemi folyamatok eredőjeként. Az elemi egységekre való bontás lehetővé teszi a már viszonylag egyszerű elemek megismerését, analízisét, melyek rendszerezésével az összetett folyamat – az anyag-, energiaáram hálózatok törvényszerűségeinek betartásával – felépíthető elemi egységek kapcsolódásaként [4]. A teljes műszaki technológiai folyamat elemi egységekből való felépítésekor, az egyes elemek összekapcsolásakor meg kell felelnünk folytonossági és megmaradási törvényeknek, nevezetesen a tömeg-, az energia- és az impulzusmegmaradásnak. A előzőekben említett üzemviteli helyzet alapján a vizsgálandó anyag–energiaáram hálózat elemi egységeként a hálózat valamely ágában lévő olyan vezetékszakasz szolgál, mely két automatikusan működő kondenzleválasztó berendezés között helyezkedik el. Feltételezhetjük, hogy a kondenzleválasztóknál az áramló, nedves telített vízgőz mentesül a vízszintes helyzetű csővezetékszakasz alján elhelyezkedő kondenzátumtól és száraz telített gőzként áramlik tovább. Így célszerű az elemi egység bemenetén száraz telített gőz állapotjellemzőivel számolnunk. Amennyiben az elemi egységbe belépő gőz túlhevített állapotú, az áramlás irányában haladva – a szigetelt csővezeték falán keresztül a környezet felé történő hőátbocsátás következtében – a fokozatosan csökkenő hőmérséklet ahol eléri az adott nyomáshoz tartozó telítési, kondenzációs hőmérsékletet, ott elindul az állapotváltozás. E csőszelvény helyzete, az elemi egység bemenetétől való távolsága tekinthető a kétfázisú áramlás kezdőpontjának. Csővezetéki gőzszállítás nem-egyensúlyi kondenzációt is figyelembe vevő többfázisú modelljének tömeg-, impulzus- és energia-megmaradásra vonatkozó alakjai változatos képet mutatnak. A gőz-, illetve folyadékfázisra vonatkozó mérlegegyenletek felírását leegyszerűsíti az egységtérfogatra vonatkoztatott folyadék/gőz tömegarány használata ( ε = m f /mg ) [5]. Az állapotváltozás modellezésénél, a vízgőz kondenzálódásával megjelenő folyadékfázissal kialakuló kétfázisú áramlás jellemzésénél, a mérlegegyenletekben szereplő egyes forrás tagok

5

ρ gε

kifejtésénél a vízgőzből keletkezett kondenzátum egységtérfogatra számított tömege a

szorzatként

formalizálható. ( ρ g vízgőzsűrűség). Az előbbiek alapján a gőzfázisból a folyadékfázisba időegység alatt átlépő tömegrész, a tömeg-megmaradási egyenletben megnevezett forrás tag, mint a kondenzálódás sebessége:

Sm = ρ g

dε . dt

(5)

összefüggéssel adható meg. A megmaradási egyenletek értelmezése Az impulzus-megmaradási egyenletek Áramló gőzök (gázok) esetében többnyire két állapotjellemző (tömegáram, nyomás) változásának leírására törekszünk. Az anyagáram hálózat dinamikájának (az instacionárius magatartás matematikai analízise) ismerete arra adhat felvilágosítást, hogy a csőhálózat elején fellépő nyomásváltozás milyen következményeket okoz a vezeték végén (a fogyasztóhelyeken) tapasztalható tömegáram-, nyomásjellemzők alakulásában. A fogyasztók technológiai igényeit kiszolgáló gőzellátó rendszerekben normális működés esetén az áramlás turbulens. A modellezés kezdeti szakaszában az anyagáram-hálózat hidraulikai tárgyalásának hálózatunkat felbonthatjuk csomópontok között elhelyezkedő, ξ eredő veszteségtényezővel jellemezhető ágakra, mely hidraulikai ellenállások állandó keresztmetszetű, különböző geometriájú egyenes csőszakaszok, idomdarabok és szerelvények

λ ∑ Dl , ∑ i =1 ξi n

n

illetve

∑

ξ i veszteségtényezőit is (λ- csősúrlódási tényező; l- csőhossz; d-

i =1

csőátmérő) magukban foglalják. Hidraulikai ellenállások állandósult állapotra vonatkozó statikus jelleggörbéi az alábbi függvénykapcsolattal:

∆p = ξ

ρ 2

ahol

u2,

(6)

∆p - az áramlás irányába eső statikus nyomásesés [ Pa] ρ - közegsűrűség [kg /m3 ] u - közegsebesség [ m/s ]

jellemezhetők. A közeg összenyomhatóságára jellemző hangsebesség: u0 = (ahol p -nyomás;

ρg -

vízgőzsűrűség;

κ-

∂p /∂ρ g = κ

p

ρg

izentrópikus kitevő) – mint az elemi nyomáshullámok terjedési

sebessége – értékéhez viszonyítva az áramló közeg sebessége csekély ipari csővezetékekben. A Mach szám: Ma =

u << 1, ezért a közeg összenyomhatóságával, lökéshullámok fellépésével nem számolunk. u0

Az impulzus-megmaradási egyenlet felírásához, a közegáramlás dinamikai alaptörvényeinek értelmezéséhez kövessük az Euler-féle tárgyalásmódot, mely az áramlásra jellemző mennyiségeket (sűrűség, sebesség, gyorsulás stb.) a tér egy kijelölt pontjában az idő függvényében vizsgálja, tehát vektoriális alakban adja meg. A folytonosság tétel figyelembe vételével összenyomhatatlannak tekinthető súrlódásos közeg áramlását az Eulerféle egyenletek továbbfejlesztéseként tekinthető, a közegek belső súrlódását is figyelembe vevő Navier-Stokes egyenletekkel írhatjuk le. Ezeknek az egyenleteknek átadási és forrás tagokkal kibővített változata az alábbi:

∂ ( ρ u) + Div ( ( ρ u)u ) = Div ( µeff Grad u) ∂t ± (γΩ∆u + gradp + Su )

(7)

6 ahol

t - időkoordináta [ s] u - sebességvektor [m/s] p - nyomás [ Pa]

ρ - közegsűrűség [kg /m3 ] µeff - effektív dinamikus viszkozitás [kg /ms] Ω = VA - térfogategységre vonatkoztatott fajlagos felület [m −1 ]

γ

- impulzusátadási tényező kg /m s 2

Az előbbi egyenletben az egységnyi tömegű közegrészecskékre ható tehetetlenségi erővel, a súrlódási erővel, s a nyomás hely szerinti változásából származó erővel kapcsolatos tagok mellett az átadási tag és a fázisok közötti impulzusátvitelre utaló forrás tag is szerepel. A konvektív tag (a konvektív impulzus-áramsűrűség és a sebesség vektorok diadikus szorzata) az áramló tömeg kinetikus energiájának változásaként tekinthető, mely esetünkben elhanyagolható. Ugyanis az áramló vízgőz sűrűsége, kinetikus energiája csekély, az áramlási sebesség nem mérhető össze a hangsebességgel. E tag másodrendű tenzorok divergenciájaként – amennyiben mindkét vektor három vektorösszetevő eredőjeként értelmezhető – kilenc elemű négyzetes mátrixként állítható elő. Az impulzusmegmaradási egyenletben szereplő konduktív (vezetéses) tag esetén egy vektortér (sebességtér) gradiens tenzoráról van szó. Amennyiben a konvektív áramlás során a súrlódás következtében az áramlás irányára merőlegesen sebességkülönbségek jelentkeznek (elsősorban a lamináris sebességtartományban), tekintettel kell lenni a nagyobb impulzussal rendelkező rétegekből az alacsonyabb impulzusú rétegek felé (egyfázisú áramlásnál a fal felé) irányuló impulzusátvitelre. Esetünkben a turbulens áramlás a jellemző, s ekkor a gőz-, ill. folyadékrészecskék keveredése és érintkezése sokkal intenzívebb, mint a hőmozgás okozta keveredésnél és érintkezésnél. A gyakorlati tapasztalatokkal összhangban az effektív dinamikus viszkozitás ( µeff ) értékét a lamináris áramlásra jellemző arányossági tényező ( µ ) és egy kiegészítő tag turbulens áramlás együtthatója ( χ ) összege adja.

