A kazánoknál rendszeresített mérések egyrészt a folyamatos, egyre inkább automatizált üzemvitelt, másrészt az előírt paraméterek (nyomás, hőmérséklet, teljesítmény, vízminőség, tüzelőanyag, tüzelési jellemzők, megengedett levegőszennyezés stb.), illetve a berendezés hatékonyságának megítélését szolgálják. Ezek mellett a tüzelőanyag, kazán sajátosságaiból adódóan különleges, időlegesen vagy állandóan telepített mérésekre is sor kerülhet.

Üzemi mérések: Minden kazánt el kell látni a működés ellenőrzésére alkalmas mérőeszközökkel. A 7.3. fejezetben ismertetett, a folyamatirányításhoz, elhasználódás-számításhoz javasolt falhőmérséklet-méréseket ismételten nem említve, legalább az alábbiakban részletezett mérések elvégzése célszerű.

A vízoldalon:

A levegő-, füstgázoldalon:

A tüzelőanyag-oldalon:

Az előbbi mérések elvégzésére alkalmas, gyakrabban alkalmazott, szokásos mérőeszközöket a 8.1. táblázat foglalja össze. Az egyes mérőeszközök, távadók működési elvének ismertetésétől eltekintünk.

A vizek, gőzkondenzátumok vizsgálati programjának tervezésére, mintavételére, előkészítésére, vizsgálatára vonatkozó, hatályos szabályozásokat a vízminőségi előírásokat tartalmazó szabványok [8.21], [8.22] sorolják fel. Gyakorlati ismeretek, illetve a tüzelőanyagok vizsgálatának leírása a szakirodalomban (például [8.23]) találhatók.

Mérőperemes, Venturi-csöves mennyiségmérés: A szűkítéseken áthaladó

search

[kg/s] tömegáram az

összefüggéssel számítható, ahol

A képletből látható, hogy azonos nyomáskülönbség esetén az átáramló mennyiség elsősorban a sűrűségtől függ. Így az egyszerűbb mennyiségmérőknél alkalmazott, tömegáramra hitelesített (esetenként analóg) kijelzők, számlálók csak a névleges sűrűségnél (gőz esetében a névleges gőznyomásnál, gőzhőmérsékletnél) adnak pontos értéket, eltérő paramétereknél hibásan jeleznek. Ennek ellenére gyakran még elszámolási mérésekhez is alkalmaznak ilyen mérőeszközöket. A pontos mennyiségek megállapításához a számítást a tényleges sűrűséggel, indokolt esetben az aktuális Re-számhoz tartozó átömlési számmal kell elvégezni. Erre számítógépes megjelenítőrendszerek alkalmazása esetén mindig van lehetőség.

A levegő-, füstgázáram mérése: A nagy keresztmetszetű csatornákon áramló, esetenként szennyezett közegek mennyiségének mérése a sebességprofil Prandtl-csövekkel végzett kimérésével vagy (egy oldalról behúzott) Venturi-cső jellegű mérőszakaszok kialakításával lehetséges. A mérés pontosságát előbbieknél a mérés időtartama alatt változó hőmérséklet, utóbbiaknál a mérőszakaszt megelőző, kellő hosszúságú egyenes szakaszok hiánya korlátozza. A sebességprofil felvételéhez a keresztmetszetet kellő számú egyenlő nagyságú részre kell felosztani és ezek középpontjában (8.11. ábra (a)) kell mérni a hőmérsékletet, a füstgázösszetételt és a Prandtl-csövön kialakuló nyomáskülönbséget. A Venturi-mérőszakaszoknál (8.11. ábra (b)) a nagy méretekből adódóan a szakasz előtti és a legszűkebb keresztmetszetben kialakuló nyomást is több síkban kell mérni, és a számításoknál ezek átlagát kell figyelembe venni.

A füstgázhőmérséklet mérése: A füstgázhőmérséklet mérésénél gondot okoz, hogy a hőmérő rendszerint melegebb a környező fűtőfelületeknél, emiatt közte és a határolófelületek között sugárzásos hőcsere (8.12. ábra (a)) történik. Ebből adódóan a szokásos, mechanikai igénybevételeknek ellenálló, védőtokos hőmérők által mért érték általában kisebb a tényleges füstgázhőmérsékletnél, mivel a sugárzásos hőveszteséget a füstgáz és a hőmérő közötti hőmérséklet-különbséggel arányos, konvektív hőfelvételnek kell pótolni. Az eltérés nagysága annál nagyobb, minél nagyobb az eltérés a füstgáz és a hőmérőt határoló felületek hőmérséklete között. Olyan esetekben, ha a hőmérőt tűztéri lángsugárzás éri, fordított eltérés is lehetséges. További pontatlanságot okozhat a hőmérő elsalakosodása vagy az áramlási holttérben elhelyezett hőmérő pernyével történő elrakódása. Az elrakódott hőmérő nem a füstgáz, hanem a lényegesen hidegebb pernye hőmérsékletét méri; további jellemző, hogy a hőmérséklet a kazán teljesítményének változása ellenére közel állandó.

