两个数摆在桌上,先别急着争
月末对表,生产技术科把抽采月报摊开,泵站那边报上来的表和监测系统导出来的表对不上。同一座泵站,同一趟干管,一张写 3180 立方米每小时,另一张写 53 立方米每分钟。科长拿计算器按了一下,3180 除以 60 正好 53,说这不就是一回事。
可下面还有两行也对不上。负压那一栏,一张写 −28.4,另一张写 65.6。浓度那一栏,一张写 23%,另一张写 7.95。这两处才是真麻烦:前一行只是换算,后一行是口径不同,混在一起报,往上送的数字就是错的。
抽采报表里的单位不复杂,坑集中在几个地方。把这几处捋顺,一张表填下来基本不会出岔子。
压力这一栏,三种单位混着用
毫米水柱和千帕差多少
水柱计上读出来的是毫米水柱,数字负压表上读出来的是千帕,两样东西装在同一个测点上,读数自然不一样。1 毫米水柱等于 9.80665 帕,工程上按 9.8 算够用,图省事的按 10 算也能接受,但一条管路上几十个测点加起来报总账,按 10 算出来的数会比实际偏大百分之二左右。
反过来,1 千帕等于 101.97 毫米水柱。有人记成 100,误差不大;记成 10 就坏事了,一层楼高的水柱当成了一个大气压的百分之一,整张表全歪。
老式真空表有的按毫米汞柱刻度,1 毫米汞柱是 133.32 帕,折算成千帕要乘 0.1333。这类表在新建矿井基本见不到了,但老资料、老泵样本里还常出现,翻旧档案的时候容易看错。
负号前面那个数,不是绝压
井下负压表读出来的是表压,也就是管内压力比大气压低了多少。写 −28.4 千帕,意思是管内压力比当地大气压低了 28.4 千帕,管内绝压要用当地大气压去减。
当地大气压不是恒定 101 千帕。平原矿井接近 101,海拔上到一千米左右就只剩 90 到 94。山西、贵州不少矿井的大气压在这一档。用 101 去减,管内绝压算高了,后面所有跟压力挂钩的换算都跟着偏高。
算标况、算气体密度、算泵的抽气能力,用的都是绝压,不是负压表上那个带负号的数。这一步弄反,算出来的流量能差三四成。
真空度是另一个说法
泵样本上常写真空度百分之多少,指的是负压占当地大气压的比例。负压 28.4 千帕、当地大气压 94 千帕,真空度就是 30.2%。这个数用来跟泵的性能曲线对,不能直接当负压填表。
还有一层,水环泵的极限真空受工作液温度限制。水温 20 度时水的饱和蒸汽压约 2.3 千帕,理论上抽不到比这更低的绝压。这一点在冬天和夏天表现不一样,同一台泵、同一个测点,七月份的负压就是比一月份差一截,不一定是漏气。
流量单位,两个坑
每分钟和每小时
1 立方米每分钟等于 60 立方米每小时,这条没人会算错,错在表头。泵铭牌习惯写每小时,抽采报表习惯写每分钟,监测系统导出的原始数据又常常是每小时。三张表凑在一起,不加换算直接汇总,总数能差出六十倍。
拿到一张表,第一件事看表头。表头没写单位的,宁可打电话问一句,也别猜。
升每秒落到软管上
软管、注浆泵、水表这些地方习惯用升每秒或升每分钟。1 升每秒等于 0.06 立方米每分钟,1 升每分钟等于 0.001 立方米每分钟。DN40 软管跑 5 升每秒,折成立方米每分钟是 0.3,这个数拿去算沿程损失刚好,直接拿 5 去套管径公式会算出天文数字。
软管和干管之间换算的时候,还要记住一点:软管里走的是气,算压损却是按水算最保守。气在同样流速下的沿程损失只有水的千分之一量级,真正吃掉负压的是接头缩径、弯折和吸瘪,这些按水算出来的数反而对得上现场。
浓度一乘,混合量变纯量
管内走的是混合气,甲烷、空气、水汽混在一起。流量计测出来的是混合量,报表上要的常常是纯量。两者之间差一个浓度:纯量等于混合量乘浓度,浓度按体积百分比算。
23% 的浓度,53 立方米每分钟的混合量,纯量是 12.2 立方米每分钟。写 7.95 的那张表,是用标况之后的数乘的,两边的底数不一样,所以对不上。
浓度这一项在管路里不是常数。同一个测点,早班和夜班能差几个百分点,钻孔刚封完和抽了三个月也差。取月平均的时候,要按各次测定的流量加权,不能把十二次浓度读数直接平均。低浓度那几次往往流量大,简单平均会把浓度算高。
