氮气、氢气流量测量应注意的问题

氮气、氢气流量测量应注意的问题 2008年第29卷第6期 氮气,氢气流量测量应注意的问题 刘顺 (福耀玻璃通辽有限公司,通辽O28000) 摘要:该文针对浮法玻璃生产中所使用的保护气体氮气,氢气的流量测量,提出了 几点应注意的问题,并给出了 具体的计算公式和计算方法,为准确测量它们的流量提供了理论依据和实际经验. 关键词:工况;标况;阿牛巴流量计;体积流量;工作压力 AttentiOnsOnNitrOgenandHydrOgenFl0wMeasurement llUS}ln (FuyaoGroLIp1ngiiao(,Ltd,Tl0ngliaoO28O()O,C}1ina) Abstract:Thisarticlepointedoutafewprobkn1sf()rattcnti()nintern1softl1eflown1easuren 1cnrofnitrogenandl1ydm— gel1asprotectiveatn1osphereduringfloatglasspr.ducr琵)ll,andpI_0videdspecificcalculati()nformulaandmethod,whichof— fersth?reticalbasisandactualexDerienccf.rexactIncasureme11t. Keyw0rds:worbngcondmon;andardc()nditi()n;alml】 barfl.wingmeter;volLlmeflow;workingpressure 在玻璃制造行业中,锡槽作为浮法玻璃生产的 3大热工设备之一,其中氮气,氢气发挥着重要作 用.我们知道,氮气是一种化学活动性差的气体. 它在锡槽内的作用是保持锡槽空间相对于外界空气 处于微正压状态,以防止外界空气进入槽内氧化处 于融溶状态的锡液;而氢气是一种还原性气体,它可 以使锡槽空间处于还原性气氛当中.由于整个锡槽 空间在生产过程中不可能做到完全密封,所以这2 种气体流量大小以及流量的稳定性,直接影响锡耗 量和玻璃质量(沾锡).流量的稳定性属于控制范 畴,而流量大小则属于测量范畴. 1气体的制备 首先了解一下这2种气体在玻璃行业是如何制 备的.制备这2种气体的车间通常叫做氮氢站.我 们知道,空气中氮气含量约占78%,而空气中各种 气体的液化点不同.利用这一特性.将空气压缩,再 膨胀,节流,深冷,液化,分馏提纯,便制成了氮气,其 纯度可达0.5pptn.而氢气的制取有电解水法,氨 56 分解法.电解水法制取的氢气纯度也较高,可小于 3ppm.而氨分解则不同,氨在催化剂作用下,加热 分解成氢气和氮气,其化学方程式为 2NH3—3H2+N2 将分解后的氢气和氮气一起经管道传输至浮法玻璃 生产车问,通常便认为是氢气的传输.和电解水法 不同,由于氮气也是所需要的一种保护气体,所以这 种方法制取的氢气不用提纯.问题出现了:从化学 方程式可以看出,氢气和氮气的体积之比为3:1,上 面所说的氢气实际含有25%的氮气,而不是纯氢 气,这对后面的测量计算有直接影响(其它气体杂质 含量小于3ppm,可忽略不计). 2测量及计算 准确地测量这2种气体的流量,常用的方法有: 直接用涡街流量计法;测量差压开方运算法.无论 哪种方法,都会涉及一些参数的给定和计算.现以 后一种方法,以实际使用的测量装置为例,叙述一下 这2种气体在测量过程中应注意的问题. 2008年第29卷第6期 该文所提到的流量都是指气体的体积流量.它 的测量原理如图1所示:将阿牛巴流量计检测出的 气体在管道内流动的差压气信号送至差压变送器, 再由差压变送器将差压气信号转换为4,20mA DC的电信号送至计算机(DCs),经计算机开方等运 算显示出流量数值. 差压变送器I,\…,I\/ h丽十-1一 l{气体流向Il 图1测量原理图 阿牛巴流量计对气体流量的计算方程式为 Q=12511×K×D×(r) 式中,Q为实际体积流量,m/h;K为阿牛巴流量系 数;D为管道内径,m;为差压值,mmH2O;IDr为 流体密度,kg/m. 当工艺管径确定后,K值也随之确定,上式可简 化为:Q=R×(r)".其中R为常数;^可由 阿牛巴流量计及差压变送器测出.这时又出现一个 问题:这就是如何正确给出』D,的数值.首先先明确 2个概念:工况,标况.标况就是在摄氏0?(273 K),一个大气压下的状况;而工况却很复杂,就 是在气体实际传输环境过程中的压力和温度,具有 不确定因素.一定质量的同种气体在工况和标况下 可用下列两式转换 Pqvo|To=Pv|Tp:田L|V 前式中P.,V0,T.和P,,,,,T分别为气体在标况 和工况下的压强,体积,绝对温度;后式则为密度公 式.这样,对应不同的工况,在相同的差压『2下, 有不同的流量数值.因此,实际应用当中如果对测 量要求不高,可选定一个相对稳定的工况,如环境温 度10?(283K),对于氮气,表压定为0.2MPa,对 于氢气,表压定为0.08MPa作为实测给定值来计 算lDr.如果工况条件变化较大,而测量又要求相对 准确,这就要不断修改Q=R×(/Pr)"式中的lD 值.对于氮气,其标况密度为1.2506kg/m;对于 氢气,其标况密度为O.08988kg/m.而前文中所 说的送入浮法车间的氢气实际是氢气,氮气的混合 气.计算混合气体的工况密度,要首先计算出这种 混合气在标况下的密度.根据氨分解的化学方程 式,在标况下 P混=混/=(10氢+P氰)/(+) = (1D氢.3V氮+lD氮氯)/(3V氨+V氮) = (0.08988×3十1.2506×1)/4 = 0.38O06(kg/m) 3结论 在氢,氮这2种气体的制备车问(通常称氮氢 站)和气体使用车间(浮法车间)一般都各自分别装 有流量测量装置.但常听说这2个车间测量的数值 不一致,有时相差很大,甚至达到40%以上,原因主 要是: a.气体传输管道过长,必然存在一定的压力损 失. b.2个车间所使用的测量设备,仪表精度不同, 也会造成一定误差. c.两车间的工况不一致.氮氢站气体出口和用 气车间(浮法车间)的环境温度不同,特别是气体工 作压力,由于存在压损,也不可能相同,所以即使2 个车间使用完全相同的测量装置,但由于工况不同, 也会造成测量数值不一致的现象.只有按照各自的 实际工况修正,才能相符. d.对于氢气(实际是氢,氮混合气),更要注意它 的密度计算,才能准确测量出实际流量. 收稿日期:2o08—08—27. 作者简介:刘顺,技术师 E.mail:sl1ilei@ctiec.net 57