ГОСТ 17.2.4.06-90. Межгосударственный стандарт. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения
(утв. и введен в действие Постановлением Госкомприроды СССР от 03.07.1990 № 27)
Примечание
С 1 июля 2003 года до вступления в силу технических регламентов акты федеральных органов исполнительной власти в сфере технического регулирования носят рекомендательный характер и подлежат обязательному исполнению только в части, соответствующей целям, указанным в пункте 1 статьи 46 Федерального закона от 27.12.2002 № 184-ФЗ. Документ введен в действие с 01.01.1991.
от 3 июля 1990 г. № 27
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И РАСХОДА ГАЗОПЫЛЕВЫХ ПОТОКОВ,
ОТХОДЯЩИХ ОТ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Nature protection. Atmosphere. Methods for determination
of velocity and flowrate of gas-and-dust streams
from stationary sources of pollution
1 января 1991 года
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством тяжелого машиностроения СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по охране природы от 03.07.90 № 27
| Обозначение НТД, на который дана ссылка | Номер раздела, пункта |
|---|---|
| ГОСТ 10-88 | 1 |
| ГОСТ 12.1.019-79 | 6.1 |
| ГОСТ 12.2.032-78 | 6.2 |
| ГОСТ 12.2.033-78 | 6.2 |
| ГОСТ 12.2.062-81 | 6.2 |
| ГОСТ 166-89 | 1 |
| ГОСТ 3399-76 | 1 |
| ГОСТ 5962-67 | 1 |
| ГОСТ 7502-98 | 1 |
| ГОСТ 18599-2001 | 1 |
| ГОСТ 28498-90 | 1 |
| МИ 1317-86 | 4.5 |
5. ИЗДАНИЕ (июль 2003 г.) с Поправкой (ИУС 8-91)
Настоящий стандарт устанавливает методы определения скорости и объемного расхода газопылевых потоков (далее — газов), отходящих от стационарных источников загрязнения в газоходах и вентиляционных системах со скоростью не менее 4 м/с.
1. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, РЕАКТИВЫ, ОБОРУДОВАНИЕ
Трубки напорные конструкции НИИОГАЗ (черт. 1).
Напорная трубка конструкции НИИОГАЗ
1, 2 — полости для измерения полного и статического давления; 3 — наконечник трубки
Микроманометры типа ММН-2400(5)-1,0, класса точности 1,0.
Термометр стеклянный технический по ГОСТ 28498.
Барометр класса точности не ниже 1,0.
Нутромер микрометрический по ГОСТ 10.
Рулетка металлическая по ГОСТ 7502.
Спирт этиловый по ГОСТ 5962 <*>, раствор плотностью 0,8095 г/см3.
<*> На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 51652-2000.
Трубки медицинские резиновые типа 1 по ГОСТ 3399 или полиэтиленовые по ГОСТ 18599.
Напорные трубки должны иметь свидетельство о метрологической аттестации.
Допускается применять другие средства измерений с метрологическими характеристиками, обеспечивающими требуемую точность измерений.
2. ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1 Измерения проводят при установившемся движении потока газа.
Измерительное сечение следует выбирать на прямом участке газохода на достаточном расстоянии от мест, где изменяется направление потока газа (колена, отводы и т.д.) или площадь поперечного сечения газохода (задвижки, дросселирующие устройства и т.д.).
2.2. Отрезок прямого участка газохода до измерительного сечения должен быть длиннее отрезка за измерительным сечением (черт. 2); отношение длин отрезков газохода до измерительного сечения и за ним устанавливается согласно черт. 3.
L — длина прямого участка газохода, кратная D_{e} ; A-A — измерительное сечение; L_{z} — длина прямого участка газохода за измерительным сечением, кратная D_{e}
2.3. Минимальная длина прямого участка газохода (L) должна составлять не менее 4 — 5 эквивалентных диаметров (D_{e}) ; если условие минимальной длины не может быть обеспечено, то следует увеличить количество точек измерений в два раза.
2.4. Собирают измерительную схему (черт. 4), при этом полости полного давления присоединяют к штуцеру микроманометра со знаком «+», а статического давления — к штуцеру со знаком «-».