Az előbbi hibák elszívóhőmérő (8.12. ábra (b)) alkalmazásával küszöbölhetők ki. Ennél a hőmérséklet-érzékelő termoelem kerámiából készített árnyékolócsövekben kerül elhelyezésre, így a sugárzásos hőcsere a külső árnyékolócső és a falazat között játszódik le. A porceláncsövecskékben vezetett termoelemet a füstgázzal körüláramlott, belső kerámiacső veszi körül, melynek hőmérséklete, az elszívóventilátorral biztosított nagy áramlási sebességből adódóan, jól megközelíti a füstgázhőmérsékletet. Így a termoelem által mért érték a tényleges hőmérséklettől alig tér el. Az árnyékolócsöveket, illetve a hőmérőt vízzel hűtött védőcső tartja. A kis résméretekből, „finom” kialakításból adódóan az elszívóhőmérő csak ellenőrző mérésekhez, az üzemi hőmérők eltéréseinek megállapítására alkalmas, folyamatos mérésre, üzemi gyakorlatban általában nem alkalmazzák.

A lánghőmérséklet mérése: A lángok hőmérsékletének mérésére régóta alkalmazzák az összsugárzás- vagy részsugárzásmérő pirométereket. Miután azonban a lángok nem „feketék”, a hagyományos pirométerekkel mért hőmérsékletek, az esetek többségében, kisebbek a tényleges értéknél. A pirométerek érzékelési hullámhosszának megfelelő megválasztásával, a kapcsolódó számításokkal a mérési hibák minimalizálhatók. Megfelelő elrendezéssel (például 8.13. ábra), nem világító gázlángoknál a CO2 (4,5–4,6 µm hullámhosszsávnál lévő) abszorpciós sávjában, világító lángoknál két (0,7–1,1 µm közötti) hullámhosszsávban végzett sugárzásintenzitás-mérés alapján, tomográfiai kiértékelés felhasználásával a tűztér adott keresztmetszetének hőmérséklet-eloszlása is meghatározható [8.24]. Alkalmas hullámhossz választásával végzett, egész tűztérre kiterjedő sugárzásintenzitás-mérések alapján a felületek elsalakosodásának mértéke is megállapítható, és ez alapján a lerakódások eltávolítása is vezérelhető [8.24].

Hőmérsékletmérés a hangsebesség alapján: A füstgáz hőmérséklet-eloszlásának vizsgálatára a hang terjedési sebességének változásán alapuló módszerek is felhasználhatók. Mint a 6.1. fejezetben bemutattuk, a hang sebessége a gázokban a gáz összetételétől és hőmérsékletétől függ:

Ezt felhasználva, a 8.13. ábrán (b) vázolt rácsos vagy más elrendezésben végzett mérés során, az egyik oldalon lévő jeladóból (például levegő fúvókán való kiáramlásából, villamos ívből) származó jelet a kibocsátás helyén és a vele szemben lévő falon vagy az oldalfalakon elhelyezett érzékelőkkel rögzítve, a spektrum eltéréséből az egyes eltérő útvonalakon megállapítható a hang átlagos terjedési sebessége. Ezekből az eredmények tomográfiai kiértékelésével meghatározható az átlagos gázhőmérséklet, illetve hőmérséklet-eloszlás. A gázösszetétel változásából adódó pontatlanság, a szokásos tüzelőberendezéseknél, elméletileg ±2% nagyságrendben van.

A csőfalhőmérséklet mérése: Eltérő hosszúságú, hőterhelésű túlhevítő csövek esetén az egyenlőtlenségek és ezeknek a csövek falhőmérsékletére gyakorolt hatása számítással is meghatározható (2.2.2.6. fejezet), gyakran indokolt azonban a kritikus csövek falhőmérsékletének mérésekkel történő ellenőrzése is. Erre a folyadékhiányos forrás tartományához (3.9. ábra) közel üzemelő forrcsövek esetén is szükség lehet. A mérésre, egyebek mellett, a 8.14. ábrán vázolt mérőszakasz alkalmazható. A csőre hegesztett zömítőgyűrűs tömítésen keresztül a cső belsejében vezetett, 1,2–2 mm átmérőjű köpeny hőelem-érzékelőjét a csőből kivágott mérőszakaszba zömítéssel rögzítik, majd a mérőszakaszt a csőbe visszahegesztik. A közeghőmérséklet mérése a fűtetlen, de jól szigetelt csőszakaszokra kondenzátoros hegesztéssel (12–24 V feszültségen feltöltött, 4–20 μF kapacitású kondenzátor kisütésekor keletkező ívvel), egyenként rögzített, 0,4–0,6 mm átmérőjű, hőálló anyaggal szigetelt, szokásos (vas-konstantán, kromel-alumel stb.) anyagú huzalokból kialakított hőelem-huzalpárral is lehetséges (8.14. ábra). A megfelelő nagyságú, feltöltött kondenzátor kisülésekor keletkező ív hőhatása elégséges a huzal csőre történő erősítéséhez, de a cső anyagszerkezetében elváltozást nem okoz. Tartós használatra alkalmas; a hegesztések sérülésére a szigetelés hibajavítás érdekében történő megbontásakor kell számítani. Az irodalomban (például [2]) más hőmérő-rögzítési módszerek is megtalálhatók.

