摘要:針對(duì)煤礦管道瓦斯計(jì)量現(xiàn)狀通過(guò)對(duì)V錐流量計(jì)的特點(diǎn)分析并結(jié)合管道瓦斯自身特點(diǎn),得出V錐流量計(jì)更適合于管道瓦斯計(jì)量。重點(diǎn)介紹了V錐流量計(jì)算公式中的系數(shù)k.差壓值△p、密度ρ本身的測(cè)量誤差對(duì)流量計(jì)算結(jié)果的影響并通過(guò)計(jì)算不同狀況下的系數(shù)h.差壓值△p、密度ρ的誤差大小變化分析其本身對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響得出系數(shù)k影響最大引入實(shí)時(shí)密度測(cè)量更容易提高測(cè)量正確率的結(jié)論。
瓦斯抽放是防治煤礦瓦斯災(zāi)害事故的根本措施瓦斯抽放監(jiān)控及利用是確保瓦斯抽放安全、提高瓦斯抽放效率和瓦斯利用率的重要途徑和有效手段。瓦斯利用為瓦斯抽放系統(tǒng)帶來(lái)了廣闊的市場(chǎng),并對(duì)流量的測(cè)量亦有了要求。流量測(cè)量裝置配備在井下移動(dòng)泵、地面抽放泵的正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè),目前主要使用的是孔板流量計(jì)和渦街流量計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)這2款測(cè)量裝置本身存在很大不足板流量計(jì)測(cè)量精度差而且對(duì)泵的抽放效率有很大影響,渦街流量計(jì)本身對(duì)振動(dòng)非常敏感煤礦的工況條件很大程度上影響了渦街測(cè)量的正確率同時(shí)這2種流量計(jì)的安裝需要很長(zhǎng)的直管段很多時(shí)候工況條件難以滿足。目前煤礦急需--種測(cè)量精度高長(zhǎng)期穩(wěn)定性好安裝維護(hù)方便的測(cè)量設(shè)備。V錐流量計(jì)以其獨(dú)特的性能非常適合于煤礦瓦斯抽放環(huán)境。
1.V錐流量計(jì)在瓦斯管道氣體測(cè)量方面的特點(diǎn)
通過(guò)對(duì)瓦斯管路抽放氣體和瓦斯抽放泵現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的分析結(jié)合V錐流量傳感器本身的特性分析,V錐流量傳感器是一款非常適合瓦斯管道氣體測(cè)量的流量計(jì),它的以下特點(diǎn)決定了它非常適用于瓦斯管道氣體的測(cè)量。
(1)±0.5%的測(cè)量精度(在多數(shù)標(biāo)定的V錐流量計(jì)中流出系數(shù)的不確定度不超過(guò)0.4%)。這樣高的精度是孔板等傳統(tǒng)差壓儀表所不能相比的;量程比10~15:1。
(2)在使用安裝時(shí),只需要極短的直管段甚至不需要前面1(0)~3D后面0~1D。(在調(diào)節(jié)閥后安裝時(shí)需要3D的直管,D為管路直徑)。
(3)具有極高的測(cè)量靈敏度(分辨率)負(fù)壓端約25Pa的壓力(水柱高度還不到普通玻璃板的厚度)就可以檢測(cè)到。因而除了測(cè)量大流量外還可測(cè)量極小的流量如煙道氣等。
(4)V錐體被設(shè)計(jì)成吹掃型結(jié)構(gòu),因而具有自清潔功能,因此不會(huì)堆積截留流體中挾帶的任何臟污物、凝固體、固體、氣液等。非常適合測(cè)量臟污的流體。
(5)流體流過(guò)具有特殊形狀結(jié)構(gòu)的V錐體時(shí),會(huì)在其節(jié)流邊緣處形成邊界層效應(yīng),因此極大地減少了磨損的可能性,因此V錐型流量計(jì)投入使用.后除極特殊條件外,它的節(jié)流邊是不會(huì)被磨損得,也可以說(shuō)是免拆卸標(biāo)定的。
(6)無(wú)可動(dòng)部件不含任何電器件是-個(gè)純機(jī)械體具有不怕震動(dòng)、耐高溫、高壓、防腐等特點(diǎn)。也就是說(shuō):它既有傳統(tǒng)差壓式儀表的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固可靠之特點(diǎn)又具有傳統(tǒng)差壓式所不具備的各項(xiàng)優(yōu)越性能。