另外一个容易忽略的地方:浓度是体积百分比,不是质量百分比。甲烷和空气的密度差着一倍多,同一个混合气,按质量算出来的浓度比按体积算低将近一半。所有规范、所有报表用的都是体积百分比,看到”质量浓度”四个字要留神,多半是别的水质、粉尘指标串过来了。
标况这一层,换算完常常变小
规范里那条式子
《煤矿瓦斯抽放规范》附录里给了换算公式:标况流量等于实测流量乘管内绝压乘标准温度,再除以标准压力乘管内绝对温度。标准压力取 101.325 千帕,标准温度取 293 开尔文,也就是 20 摄氏度。管内绝对温度等于摄氏温度加 273。
这里的 20 摄氏度是煤矿口径。天然气、煤层气行业不少标准按 0 摄氏度算,两套口径混用,同样的气量能差 7% 左右。跨行业对标、引外部资料的时候最容易栽在这上面。
还有一个细节:式子里摄氏转开尔文加的是 273,不是 273.15。差别只有万分之五,报表上看不出来。但要跟高校或检测机构的数据对数,得先问清对面用的是哪个常数。
53 立方米每分钟算一遍
管内绝压 65.6 千帕,温度 18 摄氏度,实测混合流量 53 立方米每分钟。绝对温度 18 加 273 等于 291 开尔文。代入:53 乘 65.6 乘 293,除以 101.325 乘 291。分子 53 乘 65.6 得 3476.8,再乘 293 得 1018702.4;分母 101.325 乘 291 得 29485.6;相除得 34.55 立方米每分钟。
换算完是变小了,少了三成多。这是负压管路的特点:管内压力只有大气压的七成,同一股气在管里占的体积就比在标准状态下大,折算回标况自然缩水。很多人第一反应是标况数应该更大,因为”标准”听起来更足,实际正好相反。
把标准温度错当成 0 摄氏度,用 273 代入,结果变成 32.19,比 34.55 低了 7.3%。这个偏差在月度汇总里能顶掉一整个采面的抽采量,报上去会被打回来。
三张表放在一起看
把上面几项串起来,一张抽采报表至少要过五个口径:压力的绝压还是表压、流量的每分钟还是每小时、纯量还是混合量、标况还是工况、时间口径是瞬时还是月平均。五处全对上,两个数才对得上。
| 项目 | 常见写法 | 折算关系 | 用在哪 |
|---|---|---|---|
| 毫米水柱 | mmH₂O | 1 mmH₂O = 9.8 Pa | U 型水柱计、孔板差压 |
| 千帕 | kPa | 1 kPa = 101.97 mmH₂O | 数字负压表 |
| 毫米汞柱 | mmHg | 1 mmHg = 133.32 Pa | 老式真空表、泵样本 |
| 兆帕 | MPa | 1 MPa = 1000 kPa | 注浆泵、压风 |
| 立方米每分钟 | m³/min | 1 m³/min = 60 m³/h | 抽采量报表 |
| 升每秒 | L/s | 1 L/s = 0.06 m³/min | 软管、注浆泵 |
| 体积浓度 | % | 纯量 = 混合量 × 浓度 | 折纯、达标考核 |
| 标准状态 | 标况 | 101.325 kPa、20 ℃(293 K) | 跨矿、跨月对比 |
填表前先过五道
第一道,表头有没有单位。没有就补上,别默认。
第二道,压力是绝压还是表压。看到负数,一律先减一次当地大气压再说。
第三道,流量是纯量还是混合量。写纯量就得带浓度,不带浓度的纯量等于没写。
第四道,标况用的是 20 摄氏度还是 0 摄氏度。跨单位、跨行业引用数据时,这一条必须问清,问不清就两个口径各列一栏。
第五道,时间口径。瞬时值、班平均、月平均不能混在一张表里加总。月平均要按流量加权,不是把每天的读数平均。
这五道过完,剩下的加减乘除交给计算器就行。算完的数跟监测系统差一两个百分点是正常的,差得多了,回去查测点位置和表计校准,别在单位上绕。抽采率怎么从这些数里算出来,另有一套口径,可以对着抽采率、利用率、浓度三个数的算法一起看;流量有了,管径怎么反推,见管径选择那篇的算例。
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