automatist pentru supraveghere si intretinere cazane.pdf

ASOCIAIA PENTRU STUDII I FORMRI PROFESIONALE

Miercurea Ciuc

SUPORT DE CURS PENTRU CURSURI DE FORMARE PROFESIONAL

2012 AUTOMATIST PENTRU SUPRAVEGHERE I NTREINERE CAZANE

COD COR 313111 Conform

PT CR 8-2009 Autorizarea personalului de deservire a instalaiilor/echipamentelor i acceptarea personalului auxiliar de deservire

CUPRINS

CAPITOLUL I NOIUNI GENERALE

REFERITOARE LA ECHIPAMENTELE TEHNOLOGICE DIN CENTRALELE TERMICE ECHIPATE CU SISTEME DE AUTOMATIZARE ELECTROMECANICE, ANALOGICE I DIGITALE

4

CAPITOLUL II UNITI DE MSUR

NOIUNI DE CLDUR

ABURUL I PROPRIETILE SALE

NOIUNI DE TEORIA ARDERII

11

CAPITOLUL IIII CAZANE DE ABUR I AP FIERBINTE 25

CAPITOLUL IV COMBUSTIBILI I ARDEREA 64 CAPITOLUL V REGIMUL CHIMIC AL CAZANELOR DE ABUR I AP FIERBINTE 73 CAPITOLUL VI SISTEME DE AUTOMATIZARE

ELECTROMECANICE, ANALOGICE I DIGITALE

87

CAPITOLUL VII BUCLE DE REGLARE 103 CAPITOLUL VIII SUBSISTEME DE PROTECIE AUTOMAT 150

CAPITOLUL XI NIVELUL DE DOTARE AL CENTRALELOR TERMICE CU SISTEME

DE AUTOMATIZARE ELECTROMECANICE, ANALOGICE I DIGITALE

CERINE PENTRU COMPONENTELE SISTEMULUI DE AUTOMATIZARE ELECTROMECANICE, ANALOGICE I DIGITALE DIN CENTRALELE TERMICE

158

CAPITOLUL X PUNEREA N FUNCIUNE A SISTEMELOR DE AUTOMATIZARE

ELECTROMECANICE, ANALOGICE I DIGITALE

166

CAPITOLUL XI EXPLOATAREA/NTREINEREA CURENT A SISTEMELOR DE

AUTOMATIZARE ELECTROMECANICE, ANALOGICE I DIGITALE

170

CAPITOLUL XII VERIFICRI PERIODICE ALE SISTEMULUI DE

AUTOMATIZARE ELECTROMECANICE, ANALOGICE I DIGITALE

178

CAPITOLUL XIII AVARII LA INSTALAII DE CAZANE 187 CAPITOLUL XIV LEGISLAIE, REGLEMENTRI, NORMATIVE, INSTRUCIUNI 200

BIBLIOGRAFIE

Ing. Mircea Aldea Ing. Nicu Iordache Ing. Lucian Negulescu

NDRUMTOR PENTRU FOCHITII DE LA CAZANELE DE ABUR I AP FIERBINTE

Editura Technic, Bucureti, 1978

Ing. Ion Popescu

CARTEA FOCHISTULUI. CAZANE DE MEDIE I JOAS PRESIUNE Ediia a II-a revizuit i adugit

Editura SETRONIC, Bucureti, 1996

Ing. Ion Popescu Dr. Ing. Lucian Negulescu

EXPLOATAREA ECONOMIC I FR AVARII A CAZANELOR

REGIMUL CHIMIC I TRATAREA APEI

POLUAREA MEDIULUI Editura COCPCIA SA, Bucureti, 1998

Ing. Ion Popescu Dr. Ing. Lucian Negulescu

MANUAL PENTRU OPERATORI DIN CENTRALELE TERMICE Editura SETRONIC, Bucureti, 2001

S. St. IliescuI. Fgran

AUTOMATIZAREA CENTRALELOR TERMOELECTRICE

Edituara PRINTECH, Bucureti, 2005

PT C11-2010

SISTEME DE AUTOMATIZARE AFERENTE CENTRALELOR TERMICE I

INSTALAII DE ARDERE AFERENTE CAZANELOR

Anexa nr.3 la Ordinul Ministrului economiei, comerului i mediului de afaceri nr.1007/2010

publicat n

MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Anul 178. (XXII), nr. 513 bis din 23 iulie 2010

Asociaia pentru Studii i Formri Profesionale ASFP 4

Curs ASI Cod COR 313111 CAPITOLUL I NOIUNI GENERALE

CAPITOLUL I

NOIUNI GENERALE REFERITOARE LA ECHIPAMENTELE TEHNOLOGICE

DIN CENTRALELE TERMICE ECHIPATE CU SISTEME DE AUTOMATIZARE ELECTROMECANICE, ANALOGICE I DIGITALE

Prescripie tehnic PT C11-2010 SISTEME DE AUTOMATIZARE AFERENTE CENTRALELOR TERMICE I INSTALAII DE ARDERE AFERENTE CAZANELOR* stabilete condiiile i cerinele tehnice pentru monta-re, punere n funciune, reparare, utilizare i ntreinere pentru sistemele de automatizare care echi-peaz cazanele i instalaiile termomecanice anexe din centrala termic, precum i pentru instalaiile de ardere aferente acestor cazane.

Prevederile prescripiei tehnice PT C11-2010 se aplic doar n msura n care nu exist alte dispoziii specifice (cu acelai obiectiv) n legislaia comunitar de armonizare.

Prevederile prescripiei tehnice PT C11-2010 se aplic: a. sistemelor de ardere i de automatizare pentru:

1. cazane de abur i cazane de ap fierbinte; 2. cazane de ap cald cu puterea P > 400kW i cazane de abur de joas presiune cu debitul

Q > 0,6 t/h.

b. instalaiilor de automatizare aferente centralelor termice i instalaiilor termomecanice anexe a cazanelor.

Prevederile prescripiei tehnice PT C11-2010 se aplic: a. sistemelor de automatizare noi care integreaz sistemele individuale ale cazanelor i ale insta-

laiilor termomecanice anexe din centralele termice atunci cnd nu sunt furnizate de produc-torul cazanelor li/sau echipamentelor;

b. modernizrii sistemelor de ardere i de automatizare ale cazanelor i instalaiilor anexe din cen-tralele termice aflate n exploatare;

c. automatizrii centralelor termice i cazanelor aflate n exploatare i care nu sunt echipate cu sisteme de automatizare.

Sistemele de automatizare noi se monteaz, se pun n funciune, se repar, se ntrein i se exploatea-z n conformitate cu prevederile prescripiei tehnice PT C11-2010.

Sistemele de automatizare construite i puse n funciune anterior intrrii n vigoare a prescripiei teh-nice PT C11-2010 se repar, ntrein i exploateaz n conformitate cu prevederile prescripiei tehnice PT C11-2010.

Prevederile prescripiei tehnice PT C11-2010 nu se aplic la: a. sistemele de automatizare individuale aferente cazanelor de ap cald alimentate cu combusti-

bili gazoi i lichizi cu puteri P 400 kW, prevzute de prescripia tehnic aplicabil; b. sistemele de automatizare ale instalaiilor i echipamentelor tehnologice din domeniul nuclear; c. sistemele de automatizare aferente cazanelor i instalaiilor termomecanice anexe, aflate pe

nave, platforme marine mobile sau fixe.

* Anexa nr. 3 la Ordinul MECMA nr 1007/2010, publicat n Monitorul Oficial al Romniei, Anul 178 (XXII). partea I. nr. 513 bis din 23 iulie 2010, p. 57111



accident - evenimentul fortuit, care ntrerupe funcionarea normal a unei/unui instalaii/echipa-ment, provocnd avarii i/sau afectnd viaa sau sntatea oamenilor ori mediul; aer de ardere - aerul introdus n focar cu scopul de a participa la procesul de ardere; al doilea timp de siguran - n situaia n care exist un prim timp de siguran sau un ventil pilot/ventil de pornire, al doilea timp de siguran este timpul cuprins ntre cuplarea ventilelor principale i decuplarea acestora, cnd instalaia de supraveghere a flcrii nu stabilete prezena flcrii; aparat de panou - dispozitiv sau subansamblu, unitar constructiv i funcional, montat n panourile de automatizare locale sau din camera de comand, care ndeplinete funcia de prelucrare a semna-lelor informaionale din sistem. Aparatele de panou pe care se vizualizeaz semnalul sunt denumite indicatoare i nregistratoare de panou; aparat local - dispozitiv sau subansamblu, unitar constructiv i funcional, montat direct pe un cir-cuit tehnologic, care ndeplinete funcia de msurare a unui parametru din proces i emite un semnal informaional echivalent cu valoarea parametrului msurat (de exemplu: traductor, manometru, ter-mometru, detector, analizor i altele asemenea); aparatur - ansamblu de aparate locale i de panou din componena unui sistem de automatizare care asigur supravegherea, comanda i controlul echipamentului tehnologic; arztor automat - arztor dotat cu instalaie de automatizare care asigur i controleaz automat procesele de pornire, reglare i oprire; arztor centrifugal - arztor cu pulverizarea prin fluid auxiliar (aer) la care combustibilul nainte de amestecul cu aerul de pulverizare este dispersat prin centrifugare ntr-o pelicul fin, prin interme-diul unei cupe rotative;

arztor cu aer aspirat - arztor la care aerul de ardere este introdus prin efectul unei depresiuni realizate prin mijloace proprii arztorului (de exemplu: energia cinetic a combustibilului gazos); arztor cu aer insuflat - arztor la care aerul de ardere este introdus de un dispozitiv mecanic (ventilator) propriu;

arztor cu fluid auxiliar - arztor la care pulverizarea combustibilului se realizeaz prin impactul cu un alt fluid (aer, abur i altele asemenea) cu vitez mare de curgere; arztor cu pulverizare mecanic - arztor la care pulverizarea combustibilului sub presiune are loc printr-un dispozitiv mecanic de dispersie denumit diuz; arztor manual - arztor la care procesele de pornire, reglare i oprire nu se pot asigura dect prin intervenie manual; autocontrol - modalitate de control permanent al componentelor unui aparat dintr-o bucl de pro-tecie, efectuat prin mijloace proprii ale acelui aparat, care asigur detectarea defectrii componente-lor vitale i emiterea unui semnal de avarie echivalent cu semnalul de avarie emis de aparat atunci cnd parametrul din proces supravegheat atinge valoarea critic; autoritate competent - orice organism sau autoritate dintr-un stat membru cu rol de control ori de reglementare n ceea ce privete activitile de servicii, n special autoritile administrative, pre-cum i ordinele profesionale i asociaiile profesionale sau alte organisme profesionale care, n exerci-tarea competenei de autoreglementare, creeaz cadrul legal pentru accesul la activitile de servicii ori exercitarea acestora;

