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CD3(A)型皮托管气体流量计在瓦斯气体输送管道中的应用

时间:2018/07/17来源:未知

摘要:便携式CD3 (A) 型皮托管流量计用于测量煤矿瓦斯抽采管道或者天然气、页岩气输送瓦斯气体管道内的气体流量、温度、绝对压力、流速及环境大气压等参数;该仪器基于皮托管原理基础上研发设计, 能够实时测量、显示、存储及查询管道气体流量、流速、介质压力、介质温度、环境大气压等参数, 支撑数据导入导出, 正、反双向都可测量。简述了流量计的工作原理和现场适应性应用。

  搞好煤矿瓦斯抽采利用是煤矿安全生产的治本之策[1]。目前国内大多数煤炭企业均在地面风井建立了永久瓦斯抽放泵站, 将井下瓦斯气体抽出后予以开发利用。瓦斯抽放流量检测是抽放监控系统中最为重要的检测项目之一, 也是最难检测的项目[2]。随着国家层面对煤矿瓦斯抽采、利用达标考核及输送气管道内混合气体计量的要求不断提高, 各企业也陆续重视管道内计量数据的准确性及稳定性[3], 瓦斯抽放监控技术的发展水平影响着瓦斯抽放系统的运行状况以及抽放效果评价。管道混合气体的流量的计量方式目前主要有孔板测定法、均速管测定法、涡街流量计、V型锥测定法、威力巴流量计等测定法, 其中孔板法是得到公认的方法, 但孔板采用的是通过在管道内通过节流件突然变径形成节流产生差压的原理, 再根据伯努利方程计算得出相关参数, 即人为地突然减小管道内直径, 从而导致管道内大幅度提高压损而影响整体抽放及输送效果。

  根据特定的现场管道内混合气体流量的特点, 先容一款CD3 (A) 型流量计, 它是基于皮托管原理基础上研发设计的CD3 (A) 型流量计, CD3 (A) 型流量计能够实时测量、显示、存储及查询管道气体流量、流速、介质压力、介质温度、环境大气压等参数, 支撑数据导入导出, 正、反双向都可测量, 具有体积小巧, 携带操作简便, 适应性强、结构简单、可靠性高、几乎无压损等诸多优点。

1 工作原理

皮托管流量计有成熟的技术规范和使用经验, 常用皮托管测量通风管道、工业管道、炉窑烟道内的气流速度[4]。通过测量管道内某点流体的动压与静压之差来测量流量的, 它测量范围宽、测量下限低、点流速测量准确度高[5-6];与之类似的GD3系列威力巴流量计是近年发展起来的以差压式、速率平均式流量技术为原理, 由一体化威力巴传感器、差压变送器和流量积算仪等组成的测量系统[7-11]。根据皮托管及威力巴流量计的微差压理论, 利用皮托管两侧的取压口采集差压, 并与温度、压力、环境大气压等工况参数进行计算, 对计算的流速再进行动态补偿, 结合管径计算出流量。测定仪采用了先进的非接触式触摸按键, 配合高分辨率彩屏显示, 形成友好的人机交互功能。当管道测点绑定了射频卡后, 流量计可以读取卡片信息, 从而自动识别被测管道的测点名称、管径大小等信息, 简化了操作, 提高了效率。测量数据可以通过无线蓝牙传输模块实现与上位PC机的通讯。高效的电源管理方案使得本安电池组件可以为测定仪提供长时间的续航。

2 现场适应性应用

2.1 开孔工艺

在被测管道上需要预先开1个最小孔径为10mm螺纹孔, 此时不能安装探头固定套件, 测量时需用手扶着;推荐使用开孔直径为12 mm的螺纹孔, 此时密封更方便, 可安装探头固定套件, 测量时可解放双手。

开孔位置要求:①直管段较长 (至少前7D, 后5D, D为管道内径) 、气流较稳的位置;②开孔应垂直于管道且在管道上方或斜上方, 避免水顺着皮托管取压口流到仪器内部;③当管道内有积水时应避免将孔开在正上方, 以防皮托管插入积水中。

2.2 安装测量

安装示意图如图1。安装有放水器的管道要事先放掉管道内的积水。长按测定仪顶上的电源键开机, 进入测量菜单, 开始测量时会先提示对差压清零, 此时将皮托管垂直于管道, 并保持与插入管道的角度一致, 在无风状态下 (不能堵住2个取压口) 稳定后, 按“确定”键将皮托管差压清零 (由于是微差压测量, 差压传感器比较敏感, 探头放置的角度改变时差压的零点也会微微改变, 所以清零时应保持探头与插入管道的角度一致, 且清零时需保持皮托管取压口为无风状态) , 清零后自动进入参数测量界面, 再将皮托管缓慢的垂直插入管道中, 用配套的锥形胶塞密封 (如图1 (a) ) , 开始测量。使用探头固定套件时 (如图1 (b) ) , 先将探头固定套件拧到管道上后, 再插入皮托管测量。

图1 安装示意图

图1 安装示意图

 

探头固定套件的结构示意图如图2。在管道上开M12 mm的螺纹孔, 拧上探头固定座, 取下盖子和塑料塞, 插入皮托管, 将皮托管上的锥形密封胶塞滑到固定座内, 再拧上盖子。测量完成后用塑料塞堵孔, 盖上盖子。塑料塞上有穿线孔, 可避免丢失。探头固定套件为单独的配件, 为提高效率, 可以每个测点配1个, 使用完后不必拆下来, 密封性更好、使用更方便。

图2 探头固定套件结构示意图

图2 探头固定套件结构示意图

 