A hőáramsűrűség meghatározása: A tűztéri hőáramlás, a cirkulációs számítás ellenőrzéséhez gyakran szükség van a hőáramsűrűség ismeretére. Mérésére hordozható vagy fixen beépített hőáramsűrűség-mérő szondákat alkalmaznak. Előbbiek különféle megoldásait például a [8.29] irodalom ismerteti részletesen. Utóbbiak közül csak a csőfalban kialakuló hőmérséklet-különbségen, illetve a csőre hegesztett lapkában kialakuló hőmérséklet-különbségen alapuló mérési módszereket vázoljuk:

A füstgázoldali tömörség a nyílások környezetének zömítésével, illetve a hátsó oldal dobozolásával biztosítható. Az előbbi összefüggésben:

Természetes cirkulációjú elgőzölögtető csöveknél, amennyiben a cső belső felülete lerakódásmentes, az axiális hővezetés hatása a radiális hővezetéshez képest elhanyagolható. Ilyen esetben, ha a külső hőmérő a csőfelület közelében van,

search

= 0,91–0,96 lehet. A kényszerátáramlású kazánok elgőzölögtetőinél, illetve egy oldalról besugárzott túlhevítő felületeknél kisebb

search

értékekkel kell számolni. A hőmérők beépítéséből, a méreteltérésekből (az érzékelők köpenyen belüli tényleges elhelyezkedéséből) adódóan jelentős nagyságú mérési hiba lehetséges. Ezek csökkentésére, a tényleges beépítés hatásának figyelembevételére [2] közöl gyakorlatban alkalmazható eljárást.

összefüggéssel lehetséges, amelyben

A lapkát, célszerűen, nagyobb hőmérsékleten is jó korrózióálló képességű anyagból kell készíteni, pontosan (például a homlok-, hátsó falat párhuzamosra köszörülve) kell gyártani. A szokásos falvastagság 4 mm, a mérősáv

search

szélessége 20 mm.

Lerakódásvizsgáló cső: A különleges összetételű (hulladék-, biomassza-eredetű) tüzelőanyagok felhasználásánál, tüzelőanyag-váltásnál gyakran a lerakódások mennyiségének, összetételének megváltozásával, korábban nem tapasztalt korrózió megjelenésével is számolni kell. A folyamatok kellő időtartamú, beállítható, ellenőrizhető feltételrendszerben történő megfigyelése lerakódásvizsgáló cső beépítésével lehetséges [8.30]. Ez mintegy 0,5 m hosszú, vizsgálni kívánt anyagú, méretű, beállítható, szabályozott hőmérsékletű közeggel hűthető, falhőmérőkkel (a belső, illetve a külső alkotókon) egyenletesen ellátott cső, amely 500–4000 óra vizsgálati időt követően eltávolítható a kazánból (8.17. ábra). A kivételt követően szemrevételezéssel, laboratóriumi vizsgálatokkal megállapítható az esetleges lerakódások mértéke, összetétele, korróziós, anyagszerkezetre gyakorolt hatása. Miután a cső hossztengelye mentén a hőmérséklet változik, meghatározható egy adott lerakódás, korróziótípus, anyag szempontjából mértékadó hőmérsékletsáv, fogyási sebesség [8.30]. Különféle csőanyagokkal végzett, párhuzamos vizsgálatokkal a legalkalmasabb anyagminőség is kiválasztható.

Zajmérés (hangemissziós vizsgálatok) alkalmazása: A kazánok üzemeltetésekor jelentkező különféle rezgések spektrumának folyamatos megfigyelése (mint arra a 7.4. fejezetben utaltunk) lehetőséget ad a kazán elzárt terében jelentkező meghibásodások (lyukadások, csőkinyílások, repedések) kezdeti fázisban történő felismerésére, ezzel a súlyosabb meghibásodások megelőzésére [8.31], [8.32]. A zajspektrum felvételére általában kétféle eszközt alkalmaznak [8.33]:

Az érzékelőket a rezgések spektrumának, lefutásának kiértékelésére alkalmas számítástechnikai rendszerhez csatlakoztatva egyrészt általában elemezhetők a rezgések, másrészt a spektrumok gyors megváltozásakor, előre beállított amplitúdók túllépésekor azonnal figyelmeztető jelzés adható a kezelőszemélyzet részére, így a szükséges beavatkozások kellő időben megkezdhetők. Tervezett, erős zajjal, rezgéssel járó beavatkozások – mint például a vízlándzsás salakeltávolítás, a koromfúvók használata – idejére a jelek kiértékelése átmenetileg felfüggeszthető.