Archive七月 2010

常用气体密度的计算

 

常用气体密度的计算
1.干空气密度
    密度是指单位体积空气所具有的质量, 国际单位为千克/米3(kg/m3 ),一般用符号ρ表示。其定义式为:                                          
式中  M——空气的质量,kg;
      V——空气的体积,m3
空气密度随空气压力、温度及湿度而变化。上式只是定义式,通风工程中通常由气态方程求得干、湿空气密度的计算式。由气态方程有:
                                     
 
式中 :ρ——其它状态下干空气的密度,kg/m3
 ρ0——标准状态下干空气的密度,kg/m3
 P、P0——分别为其它状态及标准状态下空气的压力,千帕(kpa);
 T、T0——分别为其它状态及标准状态下空气的热力学温度,K。
标准状态下,T0=273K,P0=101.3kPa时,组成成分正常的干空气的密度ρ0=1.293 kg/m3。将这些数值代入式(2-1-2),即可得干空气密度计算式为:
                                     
 
使用上式计算干空气密度时,要注意压力、温度的取值。式中P为空气的绝对压力,单位为kPa;T为空气的热力学温度(K),T=273+t,  t为空气的摄氏温度(℃)。
2.湿空气密度
对于湿空气,相当于压力为P的干空气被一部分压力为Ps的水蒸汽所占据,被占据后的湿空气就由压力为Pd的干空气和压力为Ps的水蒸汽组成(如图2-1-1所示)。根据道尔顿分压定律,湿空气压力等于干空气分压Pd与水蒸汽分压Ps之和,即:P=Pd+Ps。
 
     根据相对湿度计算式,水蒸汽分压Ps=ψPb,根据气态方程及道尔顿的分压定律,即可推导出湿空气密度计算式为:
                             
                                          
式中 ρw ——湿空气密度, kg/m3
     ψ——空气相对湿度,%;
     Pb——饱和水蒸汽压力,kPa(由表2-1-1确定)。
其它符号意义同上。
表2-1-1   不同温度下饱和水蒸汽压力
空气温度(℃)
饱和水蒸汽压力(Pa)
空气温度(℃)
饱和水蒸汽压力(Pa)
空气温度(℃)
饱和水蒸汽压力(Pa)
-20
128
8
1069.24
20
2333.1
-15
193.32
9
1143.9
21
2493.1
-10
287.98
10
1127.9
22
2639.8
-5
422.63
11
1311.89
23
2813.1
0
610.6
12
1402.55
24
2986.4
1
655.94
13
1497.21
25
3173.5
2
705.27
14
1598.9
26
3359.7
3
757.27
15
1706.2
27
3563.7
4
811.93
16
1818.5
28
3766.8
5
870.59
17
1933.2
29
4013
 

 
参数说明:ρw——湿燃气密度(kg/Nm3;
 ρ——干燃气密度(kg/ Nm3;
 d——水蒸气含量(kg/ Nm3干燃气);
 0.833——水蒸气密度(kg/ Nm3)。
 
气体的密度 (单位:103千克/米3
名称
密度
 
 
氢气
0. 00009
煤气
0. 00060
氦气
0. 00018
一氧化碳
0. 00125
氮气
0. 00125
二氧化碳
0. 00198
氧气
0. 00143
氯化氢
0. 00164
氟气
0. 001696
甲烷
0. 00078
氖气
0. 00090
氧化氮
0. 00134
氯气
0. 00321
硫化氢
0. 00154
氩气
0. 00178
乙炔
0. 00117
0. 00714
乙烷
0. 00136
臭氧(O3)
0. 00214
 
 
氨气
0. 00077
空气
0. 00129
氙气
0. 00589
 
 
氡气
0. 00973
 
 
 
来源:《燃气输配》 中国建筑工业出版社
2003-6-30

饱和蒸汽与过热蒸汽

        当液体在有限的密闭空间中蒸发时,液体分子通过液面进入上面空间,成为蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中,它们相互碰撞,并和容器壁以及液面发生碰撞,在和液面碰撞时,有的分子则被液体分子所吸引,而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时,进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目,随着蒸发的继续进行,空间蒸汽分子的密度不断增大,因而返回液体中的分子数目也增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时,则蒸发与凝结处于动平衡状态,这时虽然蒸发和凝结仍在进行,但空间中蒸汽分子的密度不再增大,此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体,其蒸汽称为干饱和蒸汽(也称饱和蒸汽)。

