Методика и аппаратура для измерения расхода газов и концентрации пыли в воздушном потоке и дымовых газах.

Расход воздуха в воздуховоде определяется по значению сред­ней скорости, вычисленной на основании замеренной величины дина­мического (скоростного) давления.

Расход воздуха L м³/ч, в воздуховоде определяют по формуле:

где v— средняя скорость воздушного потока, м; F — площадь сечения возду­ховода, м .

Скорость воздуха находится из уравнения:

где Pд—динамическое давление, кгс/м²; р—плотность воздуха, кг/м³; g — ускорение свободного падения

Для стандартных условий (t = 20°С, φ = 50%) при ρ=1.2 кг/м³ формула принимает вид:

Данная формула с достаточной для практики точностью спра­ведлива для значений температуры воздуха в пределах 15—25° С. Пневмометрические трубки с микроманометрами применяют для измерения достаточно высоких скоростей воздуха. Минимальные зна­чения скоростей воздушных потоков в зависимости от типа маномет­ра составляют, м/с:

для U-образного манометра............ 7—8

» микроманометра ЦАГИ............4

» микроманометра ММН...........3

Для скоростей меньших значений точность измерения резко па­дает, поэтому необходимо применять другие методы измерения. Определять расход следует на достаточно ровном прямом уча­стке, длина которого должна быть не менее 4—5 диаметров после местного сопротивления и не менее 2 диаметров от точки замеров до последующего по движению воздуха местного сопротивления. В на­турных условиях не всегда можно выдержать это требование, по­этому при выровненном поле скоростей достаточно измерить дав­ления по одной оси симметрии, а при искаженном — по двум взаимно перпендикулярным. Число измерений, необходимое для опре­деления средней скорости, принимается в зависимости от размера диаметра для круглого воздуховода или размера стороны прямоугольного воздуховода.

В сечениях прямоугольных воздуховодов измерения производят по осям, перпендикулярным стороне, с которой через соответствую­щие отверстия вводится пневмометрическая трубка.

В тех случаях, когда наименьшее и наибольшее значения скоро­стного давления, замеренного в данном сечении воздуховода, отли­чаются друг от друга менее чем в 2 раза, усредненное значение ско­ростного давления с достаточной для практики точностью опреде­ляется как среднее арифметическое из значений скоростных давлений по каждой из точек замеров.

Усредненные значения полных, а также статических давлений, замеренных в данном сечении воздуховода, определяют как средние арифметические из значений давления по каждой из точек замеров.

Ротаметр со стеклянной труб­койпредставляет со­бой расходомер постоянного пере­пада давления. Он состоит из вер­тикально установленной конусной стеклянной трубы, расширяющей­ся вверх, внутри трубы находится поплавок, свободно плавающий в потоке измеряемой жидкости или газа.

Шкала прибора выполняется с равномерными делениями и на­несена непосредственно па стек­лянной трубе. Прибор устанавли­вается только в вертикальном по­ложении при движении измеряе­мого потока снизу вверх. При ,протекании измеряемого вещества внутри трубы прибора поплавок под воздействием потока поднима­ется до тех пор, пока кольцевой зазор между поплавком и внут­ренней поверхностью конусной трубы не увеличится настолько, что подъемная сила, воздействую­щая на поплавок, уравновесится эффективной массой поплавка. Положение верхней грани поплавка указывает по шкале величину расхода. Для устойчивости работы прибора обод поплавка имеет несколько косых винтовых каналов. Под действием давления потока, проходящего через каналы, поплавок все время вращается, вследствие чего центрируется в середине потока не соприкасаясь, с трубкой, т. е. работает без трения о се стенки что де лает его весьма чувствительным к незначительным изменениям скорости потока.

Промышленностью выпускаются ротаметры РС-3 РС-5 РС-7.

Градуировку газовых ротаметров производят на воздух при 20° С и 760 мм рт. ст., жидкостных — на воду при 20° С. К прибо­ру прикладываются в паспорте градуировочная таблица и график. Основная допустимая погрешность показаний для ротаметров РС-3, РС-5, РС-7 не превышает ±2,5%, для ротаметров РС-ЗА не превы­шает ±6%.

Сужающиеся устройства предназначены для измерения расхода жидкости, газа или пара. Эти приборы образуют местное сужение в трубопроводе. При протекании потока жидкости, газа или пара в трубопроводе вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую средняя скорость потока в суженном се­чении повышается, в результате чего создается перепад давления, величина которого зависит от расхода. Перепад давления измеряет­ся дифманометрами, градуированными в единицах расхода вещест­ва или в единицах давления.

