Hvordan måler du dampbaseret flow og energi?

Damp er et af de medier, der bruges i de fleste industrier. Dampen anvendes direkte i processen, til turbiner, opvarmning i processen eller til rum opvarmning. Der er derfor ofte brug for at styre, kende sine produktionsomkostninger, eller der kan være direkte lovkrav om en måling, som angiver forbrug, miljøbelastninger samt en kvantificering og afregning af energi salg.

Når der tilføres varmeenergi til vand, vil temperaturen begynde at stige og ved en temperatur på ~100 °C, vil vandet begynde at koge. Denne temperatur kaldes for mætningstemperaturen (t_m) – Mætningstemperaturen er trykafhængig det vil sige, stiger trykket, stiger mætningstemperaturen.

Ved 1 atmosfæres tryk (1013 mbar absolut) koger vand ved 99,976°C , ved et tryk på 16 bar(a) (16 bar absolut) er kogepunktet (mætningstemperaturen) 201,4 °C. Den mængde energi, der skal tilføres vandet for at varme det op fra 0 °C til mætningstemperaturen kaldes for væskevarmen (h) entalpi, med enheden [KJ/Kg]. – For vand ved et tryk på 16 bara er væskevarmen h = 859 KJ/Kg.

Tilføres der yderligere energi begynder vandet at fordampe og vil have en tilstand af vand og damp (våd damp).

Tør mættet damp

Ved fortsat energitilførsel vil vandet gå helt på dampform (tør mættet damp). Den mængde af energi der skal tilføres 1 Kg vand ved mætningstemperaturen til tør mættet damp, kaldes fordampningsvarmen (r) med enheden [KJ/Kg] – For vand ved et tryk på 16 bar(a) er fordampningsvarmen r = 1933 KJ/Kg.

Den samlede mængde energi for at få vandet fra 0 °C til tør mættet damp ved 16 bar(a):

h’ + r = h’’

859KJ/Kg + 1933KJ/Kg = 2792KJ/Kg.

Når vandet er i en tilstand mellem mætningstemperaturen og tør mættet damp, vil der være en sammenhæng mellem tryk og temperatur. Hvis temperaturen er 201,4 °C er trykket således 16 bar(a) jævnfør ovenstående eksempel. Denne sammenhæng kan findes ved tabel opslag i diverse damptabeller. Desuden vil temperaturen og trykket være konstant fra mætningstemperaturen til man opnår tør mættet damp. Det eneste der ændres er energiindholdet i dampen.

Overhedet damp

Tilføres der yderligere energi til den tørre mættede damp vil man overhede dampen. Her vil tryk og temperatur igen begynde at stige sammen med energiindholdet og sammenhængen mellem tryk og temperatur forsvinder.

Den mængde energi, der skal anvendes for at gå fra tør mættet damp til en overhedet damp med temperaturen t_o, kaldes overhedningsvarmen. Overhedningsvarmen beregnes ved udtrykket (t_o - t_m) · C_m, hvor m er middelvarmefylden. Energiindholdet i dampen er derfor afhængig af om det er våd damp, tør mættet damp eller overhedet damp, hvilket der også skal tages højde for, i forhold til måling og målemetode. Under alle omstændigheder er det nødvendigt at bestemme eksempelvis, mængden af damp pr. tidsenhed.

For at kunne afgøre mængden af damp og dermed energiindholdet, måles der enten masseflow for eksempel [kg/s], et energiflow f.eks. [kJ/s] eller begge dele. I begge tilfælde er det nødvendigt at foretage en volumetrisk flowmåling og derefter korrigere denne i forhold til densiteten / vægtfylden for dampen.

Ved dampmåling skelnes mellem måling på mættet og overhedet damp.

Ved mættet damp er der en sammenhæng mellem tryk og temperatur, der kan derfor anvendes en mængdemåler (volumenflow) sammen med en tryk eller temperatur måling, samt en flowcomputer der kan beregne energiindholdet.

Ved overhedet damp er det nødvendigt sammen med mængdemåler både at måle tryk og temperatur, da sammenhængen mellem tryk og temperatur forsvinder. Flowcomputeren skal derfor være i stand til at beregne energiindholdet i dampen under hensynstagen til både tryk og temperatur.