Схема установки приборов в газоходе
1 — термометр; 2, 4 — контрольная и рабочая напорные трубки; 3, 7 — микроманометры для измерений динамического давления в контрольной и рабочих точках; 5 — линейка; 6 — стальной пруток
Входные отверстия для измерений внутри газохода (фланцы, штуцера, термометрические гильзы и т.д.) в месте измерений должны быть выполнены таким образом, чтобы как можно меньше были нарушены поверхностные слои газохода (теплоизоляция, антикоррозийное покрытие и т.д.) и не было утечки газа или подсоса воздуха.
Определяют количество точек измерения n.
2.5. Площадь измерительного сечения условно делят на составные равновеликие площадки, в центрах которых находятся точки измерения.
2.5.1. Площадь поперечного сечения газохода круглого сечения условно делят на равновеликие кольца и четыре равновеликих сектора (черт. 5). Точки измерения находятся на двух взаимно перпендикулярных прямых, пересекающихся в центре измерительного сечения. Расстояние a_{i} от внутренней стенки газохода до точки измерения n_{\text{Ø}} в процентах от диаметра вычисляют по формуле
a_{i} = k_{i} \cdot D \cdot 10^{- 2},(1)
где i — порядковый номер точки измерения;
1 — линии измерения; 2 — точки измерения
2.5.2. Площадь поперечного сечения газохода прямоугольного или квадратного сечения условно делят на геометрические подобные равновеликие составные площадки (черт. 6). Точки измерения находятся в центрах тяжести равновеликих площадок, прямоугольные координаты которых по отношению к внутренней стенке газохода вычисляют по формулам:
A_{i} = A \frac{2i_{A} - 1}{2n_{A}} ,(2)
B_{i} = B \frac{2i_{B} - 1}{2n_{B}} ,(3)
где i_{A} , i_{B} — порядковый номер точки измерения на линии измерения;
n_{A} , n_{B} — количество точек измерения на одной линии измерения.
Для n = 12, n_{A} = 3 , n_{B} = 4 1 — линии измерения; 2 — точки измерения
2.6. Количество точек измерения в измерительном сечении должно соответствовать указанному в табл. 1. При этом эквивалентный диаметр газохода круглого сечения равен его внутреннему диаметру (D), а для газохода прямоугольного сечения его вычисляют по формуле
D_{e} = \frac{2A \cdot B}{A + B} ,(4)
где A, B — внутренние размеры газохода прямоугольного сечения, м.
3.1. Скорость (\upsilon) в м/с и расход газов определяют методом измерения динамического давления газа (P_{\text{д}})
P_{\text{д}} = P_{\text{п}} - P_{\text{ст}},(5)
где P_{\text{п}} — полное давление газа, Па;
P_{\text{ст}} — статическое давление газа, Па;
и последующего расчета скорости газа по формуле
\upsilon = \sqrt{\frac{2Pg}{\rho}} ,(6)
где \rho — плотность газа при рабочих условиях, кг/м3.
3.2 Динамическое давление газа вычисляют по формуле
P_{\text{д}} = p \cdot \beta \cdot K_{\text{т}},(7)
где p — отсчет по шкале микроманометра, Па;
\beta — коэффициент, зависящий от угла наклона измерительной трубки микроманометра;
Kт — коэффициент напорной трубки, определяемый при ее метрологической аттестации <*>.
<*> Для напорных трубок конструкции НИИОГАЗ Kт равен 0,55 — 0,6.
3.3 Определение объемного расхода газа
3.3.1. Объемный расход газа (V), определяемый посредством средней скорости газа (\overline{\upsilon}) , вычисляют по формуле
V = \overline{\upsilon} \cdot s,(8)
где s — площадь измерительного сечения газохода, м2.
3.3.2. При выполнении измерений одну напорную трубку устанавливают в контрольной точке на расстоянии 30 — 100 мм от оси газохода. Рабочую напорную трубку перемещают по линии измерения, последовательно устанавливая в точках измерения с погрешностью, не превышающей +/- 2 мм, при этом наконечники напорных трубок должны быть направлены навстречу газовому потоку. Измерения давления обеими трубками производят одновременно. Результаты измерений фиксируют в журнале, форма которого приведена в приложении 1. В каждой точке необходимо выполнить не менее трех измерений динамического давления; по результатам измерений определяется среднее динамическое давление для данной точки измерения.
При проведении измерений необходимо следить за отсутствием отложений пыли на напорных трубках.
3.3.3. Одновременно измеряют температуру газа и разрежение (давление) в газоходе, а также атмосферное давление воздуха.
3.4 Определение площади измерительного сечения
3.4.1. Измеряют внутренние размеры газохода микрометрическим нутромером. При наличии внутри газохода поверхностных слоев в качестве расчетного сечения принимают действительно свободное сечение.
3.4.2. При невозможности непосредственного измерения внутренних размеров допускается определять размеры измерительного сечения измерением наружных размеров газохода и толщины его стенки. Измерения необходимо проводить измерительной рулеткой. Толщину стенки измеряют штангенциркулем.
3.4.3. Для газохода круглого сечения диаметр измеряют не менее четырех раз с приблизительно равными углами между измерительными диаметрами. Если разность результатов измерений более 1%, число измерений удваивают. Диаметр газохода определяют как среднеарифметическое всех измерений.
3.4.4. Для газохода прямоугольного сечения ширину и высоту измеряют на каждой измерительной горизонтали и вертикали. Если разность результатов более 1%, число измерений удваивают. Ширину и высоту газохода принимают равными среднеарифметическому значению измерений соответствующих величин.
4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
4.1. Динамическое давление газа в i-й точке измерения (Pдi) вычисляют по формуле (7).
4.2 Плотность газа при рабочих условиях вычисляют по формуле
\rho = 2,695\rho_{N} \frac{P_{a} + P_{\text{ст}}}{273 + t} ,(9)
где \rho_{N} — плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;
t — температура газа в газоходе, °C;
P_{a} — атмосферное давление воздуха, кПа.
4.3 Плотность газа, состоящего из i компонентов, при нормальных условиях вычисляют по формуле
\rho_{N} = \frac{1}{100} - \sum_{j} \frac{m_{i} \cdot \Omega_{i}}{22,4} ,(10)
где m_{j} — значения молекулярной массы j-го компонента газовой смеси;
\Omega_{j} — объемная доля j-го компонента газовой смеси, %;
22,4 — мольный объем при нормальных условиях, м3/к.моль.
Если известны плотности компонентов газовой смеси при нормальных условиях (\rho_{N_{j}}) , то плотность газовой смеси вычисляют по формуле
\rho = \sum_{j} \frac{\rho_{N_{j}} \cdot \Omega_{j}}{100} .(11)
Для приближенных расчетов плотность дымовых газов принимают равной плотности воздуха (\rho = 1,29\text{кг}/\text{м}^{3}) .
4.4 Среднюю скорость газового потока вычисляют по формуле
\overline{\upsilon} = \alpha \sqrt{\frac{2P_{\text{дк}}}{\rho}} ,(12)
где \alpha — коэффициент поля скоростей в измерительном сечении;
P_{\text{дк}} — динамическое давление в контрольной точке измерительного сечения, Па.
4.4.1 Коэффициент поля скоростей (\alpha) вычисляют по формуле
\alpha = \frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} \sqrt{\frac{P_{\text{д}i}}{P_{\text{дк}}}} .(13)
4.5. Результаты измерений оформляют в соответствии с МИ 1317.
5. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И РАСХОДА
5.1. В общем случае погрешность определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения, включает в себя:
погрешность измерения динамического давления газа, его температуры и атмосферного давления воздуха;
погрешность определения коэффициента напорных трубок;
погрешность от угла наклона оси рабочей напорной трубки \phi к оси потока;
погрешность от загрузки измерительного сечения напорными трубками;
погрешность от неточности установки рабочей напорной трубки в точках измерений;
погрешность осреднения скорости;
погрешность определения площади измерительного сечения.
5.2. Максимальная погрешность с доверительной вероятностью 95% не должна превышать удвоенного среднеквадратичного отклонения
где \delta — максимальная погрешность, т.е. максимальное отклонение от среднего значения в произвольном ряду независимых измерений, равных по точности;
\sigma — среднеквадратичное отклонение.