autorizare - activitatea de evaluare i atestare, efectuat de ISCIR, a competenei i capabilitii unei persoane fizice sau juridice de a desfura o activitate specific; autorizare a funcionrii - acordul emis de ISCIR pentru deintorii/utilizatorii de instalaii/echi-pamente, dup caz, stabilit prin prescripii tehnice, n scopul atestrii faptului c o/un instalaie/echi-pament ndeplinete toate condiiile i cerinele pentru a fi pus/pus repus/repus n funciune i utili-zat/utilizat n condiii de siguran; autorizaie - document emis de ISCIR prin care se acord persoanelor fizice sau juridice dreptul de a desfura activiti reglementate de prescripii tehnice; avarie - eveniment care produce o deteriorare a echipamentului sau a circuitelor tehnologice afe-rente i pericliteaz funcionarea acestuia/acestora n condiii de siguran; bucl de protecie - parte a sistemului de automatizare format dintr-un ansamblu de elemente compatibile grupate funcional care asigur supravegherea permanent a evoluiei unui parametru din proces i determin declanarea echipamentului tehnologic n cazul n care parametrul supra-vegheat atinge valoarea critic. Buclele de protecie poart denumirea parametrului supravegheat i sunt independente de buclele de reglare asociate aceluiai parametru. Termen echivalent: circuit/ca-nal de protecie; bucl de reglare - parte a sistemului de automatizare care cuprinde elemente compatibile grupate funcional prin intermediul creia se realizeaz o funcie de reglare automat n limitele unuia sau mai multor circuite tehnologice ale echipamentului tehnologic. Buclele de reglare automat poart denu-mirea parametrului pe care l regleaz;



cerin - orice obligaie, interdicie, condiie sau limitare impus prestatorilor ori beneficiarilor de servicii, care este prevzut n actele cu caracter normativ sau administrativ ale autoritilor compe-tente ori care rezult din jurispruden, practici administrative, norme ale ordinelor profesionale sau norme colective ale asociaiilor profesionale ori ale altor organizaii profesionale, adoptate n exercita-rea competenei lor de autoreglementare; clauzele contractelor colective de munc negociate de par-tenerii sociali nu sunt, n sine, considerate cerine; circuit de msurare - ansamblu de componente ale sistemului de automatizare i legturile dintre acestea care au scopul sesizrii permanente, transformrii n semnale informaionale, transmiterii i afirii valorilor unui parametru din proces la un panou de automatizare local sau din camera de co-mand; circuit de semnalizare - ansamblu de componente ale sistemului de automatizare care au scopul de a avertiza personalul de deservire prin mijloace optice i/sau acustice despre starea unor compo-nente ale sistemului sau despre atingerea unor praguri supravegheate ale valorilor parametrilor pro-

cesului;

coeficient de exces de aer () - raportul dintre cantitatea total de aer introdus n focar i aerul teoretic de ardere;

component vital a unui aparat - element/pies component a aparatului care prin defectare poate determina emiterea unui semnal fals de confirmare a normalitii parametrului supravegheat; controler - dispozitiv/circuit complex i logica aferent pentru acionarea automat a unor ele-mente de execuie din sistemul de automatizare; coninut de CO2, O2 sau de CO din gazele de ardere - raportul dintre volumul de CO2, O2 sau de CO i volumul total al gazelor de ardere; debit de combustibil - cantitatea de combustibil ce trece prin arztor timp de o or, exprimat n kg/h sau m3N/h;

debit nominal/minim de combustibil - debitul de combustibil corespunztor puterii termice no-minale/minime;

declanare (oprire) normal - ansamblu de operaii automate care opresc din funciune echipa-mentul tehnologic supravegheat i l conduc spre o stare sigur a tuturor circuitelor sale, repornirea putndu-se face automat;

declanare (oprire) prin protecie - declanarea total a echipamentului tehnologic comandat automat de un circuit de protecie sau manual de ctre personal de deservire n caz de pericol, care dup ndeprtarea cauzei care a determinat-o necesit pentru repornire intervenia manual a perso-nalului de deservire;

deintor - persoana fizic sau juridic ce deine cu orice titlu o instalaie/echipament n exploa-tare;

documentaie tehnic - totalitatea documentelor i instruciunilor elaborate, conform prevederilor prescripiilor tehnice, de ctre productor pentru construirea, montarea, instalarea, punerea n func-iune, realizarea reviziilor, reparaiilor i/sau pentru ntreinerea instalaiilor/echipamentelor sau, res-pectiv, totalitatea documentelor ntocmite de ctre persoanele fizice ori juridice autorizate pentru efectuarea acestor activiti n vederea realizrii sarcinilor specifice ce le revin; documentaia tehnic include, dup caz, descrierea general a instalaiei/echipamentului, proiectele de execuie, procesul de fabricaie, schemele i circuitele pentru componentele instalaiilor/echipamentelor, descrieri i ex-plicaii necesare pentru nelegerea acestor desene i scheme, rezultatele calculelor de proiectare, ra-poartele ncercrilor i examinrilor i altele asemenea; echipament tehnologic - ansamblu termomecanic de agregate i utilaje, unitar constructiv i funcional, din centralele termice, n limitele cruia se desfoar procesele de stocare, producere sau transformare ale apei, aburului, combustibilului, aerului i ale gazelor de ardere i care poate fi con-dus i supravegheat n funcionare de un sistem de automatizare (de exemplu: cazane de abur, caza-ne de ap cald, cazane de ap fierbinte, degazoare, supranclzitoare independente, economizoare independente, staii de tratare i condiionare a apei, rezervoare, filtre de gaze de ardere i altele asemenea);

element de execuie - component a sistemului de automatizare aferent unei bucle de reglare a unui circuit de comand sau a unui circuit de protecie, creia i se aplic la intrare un semnal de co-mand i acioneaz asupra procesului tehnologic n scopul modificrii parametrului reglat sau n sco-pul prentmpinrii unei avarii. Termen echivalent: organ de execuie; exces de aer - cantitatea de aer aflat n gazele de ardere provenite din arderea unui kg sau a unui m3N de combustibil;

flacra aprinztorului - flacra dezvoltat de echipamentul de aprindere; flacr principal - flacra dezvoltat de arztor; focar cu depresiune - focar n care presiunea absolut este mai mic dect cea a mediului am-biant;



focar cu suprapresiune - focar n care presiunea absolut este superioar presiunii mediului am-biant cu 100 mbar (1.000 mm coloan de ap); funcie de protecie - sarcina ndeplinit de o bucl de protecie. Termen sinonim: protecie; gaze de ardere - produsele n stare gazoas rezultate din arderea combustibilului n prezena ae-rului;

indice de fum al gazelor de ardere - numrul (msurat pe scala Bacharach) care permite evalu-area coninutului de funingine din gazele de ardere; instalare - activitatea de fixare/amplasare a unei instalaii la locul utilizrii i/sau de conectare a acesteia la alte instalaii sau echipamente n vederea asigurrii condiiilor de funcionare; instalaie de ardere aferent cazanului - instalaia destinat transportului combustibilului n li-mitele cazanului i introducerii combustibilului i aerului sau al amestecului combustibil-aer n focar n scopul producerii i ntreinerii procesului de ardere; instrumentaie - termen care definete, n ansamblu, totalitatea aparatelor locale, de panou, or-ganele de execuie i legturile funcionale dintre acestea n cadrul sistemului de automatizare, atunci cnd acesta este prezentat n planurile de ansamblu ale unui proiect de automatizare (schemele pro-

ceselor tehnologice automatizate);

introducerea pe pia - aciunea de a face disponibil/disponibil, pentru prima dat, contra cost sau gratuit, o/un instalaie/echipament n vederea distribuirii i/sau utilizrii; ncrcarea termic a focarului - sarcina termic a focarului raportat la volumul focarului (kW/m3);

ntreinere - totalitatea operaiunilor prin care se asigur meninerea instalaiei/echipamentului n parametrii de funcionare n condiii de siguran; montare - activitatea de mbinare a componentelor unei/unui instalaii/echipament, conform docu-mentaiei tehnice, n vederea funcionrii acesteia/acestuia; mrimea reglat a unei bucle - mrime (parametru tehnologic) de ieire a procesului n cadrul cruia acioneaz bucla; modernizare - ansamblu de activiti de modificare i/sau de extindere a funciilor unui/unei sis-tem de automatizare/instalaii de ardere n scopul mririi gradului de eficien i de siguran n func-ionare, realizate prin nlocuirea i/sau adugarea de noi elemente n sistem/instalaie, conform unui proiect avizat;

operarea sistemelor de automatizare (exploatarea sistemelor de automatizare) ansam-blu de aciuni (recepionarea informaiilor i darea comenzilor) efectuate de ctre personalul de de-servire al echipamentului tehnologic prin intermediul terminalelor sistemului de automatizare (afiaje, display-uri, casete de semnalizare, butoane, tastaturi i manete de comand). Aceast operaie se efectueaz de ctre fochist; operator responsabil cu supravegherea tehnic a instalaiilor - persoan fizic autorizat de ISCIR pentru supravegherea tehnic a instalaiilor care se supun prevederilor prescripiilor tehnice; organ de dozare - organ de modificare a seciuni de trecere, dispus pe circuitele de combustibil, aer de ardere sau fluid auxiliar;

organ de nchidere - organ de dozare care servete la nchiderea i deschiderea seciunii de tre-cere i care, n unele cazuri, are i rol de justare; organ de justare - organ de dozare fixat definitiv la prima punere n funciune a arztorului; organ de reglare - organ de dozare care servete la modificarea debitului de trecere n timpul funcionrii arztorului; persoan juridic - orice entitate constituit potrivit legii naionale precum i cele constituite n te-meiul dreptului altui stat membru sau reglementat de acesta, indiferent dac acestea sunt conside-rate sau nu ca avnd personalitate juridic;

personal tehnic de specialitate - persoan angajat a persoanei juridice i desemnat prin decizie intern, atestat de ctre ISCIR i nominalizat n autorizaia eliberat de ctre ISCIR. prescripie tehnic - norma tehnic elaborat de ISCIR i aprobat prin ordin al ministrului de re-sort, publicat n Monitorul Oficial al Romniei, Partea I, care conine, pentru domenii clar definite, con-diii i cerine tehnice referitoare la instalaii/echipamente i la activiti specifice domeniului de acti-vitate, prevzute n Legea 64/2008, ce se realizeaz n legtur cu acestea, n vederea introducerii pe pia, punerii n funciune i utilizrii instalaiilor/echipamentelor respective n condiii de siguran n funcionare; presiunea de alimentare cu combustibil - presiunea combustibilului la intrarea n circuitul de combustibil aferent arztorului; presiunea nominal de admisie a aerului de ardere - presiunea maxim a aerului de ardere naintea primului organ de dozare;



presiunea nominal din focar (pfn) - presiunea maxim din focar la care arztorul asigur un proces de ardere corespunztor desfurat n condiii de siguran. Pentru focare cu depresiune se consider pfn = 0; primul timp de siguran - durata de timp ntre cuplarea ventilului pilot de gaze/ventilului de gaz de pornire, respectiv a ventilului principal de gaze, i decuplarea ventilului pilot de gaze/ventilului de gaz de pornire, respectiv a/ale ventilului/ventilelor principal/principale cnd instalaia de supraveghe-re a flcrii nu stabilete prezena flcrii. Dac un automat de focar nu are un al doilea timp de sigu-ran, primul timp de siguran este denumit numai timp de siguran; proces - ansamblu de transformri care au loc ntr-un cazan sau n alt echipament tehnologic din centrala termic, caracterizat prin una sau mai multe mrimi msurate, pentru care se realizeaz o automatizare;