Vízgőzhálózatunkat a vezetékszakaszok vízszintes síkban való vonalvezetése jellemzi. Kondenzálódás, a kétfázisú áramlás létrejötte esetén a folyadékfázis előrehaladásakor a csővezeték alján történő kondenzszállítás a domináló, s vízszintes folyadékfelszínt feltételezhetünk. Ez esetben az áramló fázisok vízszintes síkban való érintkezése vélhetően az áramlási irányra merőleges függőleges irányban okozhat nagyobb sebességkülönbségeket a fázisok belsejében. Nagy Reynolds-számoknál az impulzusáramra vonatkozó fundamentális egyenletben a vezetéses áram is elhanyagolható. Az átadási tag – turbulens áramlást feltételezve, s figyelembe véve a hidraulikai ellenállásra értelmezett korábbi összefüggést – a közegsebesség négyzetét tartalmazza. A ∆ különbség jelölésétől eltekinthetünk, mivel a csőfalnál zérus a közegsebesség. E tag a csőfalon át a veszteség formájában távozó impulzusáramot jelenti [6]. Az Su forrás tag kondenzálódás esetén a gőzfázisból a folyadékfázisba átlépő impulzusáram nagyságára utal, mely arányos a fázisváltozás sebességével ( S m ), s az áramló fázisok meghatározó sebességösszetevői közötti sebességkülönbséggel ( ∆u j ). Ennek a k helykoordináta irányába eső összetevője

Suk = Sm ∆u j .

(8)

E forrás tag értelmezéséhez a csővezeték belső falán történő filmkondenzációt kell kifejtenünk, melynek hőátadó mechanizmusára a hártya felszínén végbemenő gőzlecsapódás, az ott felszabaduló, s a filmrétegen keresztül a hőelvonó felületig eljutó kondenzációs hő a jellemző. Vízszintesnek tekinthető vezetékszakaszokban a cső palástján kialakuló filmréteg létrejöttén túlmenően a további kondenzálódás a csővezeték aljára lecsurgó kondenzátum növekedését, a folyadékszínt emelkedését okozhatja. Az áramló vízgőz és a kondenzátum eltérő haladási sebessége (impulzussűrűsége), s a kétfázis meghatározó tömegrészeinek a cső alján, vélhetően vízszintes síkban való érintkezése egy átadás jellegű, elsősorban a függőleges k helykoordináta irányába eső impulzusáramot indokol:

% u, Suk = γ%Ω∆ j

(9)

7

γ%

ahol

- fázisok közötti impulzusátadási tényező [kg /m s ] 2

% = A% – térfogategységre vonatkoztatott fajlagos felület [m −1 ] Ω V ∆uj - a j helykoordináta irányában a fázisok közötti sebességkülönbség % felület nagysága a kondenzátum térfogathányadával kapcsolatos, az A fázisok közötti érintkezést jelentő A impulzus átadási tényező meghatározása identifikációs mérések elvégzését igényli. A gőzfázisban és a folyadékfázisban, a fázisok térfogategységében végbemenő változásokat meghatározó impulzusáramok, áramsűrűségek értelmezését szolgálja az 1. ábra. A folyadék- és gőzfázis egy-egy térfogategységét szemléltető, dxi dx j dxk térfogatú elemi hasábokon a hely és idő függvényében változó sebességkomponenseket ( ui , u j , uk ), a tehetetlenségi erő és a nyomás hely szerinti változásából adódó impulzusáram-sűrűség többletet, a tapasztalati alapokon nyugvó átadási áramokat, s a fázisok közötti impulzusátvitelt (forrás tag) tüntettük fel.

1. ábra: Az impulzulsmérleg szemléltetése kétfázisú áramlásnál Az előbbi megfontolások alapján az (7) általános alakú impulzus-megmaradási egyenletből a következő egyenletek származtathatók le a gőzfázisra:

∂( ρ g u j ) ∂t

+

∂ ( ρ g u j )u j ∂x j

=

∂u j ⎞ ∂ ⎛ ⎜ µeff ⎟ ∂xk ⎝ ∂xk ⎠

∂p % u, −ξΩ∆( ρ g u ) − − γ%Ω∆ j ∂x j 2 j

illetve a folyadékfázisra:

(10)

8

∂( ρ g ε u′ j ) ∂t

+

∂ ( ρ g ε u′ j )u′ j ∂x j

=

∂u ′ j ⎞ ∂ ⎛ ⎜ µ ′eff ⎟ ∂xk ⎝ ∂xk ⎠

(11)

∂p % u, −ξΩ∆( ρ g ε u′2j ) − − γ%Ω∆ j ∂x j ahol

ρg

- gőzsűrűség [ kg /m ] , 3

u j , u ′ j - gőzsebesség, ill. folyadéksebesség összetevő [m/s ] , ∆u j - fázisok közötti sebességkülönbség [m/s ] , t - időkoordináta [ s ] ,

ξ - veszteségtényező, µeff - a gőz, effektív dinamikus viszkozitása [kg /ms] , µ ′eff - a gőz effektív dinamikus viszkozitása [kg /ms] , p - nyomás [ Pa ] , x j , xk - helykoordináták [m] ,

γ%

- fázisok közötti impulzusátadási tényező [kg /m s ] , 2

% = A% - térfogategységre vonatkoztatott fajlagos felület [m −1 ] . Ω V Hőátvitel kondenzációnál

A gőz telítési hőmérsékleténél alacsonyabb hőfokú felülettel érintkezve e felületen lecsapódik, s amennyiben a keletkező kondenzátum nedvesíti a felületet, a folyadék szétfolyva azon vékony filmet képez. E filmréteg kialakulását geometriai és áramlási viszonyok befolyásolják. A kondenzáció fennmaradásának feltétele, hogy a gőz a film (hártya) felületére eljusson, továbbá a hő a folyadékfilmen áthatoljon. A kondenzálódás a gőz térfogatát nagyságrendekkel csökkenti, a film felszínén e robbanásszerű térfogatcsökkenés a gőzfázisban intenzív turbulenciával jár együtt, ezért a gőzfázis és a filmréteg közötti hőellenállástól el lehet tekinteni. A hőátadási tényező értelmezésénél és számszerűsítésénél elsősorban azt kell vizsgálnunk, hogyan valósulhat meg a hőnek a folyadékfilmen való áthatolása. Induljunk ki a Nusselt féle, a gyakorlatban alkalmazható leegyszerűsített modellből, mely telített gőz függőleges falon történő kondenzációját értelmezi. E modell elhanyagolja a folyadékfilm függőleges irányú hővezetését, a folyadékgyorsulás okozta tehetetlenségi erőt, a folyadék anyagjellemzőinek hőmérséklet függését, s a felületi feszültség hatását. Továbbá feltételezi a folyadékfilm és az ezzel érintkező gőz azonos hőmérsékletét, s a függőlegesen lefele irányuló lamináris folyadékáramlást [7]. Az előbbi feltételezésekkel élve tekintsünk egy vízszintes helyzetű, egységnyi hosszúságú ( dx j

