Розрахунок діафрагми для вимірювання витрати газу

Вступ

Серед стандартних звужувальних пристроїв найчастіше застосовуються діафрагми, виготовлення і монтаж яких значно простіший, ніж інших типів звужувальних пристроїв (сопел, сопел і труб Вентурі, нестандартних пристроїв).

Методика вибору звужувальних пристроїв передбачає врахування наступних технологічних особливостей: втрати тиску (енергетичні втрати) у звужувальних пристроях підвищуються у такій послідовності – труба Вентурі, довге сопло Вентурі, коротке сопло Вентурі, сопло, діафрагма, при одних і тих же значення m і ΔP та інших рівних умовах сопло дозволяє вимірювати більшу витрату ніж діафрагма і забезпечує більш високу точність вимірювання у порівнянні з діафрагмою, зміна і забруднення вхідного профілю звужувального пристрою в процесі експлуатації впливає на коефіцієнт витрати діафрагми α у більшій мірі, ніж на коефіцієнт α сопла.

Вибір типу і різновид дифманометра здійснюють, виходячи з наступних умов: дифманометр можливо застосовувати для вимірювання таких середовищ, які вказані у технічній документації по експлуатації цього приладу, якщо додатково не застосуються роздільні посудини; дифманометр, що споживає електроенергію, повинен задовольняти вимогам відповідних нормативних документів; максимальний робочий тиску у трубопроводі перед звужувальним пристроєм має бути не більший максимального робочого тиску, на який розрахований дифманометр; номінальний перепад тиску дифманометра визначається зі стандартного ряду, враховуючи, що чим більше Δ Р _Н, тим менша повинна бути відносна площина m звужувального пристрою для заданої витрати, а чим менше m, тим вища точність вимірювання заданої витрати і тим більша втрата тиску у звужувальному пристрої.

Розрахунок може виконуватись за декількома варіантами. Якщо задана припустима втрата тиску на звужувальному пристрої, то за найбільше значення Δ Р _Н приймають таке, за яким втрата тиску ще залишається менше припустимої. Коли втрата тиску у звужувальному пристрої не має значення, перепад Δ Р _Н обирають таким, щоб значення m було близьким до 0,2 (подальше зменшення m доцільне тільки для зниження впливу числа Re на вимірювану витрату чи для зменшення похибки внаслідок скорочення довжини прямої ділянки трубопроводу).

Алгоритм розрахунку стандартних звужувальних пристроїв передбачає визначення діаметру отвору, коефіцієнта витрати, динамічного діапазону вимірювання, залежного від числа Рейнольдса, перепаду тиску або втрат тиску на звужувальному пристрої, а також похибки вимірювання витрати.

Для розрахунку повинні бути відомі: максимальна і мінімальна витрати; параметри вимірювального середовища (тиск, температура, вологість, в’язкість, густина, склад потоку); внутрішній діаметр трубопроводу при температурі 20°С та його матеріал; припустимі втрати тиску, відповідні максимальній витраті.

Розрахунок діафрагми для вимірювання витрати газу

Вихідні дані:

Матеріал діафрагми;

Вид та матеріал трубопроводу;

Температура газу перед звужувальним пристроєм, t °C;

Надлишковий тиск газу перед звужувальним пристроєм, ;

Діаметр трубопроводу при температурі 20°С,

Атмосферний тиск навколишнього середовища, ;

Найменша об’ємна витрата газу, що вимірюється ;

Найбільша об’ємна витрата газу, що вимірюється ;

Компонентний склад газу N _i, об’ємних частин.

1. Вибираємо тип звужувального пристрою (додаток Ж) та верхню межу шкали дифманометра з стандартного ряду чисел, що має наступні значення: (1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3.2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0)·10ⁿ, де n - будь-яке ціле додатне число або нуль.

2. Вибір поправочних множників на теплове розширення матеріалів трубопроводу і диску діафрагми.

Поправочні множники на розширення матеріалів трубопроводу і диску в залежності від матеріалу і температури вимірювального середовища вибираються згідно додатку А. К_t’ – поправочний множник на розширення матеріалу трубопроводу; К_t – поправочний множник на розширення матеріалу диску діафрагми.