productor - persoan fizic/juridic responsabil pentru proiectarea i realizarea unui produs n scopul introducerii pe pia, n numele su. Responsabilitile productorului se aplic oricrei persoa-ne fizice/juridice care asambleaz, ambaleaz sau eticheteaz produse n vederea introducerii pe pia- sub nume propriu; programator - aparat cu ajutorul cruia se realizeaz comenzile secveniale necesare pornirii, funcionrii i opririi arztorului; program de aprindere - perioada n care se pregtete i se efectueaz aprinderea flcrii princi-pale. Programul ncepe dup preventilare i se sfrete odat cu terminarea timpului de siguran la aprinderea flcrii principale; program de verificare a funciilor instalaiei de ardere/sistemului de automatizare an-samblu de ncercri, specificate ntr-o procedur elaborat de productor sau de ctre proiectantul instalaiei de ardere/sistemului de automatizare, care se efectueaz la punerea n funciune i cu oca-zia verificrilor periodice n scopul evalurii capacitii de funcionare n condiii de siguran a instala-iei de ardere/sistemului de automatizare i a echipamentului tehnologic supravegheat; protecie - funcie a sistemului de automatizare care se exercit n situaie de preavarie sau de avarie;

protecie arztor - oprirea automat a alimentrii cu combustibil n cazul apariiei unor situaii pe-riculoase la arztor sau la aparatul deservit de acesta; punere n funciune - aciunea care are loc n momentul primei utilizri a unei/unui instalaii/echi-pament;

putere termic (Pt) - cantitatea de cldur produs de arztor n unitatea de timp, exprimat n kW;

putere termic minim (Ptmin) - cea mai mic putere termic a arztorului la care se asigur un proces de ardere corespunztor desfurat n condiii de siguran; putere termic nominal (Ptn) - puterea termic maxim a arztorului care asigur un proces de ardere corespunztor desfurat n condiii de siguran; regim de funcionare - starea n care se gsete arztorul dup apariia flcrii principale i scur-gerea timpului de siguran la aprindere i pn la dispariia flcrii; regim de verificare tehnic i autorizare - totalitatea condiiilor, cerinelor, examinrilor, ncer-crilor i evalurilor la care se supune, cu caracter obligatoriu, o/un instalaie/echipament pe parcur-sul proiectrii, realizrii i utilizrii, precum i deciziile luate n legtur cu aceasta n scopul de a se asigura funcionarea n condiii de siguran; regim stabilizat - situaie n care se gsete un proces atunci cnd mrimile de perturbaie rmn constante i regimul tranzitoriu a ncetat; regim tranzitoriu - situaie n care se gsete un proces atunci cnd ntr-un interval de timp de observaie mrimea de ieire manifest modificri n raport cu valoarea sau variaia prestabilit a acesteia;

registru - orice eviden sau baz de date administrat de o autoritate competent, n format electronic ori pe hrtie, cuprinznd informaii cu privire la prestatorii de servicii n general sau presta-torii de servicii autorizai ntr-un domeniu specific; reglare - refacerea strii unui sistem tehnic ale crui mrimi s-au modificat fa de condiiile iniiale sau realizarea valorilor mrimilor unui sistem tehnic care trebuie s rmn constante n timpul funcionrii sistemului; reglare arztor - modificarea puterii termice a arztorului n funcie de necesitile aparatului de-servit de acesta i n condiiile meninerii unei arderi corespunztoare; reglare continu - reglarea fr discontinuiti a puterii termice; reglare n trepte - reglarea discontinu a puterii termice; reglare modular - mod de reglare n care modificarea puterii termice se face prin intermediul unor aparate i/sau dispozitive comandate de un organ detector (traductor) al variaiei unui para-metru;



regulator - aparat sau ansamblu de aparate care coordoneaz automat efectuarea unui proces de reglare. n cazul n care toate elementele specifice din componena unei bucle de reglare sunt reunite ntr-un singur dispozitiv complex, acesta este denumit regulator direct (de exemplu: supape de sigu-

ran, regulatoare mecanice de combustibili fluizi, regulatoare de nivel cu plutitor i altele asemenea); reparare - ansamblu de lucrri i operaii ce se efectueaz prin nlturarea neconformitilor constatate la o/un instalaie/echipament, n scopul aducerii acesteia/acestuia la parametrii iniiali sau la ali parametri care asigur funcionarea n condiii de siguran a acesteia/acestuia; repunere n funciune - aciunea ce are loc n momentul primei utilizri a unei/unui instalaii/echi-pament ulterior reparrii, efecturii unei revizii i/sau efecturii unei intervenii de ntreinere a aces-teia/acestuia, dup caz; revizie - activitate, de regul planificat, ce const n ansamblul operaiilor ce se efectueaz asupra unei/unui instalaii/echipament n scopul reglrii pieselor i a aparatelor nglobate n aceasta/acesta; sarcina termic a focarului - cantitatea de cldur produs n focar corespunztoare fluxului ma-sic al combustibilului introdus n focar nmulit cu puterea calorific; seciunea de ardere - suprafaa prin care combustibilul sau amestecul combustibil-aer iese din ar-ztor i n planul creia are loc aprinderea; semnal de protecie - semnal dat de unul dintre traductoarele unui sistem de protecie care de-termin declanarea prin protecie a echipamentului tehnologic; semnal LIPS FLACR - semnal de protecie caracteristic cazanelor cu instalaii de ardere proprii i care este emis de supraveghetorul de flacr n cazul dispariiei flcrii la arztorul supra-vegheat n cazul ntreruperii tensiunii de alimentare sau a defectrii supraveghetorului; semnalizare de avarie - semnalizare a situaiei de avarie; semnalizare preventiv - semnalizare a situaiilor n care parametrii supravegheai depesc limi-tele domeniilor de funcionare normal; semnalizare selectiv - caracteristic a sistemelor de semnalizare care permite identificarea cau-zei care a provocat activarea unui terminal de semnalizare colectiv; service - ansamblu de activiti de specialitate pentru corectarea anomaliilor de funcionare a com-ponentelor sistemului. Atunci cnd se efectueaz preventiv este service de ntreinere, iar atunci cnd se efectueaz ca urmare a apariiei unor deteriorri i defecte ale componentelor care au determinat scoaterea total din funciune a sistemului, activitatea este de tipul service de reparare. Lucrrile se efectueaz la faa locului sau n laboratoare/ateliere specializate, n conformitate cu manualele de ser-vice ale productorilor componentelor; sistem - structur ierarhizat care cuprinde aparate, organe de execuie, legturile fizice dintre acestea i logica aferent pentru realizarea unei anumite funcii. n raport cu funcia ndeplinit, siste-mul poate fi de protecie, de comand, de semnalizare, de reglare i altele asemenea. Fiecare sistem, n structura sa ierarhizat, include alte sisteme care sunt denumite circuite/canale sau bucle. Toate sistemele formeaz sistemul de automatizare al echipamentului i din acest punct de vedere pot fi denumite subsisteme. sistem de automatizare - ansamblul de elemente (aparate, mecanisme, dispozitive, organe de execuie, inclusiv legturile dintre acestea) care echipeaz cazanele i instalaiile termomecanice anexe din centralele termice n scopul realizrii automate sau semiautomate a unor funciuni de reg-lare, protecie, comand, msurare i semnalizare n cadrul proceselor care se desfoar n centra-lele termice n limitele circuitelor tehnologice de ap, abur, aer, combustibil i gaze de ardere; situaie de avarie - situaie n care unul sau mai multe elemente ale echipamentului tehnologic a/ au fost avariat/avariate sau este/sunt n pericol de a fi avariat/avariate;

supraveghere i deservire a sistemului de automatizare - ansamblu de aciuni i lucrri de n-treinere curent i verificri periodice pentru meninerea componentelor n stare bun de funcio-nare;

supraveghetor de flacr - aparat care sesizeaz starea de existen a flcrii unui arztor i ca-re n cazul dispariiei flcrii emite semnalul LIPS FLACR; timp de postventilare - timpul de ventilare prevzut dup ntreruperea funcionrii arztorului; timp de preventilare - intervalul de timp revzut naintea programului de aprindere n care o anu-mit cantitate de aer este trecut prin circuitul de gaze de ardere al cazanului sau al aparatului de-servit de arztor n scopul evacurii eventualelor amestecuri explozibile acumulate n acest circuit; timp de rspuns la dispariia flcrii - intervalul de timp ntre dispariia flcrii i emiterea sem-nalului LIPS FLACR; timp de siguran - timpul de siguran care ncepe cu deschiderea accesului combustibilului spre focar n cadrul programului de aprindere i pn la prima percepie a flcrii de ctre supraveghetorul de flacr; timpul total de nchidere - durata de timp ncepnd cu semnalul de stingere a flcrii i pn la nchiderea ventilelor de nchidere a gazului la arztorul principal;



verificare tehnic - totalitatea examinrilor i/sau ncercrilor ce se realizeaz, n baza documen-taiei tehnice aplicabile unei/unui instalaii/echipament i prevederilor prescripiilor tehnice, n scopul evalurii msurii n care instalaia/echipamentul satisface cerinele de funcionare n condiii de sigu-ran; verificare tehnic periodic - activitate desfurat la intervale prestabilite care cuprinde ansam-blul de operaii i ncercri specifice menite s constate starea de funcionare a sistemului. Verificarea tehnic periodic a funcionrii corecte a componentelor individuale din sistemele de protecie, n tim-pul exploatrii echipamentelor, se poate face manual sau automat; volum de schimb - volumul circuitului de gaze de ardere al aparatului deservit de arztor (focarul i canalele de gaze de ardere); utilizator - persoana fizic sau juridic ce are n folosin o/un instalaie/echipament.

n coninutul prescripiei tehnice PT C11-2010 sunt folosite urmtoarele abrevieri: ASI - automatist pentru supraveghere i ntreinere; ISCIR - Inspecia de Stat pentru Controlul Cazanelor, Recipientelor sub Presiune i Instalaiilor de Ridicat;

RADTA - personal tehnic de specialitate, responsabil cu avizarea documentaiei tehnice de automa-tizare;

RSL - personal tehnic de specialitate, responsabil cu supravegherea lucrrilor; RSVTI - operator responsabil cu supravegherea tehnic a instalaiilor; RTS - personal tehnic de specialitate, responsabil tehnic cu sudura.


Curs ASI Cod COR 313111 CAPITOLUL II NOIUNI GENERALE

CAPITOLUL II

UNITI DE MSUR NOIUNI DE CLDUR ABURUL I PROPRIETILE SALE NOIUNI DE TEORIA ARDERII

II.1. NOIUNI DE BAZ

CORP prin corp nelegem tot ce ocup un loc n spaiu. Exemplu: apa i aerul sunt dou corpuri di-

ferite. Cazanul cnd este gol, el este de fapt plin cu aer.

TRANSFORMRILE FIZICE sunt transformri prin care se poate schimba forma corpurilor sau starea lor de

agregare, dar nu i compoziia.

TRANSFORMRILE CHIMICE sunt transformrile care schimb compoziia chimic a unei substane.

PRINCIPIUL CONSERVRII MATERIEI arat c n toate transformrile fizice i chimice materia nu se pierde,

ci numai se transform, cantitatea de materie rmne constant.

MASA CORPURILOR. Definim masa unui corp drept cantitatea de materie din acel corp. Unitatea de m-

sur pentru mas este kilogramul, avnd simbolul kg.

FORA (F) se definete ca fiind cauza care schimb starea de repaus sau de micare a corpurilor. Se

msoar n kilograme for, avnd simbolul kgf. 1 kgf este fora care aplicat unui corp cu masa de 1 kg, i imprim acestuia o acceleraie de 9,8 m/sec2.

LUCRUL MECANIC (L) este produsul dintre fora (F) n kgf i lungimea (l) n metri cu care corpul este

deplasat de fora F n direcia ei. Se msoar n kgfm. L = F x l (kgfm)

ENERGIA (E) este capacitatea pe care o are un corp de a produce lucru mecanic i se exprim ca i

acesta n kgfm sau Jouli (J).