= 1 ), D belső

átmérőjű csőszakaszt, melynek palástját keskeny, a d xˆ ívhosszal közel azonos elemszélességű, a k függőleges és a j vízszintes helykoordináták alkotta síkkal különböző ψ hajlásszöget bezáró palástelemek jelentik (lásd 2. ábra). Határozzuk meg az egységnyi hosszúságú csőszakasz belső két félpalástján a cső legmagasabban, ill. legalacsonyabban elhelyezkedő alkotói között lecsurgó lamináris folyadékfilm sebességviszonyait. Rögzítsük, hogy tetszőleges folyadékelemre hat a súlyerő falirányú összetevője, s a környező folyadékrészecskékkel való érintkezése okozta, ugyancsak falirányú súrlódási erő. Előbbiek tartanak egyensúlyt a folyadékrészecske gyorsulásából adódó, esetünkben zérusnak feltételezett tehetetlenségi erővel.

9

2. ábra: Kondenzképződés vízszintes csővezetékben Legyen a sugárirányú helykoordináta r , zárjon be a tetszőlegesen kiválasztott palástelem átlagosan ψ szöget a koordináta rendszerünkben értelmezett függőleges síkkal. Ekkor a palástelemen elhelyezkedő folyadékelemekre az erőegyensúly az alábbi formában adható meg: dx dr dx j ρ f g cosψ + ds dx dx j = 0, (12) ahol

ρ f - folyadéksűrűség [kg /m3 ] x, r , x j - ívérintő, sugárirányú, hosszmenti helykoordináta [m] s - a folyadékelemek között fellépő nyírófeszültség [kg /s m] 2

A nyírófeszültség – melynek iránya a palástelem felületére merőleges sugárirány – változására vonatkozó összefüggés esetünkben a következő:

d 2u x d 2u x ds = µ f dr = ν f ρ f dr , dr 2 dr 2 ahol

(13)

µ f - a folyadék dinamikus viszkozitása [kg /ms] νf

- a folyadék kinematikus viszkozitása [ m /s ] 2

u x - a folyadék ívérintő irányú sebessége [m/s ] r - a sugárirányú helykoordináta [m] Az előbbi két egyenlet összevetéséből nyert differenciálegyenlet:

d 2u x g cosψ =− . 2 νf dr

(14)

Feltételezhetjük, hogy minden palástelem esetén a belső csőfal mellett a folyadéksebesség zérus, továbbá a gőzzel érintkező filmfelületben a nyírófeszültség, s ezzel az x ívérintő irányú sebesség összetevők sugárirányban vett differenciálhányadosa is zérus. Eltekintve a viszkozitás hőmérsékletfüggésétől e határfeltételekkel az előbbi differenciálegyenlet megoldásaként egy – a függőleges síkkal ψ szöget bezáró – palástelem esetén adódó összefüggés:

ux =

g cosψ

νf

δr r −

g cosψ 2 r , 2ν f

(15)

10 ahol

δ r - a filmréteg sugárirányba eső vastagsága [m]

A film kezdetétől (az egységnyi hosszúságú vízszintes csőszakasz legmagasabban elhelyezkedő, a cső hossztengelyével párhuzamos alkotójától) xˆ ívhosszon lecsurgó m & x közegmennyiséget az ux sebességre levezetett (15) összefüggés figyelembevételével az alábbi integrál-kifejezésekből határozhatjuk meg, mely az iedik ferde felületű palástelemre:

δr

i m& xi = ∫r =δ

=∫

δ ri

ρ f 1 u x dr i

ψ ρ f 1 g cos δ r r dr ν i

r =δ ri−1 = 0

−∫

ri −1 = 0

δ ri

i

f

(16)

ψ 2 r dr. ρ f 1 g cos 2ν i

r =δ ri−1 = 0

f

Az integrálásokat palástelemenként elvégezve a 0 ≤ r ≤ δ r közötti tartományban, a csőszakasz kerületének fokonkénti felosztásával nyert palástelemek cosψ i –jével számolva, s a palást-elemenként keletkező tömegáramokat összegezve, az egységnyi hosszúságú csőszakasz esetén a film kezdetétől az egyik palástfélen xˆ ívhossznyi távolságban lefolyt kondenzmennyiségre adódó kifejezés:

m& x = ρ f

g (cosψ ) avg 3ν f

δ r3 ,

(17)

ahol

m& x – egységhosszúságú vízszintes csőszakaszon a palástfélre számított kondenzáram [kg /ms ] A K = (cosψ ) avg szorzótényező a cosψ i értékek átlagaként adódik, esetünkben ez 0,6366. Függőleges falon történő kondenzálódás esetén az előbbi feltételek figyelembe vételével a K szorzótényező egységnyi. Az egymás alatt dx távolságra lévő, az xˆ ív irányában lefelé haladva egyre kisebb mértékben növekvő felületeken áthaladó kondenzáramok csak a dx dx j felületen lekondenzálódott gőz mennyiségével térhetnek el egymástól. A tömegáram xˆ irányú változása a (17) összefüggés deriválásával határozható meg, tehát a cső félpalástján egységnyi hosszúságú csőszakaszon a lefolyó kondenzáram megváltozása

K ρ f g δ r2 d m& x d m& x = dx = dδ r . νf dx

(18)

Tehát a dx dx j folyadékfelszínen kell, hogy időegység alatt a kondenzálódásból származó

dmx∆H

hőmennyiség felszabaduljon, s mely a filmrétegen át – lamináris áramlást feltételezve – vezetéssel kell, hogy eljusson a hőelvonó csőfalig. Az előbbiek alapján a hőáramokra megadható egyenlet az alábbi:

d m& x∆H = ahol

λf (T − T ) 1 dx, δ r cond wall

m& x - kondenzáram [kg /ms ] , ∆H - kondenzációs hő [ J /kg ] ,

(19)

11

λf

- a folyadék hővezetési tényezője [ J /s Cm] , o

Tcond - kondenzációs hőmérséklet [o C ] , Twall - falhőmérséklet [o C ] . Az előbbi egyenletek összevetésével nyert differenciálegyenlet:

K ρ f gδ r2

νf

d δ r ∆H =

λf (T − T ) 1 dx. δ r cond wall

(20)

A fenti egyenletet integrálva ( x = 0 helyen a film vastagsága zérus határfeltétellel) a filmréteg vastagságára adódó kifejezés:

4ν f λ f (Tcond − Twall ) x

δr = 4

K ρ f g ∆H

.

