摘要:針對煤礦管道瓦斯計量現(xiàn)狀通過對V錐流量計的特點分析并結(jié)合管道瓦斯自身特點,得出V錐流量計更適合于管道瓦斯計量。重點介紹了V錐流量計算公式中的系數(shù)k.差壓值△p、密度ρ本身的測量誤差對流量計算結(jié)果的影響并通過計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測量結(jié)果的影響得出系數(shù)k影響最大引入實時密度測量更容易提高測量正確率的結(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)帶來了廣闊的市場,并對流量的測量亦有了要求。流量測量裝置配備在井下移動泵、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和渦街流量計調(diào)查發(fā)現(xiàn)這2款測量裝置本身存在很大不足板流量計測量精度差而且對泵的抽放效率有很大影響,渦街流量計本身對振動非常敏感煤礦的工況條件很大程度上影響了渦街測量的正確率同時這2種流量計的安裝需要很長的直管段很多時候工況條件難以滿足。目前煤礦急需--種測量精度高長期穩(wěn)定性好安裝維護(hù)方便的測量設(shè)備。V錐流量計以其獨特的性能非常適合于煤礦瓦斯抽放環(huán)境。
1.V錐流量計在瓦斯管道氣體測量方面的特點
通過對瓦斯管路抽放氣體和瓦斯抽放泵現(xiàn)場作業(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量的流量計,它的以下特點決定了它非常適用于瓦斯管道氣體的測量。
(1)±0.5%的測量精度(在多數(shù)標(biāo)定的V錐流量計中流出系數(shù)的不確定度不超過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,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)閥后安裝時需要3D的直管,D為管路直徑)。
(3)具有極高的測量靈敏度(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)就可以檢測到。因而除了測量大流量外還可測量極小的流量如煙道氣等。
(4)V錐體被設(shè)計成吹掃型結(jié)構(gòu),因而具有自清潔功能,因此不會堆積截留流體中挾帶的任何臟污物、凝固體、固體、氣液等。非常適合測量臟污的流體。
(5)流體流過具有特殊形狀結(jié)構(gòu)的V錐體時,會在其節(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錐型流量計投入使用.后除極特殊條件外,它的節(jié)流邊是不會被磨損得,也可以說是免拆卸標(biāo)定的。
(6)無可動部件不含任何電器件是-個純機械體具有不怕震動、耐高溫、高壓、防腐等特點。也就是說:它既有傳統(tǒng)差壓式儀表的結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠之特點又具有傳統(tǒng)差壓式所不具備的各項優(yōu)越性能。
(7)壓損小,相比于孔板流量計和渦街流量計有明顯的節(jié)能效果。
2V錐流量計測量結(jié)果的誤差計算
2.1測試數(shù)據(jù)及誤差處理方法
對3臺V流量傳感器進(jìn)行了測試經(jīng)過實流標(biāo).定系數(shù)k:為8690。表1為實流標(biāo)定時所測得的參數(shù)。
結(jié)合以上標(biāo)定數(shù)據(jù)分析各變量對流量計算值的影響并計算出各變量對計算值影響的大小，從而可以有針對性的處理生產(chǎn)和測量過程中引入的誤.差提高數(shù)據(jù)的正確率。并重點觀察引入甲烷濃度測量對真實值的影響。
首先選取測試條件在這里對標(biāo)準(zhǔn)狀況及其工況簡單加以說明標(biāo)準(zhǔn)狀況通常是指溫度為0C(273.15K)和壓強為101.325kPa的情況;工況是指工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備在現(xiàn)場工作時所處的環(huán)境狀況需現(xiàn)場測量。為了更貼近實際使用環(huán)境選取工況狀況進(jìn)行計算在溫度為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是一個含有多元變量的計算公式其中系數(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)做單獨的變量處理這樣更有利于誤差分析。因此式(1)是一個含有3個自變量的函數(shù)。
的估算計算出k、Op和p所產(chǎn)生的誤差對真實值的影響。
在實際的生產(chǎn)和測量過程中k、△p和ρ3個數(shù)都會產(chǎn)生不同程度的誤差,由于測量手段及工具的有限不可能得到真實值,因此只能估算出測量值與真實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)生的影響是計算的重點瓦斯抽放管路作業(yè)時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,一種情況是在測量過程中不斷對甲烷的測量調(diào)整密度參數(shù)提高其正確率,綜合測量工具等方面的影響將誤差擴大,相對誤差限為2%;另-種情況是不進(jìn)行密度計算和修正這樣產(chǎn)生的誤差相對較大。
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,瓦斯氣體密度為1.09666kg/m3;
甲烷含量是40%時瓦斯氣體密度為0.98922kg/m3;甲烷含量接近于0時，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。
相對誤差限為:0.10744+1.09666=9.8%。
利用公式計算誤差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%時的誤差計算;系數(shù)k誤差10%、密度ρ誤差2%時的誤差計算;系數(shù)k誤差5%、密度ρ誤2%時的誤差計算結(jié)果見表2。
2.3誤差結(jié)果統(tǒng)計分析
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%時相對誤差限為8.83%�？梢缘贸鋈缦陆Y(jié)論:
(1)在k、△p、ρ誤差均為10%時hs系數(shù)產(chǎn)生的誤差對最終計算結(jié)果影響最大其次為密度ρ差壓△p最小。
(2)利用估算的密度計算工況流量時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誤差限可以達(dá)到21.29%。
(3)在k、△p、ρ誤差分別為5%、2%、2%時即利用密度的調(diào)整來進(jìn)一步提高數(shù)值正確率的情況下相對誤差限可以達(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)正確率的方式通過系數(shù)k從10%的誤差提高到5%的誤差,可將相對誤差限從15.58%提高到8.83%。
(5)通過引入甲烷濃度測量修正密度數(shù)據(jù)是行之有效的提高數(shù)據(jù)正確率的方法,甲烷濃度的測量使得誤差可以從9.8%減小為2%以內(nèi)測量結(jié)果的相對誤差限可以從21.29%提高到1558%。
(6)從生產(chǎn)和技術(shù)的可操作性方面進(jìn)行對比,引入甲烷濃度修正密度數(shù)據(jù)是易于實現(xiàn)且非常有效的提高數(shù)據(jù)正確率的方式。
3結(jié)語
針對V錐流量計在煤礦管道瓦斯計量方面的應(yīng)用現(xiàn)狀,重點介紹了V錐流量計算公式中系數(shù)k、差壓值△p、密度ρ本身的測量誤差對流量計算結(jié)果的影響并通過計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測量結(jié)果的影響得出k系數(shù)影響最大引入實時密度測量更容易提高測量正確率的結(jié)論。并通過對生產(chǎn)加工V錐體的工藝改進(jìn)以及通過引入瓦斯?jié)舛葴y量校正密度值進(jìn)而使得流量測量的正確率大大的提高。
V錐流量計現(xiàn)已在山西遼寧、黑龍江等地開始使用其測量的正確率和穩(wěn)定性較之前流量計有明顯提高節(jié)能效果顯著。與此同時隨著測量數(shù)據(jù)的進(jìn)一步豐富將進(jìn)一步提高V錐流量計的性能,使.得其測量正確率進(jìn)一步提高推進(jìn)V錐流量計的國家標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。
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