Лабораторная работа № 22
Измерение скорости и объема
технологических газов в газоходе
1. Цель работы
1. Ознакомиться с сущностью метода определения скорости и объема технологического газа в газоходе.
2. Ознакомиться с приборами, используемыми для проведения измерений. 2. Провести измерения, рассчитать скорость газа в газоходе и его объем.
2. Методика измерения скорости и объема газов
в газоходе
2.1. Измерение скорости газа
В настоящей лабораторной работе мы рассмотрим метод определения скорости и объема газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения в газоходах с помощью пневмометрических трубок и микроманометров типа ММН-2400. Данный метод рекомендуется для измерения скорости газа в газоходах, равной 4 м/с или более.
С помощью пневмометрических трубок и микроманометров производится измерение динамического напора газа Рд, представляющего собой разность между полным Рп и статическим Рс, напорами и последующий расчет скорости газа по формуле:
(1)
где – скорость газа в газоходе, м/с; Рд – динамический напор газа в данной точке, мм вод. ст; g – ускорение свободного падения (g = 9.81 м/с2); у – плотность газа при рабочих условиях, кг/м3.
Динамический напор газа определяют по формуле:
Рд = В / КК' (2)
где В – отсчет по шкале микроманометра, мм; – коэффициент, зависящий от угла наклона измерительной трубки микроманометра; К – коэффициент пневмометрической трубки (для трубок конструкции институтов Гинцветмета и НИИОГаза, он равен 0,48…0,56, а для трубок Пито-Прандтля 0,9…1,0); К ' – коэффициент, учитывающий поправку на фактическую плотность спирта:
.
Здесь с – плотность спирта для микроманометра, ж – плотность жидкости в манометре.
Плотность газа при рабочих условиях определяют по формуле
, (3)
где у, – плотность газа при нормальных условиях (t = 0 °С, Р =
= 760 мм рт. ст.), кг/м3; АР – избыточное давление (разрежение) газа в газоходе, мм. рт. ст.,°С; Р – атмосферное давление, мм рт. ст.; t – температура газа в газоходе, °С.
Плотность газа при нормальных условиях рассчитывают по формуле:
(4)
где m1, m2, mп – значения молекулярной массы компонентов газовой смеси; а, b, k – концентрация компонентов газовой смеси, %; 22,4 – мольный объем при нормальных условиях, м3/кмоль.
Если известны значения плотностей при нормальных условиях отдельных компонентов 
то плотность смеси рассчитывают по формуле
(5)
Для приближенных расчетов плотность дымовых газов принимают равной плотности воздуха ( = 1,29 кг/м3).
Известно, что скорости газа в различных точках сечения газохода неодинаковы, поэтому необходимо предварительно найти коэффициент распределения скоростей по сечению газохода ср, представляющий собой отношение средней скорости (ср м/с) газа в газоходе к скорости но оси со о м/с:
Для определения ср, газоход круглого сечения условно разбивают на несколько концентрических колец (рис. 1а). Замеры скорости производят одновременно в данной точке сечения газохода и по его оси. Схема установки приборов при измерении скоростей показана на рис. 2.
а
б
Рис. 1.1. Схема расположения точек измерения динамического
напора газа:
а – в газоходе круглого сечения, б – в газоходе прямоугольного сечения
Среднюю скорость газа в газоходе определяют по формуле
(7)
где n – число колец; xl , xn – скорости газа в этих кольцах, м/с.
Рис. 1.2. Схема установки приборов при измерении скоростей в газоходе:
1 и 2 – рабочая и контрольная пневмометрические трубки; 3 и 4 – рабочий
и контрольный микрометры; 5 – термометр; 6 – U-образный манометр;
7 – стальной пруток; 8 – газоход; 9 – линейка; 10 – указатель
На практике для сокращения объема вычислительной работы при расчете скоростей газа в газоходе рекомендуется для определения cp пользоваться следующими отношениями:
(8)
где Px1, Px2 – измеренные динамические напоры в соответствующих точках сечения газохода, мм вод. ст.; P 01, P 02 – измеренные одновременно динамические напоры по оси газохода, мм вод. ст.;
(9)
где п – число колец по числу колец.