(21)

Mivel a hőátadási tényező: α x = λ f /δ r , a

δr

filmvastagság (21) összefüggéssel kifejezett alakjának

behelyettesítésével nyerjük a következő kifejezést:

αx =

4

K ρ f g ∆H λ 3f 4ν f (Tcond − Twall ) x

,

(22)

ahol

αx

- a folyadékfilm filmvastagságtól függő hőátadási tényezője [ J /m s C ] 2 o

Gyakorlati problémák megoldásánál az előbbi, a csőpalástja mentén változó hőátadási tényező helyett előnyösebb lehet egy átlagos hőátadási tényező definiálása. Az α avg = α átlagos hőátadási tényező a felület mentén átmenő összes hőáramnak a teljes felületre vonatkoztatott értékét veti össze a változó átadási tényezővel számolt hőárammal:

α 1π

π D2 D (Tcond − Twall ) = ∫ α x 1 (Tcond − Twall )dx, 0 2

(23)

ahol

D – a vízszintes helyzetű cső átmérője [m] Ha a cső kerülete mentén a ( Tcond − Twall ) hőmérsékletkülönbséget állandónak tekintjük, kiemelhető az integráljel elé, s így az előbbi összefüggés egyszerűsítésével, s integrálásával az átadási tényezőre nyert alak:

α=

2 K ρ f g ∆H λ 3f 4 4 3 4ν f (Tcond −Twall )π D

=0.8946

4

ρ f g ∆H λ 3f 4ν f (Tcond −Twall ) D

.

A (22) és a (24) összefüggéseket ( x = π D / 2 behelyettesítéssel) összevetve megállapítható, hogy

(24)

α = 4α x / 3 .

A (17) egyenlet alapján az egységnyi hosszúságú ( dxj = 1m ) vízszintes helyzetű csőszakasz alsó alkotójára a mind két palásfélről lecsurgó kondenzáram:

12

⎛ ρ f g 0.6366λ 3f m& = 2 ⎜ ⎜ 3ν f α x3 ⎝ Az előző összefüggésből az

αx

⎞ ⎟⎟ [kg /sm]. ⎠

(25)

hőátadási tényezőt kifejezve, s figyelembe véve az átlagos hőátadási tényező

definiálását: 3 4 3 2 λ f ρ f g 0.6366 3 3ν f m&

α=

=1.002λ f

3

ρf g ν f m&

= 0.924λ f

3

2 ρ f g 0.6366 ν f m&

.

(26)

A kondenzációs jelenségek előbbi értelmezése szolgál magyarázatul a tömegmegmaradási és az energiamegmaradási egyenletekben szereplő forrás tagok kifejtésénél. Tömeg-és energiamegmaradás a gőz-és a folyadékfázisban A vízgőzhálózat működtetése során a fogyasztók csökkentett energiafelhasználásakor egyre fokozottabb mértékben jelentkeznek a csőfalon keresztül a környezet felé irányuló hőveszteségek, melyet a következőkben jellemzünk. A gőz Tg hőmérséklete, s az ennél alacsonyabb Tamb környezeti hőmérséklet közötti mindenkori különbség meghatároz egy kétoldali hőátadásból, s szigetelt csővezeték esetén kétrétegű falban lejátszódó vezetésből álló hőátbocsátást az alábbiak szerint:

1

α

∗

=

1

α

+

δc δs 1 + + , λc λs α k

(27)

ahol

α ∗ - hőátbocsátási tényező [ J /m 2 s oC ] α , α k - gőzoldali, ill. külső hőátadási tényező [ J /m 2 s oC ] λc , λs - a csőfal, ill. a szigetelőréteg hővezetési tényezője [ J /ms oC ] δ c , δ s - a csőfal, ill. a szigetelőréteg vastagsága [m] Ha a vizsgált elemi egységben a környezet felé irányuló, hőveszteséget jelentő:

α ∗Ω(Tg − Tamb ) [ J /m 2 s],

(28)

hőáram következtében – a hőforrástól az áramlás irányában haladva, s tekintetbe véve az áramlő közeg csősurlódás okozta nyomásveszteségét –, a gőz hőmérséklete lecsökken az adott nyomáshoz tartozó telítési (kondenzációs) hőmérsékletéig, a (19) egyenlet szerint megindul a filmkondenzáció. Létrejön a cső palástján a (21) összefüggés szerint, adott csőátmérő és a fázisok anyagjellemzőinek állandósága esetén elsősorban a ( Tcond − Twall ) hőmérséklet-különbségtől függő rétegvastagságú filmhártya. A gőzfázisra vonatkozó tömegmegmaradási egyenletben a konvektív tag, s a lokális megváltozás mellett szereplő Sm forrás tag a filmkondenzáció révén a vízgőzből kondenzálódott, s a folyadékfázisba átkerülő tömegáramot jelenti:

∂ρ g ∂t

+

∂( ρ g u j ) ∂x j

= − Sm ,

(29)

13 ahol

ρg

- gőzsűrűség [ kg /m ] 3

u j - gőzsebesség a cső hosszirányában [m/s ] x j - hosszirányú helykoordináta [m] t - időkoordináta [ s ] A folyadékfázisra a tömegmegaradás:

∂ρ g ε ∂t

∂( ρ gε u′ j)

+

∂x j

= Sm ,

(30)

ahol

ε=

mf mg

- a folyadék és a gőz tömegaránya

u′ j - kondenzsebesség a cső hosszirányában [m/s ] A fázisokban, a fázisok térfogategységében értelmezhető változásokat szemlélteti a 3. ábra.

3. ábra: A tömegmérleg szemléltetése kétfázisú áramlásnál Állandósult állapotban – vizsgált elemi egységünk teljes L hosszúságú szakaszán időben nem változó rétegvastagságú, körgyűrűszerűen elhelyezkedő kondenzfilmet feltételezve – az alábbi összefüggések érvényesek a gőzfázisra:

ρg u j in

in

D 2π 4

− ρ gout u jout ( D − 2δ ) 2 & = 0, + mL ill. a folyadékfázisra:

2π −ωˆ + sin ω 8

(31)

14

ρ g ε u′ j

out

out

( D − 2δ ) 2 & = 0, (ωˆ − sin ω ) + mL 8

(32)

ahol

ρg

in

ρg

out

- gőzsűrűség az elemi egység bemeneti szelvényében [ kg /m ] , 3

- gőzsűrűség az elemi egység kimeneti szelvényében [ kg /m ] , 3

u jout - hosszirányú gőzsebesség az elemi egység kimeneti szelvényében [m/s ] , u ′ jout - hosszirányú folyadéksebesség az elemi egység kimeneti szelvényében [m/s ] , m& - az elemi egység 1 m hosszúságú palástfelületén lecsapódott kondenzáram [kg /sm] , D, L, δ - csőátmérő, csőhossz, átlagos filmvastagság [m] , ω, ωˆ - körszelet középponti szöge fokban, ill, radiánban. A vízszintes csőben történő kondenzálódás lefolyása (geometriai elrendeződése) a következők szerint értelmezhető. A folyadékfilm felszínén végbemenő kondenzálódás során felszabaduló hőmennyiség a filmen áthatolva eljut a hőelvonó falfelületig, ill. a csőfalon és a szigetelőrétegen keresztül távozik a külső környezetbe. Ugyanekkor a fázisváltozás során képződő kondenzmennyiség a cső palástján kondenzálódva, s azon lecsurogva lekerül a csővezeték aljára. Amennyiben a csővezeték palástján kialakuló filmhártyát állandó rétegvastagságúnak tekinthetjük, e körgyűrű Ag felülete (lásd. 4. ábra):

Ag =

π 4

( D 2 − ( D − 2δ ) 2 )

(33)

Ennek alapján az L hosszúságú, állandó keresztmetszetű vízszintes csőszakaszra számítható kondenztérfogat: Ag L .

