湿度在弯管流量计测量流量时的影响分析

　　0　前言

　　湿气体是干气体和水蒸汽的混合物,湿气体的流量是用标准状态下湿气体干部分的体积流量表示的。弯管流量计在计量过程中,首先需要根据工况温度、压力、相对湿度和该温度下的蒸汽饱和密度和饱和分压计算出工况的流体密度,然后由弯管传感器产生的实时差压值计算出工作状态下湿气体的体积流量,最后换算成标准状态下干部分体积流量。由于工作状态(压力、温度)发生变化时湿气体的湿度会发生变化,如果忽视湿度的影响或采用固定不变的湿度计算流量,将直接影响到工况气体密度和工况流量转换为标况流量的计算,造成流量测量的准确度大大降低。

　　1　应用弯管流量计测量湿气体流量的原理

　　弯管流量计的工作原理由式(1)给出,工况体积流量qv(单位:m3/h)为:

　　式中:α为综合流量系数;R/D为弯管传感器结构特征常数;Δp为弯管传感器产生的差压,Pa;ρ为流体工况密度,kg/m3。

　　对于湿气体的工况密度ρ计算如下式:

　　式中:ρg为湿气体干部分密度,kg/m3,由式(3)计算而得;ρs为湿气体水蒸气密度,kg/m3,ρs=φρsmax;ρn为标准状态下气体密度,kg/m3;p,T分别为工作状态下压力、温度,Pa,K;pn,Tn分别为标准状态下压力、温度,Pa,K;psmax为温度为T时水蒸气的饱和压力,Pa;ρsmax为温度为T时水蒸气的饱和密度,kg/m3;Z为工作状态下气体压缩系数;Zn为标准状态下气体压缩系数:φ为工作状态下相对湿度。对于封闭管道中的气体的相对湿度φ随着工作状态下压力、温度(p、T)的变化而变化。工况气体相对湿度可按下式求得:

　　式中:φn为标况气体相对湿度:ρnsmax为温度为Tn时水蒸气的饱和密度,kg/m3。

　　当φ>1时,说明工况的气体为饱和湿气体,而且已有凝结水滴析出,这时取φ=1。

　　将工况气体相对湿度φ代入式(2)、(3)中可以计算出工况湿气体密度,再根据实测差压值Δp,即可计算出工况气体体积流量。

　　工况气体的体积流量,通常不能用于生产控制和贸易结算,需要转换为标准状态下的气体的体积流量。对于湿气体需要转换为标准状态下干气体的体积流量,转换式如下:

　　式(5)中同样涉及到了相对湿度φ,它不能用标况气体相对湿度φn替代,否则会对最终的流量测量结果造成很大的误差,影响程度可以从下面的实例中看到。

　　整体的计算过程参见方框图1:

　　2　工程实例

　　设20℃,101.325kPa的标准状态下,空气相对湿度φn为60%,通过风机加压和加热炉加热后,工作状态压力、温度转变为0.15MPa(表压)、104.8℃,如图1所示,分别采用计算所得的工况相对湿度φ和标况相对湿度φn计算气体工况密度、工况体积流量和标况干气体体积流量,结果如图1所示。