Определение газовых потоков

Определение газовых потоков

Определение газовых потоков может сделано либо прямым измерением газового потока в газоходе, трубопроводе или дымовой трубе или путем расчета, если известен состав газа, количество и состав реагирующих веществ и химическая природа процесса (обычно это процесс сгорания).

Определение газовых потоков. Наиболее часто определение газовых потоков производят с помощью дифференциальных манометров - устройств использующих перепад давлений - измерительных диафрагм, трубок Вентури или трубок Пито для работы при комнатных температурах и в нетоксичных средах (например, кондиционирование воздуха) часто используют клапанные анемометры. При очень малых скоростях газовых потоков, когда чувствительность трубки Пито недостаточна и с ее помощью нельзя получить стабильные результаты, полезным может оказаться термоанемометр, принцип действия которого основан на измерении сопротивления нагретой проволоки, помещенной в газовый поток, в зависимости от потери тепла. Однако этот прибор недостаточно точен и пока не нашел широкого промышленного применения.

Измерительные диафрагмы и трубки Вентури обычно жестко монтируются на установке. Для нормальной работы измерительных диафрагм необходимо устанавливать их на прямолинейном участке газохода, причем длина этого участка должна быть не менее девяти диаметров газохода - шесть диаметров до и три диаметра после диафрагмы в случае очень турбулентных потоков "участок успокоения" после диафрагмы должен быть длиннее.

Для трубок Вентури необходимы еще более длинные прямолинейные участки газохода в связи с большой длиной диффузора; трубки Вентури сложнее в изготовлении, чем простые плоские диафрагмы, но их преимуществом является меньшее падение давления. Подробности о конструкциях и пределах применения этих устройств можно найти в соответствующих каталогах.

Существует много типов трубок Пито. Для них не нужны длинные "участки успокоения" потока в газоходе, поскольку они служат для измерения локальных скоростей. Трубки невелики по размерам, поэтому их можно ввести в газоход через небольшое отверстие в стенке без остановки газоочистительной установки они не вызывают заметной потери давления газового потока. Основной недостаток трубок Пито состоит в том, что для определения полного газового потока необходимо провести целый ряд измерений скоростей для установления профиля скоростей газового потока. Затем проводится интегрирование профиля, обычно графическими методами. Следовательно, в случае внезапных флуктуаций газового потока найденное значение расхода будет неточным.

В основном трубка Пито состоит из трубок динамического давления и трубки статического давления. В простейшей форме в трубке типа «крюк» статическое давление может измеряться у стенки газохода. Такая конструкция применима для очень узких газоходов, для которых многостенные трубки Пито могут оказаться слишком широкими и их введение в газоход вызовут нарушение режима газового потока, либо когда отсутствуют стандартного размера. Предпочтительнее срезать переднюю кромку трубки в виде конуса под углом 8°, но она может быть и прямой.

Обычно трубки динамического и статического давления монтируются в один узел. Образцы, соответствующие британскому стандарту.

Рис. II-1. Трубка Пито типа "Крюк" для измерения ударного давления с отдельными выпусками для статического давления в трубе или в стенке короба.

Для малых расходов газа рекомендуется эллипсоидальная головка, показанная на рис. II-2, в. Она более надежна, чем цилиндрическая головка, предложенная Национальной физической лабораторией и представленная в ранних изданиях стандарта.

Рис. II-2. Трубки Пито с полусферической (а) и эллипсовиидный (б) головками для измерения статического давления.

1 - уплотнители для выравнивания по центру внутренней трубки; 2 - варианты закругления; 3 - отверстия в наружной трубе (7 отверстий диметром D/8; наружная поверхность гладкоотделенная без заусениц).

Кроме обычных трубок Пито существует обратная трубка, (рис. II-3), преимуществом которой является простота ввода в газоход и большая разность давлений. В этих случаях скорость газа (в м/с) может быть рассчитана из эмпирического соотношения:

u = 1,256 √(∆h/p) (II.1)

где ∆h - разница давлений, Па; р - плотность газа, кг/м³.

