Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обеспечение безопасности паровых котлов малого давления при работе предохранительных клапанов
1.1 Анализ причин человеческого травматизма при эксплуатации паровых котлов с рабочим давлением пара до 0,07 12 МПа
1.2 Анализ требований безопасности, предъявляемых к паровым котлам с рабочим давлением пара до 0,07 МПа избыточных 16
1.3 Анализ требований безопасности, содержащихся в правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов 18
1.4 Анализ известных исследований процесса разуп- 20 лотнения сосуда под давлением
1.4.1 Обзор результатов известных теоретических исследований выброса жидкости из сосуда под давлением при его 21 открывании
1.4.2 Обзор экспериментальных исследований физических процессов, связанных с вскипанием и выбросом пароводя ной смеси при разгерметизации сосуда 31
Выводы к главе 1 48
Глава 2 Математическая модель внутрикотлового процесса в паровом котле малого давления при срабатывании предохранительного клапана
2.1 Математическое описание процесса парообразования в бесконечно тонком слое воды 50
2.2 Учет влияния расхода жидкости через предохранительный клапан на темп падения давления в сосуде 58
2.3 Учет влияния скорости подъема паровых пузырей на значение паросодержания 60
Выводы к главе 2 64
Глава 3 Объект, метод и средства экспериментального исследования 65
3.1 Объект и метод исследования 65
3.2 Средства измерения 73
3.3 Программа экспериментального исследования 80
3.4 Методика проведения эксперимента 81
Выводы к главе 3 83
Глава 4 Анализ результатов исследований 84
4.1 Экспериментальное исследование выхода котла на рабочий режим
4.2 Экспериментальное исследование внутрикотловых процессов при срабатывании предохранительного клапана 86
4.3 Учет результатов экспериментального исследования при разработке математической модели внутрикотлового процесса 93
4.4 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований 97
Выводы к главе 4 101
Глава 5 Социально-экономическая эффективность результатов исследования
5.1 Разработка инженерно-технических мероприятий 103 направленных на предотвращение опасности, возникающей при работе предохранительных клапанов
5.2 Определение социально-экономической эффективности предложенных инженерно-технических мероприятий 105
Выводы к главе 5 107
Заключение 109
Список использованных источников
- Анализ требований безопасности, предъявляемых к паровым котлам с рабочим давлением пара до 0,07 МПа избыточных
- Учет влияния расхода жидкости через предохранительный клапан на темп падения давления в сосуде
- Программа экспериментального исследования
- Экспериментальное исследование внутрикотловых процессов при срабатывании предохранительного клапана
Введение к работе
Эксплуатация паровых котлов с рабочим давлением пара до 0,07 МПа избыточных и малой тепловой мощности (до 1000 кВт), которые в дальнейшем будем именовать котлами малого давления, началась в середине 20 века с внедрения их в агропромышленном комплексе (АПК) [1, 2]. Это оборудование используется для следующих нужд:
нагревание воды, идущей на технологические цели;
нагревание воздуха, применяемого при вентиляции помещений, сушке сельскохозяйственных продуктов и обогреве теплиц и парников;
запаривание сухих кормов, тепловой обработки пищевых отходов и пастеризации молока и т. д. [3, 4].
В период наиболее интенсивной эксплуатации указанных котлов, приходящийся на восьмидесятые годы, последние являлись наиболее травмоопасным оборудованием из всего стационарного сельскохозяйственного оборудования [5]. В настоящее время, согласно статистическим данным [6], в АПК России эксплуатируется порядка 40000 паровых котлов малого давления, что оставляет решение проблемы обеспечения безопасности паровых котлов актуальным.
Как показано в [7, 8], промышленное котлостроение началось в 19 веке с производства паровых котлов высокого давления (давление пара достигало 16 МПа), что было обусловлено необходимостью удовлетворения потребностей общества, связанных с развитием паровозо- и судостроения, а также повсеместно начинающейся электрификации. Безопасности работы котельных установок содействовали введенные в конце 19 века правила испытаний, освидетельствования и эксплуатации паровых котлов высокого давления и установление государственного надзора за исполнением этих правил.