При одновременных замерах необходимо использовать пневмометрические трубки с одинаковым коэффициентом К и микроманометры одного типа.
Точки замеров динамического напора определяют по формуле:
где Dx – диаметр газохода, на котором лежат точки замеров, мм; х – порядковый номер кольца.
Число колец, на которые разбивают сечение газохода, зависит от характера распределения скоростей газа по сечению. С уменьшением симметричности и равномерности распределения скоростей, а также с увеличением диаметра газохода число колец должно увеличиваться.
Достаточно надежные результаты скоростей газа можно получить при следующих соотношениях числа колец и диаметра трубы:
|
Диаметр труб, мм |
200 |
200… 400
|
400… 600
|
600… 800
|
800… 1000
|
1000 |
|
Число колец |
3 |
4 |
5 |
6 |
8 |
10 |
Расстояние точек замера для каждого кольца от внутренней стенки газохода определяется по следующим уравнениям:
(11)
где L1 и Li'– расстояния от внутренней стенки газохода соответственно до ближней и дальней точек замера на данном кольце, мм; х – порядковый номер кольца, считая от центра газохода.
Для упрощения расчетов точек замеров можно пользоваться табл. 1, где приведены значения 
При определении поля скоростей в газоходе одновременно замеряют температуру газового потока, статический напор и атмосферное давление.
Если газоход имеет прямоугольное сечение, его делят линиями, параллельными стенкам газохода, на ряд равновеликих прямоугольников, геометрически подобных всему сечению (рис. 16). Сторона каждого прямоугольника должна составлять 150…200 мм. Замеры производят одновременно в двух точках в данной точке сечения газохода и на пересечении его осей. Минимальное число точек замеров – три в каждом направлении. После проведения замеров коэффициент скоростей определяют так же, как в случае круглого газохода.
Таблица 1
Диаметры, на которых расположены точки замеров
(в долях от внутреннего диаметра газохода,
принятого за единицу)
|
Число колец | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
0,707 |
0,5 |
0,409 |
0,354 |
0,316 |
0,29 |
0,267 |
0,25 |
0,236 |
0, 224 |
|
|
0,866 |
0,707 |
0,612 |
0,543 |
0,5 |
0,466 |
0,433 |
0,406 |
0,388 |
|
|
|
0,914 |
0,79 |
0,707 |
0, 646 |
0, 597 |
0,559 |
0,523 |
0,5 |
|
|
|
|
0,936 |
0,836 |
0,764 |
0,707 |
0,661 |
0,624 |
0,592 |
|
|
|
|
|
0,949 |
0,866 |
0,805 |
0,752 |
0,707 |
0,671 |
|
|
|
|
|
|
0,957 |
0, 855 |
0, 829 |
0,782 |
0,741 |
|
|
|
|
|
|
|
0,964 |
0,902 |
0,851 |
0,805 |
Окончание табл 1
|
Число колец | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,968 |
0,914 |
0,866 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,972 |
0,922 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,951 |
Для упрощения расчетов расстояний точек замеров от внутренней стенки газоходов разных диаметров можно пользоваться табл. 2.
2.2. Определение объема газов в газоходе
Количество газа, проходящего в газоходе в единицу времени рассчитывается по средней скорости газа в газоходе и площади его сечения по формуле
где Vr – объемный расход газа в рабочих условиях, м3/ч; 0 – скорость газа в центре газохода, м/с; F – площадь сечения газохода, м2.
