基于湿含量计算模型的管道空气流量在线微机测量系统

　　1　引　　言

　　能量耗量与空气系数的关系非常密切。随着能源价格持续上涨,节能工作日益加强。为了降低能量消耗,人们对燃烧设备空气系数与能量消耗的关系做了大量的研究工作[122],取得了显著的节能效果。助燃空气流量在线测量的准确性是实现预定空气系数控制目标的最根本保证。对运行中的差压式流量计,如何在线获取被测空气的密度,是保证在线测量准确性的重要前提条件。根据近几年来的文献报道,在差压式流量计测量误差修正和在线测量方面做了不少工作,取得了一些研究成果[324],但鲜见有关于根据环境空气湿含量变化、海拔高度变化在线修正流量测量方面的报道。环境中湿空气中水蒸汽的含量随季节、气候、气温变化而有较大的变化,环境大气压力取决于测点海拔高度值。对具体的流量计而言,目前无法在线直接测量其湿度,一般是通过测量环境条件下空气的干、湿球温度,通过人工查表或查图方法求得相对湿含量,然而常用的图、表是在1工程大气压条件下制作的,当环境大气压力偏离工程大气压值较多时,查取的数值误差较大。因此人工校正计算时,不仅造成控制滞后,而且还有较大的计算误差。海拔高度变化是通过大气压的变化来影响流量测量的,同一地区的不同地点海拔高度有时也有较大的变化,采用气象部门提供的某个地区平均大气压数据来计算,必然会带来较大的计算误差,从而带来较大的流量测量误差。因此,本文针对我国目前应用最多的标准孔板流量计测量管道空气流量时的湿空气密度数学模型进行研究,建立了基于空气湿含量在线密度校正流量测量模型,实现了湿空气流量在线准确、快速测量。

　　2　管道在线空气流量测量模型建立

　　用标准孔板流量计法兰取压法对管道空气体积流量进行测量时,空气体积流量Qf与压差Δp、湿空气密度ρf之间满足以下关系[5]:

　　式中:ReD为管道中空气雷诺准数,k为管道空气绝热系数,pf为测点的空气压力。

　　由流量计算公式(1)知:要想获得管道空气的精确流量,空气密度和差压的准确获取处于同等重要地位,如果管道空气密度测量不准确,即使高精度的差压测量也不会给管道空气流量测量带来高精度,相反,会使测量结果存在较大误差。

　　2.1　标准状态下管道空气干密度

　　湿空气由干空气和水蒸气组成,干空气相对湿度=0,则干空气在标准状态下(压力p0=1·01325×105Pa,T0=273.15K)的密度ρ0为:

　　式中:ρi为标准状况下空气中第i种单组份密度,Xi为第i种单组份所占体积百分比。空气成份相对固定,主要由N2、O2组成,将空气中各组份含量和单组份标态密度代入式(4),就可求出标准状况下干空气密度。推荐使用的空气标准状态密度为1.293 kg/Nm3。