濕度對焦爐煤氣計量的影響以及其補正策略探究

廣西計量檢測研究院　李英梅

濕度對焦爐煤氣計量的影響以及其補正策略探究

廣西計量檢測研究院李英梅

焦爐煤氣作為最廣泛使用的燃料熱源不可避免地面臨著大量制備的生產(chǎn)要求，其相關(guān)的計量計算方法也需要進行校正來保證精度。然而，在對焦爐煤氣的體積量等相關(guān)物理量的原始計量方法中，濕度并未作為影響精確度的因素列入計算，而相對影響較小的工作溫度以及壓強卻作為修正因子，參與到了相關(guān)量的計算之中，這就造成了計量數(shù)據(jù)的偏頗，在較高或者較低的溫度或壓強下容易產(chǎn)生較大的誤差。故而本文根據(jù)理論經(jīng)驗與實地實踐提出了濕度因素在對焦爐煤氣計量過程中造成誤差，并提供了較為可行的修正方法。該濕度補正的數(shù)學(xué)模型可以弱化濕度對計量的影響，從而得到更加精確的測量數(shù)值，優(yōu)化了工廠工業(yè)的方案流程，從而提高了工藝制備的水平，適應(yīng)符合某些工業(yè)生產(chǎn)精細的使用要求。

焦爐煤氣；濕度補正；補正模型

1　前言

作為相對容易制備的高熱值煤氣的焦爐煤氣，其制備工藝已經(jīng)日趨完善，也廣泛應(yīng)用于居民生活與工業(yè)煉化供熱中。工業(yè)制焦爐煤氣多采用將不同種類的煙煤按比例配比共同煉制煉焦用煤，然后通過高溫干餾的技術(shù)手段，生產(chǎn)出焦炭、焦油作為主產(chǎn)品，而焦爐煤氣則作為副產(chǎn)品制備得到。也有方法是通過石油工業(yè)的提煉得到焦爐煤氣，然而在這種制備過程中，焦爐煤氣依舊是副產(chǎn)品。所以由于對反應(yīng)的不完全控制，我們無法得到單一產(chǎn)物的焦爐煤氣，只能得到各組分參數(shù)在一定范圍內(nèi)的波動的不定組成的混合物。故而，為了確定組分以及檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，較為精確的測量補正方法開始逐漸得到重視，成為評估焦爐煤氣制備工藝的參考標準之一。

2　影響焦爐煤氣的因素以及常用測量手段

2.1影響因素

焦爐煤氣的組成十分復(fù)雜，通常以氫氣與甲烷氣體為主，占總氣體體積的百分之八十到百分之九十，在剩余氣體中，占據(jù)主要比重的不可燃性氣體氮氣，與可燃性氣體一氧化碳、二氧化碳、氧氣、兩個碳原子以上的不飽和烴氣體比重略小，同時極易夾雜有機產(chǎn)物萘渣，焦油微小油滴，水蒸氣等其他成分。同時，它的流速相對較慢，密度也較小。故而可以看出，焦爐煤氣的計量工作比起單一氣體或是有限組分的混合物復(fù)雜麻煩得多，可以說是成倍增長。由于在實際的計量過程中，氣體濕度對氣體流量的影響遠遠超過壓力與溫度帶來的影響，與濕度相關(guān)的影響方式也較多，比如由于生產(chǎn)中壓力與溫度的改變從而使水蒸氣達到過飽和狀態(tài)從而液化冷凝成水，或是煤氣水洗等現(xiàn)象。故而對于濕度帶來的影響更加應(yīng)該補充修正。

2.2測量手段

針對這一現(xiàn)狀，工業(yè)上嘗試著采取改進創(chuàng)新原有的流量計，也根據(jù)不同的計量原理，提出了旋進式、熱式、渦街等量熱計。然而基于焦爐煤氣自身的復(fù)雜特點，這些改進并未獲得良好效果，所以現(xiàn)階段絕大多數(shù)計量工具還是采用著最原始的差壓流量計。工業(yè)制得的焦爐煤氣中含有的水分隨著溫度的變化而發(fā)生改變調(diào)整。造成這種調(diào)整的主要原因有二：其一是由于氣體的熱脹冷縮，這方面溫壓補償?shù)牧髁坑嬁梢酝ㄟ^克拉柏龍方程對流量數(shù)值加以修正，而且現(xiàn)階段的計量工具也可以自動修正去除這方面的誤差，故這一部分不做探討；其二是由于焦爐煤氣中水蒸氣含量的改變造成的組分含量改變，這部分微調(diào)由于改變了氣體參數(shù)所以不方便校正。故而在差壓流量計的計算公式中，則被迫地忽略了濕度影響，這對計量準度造成了一定程度上的模糊，造成與精確數(shù)值的誤差。

3　解決對策

根據(jù)不同溫度下飽和氣體的水分含量、壓力值、密度的圖表對測量值進行修正。以下筆者會例舉實際校正演示過程。

用到的參數(shù)如下：

煤氣密度：0.471kg/m3，標準壓力：1atm，標準溫度：273.15K，最大節(jié)流量：1.3×105m3/h，其余數(shù)據(jù)可參考上述提及的相關(guān)資料自行查找。

舉例一：

實際工作參數(shù)：恒定外壓：5kPa，恒定溫度：323.15K，相對濕度：100%。

儀器設(shè)計參數(shù)：恒定外壓：5kPa，恒定溫度：293.15K，相對濕度：100%。

剩余數(shù)據(jù)詳見飽和氣體參數(shù)圖表。

從上述計算可以看出，濕度對氣體流量的影響還是較為可觀的，這也就能解釋同樣的儀表在夏天與冬天測得數(shù)值會有較大偏差的現(xiàn)象。這樣的轉(zhuǎn)化可以彌補原有計量方法工具的不足，減少了誤差，提高了精確度，從而得到較好的校正之后的數(shù)值。也可做成數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用于自動測量修正，解決了目前我們遇到的一些困惑與問題。

4　總結(jié)

本文主要探究了焦爐煤氣計量的影響因素與針對濕度這一影響因子的補充校正方法，該方法簡潔易懂，具有一定的實用價值。筆者所提出的校正思想也可同時應(yīng)用于同類的濕氣體，比如高爐煤氣、混合煤氣等，相關(guān)的補正系數(shù)需要有興趣的讀者自行計算檢驗，亦可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)提高精度。補正得到的較為精確的數(shù)值所對應(yīng)的焦爐煤氣不但可以方便作為燃料時通過對供熱的計算，從而節(jié)約燃料，保護環(huán)境減少污染與有毒氣體排放，還可以便于設(shè)計路線提純甲烷、乙烯等重要的有機合成原料，也可以提純氫氣用于氨的合成。從而減少人力物力的投入，提高了效率使得資源利用最大化。

[1]張浩.濕度對焦爐煤氣計量的影響及其補正[J].城市建設(shè)，2012.23.

李英梅，女，1963年出生，廣西南寧人，工程師，研究方向：溫濕度和壓力儀器儀表的檢定檢測。