Таким образом, при массовом внедрении паровых котлов малого давления, для обеспечения их безопасной эксплуатации использовался много-
летний опыт разработчиков паровых котлов высокого давления (рабочее давление пара более 0,07 МПа избыточных). Поэтому нормативно-техническая документация на новый тип котлов основывалась на правилах эксплуатации котлов высокого давления и повторяла их требования безопасности.
Этот же опыт использовался и при расследовании причин аварий и несчастных случаев, которые происходили на паровых котлах малого давления. Выявляемые причины повторяли характерные для котлов высокого давления. Среди них отмечены главные: взрыв котла в результате у пуска или отсутствия циркуляции воды в отопительной системе и взрывы в топках [9, 10, 11]. Кроме того, появились летальные исходы из-за ожогов верхних дыхательных путей.
Взрывы котлов в результате упуска воды и взрывы в топках широко изучены [12], чего нельзя сказать о ситуации, в результате которой операторы котельных установок получают ожоги горячей водой и паром. Согласно статистическим данным за последние 14 лет, имеющимся во ВНИИ охраны труда (г. Орел), среди причин летального травматизма операторов паровых котлов малого давления, ожоги находятся на четвертом месте после взрывов, пожаров и отравления газами. При проведении расследований несчастных случаев, комиссии, как правило, не удавалось восстановить ситуацию, в результате которой человек получил ожог.
При исследовании ситуаций, приводящих к травматизму, появляются трудности проведения эксперимента, связанные с неизбежным возникновением опасности. Результаты исследования, представленные в работе [13], показали, что при эксплуатации паровых котлов малого давления реально опасным среди всех возможностей попадания пароводяной смеси в верхние дыхательные пути оператора можно считать только выброс перегретой жидкости из котла при работе предохранительного клапана. Выброс пароводяной смеси через предохранительный клапан происходит только при его срабаты-
вании, причинами которого являются повышение давления пара в котле при закрытом или недостаточно открытом расходном вентиле (самопроизвольное срабатывание), и принудительный «подрыв» в целях проверки работоспособности клапана. Известно [14, 15], что клапан срабатывает при давлении пара 0,07-0,08 МПа избыточных, а опускается при более низком значении давления пара (0,05-0,03 МПа избыточных), то есть обладает гистерезисом по давлению. И в том случае, когда проверка работоспособности клапана проводится при давлении в котле с промежуточным значением в петле гистерезиса, то принудительный «подрыв» клапана может спровоцировать при определенных условиях выброс горячей воды через клапан. Недостаток экспериментальных исследований процесса выброса воды через клапан при срабатывании усугубляет его опасность.
Необходимо отметить, что паровые котлы малого давления снабжены автоматической системой управления, регулирующей работу котла и предназначенной для предотвращения опасности. Но, как показало обследование технического состояния котлов, эксплуатируемых в двадцати хозяйствах Орловской и Брянской областей [16], автоматическая система либо отсутствовала, либо была неисправна. Таким образом, автоматические системы не могут обеспечить полную безопасность при эксплуатировании паровых котлов малого давления за счет исключения самопроизвольного срабатывания предохранительных клапанов.
Безопасная эксплуатация оборудования предполагает наличие средств защиты от воздействия вредных и опасных факторов на человека [17, 18]. Согласно [19] кроме автоматической системы управления паровой котел малого давления должен снабжаться отводными трубами для предохранительных клапанов, исключающих попадание пароводяной смеси в рабочую зону. Но поскольку государственный стандарт [20] не подтверждает это требование, то имеющиеся конструкции предохранительных клапанов для паровых котлов малого давления не предусматривают крепление пароотводных труб.