Схемы измерения давлений:

а - в диафрагме;

б – в трубе Вентури.

Расход воздуха L, м³/с, определяется по перепаду статических давлении до и после диафрагмы или в узком и широком сечениях трубы Вентури по формуле:

, где

ΔР—перепад статических давлений, кгс/м²; k —тарировочный коэффици­ент.

Коэффициент k для труб Вентури с достаточной для практиче­ских целей точностью можно определить по формуле:

где р—плотность воздуха, кг/м³; d — внутренний диаметр узкой части тру­бы, м; D — внутренний диаметр широкой части трубы перед сужением, м.

Рис. – Нормальная труба Вентури.

Труба Вентури состоит из входного конуса, цилинд­рической средней части и выходного конуса. Обычно перед входным конусом помещается дополнительный цилиндрический патрубок с внутренним диаметром О, равным внутреннему диаметру конуса. Переход от переднего цилиндра к входному конусу и от входного конуса к среднему цилиндру выполняется плавным. Переход от сред­него цилиндра к выходному конусу осуществляется без закругления. Угол входного конуса равен 21°. Угол выходного конуса должен удовлетворять условию 5°≤φ≤15°.

Отбор статических давлений осуществляется через кольцевые камеры, соединенные с внутренней полостью трубопровода не менее чем шестью отверстиями. Отверстия δ располагаются на расстоянии D/2 и d/2 соответственно от начала и конца входного конуса.

Запыленность газов может быть определена прямым или косвенными методами. Прямой метод заключается в отборе пробы запыленного газа и взвешивании осажденной из нее пыли с последующим отнесением найденной массы к еди­нице объема газа. Для определения запыленности газов косвенными методами используется зависимость физичес­ких свойств запыленного потока (степени поглощения све­товых и тепловых лучей, цвета, способности воспринимать электростатический заряд и т. п.) от концентрации пыли. При этом необходимо предварительно тарировать исполь­зуемое для определения запыленности устройство по пря­мому методу.

При проведении испытаний пылеулавливающих устано­вок для определения запыленности газов всегда применя­ется прямой метод, дающий наиболее достоверные резуль­таты. Косвенные методы могут быть использованы для эк­сплуатационного контроля.

Для определения запыленности газа используют заборные трубки различной конструкции. Диаметр наконеч­ника заборной трубки выбирают из условия наилучшего обеспечения равенства изокинетичности скоростей в газо­ходе и в наконечнике заборной трубки. При заданном диа­метре отверстия d₀ расход газа U_отб (м³/с) может быть оп­ределен по формуле: , где w_г — скорость газа в газоходе. Эта формула позволяет перейти к более удобному для практики выражению расхода газов в лит­рах в минуту:

Количество газа Q, пропущенного через реометр, опре­деляют по формуле

где v_отб — скорость отбора газа, л/м; τ — время отбора га­за, мин; γ_гр— масса газа, на который был градуирован реометр, кг/м³; Р — барометрическое абсолютное давле­ние, Па; Р_Р — давление в газоходе, Па; t_P — температура газа в газоходе; γ₀—масса отбираемого газа, приведен­ного к нормальным условиям, кг/м³.

Запыленность газа, г/м³, находят по формуле

где g_п — привес фильтра; g — масса чистого фильтра.

Для эксплуатационного контроля могут быть исполь­зованы упрощенные способы измерения запыленности пря­мым или косвенным методом. Можно, например, периоди­чески отсасывать из одной и той же точки газохода оди­наковое количество газа через упрощенную пылезаборную трубку с присоединенным к ней циклончиком и взвеши­вать после этого собранную в его бункере пыль. Пренебре­жение условием изокинетичности отбора, долей пыли, не улавливаемой циклончиком, и другие упрощения не позво­ляют с достаточной точностью судить об абсолютных зна­чениях запыленности, но ее относительные изменения бу­дут легко заметны. Возможны и другие способы упро­щенного определения относительных изменений запылен­ности прямым методом. Их выбор зависит от оборудования, применяющегося при испытаниях.

Наиболее простым методом косвенного контроля запы­ленности является наблюдение за цветом или густотой ды­ма, выходящего из дымовой трубы. Несмотря на всю при­митивность и недостатки этого метода (неприменимость его ночью и в условиях ограниченной видимости, иска­жающее влияние соседних установок, при работе на общую дымовую трубу, зависимость цвета дыма от топочного ре­жима), этим способом не следует пренебрегать, так как он наиболее прост и нагляден. Другой такой же простой ме­тод заключается в том, что протертые латунные палочки на 2—3 мин устанавливают в специальные отверстия в га­зоходах чистого газа (после пылеуловителя). Если на па­лочках отчетливо видна пыль, то необходимо произвести осмотр пылеуловителя. Метод является грубооценочным, поэтому необходимо систематически осматривать пылеуло­вители с тем, чтобы своевременно предупреждать ухуд­шение очистки.

