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谈谈压缩空气流量计量
点击次数:689 发布时间:2014-09-26

一、压缩空气的性质及预处理
压缩空气来自大气, 而大气中含有一定量的水蒸气,是一种湿空气。工程热力学认为,湿空气中水蒸气压力通常都很低,可看做理想混合气体的特例,当做理想气体来计算。但湿空气被压缩后,压力、温度都会升高(即使通过后冷却器也只能降到40℃左右), 其中一部分水蒸气有可能产生相变析出水滴,同时压缩空气在管道传输中还会因温度下降继续析
出水,成为湿饱和空气与水的混合物,即一种双组分气液两相流。另外压缩空气还常含有一些固体颗粒和油污,空压机出口存在较强的振动及脉动,这些都对后续生产及计量不利。
衡量压缩空气品质有3项指标: 干湿程度、含尘量、含油量。为满足生产及计量要求,应对压缩空气进行适当的预处理———干燥和净化。
二、压缩空气流量计量、仪表选型及安装
1.可看做理想气体的压缩空气
对经过较好预处理的压缩空气,可作为理想气体看待,这样在流量计算和补偿方面都较简单,一般流量计厂家都会做。
压缩空气流量计量的一般是体积流量。压缩空气在传输中压力和温度都会变化,因此仪表宜选温压补偿型智能流量计。厂家选择很重要,一要考虑质量,二要考虑维护。另外仪表选型和安装还要注意以下几点:
(1)了解管路用气量及压力大小(常用、zui大及zui小), 分清是标准流量还是工况流量, 是表压还是绝压。如管道大、流量小要考虑缩管处理。安装位置要综合考虑,尽量满足计量要求。
(2)根据多年经验,对无振动或振动小的地方,可 选择旋进漩涡智能流量计(DN≤200mm),该类仪表经过不断改进和发展,可靠性、稳定性大大提高,不失为计量压缩空气的好仪表。与涡街相比,其下限流量小了近一半,计量效果更好。我公司压缩空气一、二级计量大量采用该类仪表,安装、使用方便,已基本取代了节流装置。它的量程比达15∶1,特殊处理可更高一些;zui低直管段要求:直管段5D,后直管段3D;供电方式:3.6V锂电池或24V直流供电;液晶显示。
(3)对振动大或管道口径大的情况,可选用节流装置。这类表选择一体化的,即变送器直接装于节流装置上,以消除引压管、差压变送器正负压室积水引起的误差。因节流装置量程比较窄,差压变送器宜选量程比较宽的。
(4)仪表工作的好坏与安装息息相关,安装要规范,尤其是不能把仪表夹起进行焊接或切割。流量计如装于室外,宜加一个仪表箱罩住,防止日晒雨淋,影响寿命。
(5)一些流量计厂家采样频率设为6s,如大负荷间隙用气时间只有二三秒, 为使计量效果更好一些,可向厂家提出把采样频率缩短。
(6)有些工房压力要求高而用气少,这种情况不好计量,可考虑小流量补偿或估算。
从实际使用看,冷冻式干燥机的除湿效果不及吸附式, 压缩空气在传输中仍可能因温度下降析出水,时间长了在低洼处或不流动的地方会形成积水,因此要注意排水。
2.呈双组分气液两相流的压缩空气
有的空压站只对压缩空气进行后冷却和过滤,除掉其中的杂质和水分,这时的压缩空气呈饱和状态且温度较高, 在传输中会因温度降低逐渐析出水来,成为一种双组分气液两相流, 这是压缩空气流量计量的难点。现在我们没有专门计量两相流的好仪表,只能利用现有仪表来计量,但对其中带来的误差及存在的问题应有所了解。
压缩空气在传输过程中究竟有多少水析出,它的质量含气率有多少? 可以估算一下。压缩空气常用压力为(0.4~0.8)MPa,如果经过冷却、过滤后,压缩空气出站为湿饱和空气, 温度为45℃, 流量计处温度在10℃,通过压力露点与大气露点换算图及大气露点水分含量关系表可得到表1。
从表1可知, 压缩空气在传输中温度下降35℃,析出水量未超过15g/m3,质量含气率高达99%。表面上看1m3 压缩空气出水不多, 但成千上万立方米就多了。压缩空气流动时大多数水混在空气里会被带走, 不流动时在一些地方会形成积水。因此在管网低洼处、末端等应有必要的排水设施,进行自动及手动排水。
要准确描述气液两相流的流动状况是很困难的。
当质量含气率较高时,从实际出发,不妨采用均相流动模型来近似处理。和试验值相比,均相模型计算式的误差随压力或质量含气率的增高而减小,特别是质量含气率大于0.98时误差较小。均相流动模型假定气液两相流体均匀混合,流速相同,可看做是一种具有平均流体物理特性的单相流体,其均相密度为ρH=1/〔x/ρG+(1-x)/ρL〕
式中:ρH———均相密度;ρG———气相密度;ρL———液相密度;x———质量含气率。
又因ρL远大于ρG,而x一般不小于0.9,估算时上式还可简化为ρH=ρG/xx如何定,一般没必要安装在线仪来测量,不妨以人工测试值或估计值代入。
选型方面,对无振动或振动小的地方还是首推旋进漩涡智能流量计,涡街也可考虑DN≤300mm,这类仪表测的就是体积流量,它与流体密度无关。旋进漩涡流量计与卡曼涡街流量计产生的漩涡完全不同,前者是强迫振荡,后者是自然振荡。前者有个漩涡发生器, 它会强迫流体围绕流动轴线旋转并向前流动,客观上会促使空气和水混合得更均匀一些。
对节流装置而言,无论计量的是体积流量还是质量流量都与密度有关,而密度对流量测量准确度的影响与差压具有同等重要地位,可考虑以均相密度代入计算。有这种需求要先告知流量计生产厂家。
三、压缩空气品质与价格
压缩空气品质好、压力高,必然成本高。一个单位如有几个空压站,各站产的空气压力差别大,品质又不相同,如都采用一个价格收费就不合理,宜制定不同的空气价格进行结算, 否则应考虑对空气量进行补偿。即使是一个空压站供气的各个工房,压力要求也可能不同,为稳定管网压力及节能,可考虑在各工房前安装智能流量控制器, 自动调节各管路流量及压力大小。

表中:①析出水量为压缩空气温度从45℃下降至10℃时含水量的差值;②质量含气率为气相质量流量占两相质量流量的份额,用x表示。质量含气率对单组分气液两相流也称干度。

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