摘要:针对煤矿管道瓦斯计量现状通过对V锥流量计的特点分析并结合管道瓦斯自身特点,得出V锥流量计更适合于管道瓦斯计量。重点介绍了V锥流量计算公式中的系数k.差压值△p、密度ρ本身的测量误差对流量计算结果的影响并通过计算不同状况下的系数h.差压值△p、密度ρ的误差大小变化分析其本身对测量结果的影响得出系数k影响最大引入实时密度测量更容易提高测量正确率的结论。
瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施瓦斯抽放监控及利用是确保瓦斯抽放安全、提高瓦斯抽放效率和瓦斯利用率的重要途径和有效手段。瓦斯利用为瓦斯抽放系统带来了广阔的市场,并对流量的测量亦有了要求。流量测量装置配备在井下移动泵、地面抽放泵的正压侧和负压侧,目前主要使用的是孔板流量计和涡街流量计调查发现这2款测量装置本身存在很大不足板流量计测量精度差而且对泵的抽放效率有很大影响,涡街流量计本身对振动非常敏感煤矿的工况条件很大程度上影响了涡街测量的正确率同时这2种流量计的安装需要很长的直管段很多时候工况条件难以满足。目前煤矿急需--种测量精度高长期稳定性好安装维护方便的测量设备。V锥流量计以其独特的性能非常适合于煤矿瓦斯抽放环境。
1.V锥流量计在瓦斯管道气体测量方面的特点
通过对瓦斯管路抽放气体和瓦斯抽放泵现场作业环境的分析结合V锥流量传感器本身的特性分析,V锥流量传感器是一款非常适合瓦斯管道气体测量的流量计,它的以下特点决定了它非常适用于瓦斯管道气体的测量。
(1)±0.5%的测量精度(在多数标定的V锥流量计中流出系数的不确定度不超过0.4%)。这样高的精度是孔板等传统差压仪表所不能相比的;量程比10~15:1。
(2)在使用安装时,只需要极短的直管段甚至不需要前面1(0)~3D后面0~1D。(在调节阀后安装时需要3D的直管,D为管路直径)。
(3)具有极高的测量灵敏度(分辨率)负压端约25Pa的压力(水柱高度还不到普通玻璃板的厚度)就可以检测到。因而除了测量大流量外还可测量极小的流量如烟道气等。
(4)V锥体被设计成吹扫型结构,因而具有自清洁功能,因此不会堆积截留流体中挟带的任何脏污物、凝固体、固体、气液等。非常适合测量脏污的流体。
(5)流体流过具有特殊形状结构的V锥体时,会在其节流边缘处形成边界层效应,因此极大地减少了磨损的可能性,因此V锥型流量计投入使用.后除极特殊条件外,它的节流边是不会被磨损得,也可以说是免拆卸标定的。
(6)无可动部件不含任何电器件是-个纯机械体具有不怕震动、耐高温、高压、防腐等特点。也就是说:它既有传统差压式仪表的结构简单、牢固可靠之特点又具有传统差压式所不具备的各项优越性能。
(7)压损小,相比于孔板流量计和涡街流量计有明显的节能效果。
2V锥流量计测量结果的误差计算
2.1测试数据及误差处理方法
对3台V流量传感器进行了测试经过实流标.定系数k:为8690。表1为实流标定时所测得的参数。
结合以上标定数据分析各变量对流量计算值的影响并计算出各变量对计算值影响的大小，从而可以有针对性的处理生产和测量过程中引入的误.差提高数据的正确率。并重点观察引入甲烷浓度测量对真实值的影响。
首先选取测试条件在这里对标准状况及其工况简单加以说明标准状况通常是指温度为0C(273.15K)和压强为101.325kPa的情况;工况是指工业现场设备在现场工作时所处的环境状况需现场测量。为了更贴近实际使用环境选取工况状况进行计算在温度为20C大气压力为101.325.kPa状况下空气的密度为1.2041kg/m',甲烷密度0.6669kg/m'状况,工况下体积流量Qv的计算式')如下:
式中
k---系数;
C---流出系数;.