Как известно из [21] техническая система состоит из двух основных элементов: машины и человека. Опасная ситуация в системе может произойти как по вине человека, так и по причине нарушений в работе машины. Повышение квалификации оператора позволит сократить вероятность возникновения опасности, но, как известно, на работоспособность человека влияют также его психофизиологическое и эмоциональное состояния, которые регулировать практически невозможно. Согласно основам теории вероятностей [22] вероятность безопасности системы в целом складывается из вероятностей отдельных ее элементов. Поэтому для уменьшения влияния человеческого фактора необходимо повышать безопасность оборудования, что может быть достигнуто через изучение процессов, происходящих при его работе, а также использование результатов исследований для усовершенствования конструкции машины и средств обеспечения ее безопасности.
В связи с вышесказанным исследование физических процессов, происходящих в паровом котле малого давления при работе клапанов, а также разработка инженерно-технических мероприятий по повышению безопасности паровых котлов при работе предохранительных клапанов являются вполне актуальными.
Попутным положительным эффектом от разработанных мероприятий может стать снижение энергетических потерь, затраченных на нагрев объема жидкости, который выбрасывается из котла при срабатывании предохранительного клапана.
Целью работы является разработка инженерно-технических мероприятий, направленных на повышение безопасности паровых котлов малого давления при работе предохранительных клапанов, на основе результатов научного исследования физических процессов, происходящих в котле.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
проанализировать причины травматизма операторов паровых котлов малого давления в АПК России;
проанализировать известные результаты исследований безопасности паровых котлов малого давления и причины выброса пароводяной смеси из котла;
проанализировать результаты исследований увеличения объема воды в результате ее кипения;
разработать математическую модель внутрикотлового процесса в паровом котле при срабатывании предохранительного клапана;
провести экспериментальные исследования внутрикотлового процесса в паровом котле при срабатывании предохранительного клапана;
разработать рекомендации по повышению безопасности паровых котлов малого давления при работе предохранительного клапана.
Решение указанных задач возможно с помощью следующих методов:
метод математического моделирования;
статистические методы обработки экспериментальных данных;
метод намеренного перевода натурного образца оборудования в опасное состояние.
В качестве объекта исследования выбран натурный образец парового котла марки ВКВ-ЗООЛ. Предметом исследования является внутрикотловой процесс, возникающий при срабатывании предохранительного клапана.
Сбор и обработка экспериментальных данных выполнены с использованием ЭВМ по оригинальным алгоритмам и программам, созданным в программном пакете Borland Delphi [23], а также программных пакетах автоматизации математических расчетов Mathcad 2000 Professional [24] и табличного процессора Microsoft Excel 2000 [25].
Научная новизна работы заключается в следующем:
получены результаты экспериментальных исследований внутрикот-лового процесса при срабатывании предохранительного клапана на паровых котлах малого давления;
разработана математическая модель внутрикотлового процесса, происходящего в паровом котле малого давления при срабатывании предохранительного клапана.
Практическую ценность диссертационной работы составляют:
методика расчета параметров внутрикотлового процесса в паровом котле с рабочим давлением пара до 0,07 МПа избыточных при работе предохранительного клапана. Методика позволяет определить сочетание конструктивных параметров, которое исключает выброс воды из котла.
инженерно-технические мероприятия по повышению безопасности парового котла малого давления при работе предохранительного клапана.
экспериментальная установка, которая может быть использована для демонстрации опасных ситуаций на котлах малого давления в процессе обучения и подготовки операторов котельных установок. Реализация и внедрение результатов работы.
Результаты экспериментальных исследований внесены в акт государственных испытаний парового котла марки ВКВ-ЗООЛ. Получены акты внедрения на изменение паспорта котла в части обеспечения безопасной эксплуатации котлов марки ВКВ-ЗООЛ. В частности, рекомендовано производить принудительный «подрыв» клапана при давлениях пара и уровнях воды в барабане котла не превышающих значений 0,02 МПа избыточных и 1,12 м соответственно.
По результатам исследований разработана и внедрена на заводе ОАО «Возовсельмаш» (п. Возы, Курской области) конструкция предохранительного клапана «Сержант» с улучшенными характеристиками.
Апробация работы.
Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на страницах журнала «Безопасность жизнедеятельности», на девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (МЭИ (ТУ), г. Москва, 2003), на восьмой ежегодной конференции преподавателей и сотрудников Орел ГТУ «Неделя науки- 2003».
Публикации.
По результатам диссертационного исследования опубликовано 3 статьи и 1 тезис.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 6 таблиц, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, включающего 98 наименований и четырех приложений.
Анализ требований безопасности, предъявляемых к паровым котлам с рабочим давлением пара до 0,07 МПа избыточных
Как показал анализ причин травматизма, существует несколько опасных ситуаций, приводящих к наибольшему смертельному травматизму операторов котлов малого давления. При этом реально опасной является только выброс пароводяной смеси через предохранительный клапан при его работе. Несмотря на это в нормативной документации [19, 20] по безопасной эксплуатации паровых котлов малого давления не содержатся требования, соблюдение которых поможет избежать негативных последствий работы предохранительных клапанов.
Так, например, опасность представляет выброс пароводяной смеси, высота столба которого может достигать 5 метров и более (о чем будет сказано далее), при этом ГОСТ 12.2.096-83 не предъявляет требований к размерам помещений котельных. При выбросе пара все помещение заполняется густым туманом, что противоречит требованиям пункта «1. Общие требования к котлам», где сказано о недопустимости повышенной влажности и отсутствия или недостатка естественного света и освещенности на рабочем месте и у показывающих приборов.
Стандарт регламентирует наличие трубопровода выдачи пара из барабана, но при этом отсутствуют требования по избежанию попадания пара и тем более кипятка в рабочую зону оператора. В требованиях сказано только о том, что отверстие для выхода пара при срабатывании предохранительного клапана должно быть направлено в сторону зоны, безопасной для обслуживающего персонала.
Экспериментальные исследования [48, 49, 50] внутрикотловых процессов показали, что, если исходный уровень воды (то есть уровень воды в котле до начала его работы) превышает регламентированный верхний рабочий уровень (ВРУ), то при срабатывании предохранительного клапана неизбежен выброс не только пара, но и горячей воды. Нормативная документация не ограничивает исходный объем воды в котле и объем его подпитки, несмотря на то, что именно эти параметры определяют реальный уровень воды в сосуде. Требования предъявляются только к значению нижнего рабочего уровня: «...низший допускаемый уровень воды в котлах должен обеспечивать ее свободное перемещение в циркуляционном контуре и быть на 100 мм выше верхней линии соприкасания неизолированной стенки с горячими газами...».
В пункте 3 «Требования к средствам защиты, входящим в конструкцию котлов» регламентируется наличие не менее двух предохранительных клапанов пропускной способностью не менее часовой производительности котла, которые должны иметь ручной привод для открывания при проверке их на срабатывание. Как показывают исследования [50], внезапное разуплотнение сосуда под давлением в результате возникновения течи, способно спровоцировать дополнительное расширение объема жидкости (вскипание), помимо уже имеющегося термического расширения воды. Кроме того, чем больше размер отверстия, тем интенсивнее вскипание в начальный момент. Поэтому срабатывание сразу двух предохранительных клапанов пропускной способностью не менее часовой производительности котла (а зачастую и более часовой производительности котла) может привести к усугублению опасной ситуации, связанной с выбросом пароводяной смеси.
Также в стандарте отсутствуют требования на размеры паросборника, который является важным элементом, который влияет на возможность достижения пароводяной смесью входного патрубка предохранительного клапана.
Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что действующая нормативно-техническая документация на безопасную эксплуатацию паровых котлов малого давления не содержит необходимого перечня требований, соблюдение которых позволит избежать опасности, связанной с работой предохранительных клапанов
Помимо стандарта, рассмотренного выше, требования безопасности, предъявляемые к паровым котлам малого давления, содержатся и в правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа избыточных [19].