4. ábra: Kondenzátum elhelyezkedése vízszintes csővezetékben Az előbbi, állandósult állapotra vonatkozó mérlegegyenletben szereplő bármely tag megváltozása (pl. a fogyasztóoldali ellenállás, a forrásoldali betáplálás ingadozása stb.) elemi egységünk belsejében helyi tömegáramváltozást okoz, a folyadékszint ( δ + y ), a kondenzátum térfogathányadának időbeli ingadozását váltja ki ( d ε/dt ≠ 0 ). Mindkét áramló fázis szelvénye a kondenzfilm körgyűrű szelvényével csökkentett kör egy –egy körszeletének tekinthető. A fázistérfogatok rövid dx j hosszon a körszelet területe és dx j szorzataként számíthatók. Az

y= ahol

y folyadékszint ugyancsak körszelvény magasságaként határozható meg:

D − 2δ (1 ± 1 − sin 2 ω/ 2), 2

ω

- a körszelet középponti szöge

(34)

15

A csőpaláston lecsurgó kondenz és a cső alján elhelyezkedő, vízszintes felületű kondenzréteg érintkezési vonalában a (15) összefüggés szerint számítható u x sebesség, melynek vízszintes síkkal bezárt β szöge (mint kerületi szög) a 4. ábra alapján szintén a körszelet ω

= 2β középponti szögére enged következtetni.

Elemi műveleti egységünk energiamérlege - tehát a Fourier-Kirchoff féle egyenletek átadási és forrás tagokkal kibővített változata - a (19), (27) és (28) összefüggések figyelembevételével formalizálható a gőzfázisra:

∂ ( ρ g hg ) ∂t

+

∂ ( ρ g hg u j ) ∂x j

=

∂T ∂ % (T − T ), (λeff g ) − α ∗Ω(Tg − Tamb ) − α ′Ω g f ∂xk ∂xk

(35)

illetve a folyadékfázisra:

∂( ρ g ε h f ) ∂t

+

∂( ρ g ε h f u′ j ) ∂x j

=

∂T ∂ % (T − T ), (λ ′eff f ) + α ′Ω g f ∂xk ∂xk

(36)

ahol

ρg

- gőzsűrűség [ kg /m ] , 3

u j , u ′ j - gőzsebesség, ill. folyadéksebesség összetevő [m/s ] , Tg , T f - gőzhőmérséklet, folyadékhőmérséklet, [o C ] , ∆T - fázisok közötti hőmérsékletkülönbség [o C ] , Tamb - környezeti hőmérséklet [o C ] , x j , xk - helykoordináták [m] , t - időkoordináta [ s ] ,

λeff

- gőz effekív hővezetési tényezője [ J /m s C ] , 2 o

λ ′eff - folyadék effekív hővezetési tényezője [ J /ms C ] , α ∗ - hőátbocsátási tényező [ J /m 2 s oC ] , α ′ - fázisok közötti hőátadási tényező [ J /m 2 s oC ] , o

hg , h f - a gőz, ill. a folyadék entalpiája [ J /kg ] , % = A% - térfogategységre vonatkoztatott fajlagos felület [m −1 ] . Ω V A fázisokban, azok térfogategységeiben végbemenő változásokat, továbbá a megmaradási egyenletek egyes tagjait értelmezi az 5. ábra a konvektív áramsűrűség, a kondenzálódáskor felszabadult, s a csőfalon át a környezetbe távozó átbocsátott hőáram, valamint a fázisok közötti átadási áram feltüntetésével.

16

5. ábra: Energiamérleg szemléltetése kétfázisú áramlásnál Az utóbbi áram esetében a különböző entalpiájú fázisok hőátadásra szolgáló, A érintkeztetési felületeként a 4. ábra szerint vázolt körszelet h húrja és az xj helykoordináta szorzata szolgálhat. Feltételezhetjük a fázisok belsejében az inhomogén hőmérséklet elosztást, melyet a konduktív tag figyelembe vételével és az effektív hővezetési tényezők kísérleti meghatározásával kívánunk tisztázni.

Összegzés Modellezési tevékenységünk regionális vízgőzhálózat áramlástani és hőátviteli modellezését fogja jelenteni, ugyanis regionális vízgőzhálózat energetikai veszteségeinek csökkentése érdekében az energiaáram-hálózat számítógépes felügyeleti, szakértői és döntéstámogató rendszerének kidolgozása a feladatunk. Struktúraidentifikálási tevékenységünk során a vizsgálandó vízgőzhálózat egyes elemi egységeire kell értelmeznünk a megmaradási egyenleteket. Az előbbiekben egy elemi egységre (kondenzleválasztók között elhelyezkedő csőszakasz) elemeztük az átadási és forrás tagokkal kiegészített Navier-Stokes, illetve FourierKirchoff féle impulzus-, ill. energiamegmaradási egyenletek megadásának lehetőségét a csökkentett gőzfogyasztás okozta kondenzálódás esetén, a kialakuló kétfázisú áramlás viszonyaira. A csővezetékben létrejövő, súrlódásos közegáramlás okozta nyomásveszteség, a környezet hőelvonása következtében értelmezhető hőátbocsátás, a gőzhőmérséklet kondenzációs hőmérsékletig történő csökkenése, s az előbbiek következményeként a csőfalon tapasztalható filmkondenzáció hatásmechanizmusát a későbbi modellszimuláció során kívánjuk szemléltetni. Modellünk az instacioner állapotot, a csőfalon lecsurgó, s a cső alján változó szintmagassággal előrehaladó kondenzátum, s a gőzfázis viszonyait – a fázisváltozás során a csőfalon átlagos, időben változatlan filmvastagsággal számolva – a vízszintes helyzetű csőszakasz hosszirányában haladva jó közelítéssel két körszelet alapú ferde hasáb geometriájának változásaként írja le. További feladatunk a modellparaméterek becslését, kísérleti meghatározását (igazolását), a teljes energiaáram– hálózat elemi egységekből való felépítését, változó üzemállapotokban futatott szimulációját, s az így nyert energiaáram-hálózati modellrendszernek a kialakítandó térinformatikai modellrendszerünkhöz történő adaptálását jelenti.

17 Irodalomjegyzék [1]

[3]

L. Szakonyi: Városi vízgőzhálózat identifikálása, számítógépes felügyeleti rendszerének kidolgozása. IV. Alkalmazott Informatika Konferencia, X. Folyamatinformatika Szekció. 2005. Kaposvár, 2005. május 27. L. Szakonyi: Infokommunikációs technológia kidolgozása és regionális hasznosítása az energiaelosztás területén. Informatika a felsőoktatásban Konferencia D Műszaki Informatika Szekció. Konferenciakiadvány 139. oldal. 2005 Debrecen, 2005. aug. 24-26. L. Szakonyi: Jelek és rendszerek, PTE PMMK jegyzet, Pécs 2002.