Определение пылеуноса является эффективным спосо­бом контроля работы пылеуловителя. Унос пыли подразде­ляют на возвратный и безвозвратный. Возвратный — это пыль, уловленная в системах и аппаратах, а безвозврат­ный — пыль, уносимая через дымовую трубу в атмосферу. Количество уловленной пыли определяют непосредственно взвешиванием, а безвозвратный унос — измерениями. Пылеунос из технологического агрегата (печи, котла) может определяться и при проведении балансовых испытаний. Аппаратура для определения запыленности газов прямым методом состоит из заборной трубки (при осаждении пыли вне газохода), устройства для осаждения пыли (фильтра), устройства для измерения расхода отбираемых газов и средства для отсоса газов.

Пылсзаборные трубки (рис. 8.6), как правило, снабжа­ются электрическим обогревом.

При температуре трубки выше температуры отбираемого газа за счет термофореза уменьшается осаждение пыли на ее стенках. При высоком влагосодержании газов обогрев необходим при предотвра­щения конденсации водяных паров.

Во избежание осаждения пыли в канале трубки реко­мендуется во время отбора поддерживать скорость 20— 30 м/с; скорости более 30 м/с значительно увеличивают гидравлическое сопротивление трубки. Для того чтобы од­ной и той же заборной трубкой можно было пользоваться при различных скоростях газового потока в газоходе, трубка снабжается комплектом сменных наконечников различного диаметра.

После проведения нескольких опытов (обычно в конце дня) заборную трубку следует прочистить, а пыль, извле­ченную из нее, собрать и взвесить. Полученное значение нужно разделить на общее количество пропущенного газа, определив таким образом массу пыли на 1 м³ газа. Зная количество пропущенного в каждом опыте газа, следует внести соответствующую поправку в каждый опыт.

Для осаждения пыли после заборной трубки устанав­ливается бумажный фильтр или стеклянный патрон. Бу­мажные фильтры изготовляют из обычной фильтровальной бумаги и применяют при температуре проходящего через них газа, не превышающей 105 °С. В бумажном фильтре можно осадить от 1,5 до 7 г пыли. Стеклянные патроны изготавливают в виде стеклянных пробирок с при­паянным носиком. Они закрепляются в специаль­ных патронах.

Во избежание конденсации паров воды патроны для бумажных или тканевых фильтров имеют электрообогрев, циклончики или стеклянные трубки теплоизолируют. Теплоизоляция стеклянных трубок должна быть легкосъемной, так как ее приходится удалять перед взвешиванием. Стек­лянные трубки набивают стеклянной ватой и асбестовым волокном так, чтобы при расходе газов 20 л/мин их гид­равлическое сопротивление составляло около 6,65 кПа.

Расходомеры. Для измерения расхода газов при отборах проб на запыленность обычно пользуются реометрами или ротаметрами. Реометры могут быть как заводского изго­товления, так и специально изготовленными.

Порядок проведения работ по определению запыленно­сти. Из описанных элементов в наиболее удобном для каж­дого конкретного случая сочетании собирается установка, состоящая из устройств для осаждения пыли и измерения расхода газов. Эта установка присоединяется к вакуумной линии, эжектору или газодувке и проверяется на герметич­ность. Для этого заглушается отверстие для входа запы­ленного газа и в установке создается разрежение до 40— 43 кПа, показываемое ртутным манометром расходомера. Затем установка отключается от источника, создающего разрежение. Показания манометра не должны снижаться более чем на 10 мм в 1 мин.

Более простой, но менее надежный способ проверки герметичности следующий. Через установку пропускается с некоторым расходом воздух; при включенном источнике разрежения отверстие для входа запыленного газа закры­вается пальцем. Показания расходомера при этом долж­ны упасть до нуля. Ртутный манометр во избежание выбро­са ртути должен быть рассчитан на измерение разрежений, несколько больших, чем вакуум, который может при этом возникнуть в установке.

Если осаждение пыли производится вне газохода, то после проверки установки на герметичность включается обогрев заборной трубки и фильтровального патрона (для бумажных и тканевых фильтров). Затем заборная трубка или устройство для осаждения пыли внутри газохода уста­навливается в нужной точке сечения газохода и через уста­новку с необходимым расходом пропускается газ. Продол­жительность отбора зависит от запыленности газов, пылеемкости фильтров и определяется временем, необходимым для осаждения удобного для взвешивания количества пыли.