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湿气体流量的换算问题

孙淮清
(重庆工业自动化仪表研究所 重庆 400708)

 

       

       摘    要    文章介绍了湿气体的定义,湿气体的换算问题,同时介绍了脉冲式流量计和差压式流量计的流量换算方法。最终提出一些有待探讨的问题。

       关键词     湿气体    流量换算  探讨的问题
    
    湿气体是干气体和水蒸汽的混合物,在低压状态下,湿气体中水蒸汽的分压很低,它们大都处于过热状态,可以用理想混合气体来处理。湿气体的满标度流量是用标准状态下湿气体干部分的体积流量表示的,但是流量计在设计计算和选型过程中需要把标准状态下体积流量换算成工作状态下体积流量,例如节流装置的设计计算或涡街流量计的口径选型等。在流量换算过程中需要注意一些问题,否则会产生原则性错误。例如当工作状态(压力、温度)发生变化时湿气体的湿度会发生变化,甚至发生相变,冷凝出液滴,这时再采用质量守恒守律进行换就将产生错误。


1 湿气体流量换算公式中参数的意义

(1)标准状态下体积流量qvn 的定义式如下:

式中,qvn 为标准状态下体积流量,m3/h(标准状态);qm为质量流量,kg/h;ρb为标准状态下气体的密度,kg/m3
由式可见,由于ρb为仅与气体组分有关的参数,当组成恒定时,qvn 与 qm是等价的,因此标准状态下体积流量qvn可称为体积化的质量流量或仿质量流量。对于湿气体,qvn是指其干部分的满标度流量,这点应特别注意。
(2)绝对湿度f和f'
绝对湿度是指每一立方米湿气体中所含水蒸气的质量,即在湿气体的温度T和水蒸汽的分压力pv 下水蒸汽的密度ρv,其定义式如下:

式中,ρv为水蒸汽密度,kg/m3;pv 为水蒸的分压力,Pa;Rv为水蒸汽的气体常数,kJ/kmol•K;T为热力学温度,K;f为工作状态下湿气体对标准状态(0%℃,101.325kPa)干气体而言的绝对湿度,kg/m3;f'为工作状态下湿气体对标准状态为标准状态(0%℃,101.325kPa)湿气体而言的绝对湿度,kg/m3
f与f'有如下关系式:

          

式中0.804为假设不发生相变时,水蒸汽在标准状态(273.15K,101.325kPa)的密度值,kg/m3
(3)相对湿度
相对湿度为湿气体中实际所包含的水蒸汽量和同温度下最大可能包含的水蒸汽量的比值,其定义式如下:

式中, ρs、ps分别为水蒸汽和水蒸汽分压力;ρsmax、psmax分别为同温度下水蒸汽最大密度和水蒸汽最大分压力。
绝对湿度只能说明湿汽体中实际所包含水蒸汽的量,而相对湿度却能说明湿气体吸引水蒸汽的能力及其潮湿程度。

2 湿气体流量换算公式

(1)湿气体流量换算公式
湿气体流量换算公式如表1所示

表1 湿气体流量换算表

序号
换算公式
参数的定义
1
qv为工作状态下湿气体的体积流量,m3/h;
2
qvn为干部分在标准状态下湿气体(或干部分)体积流量,m3/h(标准状态);
3
qvn为干部分在标准状态(0℃,101.325kPa)下湿气体(或干部分)体积流量,m3/h(标准状态);ρn 为干部分在标准状态 下的密度,kg/m3
4
ρ1  为湿气体在工作状态下的密度,kg/m3
5

ρ0 为干部分标准状态(0℃,101.325kPa)下的密度,kg/m3;ρg为湿气体在工作状态下干部分的密度,kg/m3
为工作状态下的相对湿度,%;
psmax为温度为 T1时水蒸汽最大压力Pa;
f为工作状态下湿气体对标准状态干气体而言的绝对湿度,kg/m3;f'为工作状态下湿气体对标准状态湿气体而言的绝对湿度,kg/m3;pn、Tn为标准状态下的压力和温度;
T0为273.15K
Z为气体的压缩系数,无量纲。


(2)脉冲频率式(涡街、涡轮)流量计的流量换算公式

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中,为信号频率,Hz;K为流量计仪表系数,P/m3
其余符号同表1。
(3)节流式差压式流量流量换算公式

式中,Δp为差压,Pa;c为流出系数,无量纲;ε为可膨胀性系数;β为直径比,β=d/D,无量纲;d为节流件孔径,mm;D为管道内径,mm。
其余符号同表1。


3 待探讨的问题


(1)人工煤气密度的确定对测量准确度有重大的影响,对于节流式差压流量计由流量计算式可见密度与差压处于同等重要地位,密度值测不准,则即使差压测量为高精度,测量结果不会是高精度的,由于煤气的密度涉及其湿度如何确定使问题变得很复杂。人工煤气在净化过程中都经过洗涤,煤气中所含水蒸气呈饱和状态,即相对湿度为100%,但是煤气在增压及输配过程中,由于压力、温度的变化有时呈不饱和状态,不但各煤气厂情况不同,即使在同一煤气厂由于环境气温的变化,煤气中湿度的饱和情况都不一样,标准规定一般湿度按相对湿度为100%计算 ,其余情况只能按计量点当时条件而定,如何能合理地确定是一个需深入探讨的问题。
(2)由于标准状态(包括p、T、) 规定的不一致,计量的流量值产生较大的差异,如何用单价来加以区分,以求得供需双方得到平衡是一项必须考虑的问题。
(3)冶金企业的混合煤气系统是一般由高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气等多组分混合而成,它是冶金企业中应用十分普遍的能源供应系统,目前国内采用流量计皆为节流式差压流量计,对于这种多组分时变煤气系统采用压力、温度补偿方法已行不通,采用间接式质量流量计,例如由二种不同工作原理组成的流量计(动能检测件与体积流量计qv的组合方式)可以测得质量流量,但是由于高炉煤气与焦炉煤气的单位质量的发热量差别很大,较合理的测量应为能量计量,如何设计一套实用的多组分时变煤气能量计量系统应为当务之急。

 
 

 
[LUNWEN/bottom.htm]