[4]

L. Szakonyi: Műszaki rendszerek és hálózatok, PTE PMMK jegyzet, Pécs 2002.

[5] [6]

A.G. Gerber: A pressure based Eulerian-Eulerian multi-phase model for non-equilibrium condensation in transonic steam flow. International Journal of Heat and Mass Transfer 47 (2004) 2217-2231. R. Mohilla-B.Ferenc: Chemical Process dynamics. Akadémiai Kiadó, Budapest 1982.

[7]

E.Bass: Vegyipari gépek I. kötet. A vegyipari gépek elmélete. Tankönyvkiadó Budapest 1981.

[2]

ad. 1.6. A folyamatidentifikációs mérőhelyek, a mérési módszerek megválasztása A gőzvezeték rendszer térinformatikai modelljének kidolgozását megkezdtük. A térinformatikai modellezésre az ArcVIEW 8.3 programot használjuk, mely rendelkezésünkre áll. A program használható mind térképkészítésre, digitalizálás, mind pedig az adatok feldolgozására, megjelenítésére. Így a szolgáltatott térképek alapján a vezetékek geometriája és topológiája bevitelre került. Ezen adatok ellenőrzése és a kiegészítő adatok, úgy mint átmérő és egyéb jellemzők bekapcsolása a modellbe a 2. munkaszakasz része lesz. A vízgőzhálózat topológiai vázlatát az 6. ábra (lásd. melléklet) mutatja. A jelenleg kidolgozott térinformatikai modell egyik fontos előnye, hogy a konkrétan mért adatok, illetve a számolt adatok - ha adatbázisban tároljuk őket - közvetlenül csatlakoztathatóak a térinfomatikai modellhez és felhasználhatók a megjelenítésnél. A gőzhálózat topológiájának ismeretében, a meglévő és a betervezett új mérőhelyekkel kiegészített monitoring rendszert bemutató műszerezési vázlat tekinthető meg a 7. ábrán (lásd. melléklet). Az ábrán a zölddel, illetve rózsaszínnel jelzett pontokban hőmérséklet-, nyomás-, tömegáram-mérőhelyek, továbbá hőmennyiség számító egységek és távadók vannak telepítve. A gőzhálózat kiterjedése jelentős, és a PÉTÁV Gőzszolgáltató Kft diszpécserközpontjától távol esik. A mérési adatok bérelt telefon-vonalakon, illetve GSM alapú adatátviteli rendszeren keresztül kerülnek a PÉTÁV központba. A meglévő mérőrendszer kialakításánál a gőzszolgáltató az elszámolási szempontokat vette figyelembe, így esetünkben a mérőhelyek száma nem elegendő tervezett identifikációs vizsgálatainkhoz. A nagyfogyasztóknál szűkítőelemes mennyiségmérés, a kisfogyasztóknál csupán hőmérsékletmérés került megvalósításra. Utóbbiak a kísérleti identifikációt gyakorlatilag nem befolyásolják, hatásuk elhanyagolható. Az identifikációhoz a gőzhálózat csomópontjaiban kialakítandó új mérőhelyeket M betűjellel (M1- M5) jelöltük. A PÉTÁV diszpécserközpontot (DK) és az intézményünk telephelyén kialakítandó (PTE PMMK Műszaki Informatika Tanszék, K325 terem) felügyeleti rendszert (FR) kék folttal jelöltük. A gőzhálózat előzetes vizsgálata alapján nyilvánvalóvá vált, hogy a gőzhálózat áramlási, hőátviteli viszonyait jellemző modell felállításához (a struktúraidentifikáláshoz, a paraméterbecsléshez) szükséges a modellparamétereket pontosító, újabb, a posteriori ismereteket nyújtó aktív kísérletek elvégzése. Ez különösen azért indokolt, mert számolnunk kell a vízgőz kondenzálódásával, a kétfázisú áramlás kialakulásával. A mérőhelyek gyakorlati kialakításánál figyelembe kell vennünk a következő szempontokat is: -

-

A vezetékek jórészt olyan helyen vannak, ahol villamos energia nem áll rendelkezésre. Kisfogyasztású mérőberendezésekre van szükség a telepes üzem megvalósításához. A rádiós adatátviteli rendszer fogyasztása is minimális lehet az adás szüneteiben. (A jelenleg használt mérőállomás fogyasztása 90W.) Valószínűleg szükséges lesz néhány elem egyedi gyártása is, hogy a kutatási feladatban kitűzött adatok mérhetők legyenek. A mérőérzékelő/távadó egységek ne legyenek feltűnőek és legyenek ellenálók a terepen könnyen elképzelhető esetleges illetéktelen behatolókkal, a rongálásokkal szemben. A beépítés minél kevesebb üzemállást igényeljen, vagy nyomás alatt is szerelhető legyen.(Ez a követelmény a szűkítőelemes áramlásmérési módszereket eleve kizárja).

18

A mérési és adatátviteli feladatoknál igyekszünk szabványos megoldásokat választani, vagy a lehető legtöbb kész megoldást felhasználni. Ahol szükségessé válik, a fejlesztést modul-szintről indítjuk, így reális időben és költséggel létrehozhatók a mérőállomások. (rádió-modul, A/D konverter modul, programozható számító modul, stb.) Nehéz feladat a megbízható tömegáram-mérés és a vízgőz nedvességtartalmának meghatározása. Az áramló közeg tömegáramának mérésére a klasszikus Pitot–csöves megoldáshoz hasonló elven működő szenzorokat alkalmazunk, melyeket egyedi tervezéssel és kivitelezéssel megvalósított speciális érzékelőkként szereztünk be a különböző csőátmérőkhöz. A mérőtest benyúlik a csőátmérő irányában a teljes csőszelvénybe, a mérőtesten több furat van az áramlási iránnyal szemben, ill. arra merőlegesen kialakítva. Így a dinamikus nyomást mérve a csőszelvény különböző pontjaiban, a nyomáskülönbség mérésből következtethetünk a helyi sebesség értékekre, tehát a sebességtér inhomogenitását jelentő sebességeloszlást tudjuk meghatározni. A mérőtest négyszög keresztmetszetű, ami csökkenti a a Reynolds-számtól való függést. A speciális érzékelők kalibrálását a PTE PMMK MIT laboratóriumaiban kívánjuk megoldani és itt végezzük el az adatátviteli kísérleteket is. Az adott csőszelvényben a sebességprofil, az esetleges hőmérséklet-egyenetlenség kimérését két egymásra merőleges irányban szeretnénk elvégezni, különösen ha a kétfázisú áramlás viszonyait kívánjuk jellemezni. A kondenzterhelés megállapítására, a falon keresztül a környezetbe veszteség formájában távozó átbocsátott hőáram becslésére termokamerával végzett méréseket tervezünk. ad.1.7. Az adatátviteli, adatgyűjtési-feldolgozási lehetőségek számbavétele Az adatátviteli rendszer megválasztása, költségbecslése A mobil szolgáltatók közül a T-mobile kiemelt partnereket kezelő csoportja adott csak értékelhető ajánlatot gépgép kapcsolatra. Ennek megfelelően GSM szolgáltatónak a „T-Mobile”-t fogjuk megjelölni. Az előfizetői szerződés megkötése és a szolgáltatások specifikálása egyenlőre nehézkes. A szerződéseket egy évre célszerű megkötni, ellenkező esetben a díjak drasztikusan magasabbak. A mérési adatok továbbíthatók GPRS vagy GSM DATA formában. A GPRS magasabb előfizetési díjat jelent, és gyakorlatilag nincs adatforgalmi díj, mivel az alapszolgáltatásban foglalt adatmennyiség elegendő. Folyamatos üzem esetén valószínűleg ez a kedvezőbb megoldás. A GSM DATA előfizetés havi díja alacsony (750Ft/hó), de az adatforgalmazás további költséget jelent (45Ft/perc). Az eszközök műszakilag mindkét üzemmódot lehetővé teszik. A méréseket a program szerint csak időszakosan, két hét nyári, két hét téli üzemre tervezzük. A költségek összehasonlítása az alábbi: -