Таблица 1
Рекомендуемые расстояния точек замеров от внутренней стенки газохода
для газовых разных диаметров, определенные по формуле (11)
|
Диаметр газохода
|
Число колец
|
Точка замера | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 | ||
|
200 |
3 |
59,1 |
29,3 |
8,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
3 |
88,65 |
43,95 |
12,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
4 |
12 |
77,6 |
42 |
12,6 |
|
|
|
|
|
|
|
500 |
5 |
171 |
114,25 |
73,25 |
41 |
12,75 |
|
|
|
|
|
|
600 |
5 |
205,2 |
137,1 |
87 |
49,2 |
15,3 |
|
|
|
|
|
|
700 |
6 |
248,5 |
175 |
123,9 |
82,6 |
46,9 |
15,05 |
|
|
|
|
|
800 |
7 |
293,2 |
213,6 |
161,2 |
117,2 |
78 |
58 |
14,4 |
|
|
|
|
900 |
8 |
337,5 |
255,15 |
198,45 |
151,55 |
111,6 |
76,95 |
41,1 |
14,4 |
|
|
|
1000 |
9 |
382 |
297 |
238,5 |
188 |
146,5 |
109 |
74,5 |
43 |
14 |
|
|
1100 |
10 |
426,8 |
336,6 |
275 |
224,4 |
180,9 |
142,45 |
107,25 |
73,7 |
42,9 |
26,95 |
|
1200 |
10 |
465,6 |
367,2 |
300 |
244,8 |
197,4 |
155,4 |
117 |
80,4 |
46,8 |
29,4 |
|
1300 |
10 |
504,4 |
397,8 |
325 |
265,2 |
213,85 |
168,35 |
126,75 |
87,1 |
50,7 |
31,85 |
|
1400 |
10 |
543,2 |
428,4 |
350 |
285,6 |
230,3 |
181,3 |
136,5 |
93,8 |
54,6 |
34,3 |
|
1500 |
10 |
582 |
459 |
375 |
306 |
246,75 |
194,25 |
146,25 |
100,5 |
58,5 |
36,75 |
|
1600 |
10 |
62,8 |
489,6 |
400 |
326,4 |
263,2 |
207,2 |
156 |
107,2 |
62,4 |
39,2 |
Объем газа, приведенный к нормальным условиям (V0), рассчитываются по формуле
, (14)
где Vr – объем пропущенного через поглотитель газа при условиях отбора, л; P – атмосферное давление, мм. ст. ст.; P – избыточное давление (разряжение) у ротаметра, мм. ст. ст.; P0 – давление при нормальных условиях, мм. ст. ст.; t – температура газа перед ротаметром, С.
3. Приборы и оборудование, применяемые
для измерения скорости газа
Для измерения скорости газа используют следующие приборы и оборудование: пневмометрические трубки, разработанные институтами Гинцветмет т НИИОГаз (рис. 3), ВТИ, а также трубки Пито-Прандтля (длина трубок должна быть больше ширины сечения газохода примерно на 300 мм; при измерении скоростей газа с двух сторон газохода длину трубки уменьшают на половину линейного размера ширины газохода); микроманометры типа ММН-2400(5)-1,0 по ГОСТ 11161-84;
U-образные манометры;
термометры лабораторные, ГОСТ 215-73Е;
барометр-анероид, цена деления 1 мм рт. ст.;
ареометры общего назначения, ГОСТ 1843спирт этиловый,
ГОСТ 18300-72, водный раствор плотностью 0,8095;1-81Е;
трубки резиновые, внутренний диаметр 5…8 мм.
Рис. 3. Пневмометрические трубки конструкций НИИОГаз(а) и
Гинцветмет(б): 1 и 2 – трубки для измерения соответственно полного
и статического наоров, 3 – наконечник
4. Выбор места установки приборов
и проведение измерений
При выборе места измерения скорости газа в газоходах следует руководствоваться следующим: измерения проводят в установившемся потоке газа; место для измерения выбирают на прямолинейном участке газохода; участок должен иметь длину не менее 5…6 диаметров газохода до места замера и 3…4 диаметров после места замера; не следует выбирать место замера вблизи и особенно после задвижек, дросселей, диффузоров, колен и вентиляторов.
На выбранном для измерения участке к газоходу приваривают штуцера из металлических трубок длиной 40…50мм с завинчивающимися крышками. На расстоянии 30…70мм выше штуцера приваривают металлический пруток диаметром 10мм, длиной 1м. При отсутствии работ штуцера должны быть закрыты. На круглом газоходе диаметром менее 1,6 м приваривают 2 штуцера на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров, более 1,6 м – 4 штуцера. На прямоугольном газоходе штуцера приваривают на одной из стенок газохода.
Проверяют плотность спирта в микроманометре ареометром.
Для нахождения коэффициента распределения скоростей по сечению газаход условно разбивают на ряд равных по площади участков в соответствии с рис. 2.
Одну пневмометрическую трубку устанавливают в газоходе. На трубку наносят метку с указателем. На прутке укрепляют линейку. Для установления трубки на заданную глубину в газоходе следует совместить метку на трубке с соответствующим делением линейки. Другую трубку устанавливают в газоходе для измерения динамического напора в центре газохода, рис. 2.
