摘要:標準孔板流量計是目前計量氣體流量最為正確的計量器具,針對目前計算標準孔板流量計流量的三種方法,按照煤礦瓦斯抽放管道內混合氣體狀態,對三種計算方法的計算誤差進行了探討,得出使用“流量系數法“計算孔板流量計流量,計算精度完全能夠滿足礦井瓦斯抽放工程需要的結論。
1孔板流量計的適用條件與參數測定.
余吾煤業公司是一座高瓦斯礦井,瓦斯是制約礦井安全生產的主要因素，瓦斯抽放是解決生產過程中礦井絕對瓦斯涌出量大的最有效的方法。正確測量礦井及井下各地點瓦斯抽放量對礦井組織生產有重要意義。在煤礦瓦斯抽放流量測量中使用最廣泛的流量計是徑距取壓的標準孔板，其適用條件如表1所示。
應用孔板流量計來測定并計算管道內的瓦斯流量時,必須同時測量以下參數:孔板前后的壓差值、測量地點的大氣壓力值、管道內的氣體壓力值(正壓或負壓)、管道內的氣體溫度、管道內氣體的瓦斯濃度。
2流量計算方法
2.1用“流量系數法”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:
式中:Q為用標準孔板測定的混合瓦斯流量，m3/min;K,為孔板流量計實際流量特性系數(孔板系數),K=0.0002085aqβ'eD';ax為流量系數,流量系數a與孔板直徑比及雷諾數R.,(與D有關的雷諾數)有關,可查表求得";β為孔板直徑比,β=d/D;D為管道內徑,mm;h2為20C時的壓差，x9.8Pa;pi為工作狀態下孔板上游取壓孔處的混.合氣體密度,工作狀態下，瓦斯密度可按下式計算:
為標準狀態下瓦斯的密度,kg/m3Pi為工作狀態下瓦斯的密度,kg/m';p,為工作狀態下瓦斯的壓力,Pa;T為工作狀態下瓦斯的溫度,℃C;T。為標準狀態下的絕對溫度(T。=273.15K);Z為瓦斯壓縮系數(在標準狀態下，對于空氣,Z=1,對于CH,Z=0.998);ε為流束膨脹系數,對于D和D/2取壓的標準孔板的膨脹系數ε,當ΔP/P1≤0.25時，流束膨脹系數按以下經驗公式計算：
為孔板上游取壓孔的瓦斯絕對靜壓力,Pa;h為等熵指數,對于空氣,k=1.4,對于CH,k=1.32。
2.2伴有溫度壓力校正的流量校正系數法
使用“伴有溫度壓力校正的流景校正系數法計算標準孔板瓦斯混合流量的--般公式為:
標準孔板流量系數;m為截面比;D為管道直徑,m;T為同點的溫度;293為標準絕對溫度,℃;Pr為孔板上風端測得的絕對壓力,KPa;X為混合氣體中的瓦斯濃度,%。
2.3按節流型流量計的流量計算
2.3.1.計算公式
節流式流量計的流量計算公式的普遍形式:
式中:K3為一常數項,由公式中各量的計算確定K3值的大小，在國際單位制中,K=/2π/4=1.11072,若按工程上的習慣,孔徑D的單位用毫米,流量Q的單位用m3/min,則K3=/2π/4x60x10-6=0.00006664;C為流出系數,標準孔板的流出系數C由Stolz方程確定:C=0.5959+100.75+0.0312β-1-0.1840β°+0.0029p2S(一)ReD0.0900L,β*(1-β')-1-0.0337L2β',當L≥0.0390/0.0900(=0.4333)時,β*(1-β°)-的系數用0.0390;L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,L=l,/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)-'的系數為0.0390,L2=0.47,所以β的系數為-0.01584。故:C=0.5959+0.03123'-0.1840β°+0.0029β^'(j)1060.75+Ren0.0390β°(1-β*)-1-0.01584β。
2.3.2適用范圍
對于D-D/2取壓的標準孔板:孔徑d≥12.5mm;管徑50mm≤D≤1000mm;直徑比0.2≤β≤0.75;雷諾數R≥1260βD。
3各流量計算方法的對比
在實際礦井瓦斯抽放系統中,對流量影響最大的參數為孔板流量計壓差,根據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、管道內徑D=800mm,給出管道內混合氣體溫度為17℃、孔板流量計上游取壓孔絕對靜壓p,=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(標準狀態下)，如表2所示。
4結論
由表2的計算結果可知，三種計算方法的偏差在0.82%~2.57%之間,其中“流量系數法”與“節流型流量計計算法”的計算結果最為接近,其相對偏差在0.358%~0.364%之間,因此在礦井瓦斯抽放系統中，使用“流量系數法"計算孔板流量計流量,計算精度完全能夠滿足礦井瓦斯抽放工程中礦井掌握抽放瓦斯量的要求,給礦井安全生產及瓦斯抽放工程合理組織提供可靠數據。
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