        水在一定的压力下加热,水的温度随着不断加热而上升,当水温升高到某一温度时,水就开始沸腾,这时候水的温度称为沸腾温度。如在继续加热,水温保持不变,水即开始气化,而逐步变为蒸汽。水在一定的压力下的沸腾温度也称为饱和温度。这个温度与其所受压力大小有关,压力愈大,则沸腾温度也就越高;反之,压力小,则沸腾温度也低。

        例如压力为0.10MPa(1atm)时,其饱和温度为99.09°C;压力为4.05MPa(40atm)时,其饱和温度为249.18°C;压力为10.13MPa(100atm)时,其饱和温度为309.53°C.
        以上可知,水在一定压力下,加热至沸腾,水就开始气化,也就逐渐变为蒸汽,这时蒸汽的温度也就等于饱和温度。这种状态的蒸汽就称为饱和蒸汽。
        如果把饱和蒸汽继续进行加热,其温度将会升高,并超过该压力下的饱和温度。这种超过饱和温度的蒸汽就称为过热蒸汽。
        简单点说,饱和蒸汽温度和压力成一一对应关系,知道温度就知道压力,倆者知道其一就可以了。过热蒸汽没这种关系。

        如果用户是为了达到更精确的计量监控,建议都视为过热蒸汽,对温度和压力补偿,但考虑成本问题,客户也可以只对温度进行补偿。理想的饱和蒸汽状态,指的是温度、压力及蒸汽密度三者存在一一对应的关系,知道其中一个,其他二个值就是定数。存在这种关系的蒸汽就是饱和蒸汽,否则都可以视为过热蒸汽进行计量。实际使用过程中过热蒸汽的温度可以较高,压力一般都相对较低(较饱和蒸汽)。0.7MPa200℃蒸汽就是这样,属过热蒸汽!

               
        蒸汽的流量计量是流量计量行业里难度比较大的一种。对于300度以下的饱和蒸汽的计量,业内一般公认为使用涡街流量计比较合适。当然对于振动很大的场合或者温度高于300度,管径也较大的场合,涡街流量计就不太适合了。这是因为,第一,涡街流量计的感应原件----压电陶瓷收到其物理性能的限制无法长期承受高温。第二,涡街流量计的工作原理决定了它无法再较强的振动环境中工作。在这种情况下孔板之类传统的差压流量计是个很好的选择。不可否认孔板确实存在着压损较大的缺点,但是对于高温、大管径这样的场合,他还是一个可以考虑的对象。
        现在,大连中隆仪表公司有一种国际专利产品-----MPA流量计,即克服了孔板流量计压损大,流量测量范围窄的缺点;又具有孔板流量计抗振性强的优点。非常适合在高温、高压和振动环境下长期稳定工作。现已在热电热力等行业的高温过热蒸汽的计量实践中得到很好的应用。
 

威海三星重工LPG计量

                                                      威海三星重工LPG计量
 

      威海三星重工液化气(LPG)计量采用中隆仪表公司生产的LK-10质量流量计,在极小流量(90kg/h)
情况下工作稳定,计量准确。
      威海三星重工公司是韩国独资企业,三星重工是世界三大造船厂之一,现有职工2万人,年造大型船舶
40艘,销售收入约40亿美元。2005年落户于威海市荣成。三星重工5亿美元造船项目落户威海,不仅壮大
了威海造船业的产业“集群效应”,而且将有力带动相关产业发展,进一步延伸当地优势产业链。
      该公司建厂以来一直使用龙口市华东气体有限公司生产的液化石油气(LPG),为更好的进行企业内部
成本管理,在输出管道上安装了一台涡街流量计。但是,由于流量太小流速太低(原流量计流速最低时仅有
0.2米/每分钟),其流量计一直无法工作。2008年6月改用大连中隆仪表有限公司生产的LK-10质量流量计以
后,工作稳定、计量准确,为用户解决了企业内部核算计量的难题,受到用户的好评。
 
LK-10质量流量计安装现场
LK-10质量流量计安装现场
 

 

各种气体的标准密度

 

各种气体的标准密度
气体名称
密度(g/L
相对密度
空气
1.30
1
0.09
0.0695
1.26
0.963
1.46
1.105
二氧化碳
1.97
1.529
一氧化碳
1
0.967
5.88
 