PUTEREA (P) este lucrul mecanic efectuat n unitatea de timp.

P = L/t = E/t (kgfm/sec)

Se msoar n SI n watt (W). 1W = 1 J/s.

Echivalena ntre diverse uniti de energie i putere este prezentat n tabelul de mai jos.

cal kcal J kJ kWh MWh kgfm

cal 1 103 4,186 4.186 10-3 1,163 10-6 1,163 10-9 0,427

kcal 103 1 4,186 103 4,186 1,163 10-3 1,163 10-6 427

J 0,2388 2,388 10-4 1 10-3 2,78 10-7 2,78 10-10 0,102

kJ 238,8 0,2388 103 1 2,78 10-4 2,78 10-7 102

kWh 8,6 105 860 3,6 106 3600 1 10-3 3,67 105

MWh 8,6 108 8,6 104 3,6 109 3,6 106 103 1 3,67 108

kgfm 2,342 2,342 10-3 9,8 9,8 10-3 2,2724 10-6 2,2724 10-9 1



II.2. NOIUNI DE CLDUR Dup cum se tie, combustibilii prin ardere produc cldur. Dac arderea unui combustibil are loc sub un vas metalic deschis, care conine ap, gazele provenite din ardere transmit vasului cldura pe care o conin, producnd nclzirea apei. Apa nclzindu-se, temperatura ei crete i cnd ajunge la cca. 100 C (grade centigrade), ncepe s fiarb. Pin fierbere apa se transform n abur, care se rspn-dete n aer, avnd acela presiune cu acesta, adic presiunea atmosferic.

Fig. 1.1. PRODUCEREA ABURULUI PRIN NCLZIREA APEI NTR-UN VAS DESCHIS

1 grtar 2 combustibil 3 focar 4 vasul

Dac n locul vasului deschis folosim nclzirea apei ntr-un vas nchis, aburul care se formeaz nu mai poate prsi vasul, se adun n spaiul de deasupra apei i ncepe s apese pe pereii vasului. Pre-siunea cu care apas aburul asupra pereilor vasului va fi mai mare dect presiunea atmosferic, i ea crete mereu pe msur ce nclzim vasul.

FIG. 1.2. PRODUCEREA ABURULUI NTR-UN VAS NCHIS, LA O PRESIUNE MAI MARE DECT PRESIUNEA AERULUI EXTERIOR

n descrierea acestui proces de nclzire a apei i de producere a aburului am folosit cteva noiuni al cror neles l vom explica n cele ce urmeaz.

COMBUSTIBILUL este o substan, nu corp, obinut din natur sau prin prelucrare, care arde producnd

cldur.

TEMPERATURA indic nivelul de nclzire a unui corp. Un corp este mai cald sau mai puin cald, respec-

tiv are o temperatur mai ridicat sau mai cobort, dup cantitatea de cldur nmagazinat. Tem-peratura se msoar n grade centigrade (CELSIUS) C cu aparate numite termometre.

PRESIUNEA reprezint fora care se exercit perpendicular pe suprafaa unui corp. Datorit forei de

atracie a pmntului, aerul nconjurtor, ca orice alt corp, apas pe suprafaa acestuia. Apsarea atunci cnd se datorete aerului atmosferic se numete presiune atmosferic.

n tehnic ca uniti de msur a presiunii se folosesc: atmosfera tehnic reprezint presiunea ce rezult prin apsarea unei fore de un kilogram (kgf) pe o suprafa de un centimetru ptrat (cm2) 1 at = 1 kgf/cm2 pascalul reprezint presiunea ce rezult prin apsarea unei fore de un newton (N) pe o suprafa de un metru ptrat (m2) 1 Pa = 1 N/m2 barul este un multiplu al pascalului, i anume: 1 bar = 100 000 Pa = 105 N/m2 ntre aceste uniti de msur exist urmtoarea echivalen: 1 at = 1 kgf/cm2 = 98 100 Pa = 0,981 bar



De obicei se folosete aproximaia: 1 at ~ 1 bar

Presiunea atmosferic la nivelul mrii se poate exprima i prin apsarea unei coloane de mercur, a crei nlime vertical AB este de 760 mm.

FIG. 1.3. MSURAREA PRESIUNII ATMOSFERICE

Dac n loc de mercur am folosi ap, aceasta fiind mai uoar, pentru a exercita o presiune egal cu cea atmosferic, am avea nevoie de o coloan mai nalt, tubul din figur ar fi mai lung, iar presiunea la nivelul mrii ar fi egalat de o coloan de ap AB de 10 333 mm. Presiunea atmosferic msurat n acest mod poate fi luat ca unitate de msur; ea se numete atmosfer fizic (Atm). Deci: 1 Atm = 760 mmHg = 10 333 H2O

ntre aceste uniti de msur i cele de mai sus exist urmtoarele relaii de echivalen: 1 at = 1 kgf/cm2 = 98 100 Pa = 0,981 bar = 104 mm H2O = 735,5 mmHg = 0,9678 Atm

Presiunea atmosferic se msoar cu barometrul.

n concluzie, sub aciunea cldurii produs prin arderea combustibililor apa fierbe ntr-un vas deschis la 100 C i la presiunea atmosferic, transformndu-se n abur. Aceast concluzie este valabil la ni-velul mrii, la deal sau la munte, nlimea coloanei de aer atmosferic scznd, scade i greutatea lui (deci presiunea este mai mic dact la nivelul mrii. Ca urmare apa va fierbe la o temperatur mai mic dect 100 C.

n vase nchise presiunea aburului este mai mare dect presiunea atmosferic. Manometrele arat cu ct presiunea din vasul nchis este mai mare dect presiunea atmosferic. Deci presiunea msurat de manometre este o suprapresiune fa de presiunea atmosferic. Se poate scrie c: presiunea manometric + presiunea atmosferic = presiunea absolut.

Cu ct presiunea la care loc producerea aburului este mai mare, cu att temperatura de fierbere a

apei este mai ridicat.

CLDURA este o form de energie denumit uneori i energie termic sau energie caloric, rezultat

prin ardere, din energia chimic coninut n combustibili. Cu ajutorul cldurii apa din rezervor se transform n abur sau n ap fierbinte, iar apoi, dup necesitate, n alte forme de energie: electric, mecanic, de nclzire .a. Pentru msurarea cantitii de cldur se folosete unitatea din sistemul internaional j (jouli)sau un multiplu al su kj (kilojouli).

1 kj = 1000 j

Pe lng aceast unitate de msur, se folosete frecvent o alt unitate tolerat caloria (cal),sau multiplul ei kilocaloria (kcal).

1 kcal = 1000 cal

Caloria reprezint cantitatea de cldur necesar unui gram de ap pur, pentru a-i ridica tempera-tura cu un grad, printr-o nclzire la presiunea constant de o atmosfer.

ntre calorie i jouli exist relaia de echivalen: 1 cal = 4,1855 j

1 kcal = 4185,5 j = 4,1855 kj

TEMPERATURA este mrimea fizic, msurabil care caracterizeaz starea (nivelul) de nclzire al unui

corp. Starea de nclzire poate fi apreciat i cu ajutorul simurilor noastre, aceasta fiind ns o apre-

760 mm Hg 10333 mm H2O



ciere relativ, prin faptul c n timp ce o persoan se pronun asupra unei sobe nclzite c este prea fierbinte, alta poate spune c este potrivit de fierbinte aa nct nu putem avea o imagine clar asupra strii reale de nclzire a sobei. De aceea, pentru a putea determina precis starea de n-clzire a unui corp, s-a introdus o mrimefizic msurabil cu aparate speciale temperatura.

Temperatura o putem, defini deci ca mrimea fizic care caracterizeaz (stabilete) la un moment dat starea (nivelul) de nclzire a unui corp. Folosind aadar noiunea de temperatur, putem spune cu precizie c soba are o temperatur mai mare dect caloriferul, acesta are o temperatur mai mic de-ct apa din cada bii etc.

Pentru msurarea temperaturii se folosete aparatul numit termometrul, care conine un corp termo-metric ce poate fi un lichid (mercur, alcool, toluen etc. n cazul termometrelor cu lichid), un gaz (azot, hidrogen n cazul termometrelor cu gaz), un rezistor la termometrele cu rezisten etc. Corpul termometric se caracterizeaz printr-o mrire strns dependent de temperatur, numit mrire termometric (lungimea coloanei de lichid, volumul gazului la presiune constant sau valoarea rezistenei electrice).

Cnd se msoar temperatura unui corp, termometrul trebuie adus n contact termic cu acesta;dup stabilirea echilibrului termic, temperatura corpului termometric (lichidul, gazul, rezistorul) este egal cu temperatura corpului a crui temperatur dorim s o msurm, iar mrirea termometric (lungi-mea coloanei de lichid, volumul gazului, rezistena electric) are o valoare bine determinat. Proble-ma care se pune este de a stabili o coresponden ntre valoarea mrimii termometric i temperatu-ra termometrului, adic de a stabili o scar de msurat temperatura. Pentru aceasta se aduce ter-mometrul, pe rnd, n contact termic cu dou stri termice diferite i perfect determinate, crora li se asociaz n mod convenional valori bine precizate ale temperaturii, numite puncte de reper sau punc-te termometrice, delimitnd ntre ele un interval de temperatur.

Scara celsius sau scara centigrad (100 grade) are urmtoarele stri termice de echilibru ce delimi-teaz intervalul de temperatur:

starea de echilibru dintre apa pur i ghea, care se topete la presiunea atmosferic norma-l, temperatura acestei stri considerndu-se egal cu zero;

starea de fierbere a apei pure la presiunea atmosferic normal, temperatura acestei stri considerndu-se egal cu 100.

Pentru realizarea acestei stri la un termometru cu mercur, de exemplu, se introduce termometrul ntr-un vas cu amestec de ap i ghea, trasndu-se un reper la captul coloanei de mercur, alturi de care se scrie cifra zero. Se trece apoi termometrul ntr-un vas cu ap care fierbe, trasndu-se un reper la captul coloanei de mercur, n dreptul cruia scriem cifra 100. mprind intervalul de pe sca-ra termometrului cuprins ntre reperele 0 i 100 ntr-o sut de pri egale, se obine gradul celsius (C) denumit i grad centigrad. Deci, unitatea de msur n scara termometric celsius este gradul celsius (C) sau gradul centigrad.

n sistemul internaional (SI) se realizeaz o scar de temperatur, avnd originea la zero absolut, creia i corespunde n scara celsius o temperatur de 273,15 C numit scar absolut de tempe-ratur sau scara Kelvin; temperatura msurat n aceast scar se numete temperatur absolut. Un grad de pe scara absolut poart denumirea de Kelvin (avnd simbolul K).

De aici rezult c ntre temperatura absolut T i temperatura t msurat n scara celsius, exist relaiile:

T (K) = t (C) + 273,15

t (C) = T (K) 273,15 De exemplu, dac un corp are, n grade celsius 80 C, n grade absolute el va avea temperatura:80 C + 273,15 = 353,15 K, sau dac n grade absolute are 1705,15 K, n grade celsius va avea tempera-tura: 705,15 K 273,15 = 432 C.

