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用威力巴流量计计量煤气流量示值偏高

发布时间:2014-06-13  浏览:1167次  字号:  

存在问题
  南京某钢厂用威力巴流量计测量炼钢炉产出的煤气流量,压力十几千帕,已进行温度压力补偿。工艺专业人员认为,测量结果偏高15%。
分析与诊断
(1)关于测量任务
  询问提问者,现在煤气流量计所显示的流量是湿煤气的总流量还是湿煤气中的干部分流量,提间者不清楚。
  在钢厂,炼铁炉炼钢炉等都要产出很多煤气,在这些煤气从炉中导出时,流体温度很高,煤气在管道中一面流动,一面经管壁散发热量,温度降低,当温度降低到一定数值时,煤气中的水汽达到饱和状态。再往下游流动,煤气温度进一步降低,煤气中可能会出现悬浮在气体中的微小水滴,成为湿煤气。这些小水滴与煤气均匀混合在一起,流向下游。煤气温度再降低后,水平管道底部就会出现分层流动的水。这部分水贴在水平管道的底部流向下游,不对测量结果产生影响。而混在煤气中的水汽和均匀悬浮在煤气中的小水滴却会使流量计示值偏高。
  提问者请供应商查阅了所咨询的测量点的计算书,结果被告知显示的湿煤气的总量。后来根据工艺专业的意图,将测量任务修改为湿煤气的干部分流量,重新计算,在流量二次表中也作了相应修改。修改完毕,流量计显示的流量值与工艺专业的理论值基本相符,从而解决了问题。
(2)为什么要测量湿煤气的干部分流量
  炼钢炉流出的煤气在管道中输送沮度逐渐降低,煤气中的水汽含量在达到饱和程度后,其中的水汽含量仍然在变化,它是煤气温度的函数,如表3.1所示,但它包含的发热量(热值)却保持不变,这是因为能够提供热量的干部分没有变化,所以测量湿煤气的干部分流量更有意义。湿煤气中的水汽对煤气的发热量(每标准立方米煤气所能提供的发热量)毫无贡献,不仅如此,在燃烧时水汽还要带走热量,因为燃烧之后的烟气温度总是比进入燃烧室的煤气温度高的缘故。工艺专业在利用化学反应方程式计算炼钢炉出口的煤气流量时,也剔除了其中的水。所以,只有计算出湿煤气中的干部分流量,才能与他们的数据相吻合。
(3)湿煤气的干部分计算
 采用差压法测量煤气流量,与干气体流量测量的最大差别除了扣除湿煤气中的水蒸气之外,还要计入煤气中的水蒸气含量变化之后,流体密度也发生了变化,从而影响流量示值。
  下面是湿煤气干部分流量测量所用的必要公式,这些公式不仅为湿煤气的干部分计算提供依据,而且也为实际工况偏离设计工况后,而且也为实际工况偏离设计工况后,对因此而引入的误差进行校正提供依据。
①流量计算公式
用阿牛巴流量计测量湿煤气流量时,湿煤气的质量流量qm可用式(3.4)计算:

式中qm—质量流量,kg/s;
     A—流通截面积,m2;
    α—流量系数;
   ε1—节流件正端取压口平面上的可膨胀性系数;
   △P—差压,Pa;
   ρ1—节流件正端取压口平面上的流体密度,kg/m3.
  式中ε1用式(3.5)计算:

式中κ—等熵指数;
    P1—节流件正端取压口绝对压力,Pa;
    P2—节流件负端取压口绝对压力(P2=P1-△P),Pa。
②煤气密度计算公式
a.标准状态下湿煤气的密度ρn按式(3.6)计算:
   ρn=ρgn+ρsn
   ρsn=f(tm)
式中  ρgn—湿煤气在标准状态下干部分的密度,kg/m3;
      ρsn—湿煤气在标准状态下湿部分的密度,kg/m3(由查表3.1得);
        tn—标准状态温度,℃。
b.煤气在标准状态下干部分的密度ρgn用式(3.8)计算:

式中 Xi—煤气各组分的体积百分数,%;
     ρgn—煤气各组分在标准状态下的密度,kg/m3(由查表得)。
c.工作状态下湿煤气的密度按式((3.9)计算: ρ1=ρg1+ρs1
式中 ρg1—湿煤气在工作状态下干部分的密度,kg/m3;
     ρs1—湿煤气在工作状态下湿部分的密度,kg/m3。
ρg1和ρs1分别按式(3.10)和式(3.11)计算:

式中  Pn、P1—标准状态和工作状态下气体绝对压力,pa;
      Zn、Z1—标准状态和工作状态下气体压缩系数;
      Tn、T1—标准状态和工作状态下气体温度,K;
      Ps1max—工作状态下,饱和水蒸汽压力,Ps1max=f(t1)由t1查表3.1得;
     ρs1max—工作状态下,饱和水蒸汽密度,kg/m3,ρs1maxf(t1)由t1查表3.1得;
         φ1—工作状态下,湿煤气的相对湿度,(一般取100%);
          t1—节流件正端取压口平面处的流体温度,℃。
将式(3.10)和式(3.11)代入式(3.9)得

③湿煤气工作状态下体积流量的计算

式中的符号与式(3.10)、式(3.11)、式(3.12)相同。
④湿煤气工作状态质量流量的计算
qm=qv1ρ1
求得qm和ρ1后,就可利用式(3.4)计算差压上限。
⑤湿煤气流量计的沮度压力补偿
气体温度和压力变化后,湿气体干部分在标准状态下的流最可用式(3.16)进行补偿:

式中,带“′”,符号者为实际使用工况条件下的参数,不带“′”为设计工况所对应的数(qvn为设计工况所对应的体积流量)。
  式(3.16),由于工况变化,ρ1已经从式(3.13)所表示的值变成式(3.17)所表示的值:

因此,将式(3.17)代入式(3.16)就可得到完整的补偿公式:

式中q′vn—经过补偿的湿气体干部分体积流量,m3/h(标准状态);
     qvn —设计状态湿气体干部分体积流量,m3/h(标准状态);
     P′1—工作状态节流件正端取压口气体压力,MPa(实测值);
 P′slmax—工作状态下饱和水蒸气压力,kPa(由T′1查表3.1得);
       P1—设计状态节流件正端取压口气体压力,MPa(查孔板计算书得);
   Pslmax—设计状态下饱和水蒸气压力,kPa(由T1查表3.1得);
    ε′1—工作状态流体可膨胀性系数【按式(3.5)计算得】;
      ε1—设计状态流体可膨胀性系数(查孔板计算书得);
       T1—设计状态气体热力学温度,K(T1= t1+273.16,查孔板计算书得);
     T′1—工作状态气体热力学温度,K(由气体温度实测值换算得);
       Z1—设计状态气体压缩系数(查孔板计算书得);
     Z′1—工作状态气体压缩系数(设置或自动计算);
      ρ1—设计状态节流件正端取压口气体密度,kg/m3;
       Pn—标准状态气体压力,101.325kPa;
       Tn—标准状态气体热力学温度,K(293.16K);
       Zn—标准状态气体压缩系数(Zn=1.0000) ;
     ρgn—标准状态干煤气密度,kg/m3。
  上述计算可以再留恋演算器或DCS中完成。

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