5.3 Относительное среднеквадратичное отклонение скорости в i-й точке измерений вычисляют по формуле
\frac{\sigma_{\upsilon_{i}}}{\upsilon_{i}} = \sqrt{\frac{1}{4} (\frac{\sigma P_{\text{д}}}{P_{\text{д}}})^{2} + \frac{1}{4} (\frac{\sigma P_{a}}{P_{a}})^{2} + \frac{1}{4} (\frac{\sigma_{t}}{t})^{2} + \frac{1}{4} (\frac{\sigma_{K_{\text{т}}}}{K_{\text{т}}})^{2} + (\frac{\sigma_{\phi}}{\upsilon_{i}})^{2} + (\frac{\sigma_{b}}{\upsilon_{i}})2} ,(15)
где \frac{\sigma_{P_{\text{д}}}}{P_{\text{д}}} , \frac{\sigma_{P_{a}}}{P_{a}} , \frac{\sigma_{t}}{t} — относительные среднеквадратичные отклонения показаний микроманометра, барометра и термометра соответственно;
\frac{\sigma_{K_{\text{т}}}}{K_{\text{т}}} — относительное среднеквадратичное отклонение коэффициента напорных трубок;
\frac{\sigma_{\phi}}{\upsilon} — относительное среднеквадратичное отклонение, определяемое погрешностью от наклона оси напорной трубки к оси потока;
\frac{\sigma_{b}}{i} — относительное среднеквадратичное отклонение, определяемое погрешностью от загрузки измерительного сечения напорными трубками.
5.4 Относительное среднеквадратичное отклонение средней в измерительном сечении скорости вычисляют по формуле
\frac{\overline{\sigma\upsilon}}{\upsilon} = \sqrt{(\frac{\sigma\upsilon_{i}}{\upsilon_{i}})2(\frac{\sigma_{i}}{\upsilon_{i}})^{2} + (\frac{\sigma_{e}}{\upsilon_{i}})2} ,(16)
где \frac{\sigma_{i}}{\upsilon_{i}} — относительное среднеквадратичное отклонение, определяемое погрешностью осреднения скорости;
где \frac{\sigma_{e}}{\upsilon_{i}} — относительное среднеквадратичное отклонение, определяемое погрешностью от неточности установки рабочей напорной трубки в точках измерения.
5.5 Относительное среднеквадратичное отклонение расхода газов вычисляют по формуле
\frac{\sigma_{\upsilon}}{V} = \sqrt{(\frac{\sigma_{\upsilon}}{\upsilon})^{2} + (\frac{\sigma_{S}}{S})2} ,(17)
где \frac{\sigma_{S}}{S} — относительное среднеквадратичное отклонение определения площади.
5.6 Оценка составляющих погрешности определения скорости и расхода
5.6.1. Среднеквадратичные отклонения результатов измерения динамического давления (\sigma) , атмосферного давления (\sigma P_{a}) и температуры газов (\sigma t) в зависимости от показаний микроманометра, барометра и термометра в долях длины их шкалы приведены в табл. 3.
5.6.2. Погрешность определения коэффициента напорной трубки (\sigma K_{\text{т}}) указывают в свидетельстве о метрологической аттестации.
5.6.3. Для уменьшения погрешности от угла наклона оси рабочей напорной трубки к оси потока необходимо повернуть и зафиксировать трубку таким образом, чтобы показания микроманометра были максимальными.
В общем случае, если \phi \leq 5^{{}^{\circ}} , то \frac{\sigma_{\phi}}{\upsilon_{i}} = 0,02 .
5.6.4. Погрешность от загрузки измерительного сечения напорными трубками зависит от площади измерительного сечения и площади сечения наконечника напорной трубки (S_{\text{тр}}) .
При \frac{S_{\text{тр}}}{S} не более 1% погрешностью от загрузки измерительного сечения пренебрегают. В остальных случаях исключают указанную погрешность введением в результат измерения поправки, вычисляемой по формуле
P_{\text{д}}\prime = P_{\text{д}}(1 - 2,1 \frac{S_{\text{тр}}}{S}),(18)
где P_{\text{д}}\prime — динамическое давление с учетом поправки, Па;
S_{\text{тр}} — площадь сечения наконечника напорной трубки, м2.
5.6.5. Погрешностью от неточности установки рабочей напорной трубки в точках измерений при выполнении требований п. 3.3.2 пренебрегают.