В отличие от требований ГОСТ 12.2.096-83, «Правила...» регламентируют установку паровых котлов в зданиях и сооружениях, отвечающих требованиям СНиП-П-35-76 «Котельные установки».
Одним из обязательных требований, предъявляемых к конструкции предохранительных клапанов и содержащихся в рассматриваемом документе, является наличие устройств (отводных труб) защиты обслуживающего персонала от ожогов при срабатывании предохранительных клапанов. Согласно «Правилам...» среду, выходящую из предохранительных клапанов необходимо отводить за пределы помещения, где находится работающий котел.
Учет влияния расхода жидкости через предохранительный клапан на темп падения давления в сосуде
Скорость подъема пузырей будем определять, учитывая групповое их взаимодействие, поскольку при всплывании на поверхность пузыри увлекают за собой воду из нижних слоев, что способствует циркуляции жидкости при кипении.
Как известно, значение скорости подъема паровых пузырей зависит от их количества и размеров. В нижних слоях пароводяного пространства скорость мала из-за малого количества пузырей (wh=0=0), по мере увеличения высоты скорость нарастает. Это связано с тем, что увеличение паросодержа-ния по высоте пароводяной смеси приводит к возрастанию объемов и количества паровых пузырей. А это, в свою очередь приводит к повышению скорости их подъема. Поэтому можно сказать, что скорость пузырей является функцией от паросодержания (предположительно экспоненциальной, поскольку паросодержание, как известно из публикаций [53, 54], изменяется по высоте пароводяного пространства по экспоненциальной зависимости). В работах [56, 58, 75] указано, что максимальное значение скорости подъема пузырей равно 1,25 м/с, а минимальное значение равно нулю. Аппроксимируя известные значения, получим выражение:
Масса воды, выброшенной через предохранительный клапан, определяется разностью между приращением объема воды АГв результате вскипания пароводяной смеси и свободным объемом парового пространства (VCB), которое не занято пароводяной смесью, с учетом ее паросодержания: Мв =(AV -rJ.(l-/)-Pl. (2.28)
Отметим, что при расчете по формуле (2.28) необходимо принимать во внимание значения, полученные при положительной разности (AV — Vce). В противном случае значения Мв принимать равными нулю, поскольку приращение объемов смеси из-за вскипания настолько малы, что выброс смеси через клапан не происходит.
Выражения (2.24), (2.27), (2.28) позволяют получить значения параметров пароводяной смеси при разных исходных уровнях воды в котле. Совместное решение указанных выражений относительно площади сечения вход ti ного патрубка предохранительного клапана F0 позволит получить такое его значение, при котором может быть исключен выброс пароводяной смеси в окружающую среду при работе предохранительного клапана. Равенство значений AVu Vce в формуле (2.28), характеризует исходный уровень жидкости в котле, при котором исключен выброс смеси через клапан. Кроме того, данное выражение также позволяет получить оптимальный размер свободного парового объема для избежания попадания жидкости в предохранительный клапан.
Таким образом, удалось получить систему выражений, описывающих изменение характеристик пароводяной смеси при работе предохранительного клапана. Начальными условиями для решения указанных выражений являются следующие:
Предложенная математическая модель является универсальной для описания внутрикотлового процесса, который может иметь место в котлах, относящихся к группе паровых котлов малого давления, при срабатывании предохранительного клапана. Модель позволяет при определенных значениях конструктивных и технологических параметров котла (рабочее давление пара, площадь поперечного сечения барабана котла, размер входного патрубка предохранительного клапана и паропроизводительность котла), рассчитать размер сечения предохранительного клапана и свободного парового объема, при которых исключается возможность попадания жидкой фазы пароводяной смеси в окружающую среду через предохранительный клапан при его работе. Выводы к главе 2
При разработке математической модели внутрикотлового процесса в паровом котле малого давления при срабатывании предохранительного клапана получены следующие результаты: - получено выражение (2.24), которое описывает изменение паросо-держания пароводяной смеси при разуплотнении котла, в результате работы предохранительных клапанов и позволяет учесть изменение температуры пароводяной смеси с течением времени и по высоте котла, а также изменение скорости подъема группы паровых пузырей в зависимости от паросодержа-ния смеси; - получено выражение (2.28) для определения массы жидкости в составе пароводяной смеси, выбрасываемой через клапан в зависимости от исходного уровня воды в котле; - совместное численное решение выражений (2.24), (2.27), (2.28) позволяет определить допустимый уровень жидкости в котле, оптимальный размер сечения предохранительного клапана и свободного парового объема, при которых исключается возможность попадания жидкой фазы пароводяной смеси в окружающую среду через предохранительный клапан при его работе.