GPRS alkalmazásakor öt előfizetés és öt IP cím szükséges. Fix IP cím szolgáltatás cca. 40.000-60.000,Ft/év/cím. A szolgáltatást a T-Com a projekt kísérleti jellegére tekintettel ingyen biztosítja. Üzemszerű alkalmazásnál egyedi megállapodást célszerű kötni a szolgáltatóval.

-

A GSM DATA szolgáltatásnál figyelembe vehetjük, hogy a terepi egységek képesek adattárolásra és elegendő 6 óránként 1 min időtartamra bekapcsolni az adatátvitelt. A tervezett rendszerben ez 4x4x1 min-ot, napi 16 min-ot, 30 napra 480 min kommunikációs időt jelent.

A becsült kommunikációs költségek nem tartalmazzák az együttműködő partner meglévő rendszeréből származó adatok átviteli költségeit. Üzemelési költségek, díjak: Összeköttetés

Havi előfizetés

Éves előfizetés

Forgalmi díj

Összesen

GPRS

5x2400,-Ft

144000,-Ft

-

144000,- Ft

GSM DATA

5x750,-Ft

45000,- Ft

480x45,-Ft

66600,-FT

A megvalósítás első fázisában tehát a GSM DATA szolgáltatást választjuk. Az árak változása, vagy a mérési program megváltozása esetén a szolgáltatás típusa illeszthető az igényekhez. Az adatátviteli rendszer elvi felépítése, vázlata Az adatátviteli rendszer kialakításánál egy tetszőleges helyen működtethető központi számítógép elérése a cél. A terepi készülékek rádiós rendszerrel kommunikálnak egy olyan ponttal, ahol van kiépített számítógép-hálózat.

19 Ha egy ilyen pontra eljuttattuk az adatokat, onnét szabványos hálózati protokollok felhasználásával juttatjuk őket a központi felügyeleti rendszerbe. Az PTE laboratóriumaiban gyakorlatilag mindenhol elérhető a számítógéphálózat és ez lehetővé teszi, hogy a területileg különböző helyeken lévő laborokban mért adatokat könnyen eljuttassuk a központi rendszerre. A tervezett infokommunikációs rendszer vázlatát a 8. ábrán (lásd. melléklet) mutatjuk be. A laboratóriumokban lévő eszközök csatolása a rendszerhez oktatási célokat is szolgál. Demonstrálni tudjuk, hogy egy inhomogén eszközökből álló rendszer integrálható, hogyan kapcsolhatók össze egy közös irányítási rendszerbe. A rendszer közös protokolljának a „LonWorks” –t, hálózati oldalon a TCP/IP-t tekintjük. A LonWorks protokollt támogató cégek száma és a gyártott eszközök sokfélesége megnyugtató hátteret biztosít. A protokoll jól definiált, hozzáférhető, és a munkatársaink is megfelelően ismerik. A beérkező adatokat Honeywell ipari számítógép modulok fogadják és tárolják. A laborokban is a Honeywell modulok csatolják a mérőeszközöket a hálózatra. A LonWorks protokoll használata lehetővé teszi, hogy más gyártók készülékei is változtatás nélkül beilleszthetők legyenek a rendszerbe. A felügyeleti rendszer ebben a struktúrában valóban csak elemző, irányító, optimalizáló feladatot lát el. A felügyelő rendszer kikapcsolása nem jár adatvesztéssel, vagy a közvetlen irányítási feladatok kiesésével. Az elosztott rendszerben lévő lokális modulok önmagukban is képesek az üzemállapotok rögzítésére és szabályozására, csak a hálózat egészének optimalizálása marad el. A rendszer adatainak fizikai védelme és a megfelelő kutatási körülmények biztosítása érdekében a rendszer központi elemeit külön helyiségben építettük fel. A rendszer a 8. ábrán látható módon három központi számítógépet tartalmaz. A távadatátviteli központtal közös helyiségben kerültek elhelyezésre az oktatási célú számítógépek is. Ezeken megjeleníthetők a gőzhálózat üzemviteli paraméterei, ill. a PMMK MIT laborjaiban létrehozott technológiák állapotjellemzői, továbbá kutatási-fejlesztési feladatok ellátására is alkalmazhatók. A három központi számítógépből egy gép a működő rendszert felügyeli, másik kettő fejlesztési feladatokat lát el. A fejlesztésben felhasználjuk a rendelkezésre álló kommunikációs és adatgyűjtő szoftvereket, így a modellalkotásra és optimalizálásra fordíthatók a rendelkezésre álló erőforrások. Az infokommunikációs rendszer specifikációja A központi felügyeletet és adatgyűjtési feladatokat egy „Windows 2000 Professional” operációs rendszer alatt futó számítógép látja el. A felügyeleti szoftver magja a Honeywell Enterprise Building Integrator. Az EBI egy keretrendszer, ahol a felhasználó elfogadható időn belül létre tudja hozni a saját rendszerét leíró és megjelenítő szoftvert. A moduláris felépítés lehetővé teszi, hogy a legkülönbözőbb alkalmazásokhoz igazítsuk a szoftvert. A rendszer adatbázisa elérhető más programok számára is. Ez teszi lehetővé, hogy az identifikációhoz szükséges adatok rendelkezésre álljanak és a feldolgozó programokat az adatgyűjtő programoktól függetlenül tudjuk fejleszteni. A kétféle feladat szétválasztása előnyös lesz akkor is, ha a kidolgozott identifikációs módszereket más rendszerekre kívánjuk adaptálni. A központi oldalon alkalmazott rádiós MODEM-ek közvetlenül, kommunikáció vezérlő nélkül is csatolhatók a számítógépre. Gyakorlati tapasztalatok alapján tudjuk csak megválaszolni, hogy a kommunikációs vezérlőre, mint központi gépet tehermentesítő eszközre szükség van-e (a kommunikáció jelentős erőforrás igényű, és sok processzor-időt foglalhat le), vagy egyszerűsíthető a rendszervázlaton feltüntetett topológia. A terepen alkalmazott eszközök Honeywell XL-50 Controller Jellemzői: max. 10VA teljesítményfelvétel; 8 analóg bemenet, 12 bit felbontással; 4 analóg kimenet, 12 bit felbontással; 4 digitális bemenet; 6 digitális kimenet. A készülék viszonylag olcsó. Olcsóbb, mint a szokásos ipari 8 csatornás analóg/digital átalakítók, annak ellenére, hogy ez szabályozási feladatokat is el tud látni. A mérési és szabályozási feladatokat ellátó programok az EXCEL-5000 család CARE fejlesztő eszközeivel írhatók meg. Ezek az eszközök tanszékünkön rendelkezésre állnak. Az elkészült, lefordított programokat hordozható számítógépekről lehet a controllerbe áttölteni. Az XL-50 controller ellátja az analóg/digitál átalakítási feladatokat, vezérli a kommunikációt, és legalább 100 mérési sorozat adatainak tárolására képes a helyszínen. Az adatok akkor is megmaradnak, ha az adatátviteli rendszer valamilyen okból nem üzemelne.