Концы пневмометрических трубок, предназначенных для замера полного напора газа, должны быть направлены навстречу газовому потоку в соответствии с рис. 3.
Соединяют пневмометрические трубки с микроманометрами типа ММН-240 резиовыми шлангами. Шланги полного давления присоединяют к штуцеру микроманометра со знаком «+», а шланги статического давления к штуцеру со знаком «-».
Для проверки на герметичность соединений собранной схемы в системе создают давление 100…250 мм вод. ст. и закрывают измерительные отверстия пневмометрической трубки. Если система герметична, столбик водного раствора спирта в микроманометре не снижается.
Для проведения замеров оборудование устанавливают в соответствии с рис. 2. Одну пневмометрическую трубку устанавливают в газоходе на расстоянии 3…10 см от центра газохода во избежание столкновения пневмометрических трубок при работе. Другую пневмометрическую трубку перемещают по диаметру газохода сначала от ближней стенки к дальней, а затем наоборот, останавливая ее в каждой измерительной точке. Измерения проводят одновременно. Показания манометров записываются в журнал. Измерения по второму диаметру газохода выполняют аналогично. Результаты параллельных измерений в каждой точке замера не должны различаться более чем на 15 %.
При проведении замеров одновременно измеряют температуру газа и разряжение в газоходе, фиксируют атмосферное давление. Результаты всех измерений записывают в журнал.
На измеряемом участке в газоходе пневмометрическую трубку устанавливают в центре газохода, термометр и U-образный манометр - в соответствии с рис. 2. Пневмометрическую трубку соединяют резиновыми шлангами с микроманометром. Проверяют герметичность приборов.
Замеры производят в течение 20 мин через 3…5 мин и результаты усредняют. Результаты замеров записывают в журнал. Форма журнала приведена в приложении 1.
5. Обработка результатов измерений
Динамический напор газа в точках измерения рассчитывают по формуле (2). Плотность газа в газоходе при нормальных условиях определяют по формуле (4), а при рабочих условиях по формуле (3). Точки замеров динамического напора определяют по формуле (10). Коэффициент распределения скоростей в газоходе рассчитывают по формулам (8), (9). Скорость газа в центре газохода определяют по формуле (1). Объем газа, проходящего через газоход, при рабочих условиях определяют по формуле (13), а при нормальных условиях по формуле (14).
Максимальная ошибка при измерении скорости и объема газа в газоходе не должна превышать +10 %.
Примеры определения динамического напора газа в газоходе при рабочих условиях; определение плотности газа, скорости и объема газа в газоходе приведены в приложении 2.
6. Контрольные вопросы
1. С помощью каких приборов измеряют динамический напор и покакой формуле его рассчитывают.
2. Как определить плотность газа при рабочих и нормальных условиях?
3. Назовите приборы для измерения скорости газа в газоходе и поясните принципы их действия.
4. Как определить коэффициент распределения скоростей по сечению газохода?
5. С помощью каких приборов производят измерение поля скоростей в газоходе?
6. По какой формуле производят расчет количества газа, проходящего в единицу времени?
7. Какими правилами руководствуются при выборе места для измерения скорости газа в газоходе?
8. Каков порядок проведения измерений скорости газа в газоходе?
Задание на работу
1. Изучить научно-методические вопросы по измерению скорости газов в газоходе.
2. Собрать схему установки приборов для измерения скорости газа в газоходе.
3. Провести измерения динамического напора.
4. Рассчитать скорость газа и объем газа в газоходе.
Список рекомендуемой литературы
1. Контроль пылеулавливающих установок / Г.М. Гордон, И.А. Пейсахов. Изд. 3. – М.: Металлургия, 1973.
2. Быков А.П. Методика измерения скорости и объема газов в газоходе // Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1987. – С. 4-12.
3. Иванов О.П., Коган Б.И., Быков А.П. Инженерная экология. Учеб. пособие / Под ред. Б.И. Когана. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1995. Кн. 2. – 143 с.
4. ГОСТ 17.2.4.06-90. Охрана природы. Атмосфера. методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 17 с.