CLDURA SPECIFIC. Cnd un corp primete sau cedeaz cldur, atunci temperatura sa se modific,

crescnd, respectiv micorndu-se. ntre cldura schimbat de un corp i variaia temperaturii sale, exist o dependen, determinat de natura corpului i de condiiile fizice n care are loc schimbul de cldur. Cu alte cuvinte, corpurile de natur fizic diferit, necesit cantiti de cldur diferite pentru a-i mri temperatura cu acelai numr de grade, se spune c aceste corpuri au clduri specifice dife-rite. Cldura specific a unui corp (notat cu litera C este deci cantitatea de cldur necesar pentru a crete sau micora temperatura unitii de msur (1 kg) din acel corp cu un grad. Unitatea de m-sur pentru cldura specific C n Sistemul Internaional este j/kgK, pe lng care se folosete frecvent i kcal/kg grad.



n urma determinrii cldurii specifice la un numr mare de substane n stare solid, lichid i gazoa-s s-a observat c pentru aceeai substan cldura specific este mai mare la starea lichid dect la starea solid. Pentru toate strile de agreare cldura specific crete cu temperatura.

Exemple de valori ale cldurilor specifice la temperatura de 20 C (293,15 K):

ap = 1,000 kcal/kg grad = 4,185 kj/kg K

oel = 0,114 kcal/kg grad = 0,477 kg/kg K

font = 0,129 kcal/kg grad = 0,540 kj/kg K

fier = 0,108 kcal/kg grad = 0,452 kj/kg K

lemn = 0,600 kcal/kg grad = 2,512 kj/kg K

n cursul diferitelor transformri, sistemele sau corpurile i transmit unul altuia sau mediului ambiant din energia lor, trecnd dintr-o stare cu o anumit energie, n alt stare, cu alt energie. Transmite-rea de energie se poate face att prin interaciuni termice, adic prin intermediul cldurii, ct i prin interaciuni mecanice, adic prin schimb de lucru mecanic.

Cldura este o form de transmisie a energiei prin interaciune termic (micare dezordonat a parti-culelor elementare) ntre dou corpuri ntre care exist un potenial termic (nivele de temperatur di-ferit). Menionm faptul c lucrul mecanic este modul de transmisie al energiei prin interaciune me-canic (micare ordonat), vizibil, a corpului sau a unei pri a corpului, de exemplu un piston.

Cantitatea de energie intern transmis fr efectuare de lucru mecanic se numete cantitate de cldur.

Corpurile nu conin cldur. Ele conin energie intern i pot transmite sau primi energie sub form de cldur, adic prin micare termic. Din acest motiv se folosesc denumirile de energie termic sau energie caloric. Cldura nu caracterizeaz starea unui sistem fizic; ea caracterizeaz numai schimbul de energie pe baza interaciunii termice, adic procesul de trecere a unui sistem fizic dintr-o stare cu o anumit energie intern, n alt stare cu alt energie intern, fr efectuare de lucru mecanic. Aadar, se poatespune c un sistem fizic posed energie intern, are temperatur, dar nu se poate spune c un sistem fizic conine temperatur.

Transferul de cldur ntre corpuri, ntre sistemele de corpuri sau n cadrul aceluiai corp are loc tot timpul ct corpurile respective sau diferitele pri ale corpului se afl la temperaturi diferite. Cnd un corp se nclzete spunem c primete cldur, iar cnd se rcete, pierde cldur. Astfel, o bar de oel nclzit n foc primete cldur. Dac o introducem, ntr-un vas cu ap rece, se va rci, iar apa din vas se va nclzi, primind cldura cedat de bara de oel.

Cantitatea de cldur primit (sau cedat) de un corp poate fi folosit pentru: ridicarea temperaturii corpului; trecerea corpului dintr-o stare de agregare n alta; efectuarea unui lucru mecanic de ctre corp.

Desigur pot aprea aceste efecte i concomitent. UNITATEA DE MSUR PENTRU CANTITATEA DE CLDUR. Cantitatea de cldur Q fiind o form de schimb

de energie are aceleai uniti de msur ca i energia.

[Q] = [E]

Unitatea de msur pentru cantitatea de cldur n sistemul internaional (SI) este jouli (j) sau un multiplu al acestuia kilojouli (kj). n unele domenii se mai utilizeaz nc pentru msurarea cantitii de cldur, o unitate tolerant numit caloria (cal).

Cantitatea de cldur primit sau cedat s-a constatat experimental c este direct proporional cu masa corpului (m), cu variaia de temperatur pe care o sufer (T) i depinde de natura substanei din care este alctuit corpul i de felul n care are loc transferul de cldur, adic de cldura specific a corpului respectiv:

Q = m c T

unde:

Q este cantitatea de cldur, n j; m masa substanei, n kg; T variaia de temperatur (diferena dintre temperatura final T2 i temperatura iniial T1), n k (kelvin) sau C;

c cldura specific, n j/kg grad.



Pe baza msurtorilor calorimetrice s-a stabilit o echivalent ntre cantitile de cldur cedate i cele absorbite. Astfel, dac se noteaz cu Qced cldura cedat de corpurile care se rcesc i cu Qabs cl-dura absorbit de corpurile care se nclzesc, ntre aceste dou cantiti de cldur exist relaia:

Qced = Qabs

Aceast relaie poart denumirea de ecuaie calorimetric.

De menionat c ecuaia calorimetric este adevrat numai n cazul n care corpurile sunt izolate ter-mic la exterior, adic transferul de cldur are loc numai de la un corp la altul, nu i n afara lor.

TRANSMITEREA CLDURII este procesul fizic prin care cldura trece de la un corp cu temperatur mai ri-

dicat la un corp cu temperatur mai sczut sau de la o parte a corpului la alta, datorit unei dife-rene de temperatur. Schimbul de cldur dintre corpuri este un fenomen general i are un rol de-terminant ntr-un numr foarte mare de procese legate de instalaiile de nclzire. Astfel, nclzirea apei ntr-un cazan are loc datorit trecerii cldurii de la gazele de ardere cu temperatur mai nalt la apa mai rece care circul prin evile cazanului, nclzirea unei camere are loc tot datorit trecerii de la agentul termic din corpul de nclzire, la aerul din camer. Dac se aeaz pe o plac de font, o bu-cat de metal nclzit la o anumit temperatur, se constat c placa se nclzete, iar bucata de me-tal se rcete treptat. Trecerea cldurii de la bucata de metal nclzit la placa de font are loc pn n momentul cnd temperaturile acestora devin egale.

Sub aciunea unei diferene de temperatur are loc o circulaie a cldurii de la zonele cu temperaturi ridicate la zonele cu temperaturi sczute.

Fenomenul de transmitere a cldurii are un rol determinant n toate procesele tehnologice din indus-tria metalurgic, industria materialelor de construcii, industria sticlei i ceramicii etc.

Transmiterea cldurii este un fenomen complex. n natur este distinct transmiterea cldurii prin contact direct ntre corpuri sau ntre corpuri i fluide i transmiterea sub form de energie radiant, nelegat de contactul dintre corpuri.

Cldura se poate transmite prin urmtoarele trei forme de baz:

conducie;

radiaie;

convecie. TRANSMITEREA CLDURII PRIN CONDUCIE

Conducia termic este procesul de transmitere a cldurii dintr-o regiune cu temperatur mai sczut n interiorul unui mediu (solid, lichid, gazos) sau ntre medii diferite n contact fizice direct, ntre care

exist o diferen de temperatur. ntr-adevr, dac nclzim printr-un mijloc oarecare o poriune a unei bare metalice, se observ c dup un timp bara se nclzete n totalitate, dovad c s-a trans-mis cldura n toat masa sa.

Trecerea cldurii prin pereii evilor fierbtoare, evile economizorului sau ale supranclzitorului dintr-un cazan de abur are loc prin conducie; tot prin conducie trece cldura i prin pereii din zidrie sau izolaie ai cazanului. Nu toate corpurile las deopotriv cldura s se propage prin ele; mrimea care caracterizeaz din acest punct de vedere un corp, care permite mai uor sau mai greu transmiterea cldurii n masa sa prin conducie, cu alte cuvinte este bun sau ruconductor de cldur, este coeficientul de conductivitate termic, notat cu (lambda) msurat n kcal/m.h.grad.

n continuare se dau valorile coeficientului de conductivitate termic pentru principalele materiale ca-re se folosesc n construcia cazanelor sau cele care se formeaz pe parcursul exploatrii cu influen-e negative n funcionarea cazanului, cum sunt piatra depus n interiorul evilor din cazan, funingi-nea etc.

Se observ c metalele (oelul) sunt bune conductoare de cldur, fapt care justific execuia ele-mentelor de schimb de cldur din cazan, din aceste materiale. Pentru reducerea pierderilor de cldur din cazan sau din conductele care transport aburul sau apa fierbinte, focarele cazanelor, respectiv conductele exterioare, se mbrac (se izoleaz) n materiale ru conductoare de cldur (crmid refractar i crmid roie, vat de sticl, vat mineral etc.) numite materiale izolante.



Material Coeficientul

de conductivitate termic n kcal / m.h.grad

oel 50

font 25

cupru 340

crmid roie 1,600,85

crmid refractar 0,46

vat de sticl 0,035

aer 0,02

ap 0,5

funingine 0,030,06

piatr din cazan 13

Legat de transmiterea prin conducte, este necesar s menionm influena nefast pe care o au depu-nerile formate n exploatare pe exteriorul i n interiorul evilor din cazan adic funinginea i respectiv piatra (crusta) de cazan, datorate unei arderi necorespunztoare, respectiv tratrii necorespunztoare sau netratrii apei de alimentare a cazanelor, n msur s scad simitor valoarea coeficientului glo-bal de transmitere a cldurii i prin aceasta s diminueze randamentul cazanului.

TRANSMITEREA CLDURII PRIN RADIAIE

Orice corp nclzit deasupra temperaturii zero absolut (-273,15 C) radiaz n jurul lui o cantitate de energie care se propag n spaiul nconjurtor sub form de radiaii.

Radiaia este fenomenul de transmitere a cldurii de la un corp la altul sub form de energie radiant. Fiecare corp emite sau absoarbe radiaii. Studiind natura lor, fizica a demonstrat c radiaiile sunt de natur electromagnetic, c ele se propag n spaii sub form de unde electromagnetice.

Gama lungi-milor de und ale radiaiilor, variaz de la fraciuni de microni, cum sunt radiaiile cosmice, gama, Roentgen etc., pn la mii de kilometri cum sunt oscilaiile generate de circuitele electronice. Dintre radiaiile electromagnetice numai o parte conduc la un efect termic. Aceasta se numesc radiaii termice.

Radiaiile termice sunt rezultatul unor procese interatomice complexe. Propagarea radiaiilor se face dup aceleai legi ca i acele ale luminii (se propag n toate direciile, n linie dreapt, cu viteza luminii, i reflect i se refract). Cldura transmis prin radiaie se numete cldur radiant. Aceas-ta este independent de temperatura aerului nconjurtor, dar depinde de natura i de temperatura corpului cald.

Corpurile solide i lichide emit i absorb radiaii ntr-o grosime extrem de mic, practic numai la suprafa.

Gazele care au spaii intermediare mari n raport cu lungimile de und ale radiaiilor emit i absorb n volum (n profunzime).

Deci, radiaia este un fenomen legat n special de gaze. Putem spune c att conducia ct i convec-ia se realizeaz numai n cazul existenei unui mediu n care este cazul existenei unui mediu n care este posibil transmiterea cldurii, pe cnd n cazul radiaiei energia se poate propaga i prin vid.

