Содержание

Введение

1.Расчет сужающих устройств для измерения расхода

2.Применение газового анализа в конвертерном производстве

3.Функциональная структура системы

4.Выбор технических средств измерения

5. Оценка предельной абсолютной погрешности контроля технологических параметров процесса

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Целью кислородно-конвертерной плавки является получение металла с заданным химическим составом и требуемой температурой.

Для достижения этой цели необходимо контролировать входные, промежуточные и выходные параметры. Для этого создаются системы автоматического управления, которые позволяют вести процесс плавки по оптимальному режиму.

Возникают трудности при создании измерительных преобразователей, способных длительное время работать в условиях разрушающего воздействия высокотемпературных фаз – металлической, шлаковой и газовой. В связи с этим пользуются различными методами получения измерительной информации по косвенным параметрам процесса, что позволяет судить о ходе процесса и вести эффективное управление.

Цель курсового проекта: разработать измерительную систему контроля процесса по газовому анализу при выплавке стали в конвертере емкостью 225 т с удельной интенсивностью продувки 4,0 м³/(т*мин).

1.Расчет сужающих устройств для измерения расхода

Одним из наиболее широко применяемых способов измерения расхода жидкостей, газов и пара в трубопроводах является способ, основанный на дросселировании потока. Дросселирование потока осуществляется с помощью сужающего устройства, выполняющего функцию первичного измерительного преобразователя. Сужающее устройство устанавливается в трубопроводе и создает в нем местное сужение, в результате чего повышается скорость в этом сечении по сравнению со скоростью потока до сужения и перераспределяется кинетическая и потенциальная энергия потока. Вследствие увеличения скорости, а следовательно, кинетической энергии уменьшается потенциальная энергия потока в месте сужения. Соответственно, статическое давление в суженом сечении будет уменьшаться по сравнению с сечением до сужения. То есть в потоке создается перепад давления Р, который зависит от скорости потока и, соответственно, расхода жидкости или газа. Таким образом, создаваемый сужающим устройством перепад давления может служить мерой расхода жидкости или газа, протекающих по трубопроводу, а численное значение его может быть определено по перепаду давления, измеренному дифференциальным манометром. В качестве сужающих устройств применяют диафрагмы, сопла и сопла Вентури.

Исходные данные для расчета:

Gк=225т – емкость конвертера;

Iо2=4,0 м³/(т*мин) – удельная интенсивность продувки;

t =25 ºС (298К) - средняя рабочая температура;

P_И=18,2 кгс / см² (1784,8103 кПа) - среднее избыточное давление;

 =100% - относительная влажность (т.к. продувка ведется техническим кислородом);

P_Б=742 мм. рт. ст. (98908,6 Па) - среднее барометрическое давление местности;

Химический состав кислорода:

О₂=99,07% ρ_О2=1,331 кг/м³

N₂=0,52% ρ_N2=1,166 кг/м³

Ar=0,41% ρ_Ar=1,784 кг/м³

1. Интенсивность продувки, м³/мин:

Полученное значение увеличивается в большую сторону примерно на 10% (до значения кратного 60) - .

Рассчитывается объемный расход газа, приведенный к нормальному состоянию (20 С; 101,33 кПа), м ³/с :

.

2. Определяются параметры газового потока в рабочем состоянии:

- абсолютное давление Р = Р_Б + Р_И=1784810,3+98908,6=1883,7189 кПа;

- температура Т = t + 273=25+273=298 К.

3. Плотность газовой смеси в нормальных условиях равна:

_Н = (а₁ ^. _1Н + а₂ ^. _2Н + ... + а_i ^. _iН + ... ) / 100 = (99,07 * 1,331 + 0,52 * 1,166 + 0,41 * 1,784) / 100 = 1,3320 кг/м³,

где _iН - плотности компонентов газовой смеси в нормальных условиях.

4. Определим давление Р_ВПМ и плотность _ВПМ водяного пара в состоянии насыщения при средней температуре газа t, а также парциальное давление пара во влажном газе:

Р_ВПМ=3,2865 кПа, _ВПМ=0,023825 кг/м³

Р_ВП =  ^. Р_ВПМ / 100=100*3,2865/100=3,2865 кПа

и плотность водяного пара в газе

_ВП =  ^. _ВПМ / 100=100*0,023825 /100=0,023825 кг/м³

5. Плотность сухой части влажного газа при рабочей температуре:

_СГ = _Н ^. Т_Н ^. (Р - Р_ВП) / (Т ^. Р_Н) = _Н ^. 293 ^. (Р - Р_ВП) / (Т ^. 101,325) = 2,8915 ^. _Н ^. (Р - Р_ВП) / Т=2,8915 ^. 1,332 ^. (1883,7189–3,2865) / 298=24,3035 кг/м³

6. Плотность влажного газа в рабочих условиях:

 = _СГ + _ВП=24,3035+0,02383=24,3273 кг/м³

7. Определяем объемный расход влажного газа в рабочем состоянии:

Q^max = Q _НУ^{max .} Т ^. Р_Н ^. К / ((Р - Р_ВП) ^. Т_Н)=15^. 298 ^. 101,33 ^. 0,9933 / ((1883,7189– 3,2865) ^. 293)=0,8166 м³/c,

где К=0,9933 - коэффициент сжимаемости газа, определяемый по таблице.