2.3 使用操作

1) 测量操作。长按流量计电源键, 系统初始化后进入功能主界面, 选择“测量”功能后, 按“确认”键进入到参数测量预设界面, 再根据被测管道实际情况对相应参数进行设置, 其中“管道壁厚”是指管道均匀厚度与测量孔周围上方焊接的突出部分的高度之和;输入“瓦斯浓度”一方面可以计算纯流量, 另一方面可以补偿气体密度, 使测量更准确。本流量计测量模式包含3种, 对于管径较细的管道 (小于DN100的管) 可选择“一点法”;管径较粗的管道 (DN100≤X≤DN300) 可选择“四点法”;特别粗的管道 (≥DN300) 或者对测量准确性和精度要求非常高的情况选择“十点法”。多点测量时, 插入多个不同的深度各测一个值, 测定仪会自动得出平均值, 测量更准确。移动光标到“开始测量”按钮上, 按“确定”键进入差压清零界面。将皮托管垂直于管道, 并保持与插入管道的角度一致, 在当时环境处于无风状态下 (不能堵住2个取压口) 稳定后, 按“确定”键进行差压清零, 然后自动进入参数测量界面。当流速不为零时, 会以箭头符显示流速方向。选择“一点法”、“四点法”和“十点法”会根据对数线性法分别对应显示一、四和十组不同的插入深度。每保存1组数据, “组别”一栏会有1个序号闪烁后变绿;几组数据全部保存后, 会自动显示测量结果, 该结果为几组数据的平均值, 最终保存到流量计中。

2) 查询功能。从功能主界面进入到查询界面后, 会先显示查询表, 首先当前地址编号下有数据时的界面。通过修改地址编号来查询其它地址编号下保存的数据。每页最多可显示10组数据, 可通过“上一页”和“下一页”来翻页显示。光标移到某一序号时, 按“确认”键后则可查询该序号下的数据。

3) 校准功能。从功能主界面进入到校准界面时, 会先进入密码输入界面, 输入正确的密码后, 进入校准选择界面。具体如下:①在差压校准界面:可以对差压进行清零, 也可以在每次进测量界面前对差压清零, 清零时保持皮托管取压口处于无风状态;②在温度校准界面:将测定仪温度头和标准温度计浸入0℃左右的恒温水槽中, 待温度测量值稳定后, 输入标准温度计的读数值, 再将光标移到温度点1的“校准”按钮上, 按“确定”键校准, 然后将测定仪温度头和标准温度计浸入40℃左右的恒温水槽中, 用同样的方法进行温度点2的校准, 校准完成后, 马上将皮托管内的水甩出, 避免水流到皮托管内部。为了保证精度, 每6个月应校准1次;③在压力校准界面:将测定仪和标准压力计平放在环境大气压中, 待压力测量值稳定后, 输入标准压力计的读数值, 再将光标移到温度点1的“校准”按钮上, 按“确定”键校准, 为了保证精度, 每3个月应校准1次。

3 现场运行情况

CD3 (A) 型皮托管流量计于2016年5月在淮北矿业集团下属芦岭煤矿、桃园煤矿、朱仙庄煤矿井下瓦斯抽采巷钻场进行分单元抽采监测计量和地面瓦斯抽放泵站输往瓦斯发电站的管道中实际运用。

流量计在该钻场分单元计量的多个单孔实际测量期间, 各煤矿防突区、通风区及瓦斯发电站相关技术人员通过用其他厂家的第三方检测装置设备进行人工实测及根据理论值计算出的数据反复对CD3 (A) 型流量计测量数据的真实性、准确性及稳定性进行了现场实际比对;在芦岭煤矿井下某钻场选取了低流速、低流量的小管径 (DN50) 和在朱仙庄煤矿瓦斯发电站选取高流速、高流量及正压情况的大管径 (DN500) 的运用过程中比对的部分数据记录情况见表1和表2。

表1 芦岭煤矿钻场分单元计量单孔 (DN50) 流量及压力比对数据

表1 芦岭煤矿钻场分单元计量单孔 (DN50) 流量及压力比对数据

根据表1和表2两者不同管径、不同流速及流量的比对数据可以看出:CD3 (A) 型皮托管流量计能够在不同工况环境下长期稳定、准确的进行瞬时流量及压力测量;既能够测量DN50小管径内0.4 m/s左右的低流速及流量, 又能测量大管径内12 m/s左右高流速大流量的测量;能够长时间保持较高的精度, 其绝对误差和误差率很小;满足1.0级精度等级及测量误差在正负1%以内的要求;能够很好的适应钻场内小管径及主要输送气体大管径上的混合气体瞬时流量和管道正、负压力及温度的检测。

表2 朱仙庄煤矿瓦斯发电站输气管 (DN500) 流量及压力比对数据

表2 朱仙庄煤矿瓦斯发电站输气管 (DN500) 流量及压力比对数据

4 结语

CD3 (A) 型皮托管流量计测量下限低、上限高, 测量数据的精度及准确性较高, 适用于局部的小管径、低流速、低流量和大管径、高流速、大流量的不同工况下输气管道的复杂环境, 完全能够满足煤矿企业瓦斯抽采钻场和源头支管, 天然气企业进入街道住宅小区甚至家庭用户支管, 页岩气开发利用企业输送的局部小管径管道内混合气体流量及压力大小检测。通过在淮北矿业集团下属多个煤矿井下支管及地面泵站、瓦斯发电站等管道上的现场使用、数据测量比对、长期使用稳定性、数据测量准确性等可以直观的看出, 本流量计能够满足国内煤矿钻场及天然气企业的单孔小管径、低流速、小流量区域计量检测的要求。


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