20 GSM/GPRS MODEM A típus kiválasztásánál sok szempontra kellett tekintettel lennünk. Az XL-50 controller szoftvere csak a 900 MHz-es GSM sávon üzemelő DATA forgalmat támogatja. A hőszolgáltató rendszerében lévő modemek a GPRS, IP alapú kommunikációt támogatják. A kompatibilitás érdekében mindkét üzemmódot ismerő, lehetőleg programozható, és ipari körülmények között is működő eszközöket kerestünk. A választott típus: AUDIOTEL INDUSTRIAL GSM/GPRS+ Specifikáció: 900/1800 MHz GSM MODEM; Adat, SMS, hang és fax szolgáltatás; ETSI GSM 07.05 és 07.07 szerinti parancskészlet; 2 W kimeneti teljesítmény 900MHz-en; 1 W kimeneti teljesítmény 1800 MHz-en; működési hőmérséklet -20C° – +55 C°; nem taranszparens adatátvitel 2400, 4800, 9600 bit/sec; CSD átvitel 14,4 kbit/sec; GPRS tulajdonságok: GPRS MULTISLOT 8 class; GPRS mobil állomás B class; max. 85.6 Kbit/sec letöltési sebesség; kódolási sémák: CS1, CS2, CS3, CS4; PPP – Stack. A modem speciális előnyei: beépített 8 bites RISC processzor, 2 Mbyte adatterülettel, 64 kbyte SRAM-al; a modem C++-ban programozható; I2C-BUS külső eszközök csatolására; TCP/IP Stack, WebServer, HTTP, SMTP, DHCP, TCP, IP, ICMP és PPP támogatás; szabványos AT parancskészlet; V.25 és Siemens parancskészlet (A Siemens parancskészlet az XL-50 kompatibilitás miatt szükséges). ad. 1.8. A vízgőzhálózat monitoring rendszerének tervezési szempontjai A monitoring rendszer tervezésénél figyelembe vettük a működő mérőhelyeken szerzett tapasztalatokat. Világossá vált, hogy a csőben kétfázisú áramlás van, és a végpontokon nedves gőzzel kell számolni. A kiszerelt mérőperemeken a lerakódásokból látható, hogy a mérőperem furatáig állt időnként a kondenzvíz. Biztosan állítható, hogy a mérőperemes, dinamikus nyomáskülönbség alapján működő rendszerek nedves gőzt és csapadékot tartalmazó csővezetékekben áramló gőz mérésére csak jelentős hibával alkalmasak. Az üzemviszonyoknak megfelelő szélsőértékekre becsléseket végeztünk. Módszert kerestünk a megbízható tömegáram mérésre. Ha az egyéb paraméterektől függetlenül mérhető lenne a dinamikus nyomás, akkor a dinamikus nyomásmérés és a sebességmérés adataiból a szükséges paraméterek számíthatóak lennének. A közeg sűrűségétől közel független sebességmérésre elvileg alkalmasak a turbinás sebességmérők. Sajnálatosan ebben a hőmérséklettartományban nincs kereskedelmi forgalomban turbinás áramlásmérő, így e megoldást elvetettük. Felmerült az ultrahangos sebességmérés gondolata is. Az ultrahangos mérést a csőfalon létrejövő kondenzátum erősen zavarja. A gyakorlati tapasztalatokkal rendelkező cégek (pl.: GAMMA DIGITAL) nem javasolták a beszerzést, noha a szállítási programjukban szerepel a méréstartománynak megfelelő készülék, tapasztalataik szerint e mérőeszköz bekalibrálása bizonytalan. A legkézenfekvőbb és könnyen beépíthető megoldás a Pitot-cső elvén működő, torló elemekkel felépített dinamikus nyomáskülönbség mérésen alapuló módszer. A mérési módszer hasonló elvi hibákkal terhelt, mint a mérőperemes módszer, de számos előnyös tulajdonsággal is rendelkezik (nincs olyan torló elem, ami mögött a folyadék megállhatna, üzem közben ellenőrizhető és kiszerelhető, kombinálható pl. a hőmérsékletérzékelővel). A hagyományos eszközök jelentős hibája, hogy az áramlást egyetlen pontban mérik és az elméleti sebességeloszlást feltételezve számolják az átáramlott mennyiséget. Ha az áramlásunk nem turbulens, vagy a csőfal érdessége, a csőben lévő kondenzátum miatt a profil szabálytalan, akkor indokolt több pontban mérni a sebességet. Ezt az elvet valósítják meg a több furattal ellátott mérőtestet használó eszközök. Az áramlási profil sebességértékeit a szondák átlagolják, és a valóságot jól megközelítő (0,2% pontosságú) eredményt szolgáltatnak (a mért közeg homogén és ismertek a paraméterei). A módszer természetesen nem tudja meghatározni a nedves gőz víztartalmát, és így a kapott eredmények itt is csak közelítések (de jobb közelítések, mint a mérőperemes módszer).

21 Tartalomjegyzék: 1.1., 1.2. A PÉTÁV Gőzszolgáltató Kft. által működtetett, az energia-felhasználók telephelyén kialakított mérőhelyek számbavétele, ellenőrzése. A szolgáltatónál rendelkezésre álló fogyasztónkénti regisztrált vízgőzfelhasználások, ill. a Hőerőműből kiadott vízgőzmennyiségek összevetése…….…………………..……...1 1.3. A főbb energiafelhasználók egyedi fogyasztói igényeinek felmérése………………….……………………..2 1.4. A Hőerőmű hőenergiát előállító technológiai rendszerének áttekintése……………….……………………...2 1.5. Szakmai elemzés a fennálló üzemviteli, üzemellenőrzési, energiaelosztási helyzetről, ezek változtatási lehetőségeiről, a matematikai modellezés, a kísérleti identifikáció szükségességéről…………….……………….3 A kísérleti identifikáció szükségessége…………………………………………………………….………………3 Az energiaáram-hálózat bontása……………………………………………………………………….…………..4 A megmaradási egyenletek értelmezése………………………………………………………………….………..5 Összegzés…………………………………………………………………………………………………………16 1.6. A folyamatidentifikációs mérőhelyek, a mérési módszerek megválasztása…………………………………17 1.7. Az adatátviteli, adatgyűjtési-feldolgozási lehetőségek számbavétele………………………………………..18 Az adatátviteli rendszer megválasztása, költségbecslése…………………………………………………………18 Az adatátviteli rendszer elvi felépítése, vázlata…………………………………………………………………..18 Az infokommunikációs rendszer specifikációja…………………………………………………………….…….19 A terepen alkalmazott eszközök…………………………………………………………………………………..19 1.8. A vízgőzhálózat monitoring rendszerének tervezési szempontjai…………………………………….……..20