标准孔板流量计算表编制及应用

标准孔板流量计算表编制及应用

徐守兵 王光斌

淮河能源控股集团潘二煤矿潘四东井，安徽淮南 232087

摘要：准确测量矿井及井下各地点瓦斯抽放采量对与瓦斯治理以及矿井组织生产有重要的指导意义。通过编制抽采计量调校计算表，能够快速计算抽采流量，并且大大降低计算误差，从而确保计量准确性和真实性，为矿井安全生产提供了有力保障。实践证明，该计算方法简单实用，值得推广使用。

关键词：孔板流量计；抽采自动计量装置；调校；误差

1 测量原理

对于高瓦斯及瓦斯突出矿井，瓦斯是制约矿井安全生产的主要因素，而瓦斯抽采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采量对矿井组织生产有重要意义。在煤矿瓦斯抽采流量的测量中使用最广泛的径距取压标准孔板流量计。

图1 标准孔板流量计结构示意图

充满管道的流体流经节流装置时，流束将在节流件（孔板）处形成局部收缩，使流速增加，静压力降低，于是在孔板前后产生静压力差（差压）。流体的流速愈大，孔板前后产生的差压愈大，通过测量差压可以衡量流体流过孔板的流量大小。这种测量方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为基础的。

应用孔板流量计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: 孔板前后的压差值Δh、测量地点的大气压力值、管道内的气体压力值(负压) 、管道内的气体温度t、管道内气体的瓦斯浓度x。

2 常用流量计算方法

2.1 标准公式

《淮南矿业集团瓦斯抽采管理规范》第二十四条中对于抽采参数计算公式规定，所有抽采量的计算统一用大气压为101.325kPa、温度为20℃标准状态下的数值。

采
用孔板流量计调校管道混合流量时采用下列公式计算：

式中：

Q混——混合流量，m³/min

Δh——在孔板前后端所测的压差，mmH₂O

P——孔板下风端测得的绝对压力，mmHg

k——孔板实际流量系数

x——管道内的瓦斯浓度，%

t——管道混合气的温度，℃

2.2 井下常用公式

标准公式计算流量虽然计算精确，但计算量大，在实际矿井瓦斯抽放系统中，对流量影响最大的参数为孔板流量计压差，井下常用压差和孔板系数去计算管道混合量。

采
用孔板流量计调校管道混合流量时采用下列公式计算：

式中：

Q混——混合流量，m³/min

Δh——在孔板前后端所测的压差，mmH₂O

k——孔板实际流量系数

2.3 两种流量计算方法对比

标准公式计算流量方法，能够充分考虑管道温度、浓度、压力等因素对流量计算的影响，计算结果精确，但公式复杂，计算量大，只能在地面日报计算中使用，而无法应用到井下现场。

井下常用公式计算混合量，公式简单，容易记忆，计算量小，但只考虑孔板压差对流量计算的影响，而忽略了管道温度、浓度、压力等因素，并且井下人员开根号计算时容易出现错误，从而导致计算误差大。

3 抽采计量调校计算表编制

综
合两种常用孔板流量计算方法对比，我们提出了一种新的计算方法，该方法是根据标准公式变形，将其中的5个变量转换为2个变量，井下抽采地点在系统稳定的情况下，管道压力波动不大，且温度在25-30℃波动，但对于流量计算影响较小，所以我们将标准公式中孔板系数k、压力P以及温度t确定，则公式可变形为：

而
公式中孔板系数k、压力P以及温度t为确定的量，所以

此
时公式就变为：

公式中变量只剩下压差Δh以及浓度x。然后编制成表，悬挂于孔板流量计，当井下抽采工检测过管道参数后，即可从表格中读取混合量如表1为11215下顺槽1单元孔板流量计算表，1单元孔板系数k为0.6113，温度为25-30℃波动，我们定t为27℃，管道负压一般稳定为16kPa，所以孔板下风端测得的绝对压力P=689mmHg。

表1 11215下顺槽1单元孔板流量计算表

检测环境：k=0.6113 t=27℃ P=689mmHg

4 各方法计算结果对比及应用效果

以11215下顺槽1单元为例，以压差为40mmH₂O，温度分别为25℃以及30℃时，分别利用三种方法计算流量，并对结果以及误差进行比较，具体结果如下表所示。

5 结论

由表的计算结果可知，三种计算方法的偏差之间，“井下常用公式计算法”与“标准公式计算法”的计算结果偏差很大，浓度以及温度等因素影响流量的计算结果，其相对的偏差最大可达20.52%，已大大超出集团公司规定的计量装置流量数据误差不超过5%的规定。

而“计算表计算法”与“标准公式计算法”的计算结果最为接近，其相对偏差在0.33-0.50%之间，相对“井下常用公式计算法”的精度最大提高了40倍。因此在矿井瓦斯抽放系统中，使用“计算表计算法”计算孔板流量计流量，计算精度完全能够满足矿井瓦斯抽放工程中矿井掌握抽放瓦斯量的要求，给矿井安全生产及瓦斯抽采达标提供可靠数据。通过数据比较表明该方法切实可行，值得在同类矿井是推广使用。

参考文献：

[1] 俞启香编著.矿井瓦斯防治[M].中国矿业大学出版社,1992

[2] 淮南煤矿安全开采管理研究总院.淮南矿业集团瓦斯抽采管理规范.集安[2010]57号文，2010