Forma de transmitere a cldurii prin radiaie se folosete mai ales n cazul cazanelor i a cuptoarelor industriale. Dac un corp nu reflect nici o radiaie, ci absoarbe integral ntreaga emisie, corpul se nu-mete corp negru absolut. Dac ntreaga cantitate de cldur este reflectat i nu absoarbe nimic, corpul se numete corp alb absolut.

n practic att corpul negru absolut, ct i corpul alb absolut nu exist, caracteristicile lor reprezint limite extreme, ntre care se gsesc caracteristicile corpurilor din natur.

La ntlnirea suprafeelor altor corpuri radiaiile pot fi parial reflectate, parial absorbite, iar restul trec prin corp. Proporia n care energia transportat prin radiaii este reflectat, absorbit sau trece prin



corpurile ntlnite depinde de natura, calitatea i de rugozitatea suprafeelor respective. Legea dup care se desfoar fenomenul de emisie a energiei radiante a fost stabilit experimental de savantul sloven Josef Stefan, iar ulterior dedus teoretic de Ludwig Boltzmann, de unde i numele de legea Stefan-Boltzmann.

TRANSMITEREA CLDURII PRIN CONVECIE

Convecia termic este procesul de transmitere a cldurii prin aciunea combinat a conduciei termi-ce, a acumulrii de energie intern i a micrii masei de fluid. Astfel orice fluid (gaz sau lichid) dac vine n contact cu un perete cald se nclzete, sau , dac este mai cald dect peretele, se rcete. Aceasta, datorit faptului c stratul de fluid de lng peretele cald denumit strat limit primete cl-dura prin conducie termic, se nclzete, acumulnd deci energie, deplasndu-se apoi ctre regimuri cu temperaturi mai sczute, fenomenul repetndu-se pn ce ntreaga mas de fluid se nclzete. Iat deci, c transmiterea cldurii prin convecie este un fenomen mai complex, care implic, pe ln-g contactul direct a dou corpuri cu temperaturi diferite i o continu micare (transfer) a particule-lor de fluid.

Micarea fluidului se poate produce fie datorit diferenelor de densitate ce apar n urma nclzirii ne-uniforme, cazul conveciei libere, fie cu ajutorul unui mijloc mecanic exterior (pomp, ventilator, suf-lant etc.) cazul conveciei forate. Fenomenul de convecie forat se folosete cel mai des pentru transferul de cldur n instalaiile industriale i n instalaiile de nclzire, datorit valorilor mari ale fluxului de cldur transmis pe unitatea de suprafa.

n general, transferul de cldur prin convecie este cu att mai ntins cu ct viteza fluidului este mai mare. Deci schimbul de cldur este mai ntins n cazul conveciei forate dect n cazul conveciei li-bere.

Convecia depinde de mai muli factori: dac este liber sau forat; dac regimul de curgere a fluidului este laminor sau turbulent; de proprietile fizice ale fluidului (vscozitate, cldur specific, volum specific etc.); de dimensiunile corpului solid (lungime, diametru etc.)

Transferul de cldur prin convecie este cel mai intens n cazul curgerii cu modificarea strii de agre-gare a fluidului (condensare, vaporizare). n toate cazurile se presupune c temperatura n toat ma-sa fluidului este aceeai. Transferul de cldur prin convecie n unitatea de timp (fluxul de cldur) se exprim prin relaia (dedus experimental de Newton).

Q = S (T1 T2) [W]

unde:

Q cantitatea de cldur transmis n unitatea de timp prin convecie, n W; - coeficientul de transmitere a cldurii n W/m2 k; S suprafaa de contact, n m2; T1 temperatura medie a fluidului, n k; T2 temperatura peretelui, n k.

Ceficientul de convecie reprezint cantitatea de cldur ce se transmite pe o suprafa de1 m2 ntre un solid i un fluid, cnd diferena dintre temperatura suprafeei de separaie i temperatura fluidului este egal cu un grad (k).

Valorile coeficientului au limite foarte mari i depinde de modul cum se realizeaz convecia (liber, forat sau prin schimbarea strii de agregare), de proprietile fluidului, de forma i dimensiunile suprafeei de cedare. Coeficientul de transfer se stabilete experimental pentru fiecare caz n parte i nu poate fi adaptat prin interpolare.

n continuare se dau cteva din valorile coeficientului de transmitere a cldurii prin convecie ter-mic:

gaze arse sau aer 20 kcal/m2 . h . grad

abur supranclzit 600 kcal/m2 . h . grad abur saturat 1000 kcal/m2 . h . grad

ap nclzit 5000 kcal/m2 . h . grad

Exemplu de calcul a cantitii de cldur transmis de gazele fierbini din cazan la apa care circul prin evile acestuia.



Q = S k (t1 t2)

n care:

S suprafaa peretelui despritor dintre cald i rece, n m2 k coeficientul global de transmitere a cldurii, n kcal/ m2.h.grad t1, t2 temperaturile mediului cald, respectiv mediului rece, n C

21

11

1

S

k

n care:

1 coeficientul de transmitere a cldurii de la gazele fierbini la peretele evii, n kcal/ m2.h.grad S grosimea peretelui evii, n m coeficientul de transmitere a cldurii prin peretele evii,n kcal/ m.h.grad 2 coeficientul de transmitere a cldurii de la peretele evii la apa rece, n kcal/ m2.h.grad

n situaia n care peretele evii are depuneri fie pe partea interioar, fie pe partea exterioar, coefi-cientul global de transmitere a cldurii k scade i n consecin cantitatea de cldur transmis prin peretele evii va fi mai mic, ceea ce duce la scderea randamentului cazanului. De aceea se impune o exploatare corespunztoare a cazanului n vederea prentmpinrii i eliminrii depunerilor de zgur i crust pe evile cazanului

II.3. ABURUL I PROPRIETILE SALE Corpurile pot exista n trei stri de agregare sau faze:

solid; lichid; gazoas.

Orice substan se poate afla ntr-un din cele trei faze sau poate trece dintr-o faz n alta, n anumite condiii de temperatur i presiune. La trecerea substanei dintr-o faz n alta variaz energia ei inter-n, deoarece variaz distanele dintre atomi i molecule, din care cauz variaz energia de interaciu-ne a acestor particule.

VAPORIZAREA APEI. Dac se nclzete un vas care conine ap, cldura ridic ncet temperatura apei,

iar cnd s-a ajuns la o anumit temperatur apa ncepe s fiarb, trecnd din stare lichid n stare gazoas, adic n abur sau vapori. Trecerea apei din stare lichid n stare gazoas adic n abur sau vapori se numete vaporizare. Vaporizarea poate avea loc prin fierbere sau prin evaporare. FIERBEREA reprezint o vaporizare n toat masa lichidului i se produce conform unor legi fizice, bine

cunoscute. Astfel fiecare lichid fierbe pentru o anumit presiune la o temperatur proprie, numit temperatura de fierbere sau de saturaie; astfel, la presiunea atmosferic (760 mm Hg) apa fierbe la 100 C.

n tot timpul fierberii, dac presiunea a rmas modificat, temperatura rmne de asemenea constan-t pn cnd se vaporizeaz i ultima cantitate de lichid. Cldura furnizat apei n aceast faz ser-vete la transformarea acesteia n abur saturat. Cldura necesar unui kilogram de ap nclzit la temperatura de saturaie pentru a se transforma integral n abur, la aceeai temperatur, se numete cldur latent de vaporizare (se numete la-tent pentru c aceast cldur nu se manifest prin creterea temperaturii). Temperatura de fierbere sau de saturaie depinde de presiunea la care este supus lichidul; cu ct pre-siunea este mai mare, cu att temperatura de saturaie este mai mare n cazan, fierberea are loc n sistemul fierbtor al acestuia (tambur, evi fierbtoare i evi). EVAPORAREA reprezint fenomenul de vaporizare numai la suprafaa lichidului. Evaporarea depinde de

natura lichidului, de mrimea suprafeei de evaporare, de temperatura i micarea aerului i de pre-zena n aer a vaporilor de acelai fel. Evaporarea spre deosebire de fierbere are loc la orice tempera-tur.



ABURUL SATURAT I ABURUL SUPRANCLZIT

Procesul formrii aburului poate fi mprit n trei faze mai importante: nclzirea apei pn la temperatura de saturaie, ts; vaporizarea apei la temperatura de saturaie ts (transformarea lichidului n vapori); transformarea aburului uscat n abur supranclzit.

Dac apa se nclzete de la 0 C se constat c la nceput ea se contract puin (atingnd cel mai mic volum la +4 C), apoi ncepe s se dilate. Pentru a trece la vaporizare apa trebuie nclzit n continuare pn la temperatura de saturaie ts, corespunztoare presiunii date, cnd apa ncepe s se vaporizeze. Din acest moment i pn cnd ntreaga cantitate de ap s-a transformat n abur tempe-ratura nu mai crete. Deoarece temperatura aburului este egal cu aceea a apei (ts) se spune c abu-rul este n echilibru de temperatur cu apa, iar starea apei i aburului se numete stare de saturaie.

Aburul se obine prin vaporizarea apei, de obicei la presiunea constant. n funcie de temperatur exist: abur saturat i abur supranclzit. ABURUL SATURAT are temperatura egal cu temperatura de saturaie corespunztoare presiunii la care

se gsete. Pentru a provoca condensarea aburului saturat este suficient ca temperatura acestuia s scad cu o cantitate infinit mic. ABURUL SATURAT USCAT este aburul din care lipsete complet faza lichid. O cretere infinit mic a tem-

peraturii aburului saturat uscat provoac trecerea aburului n domeniul de supranclzire, n timp ce o micorare infinit mic a temperaturii provoac condensarea lui parial. Aburul suprasaturat uscat re-prezint o stare limit ntre aburul saturat umed i aburul supranclzit.

Amestecul format din aburul saturat uscat i picturi fine de ap se numete abur saturat umed (abur umed). Dac se continu nclzirea aburului uscat la presiune constant el devine abur supranclzit. Supranclzirea aburului este nsoit de creterea temperaturii i a volumului su specific datorit di-latrii aburului. Deci, temperatura aburului supranclzit este totdeauna mai ridicat dect temperatu-ra de saturaie (ts).

ABURUL SUPRANCLZIT este aburul a crui temperatur t este mai mare dect temperatura de saturaie

ts, corespunztoare presiunii respective (ex. ts la 40 bari = 250,6 C, ts la 20 bari = 213,9 C, ts la 35 bari = 243,0 C). n instalaiile de abur cu caracter industrial se folosete, de obicei, abur supra-nclzit datorit unor avantaje de ordin tehnic i economic. n cazanele de abur folosite pentru ncl-zire nu se poate produce dect abur umed, deoarece, n cazan, aburul se gsete n permanen n contact cu apa. n cazanele industriale, aburul se supranclzete ntr-un dispozitiv format din evi nu-mit supranclzitor de abur i montat separat de cazan. n supranclzitor, aburul umed se transform n abur uscat i apoi n abur supranclzit. Starea de saturaie a aburului este foarte instabil; schim-bri chiar mici ale presiunii i temperaturii duc la condensarea unei pri din abur sau la vaporizarea picturilor de ap, care exist totdeauna n aburul saturat. Din aceast cauz nu se mai ntrebuinea-z n mainile cu abur.

n instalaiile moderne de uzare, aburul este supranclzit de la 250 C pn la temperaturi de 500-650 C, deci cu aceeai cantitate de abur supranclzit se poate transporta o cantitate mai mare de cldur dect cu aburul saturat. Aburul supranclzit poate furniza mai mult lucru mecanic dect abu-rul saturat. De asemenea, poate fi transportat la distane mari fr pericol de condensare, deoarece are o temperatur mai mare dect temperatura de saturaie la care aburul se condenseaz. Cantitatea de cldur coninut ntr-un kilogram de ap supranclzit sau abur (saturat sau supran-clzit) poart denumirea de entalpie sau cantitate de cldur.

