在实际工业管线工程设计中,我们常常会依照顾客所给的相关技术参数来设计符合实际生产要求的合理的工程方案,所以,怎么确定管线内流速V、压力P、流量Q二者之间的关系显得尤为重要。
现简单从理论上介绍一下二者之间的关系,
举个反例:
例:碳钢无缝管φ25.4x1.65,工作介质为甲烷N2,工作压力P=0.8MPa,工作气温t=20℃求工况流量Q?
解:取碳钢管内某一截面为参考面,这么介质在1h内留经管道截面的流量有:
Q=VπR2x3600
式中,
Q:工况流量—m³
V:介质流速—m/s
R:管线直径—m
所以我们得到以下流量估算公式:
在实际工程应用中,管线内流速(V)受好多诱因影响(使用压力、管道通径、使用流量等等),所以合理的流速应按照经济权衡决定。
通常液体流速为0.5~3m/s,
二氧化碳流速为10~30m/s。
如今0.8Mpa情况下我们取:
流速V=10m/s,
管线管径22.1mm
则在工况下每小时流量:
这么,如何换算到标况流量呢?
在实际生产中二氧化碳的使用压力常常不尽相同,所以通常把工况流量换算成标准状况下的流量,以便捷计量使用。
二氧化碳在实际使用过程中受各类诱因影响,其相关参数常常在不断变化,所以在工程实际估算中常常把二氧化碳觉得理想二氧化碳,因而大约估算出其实际流量。
理想二氧化碳状态多项式:
PV=nRT
式中,
P—气体绝对压力KPa
V—气体容积m3
n—气体的物质的量kmol
R—气体摩尔常数8.314kj/(kmol.K)
T—气体的热力学气温K
t—工作气温℃
所以在工况和标况下有:
P0V0=nRT0(标况)
P1V1=nRT1(工况)
联合两式得:
V0=(P1/P0)x(T0/T1)
=V1(P1/P0)x【273/(273+t)】
注:式中P1为绝对压力,P0为标准大气压力
所以例题中换算成标况流量为:
标况和工况流量换算公式与实例
(一)标况和工况的区别
工况:实际工作状态下的流量,单位:m³/h
标况:气温20℃、一个大气压(101.)下的流量,单位:Nm³/h
注意:一般所指的标况是气温为0℃(273.15开尔文)和浮力为101.325千帕(1标准大气压,760毫米汞柱)的情况,区别于我国工业二氧化碳标况的规定。
两种状态下的单位都是一样的,只是对应的流量不同而已。另外不同国家所指的标态也不一样。
(二)估算多项式
依照理想二氧化碳状态多项式:pV=nRT。
这个多项式有4个变量:p是指理想二氧化碳的浮力,V为理想二氧化碳的容积,n表示二氧化碳物质的量,而T则表示理想二氧化碳的热力学气温;还有一个常量:R为理想二氧化碳常数。
PV/T=nR为常数,所以P1×V1/T1=P2×V2/T2
设标况阴道积流量为V0,气温T0=273+20=293k重力和压力的区别,压力P0=101.=0.,
工况阴道积流量为V,气温T(摄氏度),压力P(表压力,Mpa),忽视压缩因子的变化有V*(P+0.)/(T+273)=V0*P0/T0
注意:通常天然气都是中低压输送,低压入户,都是带有压力的,属于工况。天然气的计量按标准状态(严格的说是准标准状态,我们叫它常态)来计量的,通常贸易计量按20℃,1个大气压力(0.)状态下的容积计量,比标准状态下的容积稍大一些,对买方有利(由于原本是除以273,根据20℃的话就是除以273+20,所以变大了)。在国际标准中的标准状态是0℃,1个标准大气压力。对于二氧化碳来说不同的压力,其容积会差很大(二氧化碳很易压缩),其实容积流量会差很大,同径条件下不同工况下的流速自然也会差很大,比方同半径蒸气管道对于10bar和3.5bar时最大流量是不同的。工艺估算时用工况或用标况取决于你查的图表、用的常数,两种状态的估算都是可能出现的。比方在定义压缩机参数时,我们常用标况下的参数来给厂家提条件,同时我们也提供湿度大气压力等参数供做工况下的校准重力和压力的区别,那么做的用处是我们可以用同一个状态来表明参数,就好似泵的性能曲线都是用清水来说的,没人会说柴油的性能曲线是哪些,欧盘的性能曲线又是哪些。在好多估算中用的都是工况,比方估算流速时。
(三)二氧化碳的标准状态
二氧化碳的标准状态分三种:
(1)1954年第十届国际计量会议(CGPM)合同的标准状态是:体温273.15K(0℃),压力101.。世界各国科技领域广泛采用这一标态。
(2)国际标准化组织和英国国家标准规定以气温288.15K(15℃),压力101.作为计量二氧化碳容积流量的标态。
(3)我国《天然气流量的标准孔板估算方式》规定以气温293.15K(20℃),压力101.作为计量二氧化碳容积流量的标准状态。
天然气标况容积换算公式和普通气体的不一样,必须符合中国石油天然气总公司发布的标准。
二氧化碳的气态方程式:
Qn=Zn/Zg*(Pg+Pa)/Pn*Tn/Tg*Qg
式中:
Qn——标准状态下的容积流量(Nm³/h)
Zn——标准状态下的压缩系数
Zg——工作状态下的压缩系数
Pg——表压(KPa)
Pa——当地大气压(KPa)
Pg+Pa——工况下的绝对压力
Pn——标准大气压(101.)
Tn——标准状态下(天然气国标20℃)的绝对湿度(293.15K)
Tg——介质的绝对湿度(273.15+t)K
t——被测介质的摄氏湿度(℃)
Qg——未经修正的容积流量(m³/h)
注:带n的是标况参数,带g的是工况参数。
(四)标况与工况之间的换算实例
一般我们所说的流量为了易于统一的单位,都是讲述的标况状态的流量;而鞋厂运行记录的实际流量基本都是工况状态下的流量。
1.标况流量到工况流量换算的实例:
问题:空压机额定产气量2立方/分钟,管线压力8公斤,实际管线的工况流量是多少?
解答:简略估算,假定压缩空气湿度20度。
工况流量=2/(0.8+0.)*0.=0.2248立方/分钟
式中:0.是大气的绝对压力;0.8为管线压力,单位是MPa。
2.工况流量到标况流量换算的实例:
问题:二氧化碳管线压力12公斤,工况流量10立方/小时,标况流量是多少?
解答:假定气温为20度,不参与运算。
标况流量=10/0.*(1.2+0.)=128.43立方/小时
式中:0.是大气的绝对压力;1.2为管线压力,单位是MPa。
(五)流量计选型估算实例
问题:已知某一供热管道的实际工作压力为(表压)0.8MPa~1.2MPa,介质气温范围为-5℃~40℃,供热量为3000~³/h(标况流量),在不考虑天然气组分情况下,要求确定流量计的尺寸机型。
解答:按照气态多项式先将标况流量换算成工况流量,之后再选择合适的口径。二氧化碳方程式如下:
Qb=Q×PTb/PbT×Zb/Zg=QCF2
式中:C为换算系数;F为二氧化碳压缩因子
估算:
①当介质压力最低,气温最高时,应具有最大标况容积流量,
即Qb=Q×PTb/PbT×Zb/Zg=QCF2=1200.87m³/h
②当介质压力最高,气温最低时,应具有最小标况容积流量,
即Qmin=213.51m³/h
从以上估算结果获知,要选择的流量计其工况流量范围为(214-1200)m³/h。
按照估算的流量范围,选择满足工况要求的流量计。