(7)壓損小,相比于孔板流量計(jì)和渦街流量計(jì)有明顯的節(jié)能效果。
2V錐流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的誤差計(jì)算
2.1測(cè)試數(shù)據(jù)及誤差處理方法
對(duì)3臺(tái)V流量傳感器進(jìn)行了測(cè)試經(jīng)過(guò)實(shí)流標(biāo).定系數(shù)k:為8690。表1為實(shí)流標(biāo)定時(shí)所測(cè)得的參數(shù)。
結(jié)合以上標(biāo)定數(shù)據(jù)分析各變量對(duì)流量計(jì)算值的影響并計(jì)算出各變量對(duì)計(jì)算值影響的大小，從而可以有針對(duì)性的處理生產(chǎn)和測(cè)量過(guò)程中引入的誤.差提高數(shù)據(jù)的正確率。并重點(diǎn)觀察引入甲烷濃度測(cè)量對(duì)真實(shí)值的影響。
首先選取測(cè)試條件在這里對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀況及其工況簡(jiǎn)單加以說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)狀況通常是指溫度為0C(273.15K)和壓強(qiáng)為101.325kPa的情況;工況是指工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)所處的環(huán)境狀況需現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。為了更貼近實(shí)際使用環(huán)境選取工況狀況進(jìn)行計(jì)算在溫度為20C大氣壓力為101.325.kPa狀況下空氣的密度為1.2041kg/m',甲烷密度0.6669kg/m'狀況,工況下體積流量Qv的計(jì)算式')如下:
式中
k---系數(shù);
C---流出系數(shù);.
ε---壓縮系數(shù)液體ε=1;
β---直徑比;
D---管道內(nèi)徑,mm;
d---錐體最大處直徑.mm。
Qv是一個(gè)含有多元變量的計(jì)算公式其中系數(shù)k、差壓值△p、密度p都是其中的變量,而系數(shù)k又受到多種因素的影響在這里把系數(shù)k當(dāng)做單獨(dú)的變量處理這樣更有利于誤差分析。因此式(1)是一個(gè)含有3個(gè)自變量的函數(shù)。
的估算計(jì)算出k、Op和p所產(chǎn)生的誤差對(duì)真實(shí)值的影響。
在實(shí)際的生產(chǎn)和測(cè)量過(guò)程中k、△p和ρ3個(gè)數(shù)都會(huì)產(chǎn)生不同程度的誤差,由于測(cè)量手段及工具的有限不可能得到真實(shí)值,因此只能估算出測(cè)量值與真實(shí)值的誤差在這里將系數(shù)k所產(chǎn)生的誤差估算為10%,△p所產(chǎn)生的誤差估算為5%密度ρ產(chǎn)生的影響是計(jì)算的重點(diǎn)瓦斯抽放管路作業(yè)時(shí)密度本身隨著瓦斯抽放進(jìn)度不斷變化,因此設(shè)置2種情況,一種情況是在測(cè)量過(guò)程中不斷對(duì)甲烷的測(cè)量調(diào)整密度參數(shù)提高其正確率,綜合測(cè)量工具等方面的影響將誤差擴(kuò)大,相對(duì)誤差限為2%;另-種情況是不進(jìn)行密度計(jì)算和修正這樣產(chǎn)生的誤差相對(duì)較大。
例如:工況下空氣的密度為1.2041kg/m3,甲烷密度0.6669kg/m3,甲烷含量是20%時(shí),瓦斯氣體密度為1.09666kg/m3;
甲烷含量是40%時(shí)瓦斯氣體密度為0.98922kg/m3;甲烷含量接近于0時(shí)，瓦斯氣體密度為1.2041kg/m3則:甲烷含量40%的甲烷密度與甲烷含量20%的甲烷密度所產(chǎn)生的誤差為0.10744;甲烷含量0%的甲烷密度與甲烷含量20%的甲烷密度所產(chǎn)生的誤差為0.10744。