Entalpia se noteaz cu litera i i se msoar n kcal/kg. Valorile entalpiei apei sau aburului, la anu-mite presiuni i temperaturi, sunt date n tabele speciale, bazate pe calcule simple.

Ex.: la cazanele ISUC unde presiunea P = 39 bari i temperatura aburului t = 440 C, cantitatea de cldur respectiv entalpia i din tabelul de entalpii este i = 780 kcal/kg = 0,78 kcal/t.

Q = m i

Q cantitatea de cldur kcal

m masa de ap n kg



TITLU. Termotehnica folosete pentru caracterizarea diferitelor stri de umiditate a aburului umed, la o

anumit presiune, naiunea de titlu, notat cu x. Titlul unui abur umed x reprezint participarea n mas a vaporilor de ap saturai uscai ntr-un kilogram de abur umed. Dac se noteaz cu mv masa vaporilor saturai din amestec cu ma masa apei din amestec, iar cu m masa amestecu-lui, titlul aburului umed se exprim prinraportul:

mamv

mv

m

mvx

Titlul vaporilor umezi variaz ntre zero i unu. Cnd mv = 0, adic atunci cnd vaporii de deasupra apei s-au condensat n ntregime, titlul amestecului este zero. Aceasta nseamn c n amestec avem numai ap n stare de saturaie, adic numai ap la temperatura corespunztoare presiunii echilibru-lui de faz. Cnd ma = 0, adic atunci cnd ultima pictur de ap s-a transformat n vapori saturai uscai, titlul amestecului devine egal cu unu. Deci aburul saturat uscat are titlul x = 1.

Mrimile de stare ale aburului pot fi obinute din diagrame sau tabele de abur sau indirect prin calcu-le. Diferena dintre temperatura aburului supranclzit (temperatura de supranclzire) i temperatura de saturaie se numete grad de supranclzire.

Cu ct gradul de supranclzire este mai mare cu att aburul are o comportare mai apropiat de aceea a gazelor perfecte.

UMIDITATEA ABURULUI reprezint cantitatea de ap exprimat n kilogram, coninut ntr-un kilogram de

abur umed i este egal cu 1x. Att titlul ct i umiditatea aburului se exprim n procente (%).

Ex.: Dac ntr-un kilogram de abur saturat umed se afl 0,975 kg abur saturat uscat, titlul acestui abur este x = 0,975 kg sau exprimat n procente, x % = 97,5 %, umiditatea aburului n acest caz,

este egal cu 1x = 10,975 = 0,025 kg, sau exprimat n procente 1x = 2,5 %.

Se nelege din cele de mai sus c, aburul saturat uscat are titlul 1 sau 100% i umiditatea 0. Da-c continum nclzirea aburului saturat umed, separat de ap la presiunea constant, se va produce mai nti uscarea sa (titlul 1", umiditatea 0, apoi supranclzirea, adic cretereatemperaturii t pes-te temperatura de saturaie ts). Deci aburul supranclzit este aburul rezultat din procesul de cretere a temperaturii aburului saturat uscat, peste temperatura sa de saturaie, proces care poart denumi-rea de supranclzirea aburului i are loc n instalaii speciale ale cazanului, aa cum s-a artat mai sus, denumite supranclzitoare.

Din punct de vedere a valorii presiunii deosebim:

abur de joas presiune; abur de medie presiune; abur de nalt presiune; abur n stare normal.

ABURUL DE JOAS PRESIUNE are presiunile cuprinse ntre 1122 bar i temperatur pn la 300 C. Este

folosit n scopuri tehnologice, pentru alimentarea turbinelor de putere mic i a mainilor cu piston de construcie mai veche. ABURUL DE MEDIE PRESIUNE are presiuni cuprinse ntre 1250 bar i temperaturi de 300450 C. Este

folosit pentru alimentarea turbinelor cu abur de putere mijlocie (pn la 15 MW).

ABURUL DE NALT PRESIUNE are presiuni mai nalte de 50 bar i temperaturi ce depesc 450 C. n mod

curent se folosesc presiuni de 250 bar i temperaturi de 540570 C. n unele cazuri presiunea poate ajunge pn la 370 bar, iar temperatura pn la 650 C. Aceste presiuni se folosesc pentru alimenta-rea turbinelor de puteri mari.

ABURUL N STARE NORMAL are presiunea de 760 mmHg i temperatura de 100 C. Entalpia aburului

normal este de 2674,2 kj/kg: 4,1855 kj/kcal = 638,92 kcal/kg.

ABURUL FOLOSIT N INSTALAIILE DE NCLZIRE CENTRAL poate fi i aceasta:

de joas presiune 0,10,7 bar; de medie presiune 0,715 bar; de nalt presiune - peste 15 bar.



n general n sistemul de nclzire cu abur se folosete aburul de joas presiune sau medie presiune. Aburul de nalt presiune se utilizeaz numai pentru transportul cldurii la distan. Aburul transportat prin conducte la corpurile de nclzire cedeaz n acestea o parte din cldur de vaporizare i se con-denseaz. Condensul format se ntoarce pe conducte napoi la cazan sau la generatorul de abur. Abu-rul se mai folosete i n scopuri tehnologice n industrie.

UNITILE DE MSUR ALE ABURULUI

PRESIUNEA este mrime fizic egal raportul dintre mrimea unei fore F care apas perpendicular i

uniform pe o suprafa i aria S a acestei suprafee, adic:

Unitatea de msur pentru presiune n sistemul internaional (SI) este Pascalul (Pa) sau Megapasca-lul (MPa).

1 Mpa = 1.000.000 Pa

Pascalul este raportul dintre unitatea de msur a forei Newton (N) i unitatea de msur a suprafe-ei m2.

Alturi de Pa, se mai folosesc, n mod obinuit i urmtoarele uniti de msur: barul, care este un multiplu al Pa, i anume: 1 bar = 100.000 Pa = 0,1 Mpa atmosfera tehnic (at), care reprezint raportul dintre fora de 1 kg i suprafaa de 1 cm2 pe care se exercit.

Ea mai poate fi definit ca presiunea exercitat de o coloan de mercur (Hg) nalt de 735,5 mm, sau de o coloan de ap (H2O) nalt de 10 m.

1 at = 735,5 mm cal.Hg = 10.000 mm (10 m) cal.H2O

ntre unitile de msur de mai sus exist urmtoarele relaii de echivalent: 1 at = 0,980665 bar = 98066,5 Pa = 0,0980665 Mpa

De regul n practic se folosete aproximaia: 1 bar 1,02 at.1 at = 1 bar = 100.000 Pa = 0,1 Mpa

atmosfera fizic (atm) este presiunea exercitat la nivelul mrii de o coloan de mercur nalt de 760 mm sau de o coloan de ap nalt de 10,33 m, aceasta mai poart denumirea i de presiune at-mosferic sau presiune barometric (de la barometru - aparatul care semsoar). 1 atm = 760 mm cal.Hg = 10.330 mm (10,33m) cal.H2O

ntr-un cazan, presiunea este mai mare dect presiunea atmosferic. Aparatele de msur a presiunii ntr-un cazan manometrele, indic de fapt cu ct presiunea n cazan este mai mare dect presiunea atmosferic, cu alte cuvinte, indic suprapresiunea fa de presiunea atmosferic; presiunea indicat de manometru se mai numete i presiune manometric.

Dac la suprapresiunea indicat de manometru se adaug presiunea atmosferic, se obine presiunea absolut, msurat n atmosfere absolute (ata), care este de fapt presiunea real din cazan. 1 ata = 1 at + 1 atm

Ex.: Dac manometrul unui cazan de abur indic presiunea de 40 at, presiunea absolut din cazan va fi n acest caz 40 + 1 = 41 ata.

Pentru msurarea presiunilor mici, se folosesc urmtoarele uniti de msur: 1 mm cal.H2O, care echivaleaz cu 0,001 kgf/cm

2 sau 1 kgf/m2 sau cu 0,0001 bar

1 mm cal.Hg, care echivaleaz cu 1/735,5 kgf/cm2, sau cu 1/735,5 bar. 1 mm cal.Hg se mai numete i Torr



ex: 1 mm cal.H2O = 0,0001 bar

250 mm cal.H2O = 0,0001 bar x 250 = 0,025 bar

1 mm cal.Hg (1 Torr) = 1/735,5 bar

80 mm cal.Hg (80 Torr) = 1/735,5 bar x 80 = 80 bar / 735,5 = 0,109 bar

TEMPERATURA mrimea fizic, msurabil care caracterizeaz starea (nivelul) de nclzirea unui corp.

Se exprim n grade celsius C sau scara centigrad (100 grade) sau scara absolut, msurat n gra-de Kelvin (K), creia i corespunde n scara celsius o temperatur de 273,15 C. T (K) = t (C) + 273,15

t (C) = T (K) 273,15 DEBITUL cantitatea de abur produs de un cazan ntr-un timp determinat, exprimat n t/h sau m3/h.

CANTITATEA DE CLDUR cantitatea de energie intern transmis fr efectuare de lucru mecanic i

este cantitatea de cldur coninut ntr-un kilogram de ap supranclzit sau abur (saturat sau supranclzit) exprimai n kcal/kg sau Gcal/t.

1 Gcal/t = 1000 kcal/kg

II.4. NOIUNI DE TEORIA ARDERII COMBUSTIA este o reacie termic exoterm (produce cldur) de oxidare a carbonului. Pentru a se

dezvolta o combustie corect este nevoie de trei elemente:

COMBUSTIBILUL: este substana (solid, lichid, gazoas) care prin ardere produce cldur i

este format n principal din carbon (C), adesea i din hidrogen (H); n acest caz se vorbete despre hidrocarbur.

COMBURANTUL: se identific n oxigenul prezent n aerul pe care l respirm i este format din

78% azot (N), 21% oxigen (O2), 1% alte gaze.

DECLANAREA: sau punctul de aprindere, este temperatura la care are loc combustia, fiecare

combustibil avnd punct diferit de aprindere. Combustia continu apoi n mod natural numai dac temperatura de flacr a combustibilului este mai mare dect aceast temperatur. n caz contrar, dac este ndeprtat sursa care a generat aprinderea, combustia nu continu. (de ex. metan Taprindere = 813 C; Tflacr = 2148 C)

n realitate, exist un al patrulea element important pentru combustia corect, amestecul complet dintre combustibil i carburant. Aceast operaiune are loc n camera de amestec a fiecrui arztor.

O instalaie termic are scopul de a valorifica reacia de combustie i de a utiliza cldura produs care se transfer unui fluid vector (n general ap, dar nu ntotdeauna) i, prin urmare, corpurilor de ncl-zire (radiatoare, panouri radiante, etc) pentru nclzirea mediilor de lucru sau a proceselor industriale.

Reacia prezentat n continuare indic arderea metanului (CH4). Se citete dup cum urmeaz: 1 m3

de metan oxidat de 2 m3 de oxigen produce 1 m3 de dioxid de carbon (CO2) i 2 m3 de vapori de ap

(H2O) i cldur.

Aceasta este o reacie chimic ideal (numit Teoretic i Complet) i are loc n condiii de presiune atmosferic, dar nu este realizabil n condiii reale, din cauza spaiului i a duratei reduse necesare produciei de cldur pentru o instalaie.



