浅析空气湿度对音速喷嘴计量性能影响.pdf

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1、第52卷第2期2016年4月石油化工自动化AUTOMATIONINPETRo—CHEMICALINDUSTRYV01．52，No．2April，2016浅析空气湿度对音速喷嘴计量性能影响王新辉，张晖，孙烈鹏(中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司，兰州730060)摘要：国内大多气体标准装置多采用负压空气音速喷嘴作为标准表进行检定，存在空气湿度对音速喷嘴的影响，具体数值从未明确。通过对喷嘴流量计实际质量流量计算的分析，确定空气湿度对喷嘴装置计量各参数误差的影响，从而得到空气湿度对音速喷嘴流量计量的误差。关键词：空气湿度气体标准装置误差中图分类号：TH814文献标志码：B文章编号：1

2、007—7324(2016)02一0066一03常用天然气流量计除标准孔板外，涡街、罗茨、旋进漩涡等流量计都必须进行周期实流检定或者校准。检定用的气体标准装置多采用负压空气音速喷嘴作为标准表。近年来，发现某些厂家的空气音速喷嘴装置的检定结果(仪表系数K和流出系数c)的误差很大，经核查发现误差均因对空气的湿度修正不当引起。以下就湿度对音速喷嘴计量性能的误差进行分析。1流量计算公式通常流量计算公式如下式所示：ACC+户。⋯q小一—=二二二二二L上J√(R／蚴Tn式中：q，『l——质量流量，kg／s；A——喷嘴喉部横截面积，mm2；C——流出系数；C+——I临界流函数；仇，了10——喷嘴入

3、口处气体的滞止绝对压力(Pa)和滞止温度(K)；R——通用气体常数，R一8．31451；M—一气体的摩尔质量，kg／mol，在数值上等于相对分子质量。2流量计算参数的确定从式(1)可看出质量流量需7个参数计算得到，其中R为常数，p。，T0可直接测量得到，其余的A，C，C+，M按下述方法计算确定。1)喷嘴喉部横截面积A计算公式：A一—÷d2。[1+Ad(f一20)](2)吐式中：d。。——在测量环境温度为20℃条件下测得的音速喷嘴喉部孔径，mm；A。——喷嘴材料的线性膨胀系数；f——喷嘴工作的环境温度，℃。2)流出系数C计算公式：C一盘一6RPl(3)式中：Rr喷嘴的雷诺数。a)对于环

4、形喉部喷嘴来说，C=o．9935—1．525o昆吨5；对于圆筒形喉部喷嘴，C—o．9887，C=1—0．2165＆_0一。b)用作标准表的喷嘴，C的不确定度要优于o．5％，c只能用更高的标准装置实流标定得到，根据标定的结果都会得到R与C的关系式，该关系式与式(3)相同，只是系数口，6，咒与A，B中的不同而已。c)临界流函数c+计算公式：c+《K(六)斜1)／忙”]÷(4)式中：K——气体的等熵指数；卢——气体的黏度，mPa·s。d)气体摩尔质量M确定方法：单一气体的M在数值上等于其相对分子质量，单位kg／mol；混合气体的M由下式计算得到：M一∑z舭：(5)式中：z：——i种气体的摩

5、尔系数；m：——i种气体的摩尔质量，kg／mol。将湿空气视为干空气和水蒸气的混合气体，所以其摩尔质量由下式计算得到：M—T。Ma+T。M0一⋯28．9626(1一z。)+18．0153z。式中：Ma，Mw——干空气和水的摩尔质量；z。，稿件收到日期：2015—12—23。作者简介：王新辉(1982)，男，2004年毕业于辽宁石油化工大学自动化专业，现就职于中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司计量部，从事计量技术管理工作．任工程师。第2期王新辉等．浅析空气湿度对音速喷嘴计量性能影响z。——湿空气中干空气和水蒸气的摩尔系数。3湿度对喷嘴流量的影响从式(1)看出，湿度对流量的影响就是

6、湿度对公式中C，C。，M的影响。在绝对压力夕一101．325kPa，温度￡一10℃，20℃，30℃，40℃条件下计算出C，C。和M的值，进而得到湿度对它们的影响量&，E。，和EM。3．1湿度对C的影响由C的公式可看出，C是RP的函数，而R是气体的密度ID和∥的函数，湿气体的湿度与lD和∥直接相关，所以湿度对C的影响是间接的，＆由下式计算：恐一354旦錾(7)弘d式中：q珊——流体体积流量，m3／h；10——气体密度，kg／m3；d——喷嘴喉部孔径，mm。1)湿度对lD的影响。根据气体的状态方程，气体P由下式计算得到：．o一篇㈣Z“』式中：Z—～湿空气在p，T条件下的压缩系数，可视为理

7、想气体时，Z一1。设湿空气中水蒸气的摩尔系数为z。，压力声一101．325kPa，温度￡一10℃，20℃，30℃，40℃，由于压力很低，温度为常温，可视为理想气体，所以Z=1。根据分压定律，湿空气中水蒸气的z。等于其分压比，而分压等于在温度￡条件下的饱和水蒸气压力户。与相对湿度的乘积。z。的计算公式如下：z。一!!(9)户将式(9)带入式(6)、式(8)整理后得到湿空气的密度计算公式：．o一箍(·一o-37798等)㈣，式中：M：——干空气的摩尔质量，其值