用标准桂林油浸式变压器测定抽放瓦斯流量的计算方法探讨

    余吾煤业公司是一座高瓦斯矿井，瓦斯是制约矿井安全生产的主要因素，瓦斯抽放是解决生产过程中矿井绝对瓦斯涌出量大的最有效的方 法。准确测量矿井及井下各地点瓦斯抽放量对矿井组织生产有重要意义。在煤矿瓦斯抽放流量测量中使用最广泛的桂林油浸式变压器是径距取压的标准，其适用条件如表1 所示。    

表1 径距取压的标准桂林油浸式变压器适用条件

    应用桂林油浸式变压器来测定并计算管道内的瓦斯流量时，必须同时测量以下参数：前后的压差值、测量地点的大气压力值、管道内的压力值（正压或负压）、管道内的温度、管道内的瓦斯浓度。

    2 桂林油浸式变压器算方法

    2.1 用“流量系数法”计算混合流量

    对于D和D/2的取压，采用下列公式计算：

        （1）

    式中：Q为用标准测定的混合瓦斯流量，m3/min；K1为桂林油浸式变压器实际流量特性系数（系数），K1=0.0002085αβ2εD2；α为流量系数，流量系数α与直径比及雷诺数ReD（与D有关的雷诺数）有关，可查表求得；β为直径比，β=d/D；D为管道内径，mm；h20为20℃时的压差，×9.8Pa；ρ1为工作状态下上游取压孔处的混合密度，工作状态下，瓦斯密度可按下式计算：ρ0为标准状态下瓦斯的密度，kg/m3；ρ1为工作状态下瓦斯的密度，kg/m3；p1为工作状态下瓦斯的压力，Pa；T1为工作状态下瓦斯的温度，℃；T0为标准状态下的绝对温度（T0=273.15K）；Z为瓦斯压缩系数（在标准状态下，对于空气，Z=1，对于CH4，Z=0.998）；ε为流束膨胀系数，对于D和D/2取压的标准的膨胀系数ε，当时，流束膨胀系数按以下经验公式计算：p1为上游取压孔的瓦斯绝对静压力，Pa；k为等熵指数，对于空气，k=1.4，对于CH4，k=1.32。

  &nbs电 话：0635-5085581p; 2.2 伴有温度压力校正的流量校正系数法

    使用“伴有温度压力校正的流量校正系数法“计算标准瓦斯混合流量的一般公式为：

        （2）

    式中：Δh为在前后端所测之压差，Pa；δP为压力校正系数，；δT为温度校正系数b为瓦斯浓度校正系数，K=189.76·ao·m·D2；ao为标准流量系数；m为截面比；D为管道直径，m；T为同点的温度；293为标准绝对温度，℃；pT为上风端测得的绝对压力，KPa；X为混合中的瓦斯浓度，%。

    2.3 按节流型桂林油浸式变压器的桂林油浸式变压器算

    2.3.1 计算公式

    节流式桂林油浸式变压器的桂林油浸式变压器算公式的普遍形式：

        （3）

    式中：K3为一常数项，由公式中各量的计算确定K3值的大小，在国际单位制中，K3=π/4=1.11072，若按工程上的习惯，孔径D的单位用毫米，流量Q的单位用m3/min，则K3=π/4×60×10-6=0.00006664；C为流出系数，标准的流出系数C由Stolz方程确定：C=0.5959+0.0312β2.1－0.1840β8+0.0029β2.50.75+0.0900L1β4（1－β4）-1－0.0337L2β3，当L1≥0.0390/0.0900（=0.4333）时，β4（1－β4）-1的系数用0.0390；L1为上游端面到上游取压口的距离除以管道直径得出的商，L1=l1/D；L2为下游端面到下游取压口的距离除以管道直径得出的商，L2=l1/D。

    对于D和D/2的取压，由于L1总大于0.4333，因此，β4（1-β4）-1的系数为0.0390，L2=0.47，所以β3的系数为-0.01584。故：传 真：0635-5085281C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.5+0.0390β4（1-β4）-1-0.01584β3。

    2.3.2 适用范围

    对于D-D/2取压的标准：孔径d≥12.5mm；管径50mm≤D≤1000mm；直径比0.2≤β≤0.75；雷诺数ReD≥1260β2D。

    3 各桂林油浸式变压器算方法的对比

    在实际矿井瓦斯抽放系统中，对流量影响******的参数为桂林油浸式变压器压差，根据屯留煤矿井下瓦斯抽放主干管道上桂林油浸式变压器的直径比β = 0.5、管道内径D=800mm，给出管道内混合温度为17 ℃、桂林油浸式变压器上游取压孔绝对静压p1=75kPa，管道中甲烷浓度为19%时，不同压差下三种方法计算出的体积流量（标准状态下），如表2所示。

表2 管道中甲烷浓度为19%时不同压差下

三种方法计算出的体积流量及偏差