3. Абсолютну температуру газу перед звужувальним пристроєм знаходимо за формулою

(1)

4. Абсолютний тиск газу перед звужувальним пристроєм знаходимо за формулою

(2)

5. Внутрішній діаметр трубопроводу перед звужувальним пристроєм при температурі визначаємо за формулою

(3)

6. Визначаємо показник адіабати газу (суміші газів):

(4)

де – показник адіабати і -го компоненту газу при робочих умовах вибираємо з додатку Б.

7. Розраховуємо густину суміші газів при нормальних умовах:

(5)

де – густина і -го компоненту газу вибираємо з додатку Б.

8. Динамічну в’язкість суміші газу при робочій температурі та атмосферному тиску визначаємо за формулою

(6)

де – молекулярна маса і -го компоненту, яка визначається з додатку Б; – динамічна в’язкість кожного компоненту газу, яка визначається з додатку В.

Псевдо критичні параметри і суміші, що містить CO₂ і N₂ знаходимо за формулами:

	(7)
	(8)

Наведені тиск і температурі визначаємо за формулами

(9)

(10)

За графіком додатка Г знаходимо значення в залежності від і . За відомим значенням та обчислюємо динамічну в’язкість газової суміші за робочих умов:

(11)

При , а отже .

9. Знаходимо коефіцієнт наведення надлишкового тиску для газу, що містить CO₂ і N₂:

(12)

Знаходимо коефіцієнт наведення температури для газу, що містить CO₂ і N₂:

(13)

де і – об’ємні концентрації двооксиду вуглецю і азоту, %.

Псевдо наведені надлишковий тиск і температуру визначаємо відповідно за формулами:

	(14)
	(15)

Коефіцієнт стисливості природного газу знаходимо з додатку Д в залежності від , та .

Додаткову величину С при вимірюванні витрати газової суміші обчислюємо за формулою

(16)

де – верхня межа шкали вибраного дифманометра.

10. Визначаємо максимальне число Рейнольдса для верхньої межі вимірювання дифманометра :

(17)

11. За визначеним С, яке округлене до трьох значущих цифр за номограмою з додатка К знаходимо значення і наближене значення m.

Якщо знайдена точка розташована між двома кривими , то приймаємо найближче менше значення , а за ним при тому ж значенні С знаходимо m.

12. Число Рейнольдса для діаметру D і витрати розраховуємо за формулою:

(18)

Порівнюємо з допустимим значенням В залежності від m обираємо значення , виходячи з умови:

для

для

для

Якщо менше ніж необхідно змінити діаметр трубопроводу (зменшити), інакше при мінімальній витраті отримаємо велику похибку.

13. Визначаємо відносну шорсткість трубопроводу: , де – абсолютна шорсткість трубопроводу, що визначається з додатку Е.

Перевіряємо граничне значення B для заданого m діафрагм з кутовим способом відбору :

(19)

Якщо , то поправочні множники на притуплення вихідної кромки і шорсткість трубопроводу в рівняння коефіцієнту витрати не вводять, тобто

Якщо , то в рівняння коефіцієнту витрати вводять поправочні коефіцієнти .

При цьому

(20)

де

(20')

де

14. Визначаємо коефіцієнт витрати діафрагми:

(21)

15. Визначаємо коефіцієнт розширення газу:

(22)

де і – в кгс/см².

16. Визначаємо допоміжну величину:

(23)

17. Відносне відхилення допоміжних величин C і F

(24)

Якщо то необхідно зменшити величину модуля m та повторюємо цикл розрахунку з п.12 - п.17.

18. За знайденим значенням m визначаємо діаметр отвору діафрагми:

(25)

де – поправочний множник на теплове розширення матеріалу звужувального пристрою.

19. Правильність (похибку) розрахунку перевіряємо визначенням витрати Q при знайдених значеннях m, d ₂₀, α, , .

(26)

Відносне відхилення вимірювання максимальної витрати знаходимо за формулою

(27)

Якщо , то розрахунок виконано правильно і завершено. В іншому випадку необхідно змінити m або D, щоб виконувалась нерівність для .

Поиск по сайту: