CN105716682B - 沼气工程产气量测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源领域内的一种沼气工程产气量测试系统，由精密流量计3和软体袋4组成，精密流量计3一端与输气管道2上原有的测量接口连接，另一端通过阀门7与软体袋4连接。本发明克服了现有沼气工程产气量测试系统精确度不够，适用性不广，产气量的测量值不具备横向可比性的缺陷，提供的沼气工程产气量测试系统装置简单，操作便捷，测量结果稳定可靠，具备横向可比性。

Description

沼气工程产气量测试系统

技术领域：

本发明属于能源领域，具体涉及一种沼气工程产气量测试系统。

背景技术：

测量沼气工程一段时间的产气量是检测该沼气工程设计水平和建设质量的重要参数。对于运行中的沼气工程，测量其产气量应采用无损的检测方法，保证测量前后沼气工程均能正常运行。现有沼气工程产气量的测量方法有两种，一种方式是利用工程输气管路上现有的流量表，记录24小时的产气量；另一种方法是利用沼气工程的湿式储气柜，测量储气柜浮罩的横截面积，通过记录一定时间内浮罩上升的高度，换算产气量的大小。前者因现有流量表的检定状态和精确度不能满足流量测量需要，导致数据准确性成疑；后者要求被检测沼气工程必须建设有湿式储气柜，且浮罩高度还需要便于测量，如果工程采用双模气柜或是钢罐气柜，则无法使用该方法。特别是两种方法都没有记录当时的环境条件，产气量也未换算为标准状态下，导致产气量的测量值不具备横向可比性。

发明内容：

本发明的目的是为了克服现有沼气工程产气量测量方法精确度不够，适用性不广，产气量的测量值不具备横向可比性的缺陷，为人们提供一种测量装置简单，操作便捷，测量结果稳定可靠，具备横向可比性的沼气工程产气量测试系统。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

本发明的沼气工程产气量测试系统，其特征在于由精密流量计3和软体袋4组成，精密流量计3一端与输气管道2上原有的测量接口连接，另一端通过阀门7与软体袋4连接。

上述方案中，所述精密流量计3为可测量气体流量、气体压力和气体温度的精密流量计。

上述方案中，所述沼气工程产气量测试系统的使用方法为：

先关闭输气管道2上原有的测量接口两端的阀门5和阀门6，关闭阀门7，将精密流量计3一端与输气管道2上原有的测量接口连接，另一端通过阀门7与软体袋4连接；

打开阀门5，待精密流量计3稳定后读取大气压力P₀、沼气压力P₁、温度T₁和流量度数Q；

待沼气工程产气至预定时间后，读取精密流量计3上大气压力P₀ ^/、沼气压力P₂和温度T₂ ；

打开阀门7，让沼气经精密流量计3进入软体袋4，待系统稳定后，读取沼气压力P₃、温度T₃和流量度数Q^／；

按下式计算沼气工程所产沼气的摩尔数

：

将所产沼气的摩尔数

换算成标准状态下的体积。

本发明通过输气管道上原有检测孔连接测试系统，不在输气管上进行钻孔和修补作业，不影响工程原结构。利用检测机构自有设备，采用经过检定的高精度流量计和同样的测试系统，保证了数据的可溯源性和横向可比性。产气量换算到标准状态，保证了测量数据不受不同地理位置和外界条件的影响。本发明达到了无损、便携、精确和重现性高的目的，能够为沼气工程验收和工艺优劣比较提供重要参照和依据，进一步推动沼气工程设计水平和建设质量的提高，保障了沼气工程的持续、有效运行。

综上所述，本发明克服了现有沼气工程产气量测试系统精确度不够，适用性不广，产气量的测量值不具备横向可比性的缺陷，提供的沼气工程产气量测试系统装置简单，操作便捷，测量结果稳定可靠，具备横向可比性。

附图说明：

图1为本发明的管线示意图。

图中：1：发酵罐；2：输气管道；3. 精密流量计；4. 软体袋；5. 阀门；6. 阀门；7.阀门。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。

实施例一

本例的沼气工程产气量测试系统是由精密流量计3和软体袋4组成，精密流量计3一端与输气管道2上原有的测量接口连接，另一端通过阀门7与软体袋4连接。

精密流量计3为可测量气体流量、气体压力和气体温度的精密流量计。

本沼气工程产气量测试系统的使用方法为：

先关闭输气管道2上原有的测量接口两端的阀门5和阀门6，关闭阀门7，将精密流量计3一端与输气管道2上原有的测量接口连接，另一端通过阀门7与软体袋4连接；

打开阀门5，待精密流量计3稳定后读取大气压力P₀、沼气压力P₁、温度T₁和流量度数Q；

待沼气工程产气至预定时间后，读取精密流量计3上大气压力P₀ ^/、沼气压力P₂和温度T₂ ；

打开阀门7，让沼气经精密流量计3进入软体袋4，待系统稳定后，读取沼气压力P₃、温度T₃和流量度数Q^／；

按下式计算沼气工程所产沼气的摩尔数

：

将所产沼气的摩尔数

换算成标准状态下的体积。

下面以六小时产气量为例，进一步详述有关计算公式的推导步骤。

一、原理

如需测量沼气工程六小时（6h）所生产沼气的摩尔数，可将输气管道2上的阀门6关闭，6h内生产沼气的摩尔数

。根据理想气体状态方程PV＝nRT

，其中，R为常数8.31，P_6h前、T_6h前、P_6h后、T_6h后可以通过仪器直接测量，6h前后发酵罐1的气室和输气管道2的体积也不会发生变化，即V_6h前＝V_6h后＝V，但V无法通过仪器或简单的计算得到，故需要引入测试系统计算V，进而才能计算出六小时内生产沼气的摩尔数。

