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用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測定抽放瓦斯流量的計算方法探討

閱讀:3779發(fā)布時間:2017-4-6

孔板流量計的適用條件與參數(shù)測定

    余吾煤業(yè)公司是一座高瓦斯礦井,瓦斯是制約礦井安全生產(chǎn)的主要因素,瓦斯抽放是解決生產(chǎn)過程中礦井瓦斯涌出量大的zui有效的方 法。準(zhǔn)確測量礦井及井下各地點瓦斯抽放量對礦井組織生產(chǎn)有重要意義。在煤礦瓦斯抽放流量測量中使用zui廣泛的流量計是徑距取壓的標(biāo)準(zhǔn)孔板,其適用條件如表1 所示。    

表1 徑距取壓的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計適用條件

    應(yīng)用孔板流量計來測定并計算管道內(nèi)的瓦斯流量時,必須同時測量以下參數(shù):孔板前后的壓差值、測量地點的大氣壓力值、管道內(nèi)的氣體壓力值(正壓或負(fù)壓)、管道內(nèi)的氣體溫度、管道內(nèi)氣體的瓦斯?jié)舛取?/span>

    2 流量計算方法

    2.1 用“流量系數(shù)法”計算混合氣體流量

    對于D和D/2的取壓孔板,采用下列公式計算:

        (1)

    式中:Q為用標(biāo)準(zhǔn)孔板測定的混合瓦斯流量,m3/min;K1孔板流量計實際流量特性系數(shù)(孔板系數(shù)),K1=0.0002085αβ2εD2;α為流量系數(shù),流量系數(shù)α與孔板直徑比及雷諾數(shù)ReD(與D有關(guān)的雷諾數(shù))有關(guān),可查表求得;β為孔板直徑比,β=d/D;D為管道內(nèi)徑,mm;h20為20℃時的壓差,×9.8Pa;ρ1為工作狀態(tài)下孔板上游取壓孔處的混合氣體密度,工作狀態(tài)下,瓦斯密度可按下式計算:ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瓦斯的密度,kg/m3;ρ1為工作狀態(tài)下瓦斯的密度,kg/m3;p1為工作狀態(tài)下瓦斯的壓力,Pa;T1為工作狀態(tài)下瓦斯的溫度,℃;T0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度(T0=273.15K);Z為瓦斯壓縮系數(shù)(在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,對于空氣,Z=1,對于CH4,Z=0.998);ε為流束膨脹系數(shù),對于D和D/2取壓的標(biāo)準(zhǔn)孔板的膨脹系數(shù)ε,當(dāng)時,流束膨脹系數(shù)按以下經(jīng)驗公式計算:p1為孔板上游取壓孔的瓦斯靜壓力,Pa;k為等熵指數(shù),對于空氣,k=1.4,對于CH4,k=1.32。

    2.2 伴有溫度壓力校正的流量校正系數(shù)法

    使用“伴有溫度壓力校正的流量校正系數(shù)法“計算標(biāo)準(zhǔn)孔板瓦斯混合流量的一般公式為:

        (2)

    式中:Δh為在孔板前后端所測之壓差,Pa;δP為壓力校正系數(shù),;δT為溫度校正系數(shù)b為瓦斯?jié)舛刃U禂?shù),K=189.76·ao·m·D2;ao為標(biāo)準(zhǔn)孔板流量系數(shù);m為截面比;D為管道直徑,m;T為同點的溫度;293為標(biāo)準(zhǔn)溫度,℃;pT為孔板上風(fēng)端測得的壓力,KPa;X為混合氣體中的瓦斯?jié)舛龋?。

    2.3 按節(jié)流型流量計的流量計算

    2.3.1 計算公式

    節(jié)流式流量計的流量計算公式的普遍形式:

        (3)

    式中:K3為一常數(shù)項,由公式中各量的計算確定K3值的大小,在單位制中,K3=π/4=1.11072,若按工程上的習(xí)慣,孔徑D的單位用毫米,流量Q的單位用m3/min,則K3=π/4×60×10-6=0.00006664;C為流出系數(shù),標(biāo)準(zhǔn)孔板的流出系數(shù)C由Stolz方程確定:C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.50.75+0.0900L1β4(1-β4-1-0.0337L2β3,當(dāng)L1≥0.0390/0.0900(=0.4333)時,β4(1-β4-1的系數(shù)用0.0390;L1為孔板上游端面到上游取壓口的距離除以管道直徑得出的商,L1=l1/D;L2為孔板下游端面到下游取壓口的距離除以管道直徑得出的商,L2=l1/D。

    對于D和D/2的取壓孔板,由于L1總大于0.4333,因此,β4(1-β4-1的系數(shù)為0.0390,L2=0.47,所以β3的系數(shù)為-0.01584。故:C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.5+0.0390β4(1-β4-1-0.01584β3。

    2.3.2 適用范圍

    對于D-D/2取壓的標(biāo)準(zhǔn)孔板:孔徑d≥12.5mm;管徑50mm≤D≤1000mm;直徑比0.2≤β≤0.75;雷諾數(shù)ReD≥1260β2D。

    3 各流量計算方法的對比

    在實際礦井瓦斯抽放系統(tǒng)中,對流量影響zui大的參數(shù)為孔板流量計壓差,根據(jù)屯留煤礦井下瓦斯抽放主干管道上孔板流量計的直徑比β = 0.5、管道內(nèi)徑D=800mm,給出管道內(nèi)混合氣體溫度為17 ℃、孔板流量計上游取壓孔靜壓p1=75kPa,管道中甲烷濃度為19%時,不同壓差下三種方法計算出的體積流量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下),如表2所示。

表2 管道中甲烷濃度為19%時不同壓差下

三種方法計算出的體積流量及偏差


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