NECESARUL TEORETIC DE AER este volumul de aer teoretic necesar pentru arderea unitii de mas sau

de volum de substan combustibil.

n realitate, n condiii normale, metanul reacioneaz cu oxigenul pentru a forma dioxid de carbon i ap n stare de vapori, dar nu se folosete drept carburant oxigenul pur: se folosete aerul din mediul ambiant format n mare parte din azot.

ntr-un amestec format n principal din azot, este dificil s se amestece oxigen i metan, deoarece n camera de combustie ar aprea o anumit cantitate de metan pur nears ce ar putea crea mici explozii duntoare att pentru aparat ct i pentru instalaie.

Pentru a se evita acest inconvenient, trebuie s se furnizeze mai mult oxigen, ceea ce se realizeaz prin crearea unui exces de aer.

n combustia real, avem i alte molecule, produse de reacii chimice secundare. La temperaturi mari, azotul prezent n aer reacioneaz cu oxigenul pentru a forma monoxid de azot (NO) i dioxid de azot (NO2), care formeaz aa numitele NOx.

Dioxidul de azot reacioneaz la rndul su cu apa sub form de vapori i, n condiii particulare, pre-cum cele din jurul flcrii produse, genereaz acid nitric, o substan foarte coroziv care constituie una dintre principalele cauze ale ploilor acide.

Dac n cursul combustiei este puin oxigen, reacia de combustie vizat anterior devine incomplet, ceea ce face s nu se formeze dioxid de carbon, ci monoxid de carbon (CO), o substan inodor i incolor, foarte toxic i periculoas.

Prezena CO n gazele de ardere indic o combustie incorect i cu randament redus.

n combustibili este prezent i o anumit cantitate de sulf. Aceasta poate reaciona parial cu oxige-nul, genernd SO2 sau poate s nu reacioneze i s rmn n stare pur, condensndu-se pe co (pulbere de pucioas).

Reacia de combustie pe care am analizat-o pentru metan se poate considera similar i altor com-bustibili ce conin hidrogen (hidrocarburi). RANDAMENTUL ARDERII. Un cazan va produce cldur, care trebuie s fie transferat n cea mai mare

parte instalaiei. Un prim parametru, intuitiv, pentru a nelege acest tip de schimb, este temperatura gazelor de ardere: cu ct este mai mic temperatura gazelor de ardere la ieirea din cazan, cu att mai mare este cldura transferat.

Prin urmare, cu ct este mai mare cldura transferat instalaiei de arztor, cu att este mai mare randamentul cazanului.

Dac avem un cazan cu randamentul de 100% (raportat la P.C.S. puterea calorific superioar), acest lucru nseamn c ntreaga cldur produs de combustie reuete s fie transmis instalaiei i acest lucru are loc dac temperatura gazelor de ardere este egal cu temperatura mediului.

Este foarte dificil de evaluat randamentul n acest mod (randament direct) ca Energie Utilizat mpr-it la Energia Produs, deoarece este foarte greu, printre altele, s se evalueze corect saltul termic n cazan i debitele rezultate.

Aceast dificultate a creat necesitatea studierii combustiei, pentru evaluarea indirect a randamentului.

Teoria combustiei susine c, nefiind posibil evaluarea randamentului n mod direct, pentru motivele de mai sus, este posibil s se fac indirect, pornind de la valoarea maxim 100% i scznd treptat toate pierderile.

n realitate, s-a observat c ntr-un cazan comun, precum cele din comer, mare parte din pierderile de randament sunt cauzate de cldura pierdut prin gazele de ardere i, cu ct este mai mare tempe-ratura gazelor de ardere, cu att aceast pierdere este mai mare iar randamentul este mai mic.

Folosind cea mai bun aproximare, randamentul este exprimat cu formula:

RANDAMENT: 100% - Qs [%]

(randament indirect)

Qs = pierderi din cldur Este puterea termic pierdut pe co ca urmare a cldurii coninute n gazele de ardere.


Curs ASI Cod COR 313111 CAPITOLUL III CAZANE DE ABUR DE AP FIERBINTE

CAPITOLUL III

CAZANE DE ABUR I AP FIERBINTE

III.1. DATE GENERALE Cazanele sunt instalaii complexe n care apa, sub aciunea cldurii produs prin arderea combustibi-lilor, cldurii recuperate din gazele fierbini rezultate dintr-un proces tehnologic sau cldurii obinute cu ajutorul energiei electrice, se transform n agent termic (abur, ap cald, ap fierbinte) utilizat n scopuri energetice, tehnologice sau de nclzire. ntregul complex, cuprinznd cazanul, instalaiile lui de alimentare cu combustibil, aer, ap, instalaii de evacuare a produselor de ardere, aparate i insta-laii de automatizare, formeaz mpreun instalaia de cazan. n sensul prescripiei tehnice PT C1-2010 (Cazane de abur, cazane de apa fierbinte, supranclzitoare i economizoare independente), termenii i expresiile de mai jos au urmtoarele semnificaii:

accesibilitate pentru utilizare i ntreinere - caracteristic a cazanului de a permite personalu-lui de deservire sau de ntreinere accesul la piesele componente n timpul exploatrii sau ntreinerii; accesorii de securitate - dispozitive destinate protejrii cazanelor mpotriva depirii limitelor ad-mise. Acestea cuprind:

1. dispozitive de limitare direct a presiunii, cum ar fi: ventile de siguran, sigurane cu elemen-te de rupere, tije de flambare, sisteme de siguran comandate;

2. dispozitive de limitare, care acioneaz mijloace de corecie sau nchid i blocheaz, cum ar fi: presostate, termostate sau nivostate, precum i dispozitive de msurare i control cu funcie de securitate;

armtura brut a cazanului - dispozitiv care nu se afl sub presiunea mediului de lucru, destinat asigurrii deservirii i funcionrii normale a focarului i a canalelor de gaze (grtar, u de vizitare, gur de observare, clapet de explozie i altele asemenea); armtura fin a cazanului - dispozitiv sau aparat aflat sub presiunea mediului de lucru, destinat asigurrii funcionrii normale a cazanului, ca de exemplu supap de siguran, indicator de nivel, or-gan de nchidere i reglare, aparate de msurare, control i protecie i altele asemenea; cazan cu circulaie forat - cazanul de abur sau de ap fierbinte n care circulaia apei sau a amestecului ap-abur se realizeaz cu ajutorul unei pompe; cazan cu circulaie forat unic - cazanul de abur sau de ap fierbinte n care apa strbate o singur dat sistemul vaporizator, respectiv sistemul de nclzire, pentru a se transforma n abur, res-pectiv n ap fierbinte; cazan cu circulaie natural - cazanul de abur sau de ap fierbinte n care circulaia apei sau a amestecului ap-abur se realizeaz ca urmare a diferenelor de greutate specific aprute prin ncl-zire/vaporizare;

cazan de abur - echipament sub presiune care produce abur utilizat n afara acestuia, folosind cl-dura produs prin arderea combustibililor, cldura recuperat din gazele fierbini rezultate dintr-un proces tehnologic sau prin folosirea energiei electrice;

cazan de ap fierbinte - echipament sub presiune care produce ap fierbinte care este utilizat n afara acestuia, folosind cldura produs prin arderea combustibililor, cldura recuperat din gazele fierbini rezultate dintr-un proces tehnologic sau prin folosirea energiei electrice; cazan de abur cu circulaie forat multipl - cazanul de abur n care amestecul ap-abur str-bate de mai multe ori sistemul vaporizator pentru a se transforma integral n stare de vapori cu ajuto-

rul pompei de circulaie; cazan diatermic - cazanul care folosete ca agent intermediar ulei, aburul fiind generat ntr-un schimbtor de cldur cu agent primar uleiul, iar secundar apa; cazan mobil - cazanul de abur sau de ap fierbinte instalat pe mijloace mobile, care prin construc-ie este destinat s funcioneze n orice loc, inclusiv n timpul transportului; cazan recuperator - cazanul de abur sau de ap fierbinte care folosete cldura recuperat din gazele fierbini rezultate dintr-un proces tehnologic; cazan stabil - cazanul de abur sau de ap fierbinte care prin construcie este destinat s funcio-neze pe o fundaie fix; ciclon separator - element al cazanului de abur destinat separrii aburului de ap n scopul obi-nerii aburului saturat uscat;

clapet de explozie - armtur brut destinat evacurii automate n atmosfer a gazelor de ar-dere din focar sau din canalele de gaze, la creterea brusc a presiunii acestora;


Curs ASI Cod COR 313111 CAPITOLUL III CAZANE DE ABUR DE AP FIERBINTE

condiionare - procedeu care urmrete reducerea aciunii duntoare a fluidelor prin tratarea cu produse chimice pentru evitarea apariiei depunerilor, coroziunilor i impurificrii aburului; conduct de alimentare - conducta destinat transportului apei de la dispozitivul de alimentare la cazan;

construcie metalic de susinere - construcia metalic destinat susinerii diferitelor pri com-ponente ale cazanului;

debit de abur de vrf - debitul maxim de abur, mai mare dect debitul nominal, la care se admite funcionarea cazanului un interval de timp limitat; debit minim de abur - debitul minim continuu de abur pe care cazanul trebuie s-l asigure la pre-siunea nominal a aburului; debit minim reglat de abur - debitul minim continuu de abur pe care cazanul trebuie s-l asigure la presiunea i temperatura nominal a aburului; debit nominal de abur - debitul maxim continuu de abur pe care cazanul trebuie s-l asigure la presiunea i temperatura nominal a aburului; debit nominal caloric al cazanului de ap fierbinte - cantitatea maxim continu de cldur preluat de apa fierbinte n unitatea de timp, la temperatura maxim a apei fierbini; dispozitiv de alimentare - echipament destinat alimentrii cu ap a cazanului; economizor - parte a cazanului de abur sau instalaia destinat prenclzirii apei de alimentare a cazanului, cu sau fr vaporizare parial; economizor izolabil - economizor echipat cu dispozitive pentru izolarea circuitelor de ap i gaze; ecran - schimbtor de cldur format dintr-un sistem de evi la care transferul de cldur se face prin radiaie; element de cazan - parte a cazanului de abur sau de ap fierbinte ca de exemplu tambur, colec-tor, camer de ap, camer secional, eav i altele asemenea, care se afl sub presiunea mediului de lucru;

fascicul de convecie - schimbtor de cldur format dintr-un sistem de evi la care transferul de cldur se face prin convecie; focar - partea cazanului n care are loc arderea combustibilului; gur de cap - armtur brut de form oval sau circular care permite unui om s-i introduc si-multan capul i un bra cu o lamp de iluminat n spaiul de ap-abur al cazanului n scopul constatrii strii tehnice a acestuia; gur de curare - armtur brut de form oval sau circular care permite curarea suprafe-elor din spaiul ap-abur; gur de observare - armtur brut de forma unei deschideri practicat n pereii focarului i ai canalelor de gaze de ardere prin care se pot urmri procesele din interiorul acestora; gur de vizitare - armtur brut de form oval sau circular care permite accesul unui om n tamburul cazanului, sau n spaiul de ap-abur al cazanului, n scopul constatrii strii tehnice; indicator de nivel - armtur fin destinat indicrii nivelului apei din cazanul de abur (din tambur); indicator de nivel cu aciune direct - indicator de nivel legat direct la spaiile de ap i d

automatist pentru supraveghere si intretinere cazane.pdf

Documents