標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用及問(wèn)題分析

摘 要：針對(duì)目前火電廠使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量測(cè)量系統(tǒng)，介紹了其工作原理和使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置;原理;應(yīng)用;問(wèn)題分析

1 概述

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，流量是需要經(jīng)常測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。在火電廠的熱力生產(chǎn)過(guò)程中，需要連續(xù)監(jiān)視水、汽等的流量，因?yàn)榱黧w的流量直接反映設(shè)備的效率、負(fù)荷高低等運(yùn)行情況，因此，精確測(cè)量連續(xù)監(jiān)視水、汽等流體的流量，對(duì)于熱力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要意義。由于采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置構(gòu)成的流量測(cè)量系統(tǒng)具有耐高溫、高壓，對(duì)振動(dòng)不敏感，抗干擾能力強(qiáng)，幾乎可以測(cè)量各種工況下的流體的流量，無(wú)需單獨(dú)標(biāo)定即可直接使用等其它流量計(jì)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，故在火電廠流量測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。

2 問(wèn)題的提出

在火電廠的生產(chǎn)過(guò)程中有大量的參數(shù)需要連續(xù)不斷監(jiān)測(cè)，流量作為生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)，要求其測(cè)量應(yīng)十分準(zhǔn)確。流量測(cè)量用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)求得了這類標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量與差壓的關(guān)系，以“流量測(cè)量節(jié)流裝置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”的形式公布（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T2624-1993），凡按照此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造和安裝的節(jié)流裝置，其流量和差壓之間的關(guān)系及測(cè)量誤差可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)直接計(jì)算確定，不必經(jīng)過(guò)個(gè)別標(biāo)定即可即可直接使用，這一點(diǎn)是其他流量?jī)x表無(wú)法比擬的。

由于流量測(cè)量的復(fù)雜性，影響流量測(cè)量準(zhǔn)確性的因素很多，在實(shí)際使用過(guò)程中，若沒(méi)有按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)去進(jìn)行安裝和使用，則出現(xiàn)誤差后受某些條件的限制（如高溫高壓場(chǎng)合為防止?jié)B漏采用焊接式節(jié)流裝置，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)法中止等）就很難及時(shí)準(zhǔn)確地找到產(chǎn)生誤差的原因，從而給機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)一定的影響。因此有必要對(duì)其工作原理、使用條件、使用注意事項(xiàng)等進(jìn)行全面的了解。

3 簡(jiǎn)單工作原理

節(jié)流式差壓流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理。若在圓管中與管道軸線垂直方向固定一個(gè)中間具有圓孔而孔徑比管道直徑小的阻擋件，則當(dāng)流體流過(guò)此阻擋件時(shí)，產(chǎn)生局部收縮，部分位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，收縮截面處流體的平均流速增加，靜壓力減小，在阻擋件前后就產(chǎn)生靜壓力差，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流。阻擋件稱節(jié)流件。流體的流量越大，這個(gè)靜壓差也越大，兩者之間成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，測(cè)出節(jié)流件前后的壓差就可間接測(cè)出流體的流量。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流量公式為：

其中：qm——被測(cè)流體通過(guò)節(jié)流件的質(zhì)量流量，kg/s;

d——節(jié)流件最小流通截面處的直徑，m;

ρ1——被測(cè)流體在節(jié)流件上游側(cè)處工作狀態(tài)下的密度，kg/m3;

△p——被測(cè)流體通過(guò)節(jié)流件所產(chǎn)生的差壓，Pa;

α——流量系數(shù)

ε——流束膨脹系數(shù)

4 實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

4.1 安裝要求。（1）各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置前后都有直管段要求，要根據(jù)節(jié)流裝置的種類、上游局部阻力件的形式（查表）確定前后直管段的長(zhǎng)度;（2）節(jié)流件的開(kāi)孔應(yīng)與管道中心同心，節(jié)流裝置端面應(yīng)與管道軸線垂直;（3）夾緊節(jié)流件用的密封墊片和夾緊節(jié)流裝置用的密封墊片，在夾緊后不應(yīng)突入管道內(nèi)壁;（4）對(duì)于新安裝的管道，節(jié)流件必須在管道吹掃、沖洗干凈后才能進(jìn)行安裝。這樣可以防止管道內(nèi)的異物損傷節(jié)流件而影響測(cè)量的精度;（5）對(duì)于測(cè)量蒸汽流量的節(jié)流裝置，在節(jié)流件取壓口處應(yīng)裝設(shè)冷凝器。

4.2? 溫度、壓力補(bǔ)償。（1）被測(cè)介質(zhì)為蒸汽時(shí)。當(dāng)被測(cè)流體參數(shù)（溫度、壓力）與設(shè)計(jì)節(jié)流裝置時(shí)的數(shù)值不一致時(shí)，流量公式中的α、ε、d和ρ1等量都會(huì)發(fā)生變化，這樣就會(huì)產(chǎn)生一定的流量測(cè)量誤差。由于溫度、壓力的變化對(duì)α、ε、d的影響很小，一般情況下可以忽略，所以實(shí)際使用中只考慮密度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。為了保證一定的測(cè)量準(zhǔn)確度，必須進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，其關(guān)系式為：

qmS——實(shí)際工況下的流量值

qmJ——設(shè)計(jì)工況下的流量值

ρ1S——實(shí)際工況下節(jié)流裝置上游側(cè)介質(zhì)密度

ρ1J——設(shè)計(jì)狀態(tài)下節(jié)流裝置上游側(cè)介質(zhì)密度

（2）被側(cè)介質(zhì)為液體時(shí)。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為液體（如水）時(shí)，其密度基本只與溫度有關(guān)，可認(rèn)為是不可壓縮介質(zhì)，忽略壓力引起的密度變化，而僅考慮溫度變化對(duì)密度的影響，若實(shí)際工況溫度與設(shè)計(jì)工況溫度相比變化不大，測(cè)量精度要求不高時(shí)，可以不進(jìn)行補(bǔ)償。否則，則必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