Для более низких скоростей газового потока используются тепловые анемометры. Их работа сильно зависит от температуры, и они нуждаются в относительно частой калибровке. В последнее время для температур до 50°С успешно применялись термометры; была найдена зависимость между потоком воздуха, температурой, влажностью и давлением. Термометры особенно надежны при непрерывном измерении скорости газового потока в условиях комнатной температуры. Если необходимо измерить не только скорость, но и направление движения газов, например, для сопел, центробежных форсуноки т. п., может быть использована трубка Пито с угловым перемещением ("рысканьем"). Такой прибор, снабженный сферической головкой и водяным охлаждением, был разработан в исследовательской лаборатории фирмы Юнайтед Стил.

При применении трубок Пито или другого прибора, измеряющего локальную скорость, эти измерения газовых потоков должны проводиться в нескольких точках, желательно на прямолинейных участках газохода.

Газоходы круглого сечения обычно разделяют на ряд колец и измеряют скорости по двум направлениям, пересекающимся под прямым углом. При этом получают четыре значения скорости для каждого кольца. Если скорость потока у стенки трудно замерить, она может быть оценена на основании графика зависимости скорости от расстояния до стены (в логарифмических координатах).

В случае прямоугольных газоходов или газоходов неправильной формы их сечение разбивают на ряд прямоугольников, и скорость потока измеряют в центре каждого из них. Такое определение газовых потоков обычно проводится через несколько входных отверстий, сделанных либо в одной стенке, либо, что более желательно, в двух прилегающих стенках газохода. В случае неустойчивых газовых потоков предпочтительнее измерять изменение потока в одной точке. Если газовый поток находится в области обтекания, скорость в центре круглого газохода в два раза больше средней скорости.

Рис. II-3 Сдвоенная или реверсивная трубка Пито:

1 - трубка из нержавеющей стали; 2 - муфта; 3 - переход.

В альтернативном варианте определение газового потока можно измерять при скорости на расстоянии 0,762 радиуса от оси трубы. При относительно малых расходах газа для определения газовых потоков применяются и другие измерительные устройства, такие как переносные жидкостные газометры или сильфоны (обычно для измерения городского газа). Клапанные вентиляционные приборы и приборы с меняющейся апертурой (ротаметры) используются также для измерения средних газовых расходов, в частности, при технологическом контроле процесса. Их действие основано на том, что весь газовый поток проходит через прибор, и поэтому они используются обычно для измерения объемов газов, отобранных в пробоотборник, а не для измерения полного расхода газа в газоходе.

Подробное описание измерительного оборудования и приборов определяющих газовые потоки можно найти в специальной литературе, например, и в соответствующих каталогах и справочниках.

Расчет расхода газового потока. Часто возникает необходимость проектирования газоочистительного оборудования до пуска соответствующего основного производства, например использующего сжигание угля или жидкого топлива (мазута), состав которых известен. Состав выхлопных газов может быть либо рассчитан, исходя из полного или частичного сгорания и характерного соотношения воздух - топливо, либо определен путем анализа газов на этом или аналогичном производстве. Тогда расчет процесса массопереноса газов сводится к расчету материального баланса. Если известна также температура газа или она может быть оценена из теплового баланса, то можно рассчитать объем газов (типичный пример приведен в Приложении).

Рис. II-4. Зависимость температуры от термоэлектродвижущей силы (т. э. д. с.) для следующих термопар:

1 - иридий - вольфрам; 2 - вольфрам - рений - вольфрам; 3 - платина - 87% платины - 13% родия; 4 - платина - 90% платины - 10% родия; 5 - 99% платины - 1% родия и 87% платины - 13% родия; 6 - 95% платины - 5% родия и 80% платины - 20% родия; 7 - иридий - 60% иридия - 40% родия; 8 - 80% платины - 20% родия и 60% платины - 40% родия; 9 - железо - константан; 10 - медь - константан; 11 - хромель - алюмель; 12 - платинель.