5.6.6. Погрешность осреднения скорости, обусловленная неравномерностью распределения поля скоростей в измерительном сечении, приведена в табл. 4.
5.6.7 Погрешность определения площади измерительного сечения
5.6.7.1. При непосредственном измерении внутреннего диаметра газохода относительное среднеквадратичное отклонение площади измерительного сечения вычисляют по формуле
\frac{\sigma_{S}}{S} - \frac{2\sigma_{D_{e}}}{D_{e}} ,(19)
где \sigma_{D_{e}} — среднеквадратичное отклонение эквивалентного диаметра газохода.
5.6.7.2. При измерении наружного периметра газохода и толщины стенки относительное среднеквадратичное отклонение площади измерительного сечения вычисляют по формуле
\frac{\sigma_{S}}{S} = \frac{4}{D_{e} - 2b} \sqrt{\frac{1}{4} \sigma_{D_{e}}^{2} + \sigma_{b}^{2}} ,(20)
\sigma_{b} — среднеквадратичное отклонение измерения толщины стенки.
Пример расчета погрешности определения скорости и расхода газа приведен в приложении 2.
6.1. Эксплуатация электроприборов и электроустановок, используемых в процессе проведения измерений, должна производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.019, правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, утвержденными Госэнергонадзором.
6.2. Расположение и организация рабочих мест при проведении работ должны выполняться в соответствии с ГОСТ 12.2.032 и ГОСТ 12.2.033. Площадки для проведения работ должны быть ограждены перилами и бортовыми листами в соответствии со строительными нормами и правилами, утвержденными Госстроем СССР.
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И РАСХОДА ГАЗА <*>
<*> В примере приведены типичные для предусмотренных в настоящей методике условий и средств измерений значения погрешности при определении скорости и расхода газов. Однако их нельзя распространять на все случаи измерений. Предполагается, что коррекция систематических погрешностей не проводилась, а сочетание случайных и систематических погрешностей можно рассматривать как случайное.
1. Погрешность измерения местной скорости
1.1. Относительное среднеквадратичное отклонение градуировки напорной трубки.
Погрешность градуировки напорной трубки, определенная в результате ее аттестации, составляет +/- 2%.
В соответствии с разд. 5 \frac{\sigma_{K_{\text{т}}}}{K_{\text{т}}} = 0,01 .
1.2. Относительные среднеквадратичные отклонения показаний микроманометра, термометра и барометра класса 1,0 в верхней части диапазона измерений
\frac{\sigma_{P_{\text{д}}}}{P_{\text{д}}} = \frac{\sigma_{P_{a}}}{P_{a}} = \frac{\sigma_{t}}{t} = 0,005.
1.3. Относительное среднеквадратичное отклонение, определяемое погрешностью загрузки измерительного сечения напорными трубками \frac{\sigma_{b}}{\upsilon_{i}} = 0,005 при \frac{S_{\text{тр}}}{S} \cdot 100<1\% или при введении в результат измерений поправки по формуле (18).
Тогда относительное среднеквадратичное отклонение определения скорости в i-й точке измерения
\sigma_{\upsilon_{i}} = \sqrt{\frac{1}{4} \cdot 0,005^{2} + \frac{1}{4} \cdot 0,005^{2} + \frac{1}{4} \cdot 0,005^{2} + \frac{1}{4} \cdot 0,01^{2} + 0,005^{2}} @0,02.
2. Погрешность определения средней по сечению газохода скорости
2.1 Среднеквадратичное отклонение осреднения скорости
2.2 Относительное среднеквадратичное отклонение средней скорости
\frac{\sigma_{\upsilon}}{\upsilon} = \sqrt{0,02^{2} + 0,01^{2}} @0,022.
3. Погрешность определения расхода
3.1 Среднеквадратичное отклонение площади измерительного сечения
Относительное среднеквадратичное отклонение определения расхода
\frac{\sigma_{V}}{V} = \sqrt{0,022^{2} + 0,02^{2}} @0,03.
Таким образом, для приведенных в примере условий при определении скорости газа в i-й точке измерения, средней скорости и расхода газа среднеквадратичное отклонение и максимальная погрешность с доверительной вероятностью 95% составят соответственно:
0,022 +/- 4,4% 0,030 +/- 6,0%