相對(duì)誤差限為:0.10744+1.09666=9.8%。
利用公式計(jì)算誤差e(A*)為:
≈2499.005+11735.424=21.29%
同理可以進(jìn)行系數(shù)k、差壓△p、密度ρ誤差均為10%時(shí)的誤差計(jì)算;系數(shù)k誤差10%、密度ρ誤差2%時(shí)的誤差計(jì)算;系數(shù)k誤差5%、密度ρ誤2%時(shí)的誤差計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
2.3誤差結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析
從表2中可以看出。在系數(shù)k差壓△ρ、密度ρ本身存在10%誤差的情況下,相對(duì)誤差限達(dá)到了23.90%;而在估算的系數(shù)k誤差10%、差壓△ρ誤差5%、密度ρ誤差9.8%的誤差情況下相對(duì)誤差限是21.29%;在提高技術(shù)及其工藝的情況下系數(shù)k:誤差5%、差壓△ρ誤差2%、密度ρ誤差2%時(shí)相對(duì)誤差限為8.83%。可以得出如下結(jié)論:
(1)在k、△p、ρ誤差均為10%時(shí)hs系數(shù)產(chǎn)生的誤差對(duì)最終計(jì)算結(jié)果影響最大其次為密度ρ差壓△p最小。
(2)利用估算的密度計(jì)算工況流量時(shí)只考慮甲烷氣體濃度變化20%的情況下,誤差依舊非常大相對(duì)誤差限可以達(dá)到21.29%。
(3)在k、△p、ρ誤差分別為5%、2%、2%時(shí)即利用密度的調(diào)整來(lái)進(jìn)一步提高數(shù)值正確率的情況下相對(duì)誤差限可以達(dá)到8.83%。
(4)系數(shù)k減小誤差是最為有效的提高數(shù)據(jù)正確率的方式通過(guò)系數(shù)k從10%的誤差提高到5%的誤差,可將相對(duì)誤差限從15.58%提高到8.83%。
(5)通過(guò)引入甲烷濃度測(cè)量修正密度數(shù)據(jù)是行之有效的提高數(shù)據(jù)正確率的方法,甲烷濃度的測(cè)量使得誤差可以從9.8%減小為2%以內(nèi)測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差限可以從21.29%提高到1558%。
(6)從生產(chǎn)和技術(shù)的可操作性方面進(jìn)行對(duì)比,引入甲烷濃度修正密度數(shù)據(jù)是易于實(shí)現(xiàn)且非常有效的提高數(shù)據(jù)正確率的方式。
3結(jié)語(yǔ)
針對(duì)V錐流量計(jì)在煤礦管道瓦斯計(jì)量方面的應(yīng)用現(xiàn)狀,重點(diǎn)介紹了V錐流量計(jì)算公式中系數(shù)k、差壓值△p、密度ρ本身的測(cè)量誤差對(duì)流量計(jì)算結(jié)果的影響并通過(guò)計(jì)算不同狀況下的系數(shù)k、差壓值;△p、密度p的誤差大小變化分析其本身對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響得出k系數(shù)影響最大引入實(shí)時(shí)密度測(cè)量更容易提高測(cè)量正確率的結(jié)論。并通過(guò)對(duì)生產(chǎn)加工V錐體的工藝改進(jìn)以及通過(guò)引入瓦斯?jié)舛葴y(cè)量校正密度值進(jìn)而使得流量測(cè)量的正確率大大的提高。
V錐流量計(jì)現(xiàn)已在山西遼寧、黑龍江等地開(kāi)始使用其測(cè)量的正確率和穩(wěn)定性較之前流量計(jì)有明顯提高節(jié)能效果顯著。與此同時(shí)隨著測(cè)量數(shù)據(jù)的進(jìn)一步豐富將進(jìn)一步提高V錐流量計(jì)的性能,使.得其測(cè)量正確率進(jìn)一步提高推進(jìn)V錐流量計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。
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