ε---压缩系数液体ε=1;
β---直径比;
D---管道内径,mm;
d---锥体最大处直径.mm。
Qv是一个含有多元变量的计算公式其中系数k、差压值△p、密度p都是其中的变量,而系数k又受到多种因素的影响在这里把系数k当做单独的变量处理这样更有利于误差分析。因此式(1)是一个含有3个自变量的函数。
的估算计算出k、Op和p所产生的误差对真实值的影响。
在实际的生产和测量过程中k、△p和ρ3个数都会产生不同程度的误差,由于测量手段及工具的有限不可能得到真实值,因此只能估算出测量值与真实值的误差在这里将系数k所产生的误差估算为10%,△p所产生的误差估算为5%密度ρ产生的影响是计算的重点瓦斯抽放管路作业时密度本身随着瓦斯抽放进度不断变化,因此设置2种情况,一种情况是在测量过程中不断对甲烷的测量调整密度参数提高其正确率,综合测量工具等方面的影响将误差扩大,相对误差限为2%;另-种情况是不进行密度计算和修正这样产生的误差相对较大。
例如:工况下空气的密度为1.2041kg/m3,甲烷密度0.6669kg/m3,甲烷含量是20%时,瓦斯气体密度为1.09666kg/m3;
甲烷含量是40%时瓦斯气体密度为0.98922kg/m3;甲烷含量接近于0时，瓦斯气体密度为1.2041kg/m3则:甲烷含量40%的甲烷密度与甲烷含量20%的甲烷密度所产生的误差为0.10744;甲烷含量0%的甲烷密度与甲烷含量20%的甲烷密度所产生的误差为0.10744。
相对误差限为:0.10744+1.09666=9.8%。
利用公式计算误差e(A*)为:
≈2499.005+11735.424=21.29%
同理可以进行系数k、差压△p、密度ρ误差均为10%时的误差计算;系数k误差10%、密度ρ误差2%时的误差计算;系数k误差5%、密度ρ误2%时的误差计算结果见表2。
2.3误差结果统计分析
从表2中可以看出。在系数k差压△ρ、密度ρ本身存在10%误差的情况下,相对误差限达到了23.90%;而在估算的系数k误差10%、差压△ρ误差5%、密度ρ误差9.8%的误差情况下相对误差限是21.29%;在提高技术及其工艺的情况下系数k:误差5%、差压△ρ误差2%、密度ρ误差2%时相对误差限为8.83%�？梢缘贸鋈缦陆崧�:
(1)在k、△p、ρ误差均为10%时hs系数产生的误差对最终计算结果影响最大其次为密度ρ差压△p最小。
(2)利用估算的密度计算工况流量时只考虑甲烷气体浓度变化20%的情况下,误差依旧非常大相对误差限可以达到21.29%。
(3)在k、△p、ρ误差分别为5%、2%、2%时即利用密度的调整来进一步提高数值正确率的情况下相对误差限可以达到8.83%。
(4)系数k减小误差是最为有效的提高数据正确率的方式通过系数k从10%的误差提高到5%的误差,可将相对误差限从15.58%提高到8.83%。
(5)通过引入甲烷浓度测量修正密度数据是行之有效的提高数据正确率的方法,甲烷浓度的测量使得误差可以从9.8%减小为2%以内测量结果的相对误差限可以从21.29%提高到1558%。
(6)从生产和技术的可操作性方面进行对比,引入甲烷浓度修正密度数据是易于实现且非常有效的提高数据正确率的方式。
3结语
针对V锥流量计在煤矿管道瓦斯计量方面的应用现状,重点介绍了V锥流量计算公式中系数k、差压值△p、密度ρ本身的测量误差对流量计算结果的影响并通过计算不同状况下的系数k、差压值;△p、密度p的误差大小变化分析其本身对测量结果的影响得出k系数影响最大引入实时密度测量更容易提高测量正确率的结论。并通过对生产加工V锥体的工艺改进以及通过引入瓦斯浓度测量校正密度值进而使得流量测量的正确率大大的提高。
V锥流量计现已在山西辽宁、黑龙江等地开始使用其测量的正确率和稳定性较之前流量计有明显提高节能效果显著。与此同时随着测量数据的进一步丰富将进一步提高V锥流量计的性能,使.得其测量正确率进一步提高推进V锥流量计的国家标准化进程。
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