混合煤气流量测量的计算过程和实现方法

　　0 引言

　　流量既是工业生产中重要的工艺参数，也是企业成本核算的重要指标，实现能源介质流量的准确测量是一项重要而艰巨的任务。

　　在气、液两类能源介质中，气体流量测量的难度更大，测量方式多采用节流式差压流量计，通常涉及温度、压力和差压 3 个变量的检测，并包含大量的数学计算。

　　在实际应用中，除了按规范要求完成多设备设施的安装、连接，单体和整体设备调试之外，还必须掌握各项参数的计算、不同状态间的转换、温度压力补偿、差压与流量量程的调整以及采用不同设备的实现方法、理论公式和应用公式之间的演变及公式中各项变量的实际意义。混合煤气属于混合型湿气体，工况条件比较复杂，如掺混比例的变化、温度压力的变化和湿度的变化等，其流量测量更具有代表性和实际意义。

　　1 混合煤气的密度计算

　　高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气是钢铁冶金企业常见的 3 种煤气资源。混合煤气一般由高炉煤气和焦炉煤气按一定的体积比例掺混而成，其密度计算包括标况下干高炉煤气和干焦炉煤气的密度计算、按一定比例掺混后的干混合煤气的密度计算和工况下混合湿煤气密度的计算，密度单位均为 kg/m3，标况时表示为kg / Nm3。

　　1. 1 标况干煤气的密度计算

　　高炉煤气、焦炉煤气和混合煤气都属于混合气体，混合气体的密度服从叠加规律，即:

　　ρ混= ( ρ1v1+ ρ2v2+ …… + ρnvn) /100 ( 1)

　　式中: ρ混为混合气体的密度; ρ1，ρ2，…，ρn为混合气体各组分的密度; v1，v2，…，vn为混合气体各组分的体积百分数，%。

　　标准状态一般是指0 ℃、1 标准大气压( 101 325 Pa)的状态( 简称标况) ，常用大写字母 N 表示。高炉煤气和焦炉煤气在标况下的密度，依多次煤气组份分析得到的各组份的平均体积百分数和各组份在标况下的密度计算得到。承钢高炉煤气和焦炉煤气在标况下的密度分别为 ρN高= 1. 358 0 kg / Nm3、ρN焦= 0. 503 2 kg / Nm3。

　　高、焦混合煤气在标况下的密度依高炉煤气和焦炉煤气的掺混比例及它们各自在标况下的密度计算得到。假如高炉煤气和焦炉煤气的掺混比例为高∶ 焦 =X∶ 1，则高焦混合煤气在标况下的密度为:

　　ρN混= ( XρN高+ ρN焦) /( X +1) ( 2)

　　承钢高焦混合煤气在掺混比例分别为2.4∶1 和 1∶ 1时，标况密度为1.106 6 kg/Nm3和0.930 6 kg/Nm3。

　　1. 2 工况湿煤气的密度计算

　　在一定的压力 P、温度 T 和相对湿度 φ 的工作状态( 简称工况) ，湿气体的密度为:

　　式中: ρ 为工况下湿气体的密度; ρg= ρN( P - φPsMax) ×TN/ ( PNTZ) ，为湿气体中的干气体在温度为 T、压力为( P - φPsMax) 时的密度; ρs= φρsMax，为水蒸气在温度为 T、压力为 φPsMax时的密度; ρsMax温度 T 时饱和水蒸气的密度，可查饱和水蒸气密度表得到; ρN为标况下干气体的密度; P 为工作状态下气体的绝对压力( 表压力 p + 当地大气压力) ，Pa; PsMax为温度 T 时饱和水蒸气的绝对压力，可查饱和水蒸气密度表得到;PN= 101 325 Pa，为标准大气压; T 为工作状态下气体的绝对温度( 摄氏温度 t + 273. 15) K; TN= 273. 15 K，为绝对零度; φ 为相对湿度，% ; Z 为工作状态下气体的压缩系数。