关闭阀门6后，可以通过精密流量计3测量软体袋4前的阀门7打开前后的气体压力、气体温度和进入软体袋4的气体体积。由于打开阀门7后，软体袋4内的压力和输气管道2中的压力在很短时间内就达到平衡，在这段时间内产生的沼气量可以忽略不计。根据理想气体状态方程PV＝nRT，可以得到打开阀门7前后的两个方程，这两个方程含两个未知数V和n，通过这两个方程可以计算出发酵罐1气室和输气管道2的体积V。再计算出六小时内生产沼气的摩尔数，最后再将该摩尔数的沼气换算成标准状态下体积，这便是该沼气工程六小时内的产气量。

二、试验步骤

第一步：关闭阀门5、阀门6和阀门7，安装测试系统；

第二步：打开阀门5，待精密流量计3数据稳定后读取大气压力P₀、沼气压力P₁、气体温度T₁和流量度数Q，设此时发酵罐1和输气管道2中沼气摩尔数为n₁，由PV＝nRT，得式（1）：（P₀+P₁）V=n₁RT₁；

第三步：待产气六小时后，这个时候因为发酵罐1中有沼气产生，但是输出管道2的阀门6是关闭状态，发酵罐1和输气管道2中压力会上升，此时读取精密流量计3上大气压力P₀ ^／、沼气压力P₂和气体温度T₂，设此时发酵罐1和输气管道2中沼气摩尔数为n₂，由PV＝nRT，得式（2）：（P₀ ^／+P₂）V=n₂RT₂；

第四步：打开阀门7，让沼气经精密流量计3进入软体袋4，此时，因为有沼气通过精密流量计3进入软体袋4，发酵罐1和输气管道2中的压力会下降，待系统稳定后，读取沼气压力P₃、气体温度T₃和流量度数Q^／，由PV＝nRT，得式（3）：（P₀ ^／+P₃）（V+ Q^／-Q）= n₂ RT₃；

三、计算推导

（一）发酵罐1气室和输气管道2体积V的计算：

由式（2）／式（3），得：

得式（4）：

V=T₂（P₀ ^／+P₃）（Q^／-Q）/[ T₃（P₀ ^／+P₂）- T₂（P₀ ^／+P₃）]；

（二）沼气工程产沼气摩尔数Δn的计算：

由式（1）得式（5）： n₁=（P₀+P₁）V/ RT₁；

由式（2）得式（6）：n₂=（P₀ ^／+P₂）V/ RT₂；

根据式（5）和式（6），得式（7）：

将式（4）代入式（7），得式（8）：

（三）将沼气工程产沼气摩尔数Δn换算成标准状态下的体积ΔV：

通常产气量一般用标准状态下体积表示，所以需要将产生沼气摩尔数Δn换算成该摩尔数的气体在标准状态下的体积ΔV。

由PΔV=ΔnRT，得式（9）：

ΔV=ΔnRT/P；

标准状态下，压力P为101325Pa，标准状态下温度T为273.15℃，将式（8）代入式（9），得：

。

Claims (2)

1.一种沼气工程产气量测试系统，其特征在于由精密流量计（3）和软体袋（4）组成，精密流量计（3）一端与输气管道（2）上原有的测量接口连接，另一端通过阀门（7）与软体袋（4）连接；所述沼气工程产气量测试系统的使用方法为：

先关闭输气管道（2）上原有的测量接口两端的阀门（5）和阀门（6），关闭阀门（7），将精密流量计（3）一端与输气管道（2）上原有的测量接口连接，另一端通过阀门（7）与软体袋（4）连接；

打开阀门（5），待精密流量计（3）稳定后读取大气压力P₀、沼气压力P₁、温度T₁和流量度数Q；

待沼气工程产气至预定时间后，读取精密流量计(3)上大气压力P₀ ^/、沼气压力P₂和温度T₂；

打开阀门（7），让沼气经精密流量计（3）进入软体袋（4），待系统稳定后，读取沼气压力P₃、温度T₃和流量度数Q^／；

按下式计算沼气工程所产沼气的摩尔数

：

将所产沼气的摩尔数

换算成标准状态下的体积，其中，R为常数8.31。

2.根据权利要求1所述沼气工程产气量测试系统，其特征在于所述精密流量计（3）为可测量气体流量、气体压力和气体温度的精密流量计。

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