9.78
7.526
干氯气
3.17
 
空气密度表:
绝对压力
空气温度
空气密度
绝对压力
空气温度
空气密度
Mpa
摄氏度
Kg/m3
Mpa
摄氏度
Kg/m3
0.1
25
1.1691
1.4
25
16.367
0.2
25
2.3381
1.5
25
17.537
0.3
25
3.5073
1.6
25
18.706
0.4
25
4.6764
1.7
25
19.875
0.5
25
5.8455
1.8
25
21.044
0.6
25
7.0146
1.9
25
22.213
0.7
25
8.1837
2.0
25
23.382
0.8
25
9.3528
2.1
25
24.551
0.9
25
10.522
2.2
25
25.720
1.0
25
11.691
2.3
25
26.889
1.1
25
12.860
2.4
25
28.058
1.2
25
14.029
2.5
25
29.228
1.3
25
15.198
 
 
 
饱和蒸汽密度表
绝对压力
饱和蒸汽温度
饱和蒸汽密度
绝对压力
饱和蒸汽温度
饱和蒸汽密度
Mpa
摄氏度
Kg/m3
Mpa
Kg/m3
摄氏度
0.1
99.7
0.5883
1.4
195
7.1038
0.2
120.1
1.1288
1.5
198.3
7.5928
0.3
133.4
1.6507
1.6
201.4
8.082
0.4
143.5
2.1628
1.7
204.3
8.5718
0.5
151.8
2.6683
1.8
207.1
9.0616
0.6
158.8
3.1692
1.9
209.8
9.552
0.7
164.9
3.6665
2.0
212.4
10.043
0.8
170.4
4.1616
2.1
214.8
10.535
0.9
174.3
4.6544
2.2
217.2
11.028
1.0
179.9
5.1451
2.3
219.5
11.521
1.1
184.1
5.6367
2.4
221.8
12.016
1.2
187.9
6.125
2.5
223.9
12.511
1.3
191.6
6.6143
 
 
 

质量流量计防腐-哈氏合金

哈氏合金是一种耐腐蚀材料,广泛应用于质量流量计工业制造。

1、哈氏合金来自Hastelloy,始于哈氏B合金,应用于航空器的火箭喷嘴;随后的哈氏C合金在化工工业,石油化工,核能源工业及制药行业得到应用与推广;紧接着的哈氏X合金表现出了极好的耐高温性能,伴随着喷气式飞机工业的急速增长。

2、由于早期的哈氏合金B,哈氏合金C,以及哈氏合金X合金需要焊接后固溶处理,否则,焊接热影响区的耐腐蚀性能会大大降低;所以上述合金已经逐渐被改进或不再使用;

3、影响上述材料焊接性能的关键原因在于C,Si含量,由于精炼技术的出现与提高,哈氏合金焊接方面的问题得以改善,于是出现很多现在正在推广使用的改进型的哈氏B系列,哈氏C系列合金等,非常遗憾的是很多哈氏合金的生产与推广单位反而将前期的哈氏合金取代后来改进的哈氏合金,不仅不降低C,Si含量,反而回到以前高Si,高C含量上;特殊钢事业的推广任重道远。

4、耐还原性介质的哈氏B系列合金在哈氏B牌号的基础上进行改进,改进的侧重点包括极低的C,Si含量改善焊接区域的性能,进一步合金化思路,纯净化钢水思路的应用等,这样哈氏合金B系列出现哈氏B-2,哈氏B-3,哈氏B-4合金;其中哈氏B-2合金一定程度上解决了焊接区域性能问题;哈氏B-3解决了哈氏B-2容易析出Ni-Mo沉淀硬化的缺点,极大的改善了热加工与冷加工性能。

5、还原性环境应用材料哈氏B系列改进过程中;在氧化还原复合环境中的哈氏C系列合金也在持续改进,其中哈氏C276合金由于更低的C,Si含量而一定程度上改进了焊接区域性能问题,但是仍旧不太满意,加上加工性能没能加大改善;而哈氏C22材料较彻底解决了焊接区域的耐腐蚀问题,加工性能问题,更主要是在材料成本不提高的基础上解决的,所以哈氏C22材料是哈氏C系列中性价比最高的材料,以后必将更大批量的应用;而新近开发的哈氏C2000材料在合金中加入了Cu,这拓展了哈氏C合金在还原性环境中的腐蚀能力,为更安全的使用,为更高的设备寿命要求,新工艺试制场合提供了可能。