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标准孔板流量计测定抽放瓦斯流量计算方法
发布时间:2021-1-7 08:54:58

摘要:标准孔板流量计是目前计量气体流量最为精确的计量器具,针对目前计算标准孔板流量计流量的三种方法,按照煤矿瓦斯抽放管道内混合气体状态,对三种计算方法的计算误差进行了探讨,得出使用“流量系数法“计算孔板流量计流量,计算精度完全能够满足矿井瓦斯抽放工程需要的结论。
1孔板流量计的适用条件与参数测定.
  余吾煤业企业是一座高瓦斯矿井,瓦斯是制约矿井安全生产的主要因素,瓦斯抽放是解决生产过程中矿井绝对瓦斯涌出量大的最有效的方法。准确测量矿井及井下各地点瓦斯抽放量对矿井组织生产有重要意义。在煤矿瓦斯抽放流量测量中使用最广泛的流量计是径距取压的标准孔板,其适用条件如表1所示。

  应用孔板流量计来测定并计算管道内的瓦斯流量时,必须同时测量以下参数:孔板前后的压差值、测量地点的大气压力值、管道内的气体压力值(正压或负压)、管道内的气体温度、管道内气体的瓦斯浓度。
2流量计算方法
2.1用“流量系数法”计算混合气体流量
对于D和D/2的取压孔板,采用下列公式计算:

  式中:Q为用标准孔板测定的混合瓦斯流量,m3/min;K,为孔板流量计实际流量特性系数(孔板系数),K=0.0002085aqβeD;ax为流量系数,流量系数a与孔板直径比及雷诺数R.,(与D有关的雷诺数)有关,可查表求得";β为孔板直径比,β=d/D;D为管道内径,mm;h2为20C时的压差,x9.8Pa;pi为工作状态下孔板上游取压孔处的混.合气体密度,工作状态下,瓦斯密度可按下式计算:为标准状态下瓦斯的密度,kg/m3Pi为工作状态下瓦斯的密度,kg/m;p,为工作状态下瓦斯的压力,Pa;T为工作状态下瓦斯的温度,℃C;T。为标准状态下的绝对温度(T。=273.15K);Z为瓦斯压缩系数(在标准状态下,对于空气,Z=1,对于CH,Z=0.998);ε为流束膨胀系数,对于D和D/2取压的标准孔板的膨胀系数ε,当ΔP/P1≤0.25时,流束膨胀系数按以下经验公式计算:为孔板上游取压孔的瓦斯绝对静压力,Pa;h为等熵指数,对于空气,k=1.4,对于CH,k=1.32。
2.2伴有温度压力校正的流量校正系数法
使用“伴有温度压力校正的流景校正系数法计算标准孔板瓦斯混合流量的--般公式为:

  标准孔板流量系数;m为截面比;D为管道直径,m;T为同点的温度;293为标准绝对温度,℃;Pr为孔板上风端测得的绝对压力,KPa;X为混合气体中的瓦斯浓度,%。
2.3按节流型流量计的流量计算
2.3.1.计算公式
节流式流量计的流量计算公式的普遍形式:

  式中:K3为一常数项,由公式中各量的计算确定K3值的大小,在国际单位制中,K=/2π/4=1.11072,若按工程上的习惯,孔径D的单位用毫米,流量Q的单位用m3/min,则K3=/2π/4x60x10-6=0.00006664;C为流出系数,标准孔板的流出系数C由Stolz方程确定:C=0.5959+100.75+0.0312β-1-0.1840β°+0.0029p2S(一)ReD0.0900L,β*(1-β)-1-0.0337L2β,当L≥0.0390/0.0900(=0.4333)时,β*(1-β°)-的系数用0.0390;L为孔板上游端面到上游取压口的距离除以管道直径得出的商,L=l,/D;L2为孔板下游端面到下游取压口的距离除以管道直径得出的商,L2=l1/D。
对于D和D/2的取压孔板,由于L1总大于0.4333,因此,β4(1–β4)-的系数为0.0390,L2=0.47,所以β的系数为-0.01584。故:C=0.5959+0.03123-0.1840β°+0.0029β^(j)1060.75+Ren0.0390β°(1-β*)-1-0.01584β。
2.3.2适用范围
  对于D-D/2取压的标准孔板:孔径d≥12.5mm;管径50mm≤D≤1000mm;直径比0.2≤β≤0.75;雷诺数R≥1260βD。
3各流量计算方法的对比
  在实际矿井瓦斯抽放系统中,对流量影响最大的参数为孔板流量计压差,根据屯留煤矿井下瓦斯抽放主干管道上孔板流量计的直径比β=0.5、管道内径D=800mm,给出管道内混合气体温度为17℃、孔板流量计上游取压孔绝对静压p,=75kPa,管道中甲烷浓度为19%时,不同压差下三种方法计算出的体积流量(标准状态下),如表2所示。

4结论
  由表2的计算结果可知,三种计算方法的偏差在0.82%~2.57%之间,其中“流量系数法”与“节流型流量计计算法”的计算结果最为接近,其相对偏差在0.358%~0.364%之间,因此在矿井瓦斯抽放系统中,使用“流量系数法"计算孔板流量计流量,计算精度完全能够满足矿井瓦斯抽放工程中矿井掌握抽放瓦斯量的要求,给矿井安全生产及瓦斯抽放工程合理组织提供可靠数据。

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