Программа экспериментального исследования
Перед проведением эксперимента необходимо произвести гидравлическое испытание котла, как того требует ГОСТ 12.2.096-83. Для этого закрывают расходный вентиль, демонтируют предохранительные клапаны, а их посадочные отверстия в паросборнике заглушают. Затем котел заполняют водой при помощи насоса, создавая при этом давление 0,2 МПа, и проверяют наличие течей в корпусе котла. Если они отсутствуют, то считается, что котел успешно прошел гидравлические испытания, и может эксплуатироваться. Опасности для персонала гидравлические испытания не представляют.
После гидравлических испытаний необходимо монтировать на котел предохранительный клапан, преобразователи температуры, давления и перемещения, а также уровнемеры.
Следующим этапом является настройка информационно-измерительного комплекса. При этом происходит распределение каналов для преобразователей, настройка их рабочих диапазонов и визуализация интерфейса.
Далее проводят настройку системы автоматического управления котлом на исследуемые режимы. При этом необходимо обеспечить безопасность обслуживающего персонала. Для этого электрическая схема системы преобразуется таким образом, чтобы происходило автоматическое отключение горелки при достижении в котле давления 0,08 МПа избыточных и при упуске воды ниже нижнего рабочего уровня на 20 мм. Это связано с тем, что рычаж-но-грузовой клапан, установленный на котле работает в диапазоне 0,07-0,08 МПа избыточных. Включение и отключение подачи воды, в котел осуществляется нажатием кнопки на пульте управления.
После монтажа ИИК и системы автоматического управления барабан котла заполняется водой при помощи насоса до исследуемого уровня, что фиксируется указателем уровня и дистанционным уровнемером, а топливный бак наполняют горючим для бесперебойной работы горелки.
После проведенной подготовки закрывают расходный вентиль, включают горелку поворотом рычага на пульте управления и проводят выход котла на рабочий режим, заключающийся в прогреве воды в котле до достижения ею температуры кипения и роста избыточного давления пара. Отметим, что предварителыю перед экспериментальным исследованием необходимо произвести комплексную проверку работоспособности ИИК и системы автоматического управления в процессе работы котла.
Систему сбора данных включают в период выхода котла на рабочий режим, производя замеры температуры по высоте котла, давления пара и перемещения тяги клапана вплоть до его срабатывания.
Определение количества выброшенной через предохранительный клапан пароводяной смеси осуществляется в два этапа: запись значения уровня до работы клапана при температуре верхних слоев пароводяной смеси равной 100 С и фиксирование уровня после работы клапана при той же температуре жидкости при помощи указателей уровня, установленных на котле.
После срабатывания клапана, горелка отключается и производится подпитка водой до исходных значений уровня. Тем временем производится запись и обработка полученных экспериментальных данных.
После очередного включения горелки процесс измерения повторяется по указанной методике согласно пунктам программы, указанной в 3.4.
