一種典型的孔板流量計故障處理方式

黃光明

(中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，湖南 長沙 410114)

孔板流量計是一種采用差壓測量方法測量流量的元件，常用于測量管道內(nèi)的蒸汽流量，孔板流量計由標準孔板、導(dǎo)壓管路和變送器三部分組成。在使用過程中介質(zhì)溫度、密度以及安裝直管段長度和導(dǎo)壓管安裝方式及節(jié)流元件精度都會影響到孔板流量計的流量測量精度。本文通過典型的由導(dǎo)壓管引起的孔板流量計測量不準或無法測量蒸汽流量的故障問題，給生產(chǎn)過程帶來的影響為例，介紹孔板流量計的測量原理，總結(jié)孔板流量計的故障處理方法和日常維護經(jīng)驗。

1 孔板流量計的工作原理

孔板流量計核心測量部件為孔板，當蒸汽流過孔板時，流體速度增大，壓力減少，于是在孔板的前后產(chǎn)生差壓。使用孔板測量蒸汽流量時，需要孔板前后有足夠的直管段長度，孔板前后的差壓會隨著流量的變化而變化，且差壓和流量之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，因此可以通過差壓得到蒸汽的流量。孔板流量計的體積流量公式為

(1)

式中：C——流出系數(shù)；ε——可膨脹系數(shù)；β——直徑比，β=d/D；d——孔板的開孔直徑，m；D——上游管道內(nèi)徑，m；Δp——節(jié)流裝置輸出差壓，Pa；ρ——蒸汽的密度，kg/m3。

2 孔板流量計的常見故障

孔板流量計常見的故障主要為節(jié)流裝置故障，導(dǎo)壓管路故障，變送器故障，本文主要講述一種由導(dǎo)壓管路引起的典型孔板測量故障。某項目在試運行期間，主蒸汽流量計經(jīng)常出現(xiàn)蒸汽流量時有時無，或孔板流量計在運行幾個小時后就出現(xiàn)流量從最大值開始變小甚至出現(xiàn)零的情況。

2.1 孔板流量計故障檢查

1)選型核對。孔板流量計的測量量程為0～100 t/h，通過檢查孔板流量計結(jié)構(gòu)圖并和設(shè)計人員、制造廠商多次核算，孔板流量計選型無問題。

2)安裝情況檢查。孔板、差壓變送器和導(dǎo)壓管安裝時，正負壓側(cè)冷凝罐高度應(yīng)一致，冷凝罐溢流口位置稍高于取壓口。敷設(shè)導(dǎo)壓管時應(yīng)保證水平導(dǎo)壓管有1∶12坡度，使得管道里面充滿液體，以免引起測量誤差。經(jīng)檢查確認導(dǎo)壓管和冷凝罐安裝方式無問題，孔板流量計安裝方式如圖1所示。

圖1 孔板流量計安裝示意

3)孔板前后直管段長度檢查。為了保證管道內(nèi)的流體流動穩(wěn)定，孔板計算書要求孔板前直管段長度為20D，后直管段長度為8D。但因安裝空間受限，前直管段的長度不夠，約為18D。孔板前直管段長度稍不滿足要求，但通過流量計核算，不會對流量測量有太大影響。

4)取壓口和導(dǎo)壓管問題檢查。在停車期間將孔板取壓口至冷凝罐和冷凝罐至三閥組段的高低壓側(cè)的導(dǎo)壓管全部拆下檢查，未發(fā)現(xiàn)堵塞問題；取壓口處也未出現(xiàn)堵塞情況。在運行期間打開排污閥，蒸汽大量排出，所以導(dǎo)壓管和取壓孔不存在堵塞問題。在檢查導(dǎo)壓管過程中，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)管道出現(xiàn)嚴重變形和導(dǎo)壓管卡套接頭墊片破損情況，隨后更換了墊片和導(dǎo)壓管，但在投入使用后差壓變送器還是未能檢測到孔板的差壓。