5 實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題分析

5.1 重復(fù)開(kāi)方造成流量誤差近90%。（1）問(wèn)題現(xiàn)象及原因。某公司兩臺(tái)除鹽水泵的額定出力均為100m3/h，在其出口母管的管道上裝有一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量測(cè)量系統(tǒng)，當(dāng)一臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)，流量計(jì)的顯示值為190t/h左右，可以看出此流量測(cè)量值明顯不對(duì)。經(jīng)過(guò)對(duì)變送器及計(jì)算機(jī)中的流量測(cè)量模塊進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)是由于流量測(cè)量值在變送器中開(kāi)方后在計(jì)算機(jī)中再次開(kāi)方造成的。將變送器中的開(kāi)方取消，測(cè)量數(shù)值恢復(fù)正常。（2）原因分析。該節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)為0-350t/h，差壓值為0-25KPa，當(dāng)流量為100t/h時(shí)產(chǎn)生的差壓值為2.041KPa（理論上），產(chǎn)生的電流值經(jīng)變送器開(kāi)方后按照百分比輸出的電流為8.572mA（理論上），經(jīng)計(jì)算機(jī)再次開(kāi)方后顯示的流量值為187.1t/h（理論上），誤差達(dá)90%左右。由此也可以看出差壓值越小，重復(fù)開(kāi)方后產(chǎn)生的誤差越大。

5.2 安裝時(shí)，墊片突入管道內(nèi)造成流量數(shù)值偏小。（1）問(wèn)題現(xiàn)象及原因。一除鹽水管道，其上裝有一套由標(biāo)準(zhǔn)孔板、差壓變送器、DCS系統(tǒng)組成的流量測(cè)量系統(tǒng)，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)其流量值偏小。經(jīng)反復(fù)檢查，差壓變送器，DCS系統(tǒng)均沒(méi)問(wèn)題，前后直管段也符合要求，唯一可能存在問(wèn)題的地方就只有節(jié)流裝置。于是，決定將節(jié)流裝置由管道上取下進(jìn)行檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，上游側(cè)夾緊節(jié)流裝置的墊片突入管道內(nèi)較多。更換墊片重新安裝后，流量數(shù)值恢復(fù)正常。（2）原因分析。墊片突入管道內(nèi)，就相當(dāng)于一個(gè)節(jié)流裝置，形成二次節(jié)流。當(dāng)介質(zhì)通過(guò)它時(shí)介質(zhì)的靜壓力降低，而差壓變送器的正壓側(cè)的取樣口正處在此處，從而導(dǎo)致送至差壓變送器的介質(zhì)靜壓的差壓值較實(shí)際值偏小，進(jìn)一步導(dǎo)致流量測(cè)量值偏小。

5.3 壓力補(bǔ)償點(diǎn)設(shè)置錯(cuò)誤造成流量數(shù)值偏大。（1）問(wèn)題現(xiàn)象及原因。一臺(tái)12MW抽凝式汽輪機(jī)，當(dāng)其運(yùn)行過(guò)程中抽汽時(shí)，發(fā)現(xiàn)抽汽流量與凝結(jié)水流量之和大于汽輪機(jī)的進(jìn)汽流量。汽輪機(jī)純凝時(shí)根據(jù)其所帶的電負(fù)荷量并查其工況曲線，證明進(jìn)汽流量計(jì)是準(zhǔn)確的，且凝結(jié)水流量和進(jìn)汽流量相吻合。由此看出抽汽流量的測(cè)量存在問(wèn)題。經(jīng)檢查，變送器及節(jié)流裝置均沒(méi)問(wèn)題。進(jìn)入DCS的流量測(cè)量模塊進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)用于壓力補(bǔ)償?shù)膲毫c(diǎn)選擇錯(cuò)誤，將本應(yīng)選在抽汽減壓閥后的壓力點(diǎn)選在了抽汽減壓閥前。（2）原因分析。抽汽減壓閥前蒸汽的壓力為0.98MPa，溫度為310度，其對(duì)應(yīng)的密度為4.58kg/m3，抽汽減壓閥后蒸汽的壓力為0.6MPa，溫度為310度，其對(duì)應(yīng)的密度為2.64kg/m3，由于二者密度相差很大 ，當(dāng)用4.58kg/m3進(jìn)行密度補(bǔ)償時(shí)，若被測(cè)流量為100t/h，則誤差達(dá)到了30%左右。

6 結(jié)束語(yǔ)

以上分析的問(wèn)題實(shí)例似乎并不包含什么高深的道理，但都是在實(shí)際工作中確實(shí)存在并容易忽視的問(wèn)題。由此可以看出，只有嚴(yán)格按照節(jié)流裝置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行安裝、使用，并注意使用中的細(xì)節(jié)，才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王建中，孫淮清，流量測(cè)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社

[2] 朱德祥，張廷柱，流量?jī)x表原理和應(yīng)用 ，華東化工學(xué)院出版社

作者簡(jiǎn)介：王健? 徐州華潤(rùn)電力有限公司 技術(shù)支持部 熱控高級(jí)專業(yè)師