Во время работы клапана персонал находится в помещении, отделенном от экспериментального блока стеной. Выводы к главе 3
При подготовке к экспериментальным исследованиям проведены следующие мероприятия: - в качестве объекта исследований выбран паровой котел марки ВКВ-ЗООЛ, который можно считать физической моделью всей группы котлов малого давления; - на базе персонального компьютера создан информационно-измерительный комплекс, позволяющий дистанционно измерить с погрешностями не более 2 % давление пара в котле и в кожухе предохранительного клапана, температуру пароводяной смеси по высоте котла и перемещение предохранительного клапана при его работе, обработать полученные данные, а также их визуализировать; - разработаны программа исследования и методика проведения экспериментов.
Экспериментальное исследование внутрикотловых процессов при срабатывании предохранительного клапана
С помощью разработанной математической модели удалось найти значение минимально возможного свободного объема парового пространства, которое позволит избежать попадания воды в клапан. Так на рисунке 4.9 представлены графики прироста объема пароводяной смеси (АГ(Л)) при ее кипении и свободного объема пароводяного пространства (VCB(h)).
Пересечение графиков 1 и 2 на рисунке 4.9 говорит о том, что при срабатывании клапана пароводяная смесь подойдет вплотную к клапану, то есть займет весь свободный объем, но не выйдет в свободное пространство вне котла. Таким образом, пересечение графиков характеризует критическую отметку исходного уровня воды в котле. Если значение уровня превысит 1,1м, то при срабатывании предохранительного клапана обеспечен выброс пароводяной смеси в окружающую среду. Экспериментальные исследования подтверждают данный факт, поскольку выброс жидкой фазы смеси наблюдался только при значениях уровня более 1,1м.
Теоретические расчеты также позволили определить массу жидкой фазы, выбрасываемой через клапан. На рисунке 4.10 представлена теоретическая зависимость массы жидкой фазы (М) в составе пароводяной смеси от исходного уровня воды в котле (Я). Из рисунка видно, что в случае полного заполнения котла водой выброс пароводяной смеси может достигать ПО кг, что является существенной угрозой здоровью человека, находящегося поблизости.
В приложении Б приведена методика расчета параметров внутрикотло-вого процесса в паровом котле малого давления при работе предохранительного клапана для теоретического определения ожидаемого объема выброса воды через клапан при разных исходных уровнях воды в котле, а также оптимальных размеров свободного пароводяного пространства и входного патрубка клапана, при которых выброс жидкости отсутствует.
Проверить точность разработанной математической модели путем сравнения теоретически полученных значений массы выбрасываемой воды с экспериментальными данными, относящимися к котлам малого давления других марок на данном этапе работы не представляется возможным, поскольку необходимо знать конструктивные параметры котла для определения площади зеркала воды, конструктивные параметры используемого предохранительного клапана, а также диапазон рабочих уровней воды в котле.
Для того чтобы определить насколько точно, полученная математическая модель описывает процессы, происходящие в котле, воспользуемся согласно [96] аппаратом теории вероятностей и математической статистики. Поскольку конечной целью исследований являлось определение массы воды, выбрасываемой через предохранительный клапан, то анализ точности проведем, используя теоретическую и экспериментальную функции зависимости массы выбросов от исходного уровня воды в котле M=J{H) (рисунок 4.10). Расчет статистических показателей массива экспериментальных значений массы воды выбрасываемой через клапан проведен с использованием прикладной программы Microsoft Excel 2000 и представлен в приложении В. В результате получено, что с доверительной вероятностью /7=0,95 для выборки экспериментальных точек численностью п=15 доверительный интервал накрывает теоретическую кривую зависимости M=f{H) как показано на рисунке 4.10. Таким образом, можно сказать, что теоретическая кривая с вероятностью 0,95 может быть одной из реализаций появления экспериментальных точек. Максимальное отклонение теоретической кривой от экспериментальных данных составляет 20%.
Основываясь на полученных результатах можно сказать, что разработанная во второй главе математическая модель с достаточной точностью отражает процессы, происходящие в котле при работе предохранительного клапана, и может использоваться в технических расчетах для предварительной оценки степени опасности, возникающей при выбросе воды через клапан.