5)安裝檢查。從孔板固定螺栓可以判斷孔板方向性及孔板出口顯喇叭口狀，可以確定孔板安裝方向正確。孔板未裝反，也未變形。

6)流量變送器回路檢查。檢查DCS卡件和回路，用信號發(fā)生器模擬差壓變送器輸入信號對應(yīng)正常，可確定流量回路正常，線路未出現(xiàn)干擾等現(xiàn)象。

2.2 孔板流量計趨勢曲線分析

檢查孔板流量計測量趨勢曲線如圖2所示。由圖2可看出，孔板流量計大部分時間內(nèi)無法檢測到流量。流量測量值出現(xiàn)緩慢減小至零或者有時突然增加等現(xiàn)象，每次若打開排污閥排出汽水混合物后，流量顯示值又會恢復(fù)至正常值。在運行1～2 h后，孔板流量計又會重新出現(xiàn)檢測不到流量的現(xiàn)象，再次打開排污閥后又能運行，如此循環(huán)。

圖2 流量計測量趨勢曲線示意

2.3 故障問題分析

通過多次檢查孔板流量計的三閥組、差壓變送器、冷凝罐和導(dǎo)壓管及孔板，可以確定上述設(shè)備無問題，取壓口和導(dǎo)壓管未堵塞，孔板方向安裝正確，孔板未變形。

經(jīng)過以上排除法后，再將差壓表直接安裝到孔板取壓口，所測的差壓與差壓變送器直接安裝在取壓口所測得的差壓一致，再通過蒸汽流量的變化用以確認差壓變送器無故障。因此，推斷孔板流量計長期檢測不到流量的問題可能是取壓口的原因。再進一步分析，一般情況下冷凝水是以液體形式充滿差壓變送器至冷凝罐的導(dǎo)壓管內(nèi)，而孔板取壓口至冷凝罐之間的導(dǎo)壓管內(nèi)冷凝水會隨著冷凝罐排氣而流動。因此導(dǎo)壓管內(nèi)部產(chǎn)生了附加差壓，導(dǎo)壓管內(nèi)冷凝水未完全返回蒸汽管道，導(dǎo)致兩根導(dǎo)壓管的冷凝水量不同，從而產(chǎn)生差壓，該差壓與孔板產(chǎn)生的差壓疊加，使孔板產(chǎn)生的差壓值發(fā)生增大或者減少的現(xiàn)象。

2.4 故障解決方法

孔板流量計設(shè)計思路是取壓口至冷凝罐之間的導(dǎo)壓管是汽相取壓無冷凝水殘留，而差壓變送器至冷凝罐之間的導(dǎo)壓管管內(nèi)應(yīng)該充滿冷凝水。在運行時室外環(huán)境溫度遠低于導(dǎo)壓管內(nèi)蒸汽溫度，因此在取壓口與冷凝罐之間的導(dǎo)壓管內(nèi)會不斷形成冷凝水。原安裝冷凝罐位置比取壓口高，所形成的冷凝水能在重力作用下全部回流到管道，但是導(dǎo)壓管管內(nèi)表面張力的影響，會有部分冷凝水不能完全回流至蒸汽管道內(nèi)，因而產(chǎn)生附加差壓。為了解決該問題，避免兩導(dǎo)壓管產(chǎn)生的冷凝水殘余量不同而產(chǎn)生附加差壓，將取壓口至冷凝罐之間的兩根導(dǎo)壓管水平安裝，使導(dǎo)壓管內(nèi)冷凝水滿管，不產(chǎn)生差異附加壓差。孔板流量計檢測恢復(fù)正常，再沒出現(xiàn)流量時有時無的現(xiàn)象，檢測不到流量的問題迎刃而解。

3 結(jié)束語

通過對孔板流量計導(dǎo)壓管路引起的測量故障分析，找出了導(dǎo)壓管安裝問題引起測量不準的原因，因此節(jié)流元件取壓口至冷凝罐之間的導(dǎo)壓管必須水平安裝，從而消除附加差壓的影響。為儀表技術(shù)人員提供參考和借鑒。