8. По таблице выбирается =20 м/с - допустимая скорость газа в трубопроводе в рабочих условиях и внутренний диаметр трубопровода:

Д ^| = 1000 ^. (4 ^. Q^max / ( ^. )) ^0,5 = 1128,7 ^. (Q^max / ) ^0,5 =1128,7 ^. (0,8166/ 20) ^0,5=228,0677 мм

где Д ^| - предварительный диаметр трубопровода.

Материал для трубопровода: Сталь 1Х18Н9Т

Поправочный множитель k_t =1+α_t(t-20)=1+1,74 ^. 10 ^-5*(25-20)=1

Диаметр трубопровода при 25 С:

Д₂₀^| = Д^| / k_t=228,0677/1=228,0677 мм=250 мм.

Внутренний диаметр трубопровода при рабочей температуре будет равен:

Д = k_t ^. Д₂₀=1*250=250 мм.

9. Расчетный максимальный расход Q_НП, являющийся верхним пределом измерения дифманометра, выбирается по заданному расходу как ближайшее большее значение из стандартного ряда: Q_НП=1,0 м³/с .

10. Допустимая потеря давления при измерении расхода жидкости, пара и сжатого газа :

Р_ПД = (0,05 0,10) ^. Р_И=0,05*1784,8103=89,2405 кПа.

11. Вычисляется промежуточная величина

12. По таблице, величине С и номограмме определяем предварительные значения предельного перепада давления на дифманометре и модуле сужающего устройства:

ΔР_н^’=100 кПа m^’=0,05

13. Динамическая вязкость при рабочей температуре:

μ_дин=2,055*10^-5 Па*с.

14. Вычисляется число Рейнольдса для расхода:

- расчетного Re = 1274,4 ^. Q_НП ^. _Н ^.  / (Д ^. _СГ ^. _ДИН)= 1274,4 ^. 1,0 ^. 1,3320 ^.

24,3273 / (250 ^. 24,3035 ^. 2,055*10^-5)=330737,3496;

- среднего Re_СР = Re ^. (Q_нср / Q_нп)= 330737,3496^. ((1,0/2) / 1,0)=165368,6748;

- минимального Re_min=10000

- граничного Re_ГР =20000.

15. Заключение по числу Рейнольдса:

- Re_СР > Re_min расчет продолжается;

- Re_СР  Re_ГР расчет продолжается.

16.Определяется соотношение L / Д .

Вид местного сопротивления – регулирующий клапан или неполностью открытый вентиль. Следовательно, L1/ Д = 100, L2/Д = 4.

Длина прямого участка до сужающего устройства:

L₁ = (L₁ / Д) ^. Д₂₀=100*250=25000мм = 25м,

Длина прямого участка после сужающего устройства:

L₂ = (L₂ / Д) ^. Д₂₀=4*250=1000мм = 1м.

17. Наибольший перепад на диафрагме:

_Р = _Р_Н^|=100 кПа.

18. Выбирается  - показатель адиабаты: =1,4.

19. Вычисляем отношение:

_Р_СР / Р = _Р_Н^{| .} Q_нср² / (Р ^. Q_НП²)= 100 ^. (1,0/2)² / (1883,7189 ^.1,0²)=0,01327.

По значению этого параметра и показателю адиабаты , по таблице определяется предварительное значение поправочного множителя _СР^|=0,994.

20. Вычисляется вспомогательная величина:

.

α=0,01231/0,05=0,2461

m=0,05

21. Определяется диаметр отверстия диафрагмы при рабочей температуре:

d = Д ^. = 250*√0,05 = 55,9017мм

- материал, из которого изготовлена диафрагма;

- диаметр сопла при нормальной температуре (k_t по таблице П. 4.5 приложения 4):

d₂₀ = d / k = 55,9017/0,9933 = 56,2788.

22. Проверка расчета:

- коэффициент расхода ;

- погрешность расчета

.

23. Результаты расчета:

Д = 250мм	d20 =46,2788 мм	СР =0,994	L2 =1,0 м
Д20 = 250мм	m =0,05	P=100 кПа
d =55,9017 мм	 =0,2461	L1 =25 м

Сопла Вентури, имеющие профилированную входную часть 1, подобную стандартизо­ванному соплу, состоят из цилиндрической средней части 5 и конической выходной час­ти — диффузора 6. Цилиндрическое отверстие переходит в конус без радиус­ного сопряжения, а входная часть сопрягается с торцовой поверхностью радиусом 0,2d₂₀ и с цилиндрической частью радиусом 0,333d₂₀. Сопла Вентури подразделяются на короткие и длинные. Короткое сопло имеет диаметр выходного диффузора меньше диаметра D₂₀ трубопровода, а длинное сопло Вентури — одинаковый с трубопроводом диаметр диффузо­ра. Отбор давлений р₁ и р₂ осуществляется через кольцевые камеры 3 и 4. Передняя камера 3 расположена перед входным торцом и сообщается с полостью трубопровода 2, а задняя камера 4 сообщается с цилиндрической частью сопла через группы отверстий 7 (не менее четырех отверстий диаметром > 3 мм). Сопла Вентури более сложные в изго­товлении, громоздкие и дорогие по стоимости. Сужающее устройство должно устанавливаться на прямом участке трубопровода до сужения, и после сужения. Также следует учитывать положение других устройств, могущих явиться причиной нарушения регулярности течения потока.

Рис. 1. Схема сужающего устройства

L₁ =25 м; L₂ =1,0 м; Д₂₀ =250 мм; d₂₀ =56,2788 мм.