[導(dǎo)讀] 介紹了差壓式流量測(cè)量裝置的測(cè)量原理，對(duì)差壓式流量測(cè)量裝置中的孔板與均速管做了深入比較，論述了插入式流量探頭在電廠運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)以及保證探頭安全精確使用的條件和注意事項(xiàng)。
隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，各種高效率的新技術(shù)、新工藝不斷被投入使用。先進(jìn)的工藝需要高精度的控制和測(cè)量相配合。對(duì)鍋爐及汽機(jī)中的蒸汽、水、煙、風(fēng)各種介質(zhì)流量的全面精確計(jì)量，是保證機(jī)組安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要條件之一。
流量測(cè)量產(chǎn)品的種類繁多，按照最廣泛的分類可以分為：容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)等。各種流量計(jì)都有各自的特點(diǎn)，沒(méi)有一種測(cè)量方式或流量計(jì)能對(duì)各種流體及各種流動(dòng)工況都能適應(yīng)。不同的測(cè)量方式和結(jié)構(gòu)，要求不同的測(cè)量操作、使用方法和使用條件。每種流量計(jì)都有它特有的優(yōu)缺點(diǎn)，因此，在對(duì)各種測(cè)量方式和儀表特性做全面了解比較的基礎(chǔ)上選擇適合于具體生產(chǎn)特點(diǎn)的、既安全可靠又經(jīng)濟(jì)耐用的最佳流量測(cè)量產(chǎn)品。
1 差壓式流量測(cè)量孔板與均速管的比較
1.1 差壓式流量測(cè)量裝置種類
目前，工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的還是差壓式流量測(cè)量，差壓式的主流產(chǎn)品為節(jié)流式(孔板、文丘里管等)和動(dòng)壓頭式(均速管)。
利用差壓原理進(jìn)行流量測(cè)量是當(dāng)今工程領(lǐng)域中最經(jīng)典可靠的流量檢測(cè)方式，差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)計(jì)算流量。差壓式流量計(jì)由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測(cè)件形式對(duì)差壓式流量計(jì)分類，如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。
管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的壓差越大，對(duì)于差壓變送器選型和成本越有益處，對(duì)于測(cè)量精度也有好處。但是由于流量測(cè)量裝置通常是根據(jù)流量大小選擇收縮比(孔板、噴嘴)，因此提高差壓的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生壓損增加的問(wèn)題。管道里的永久壓力損失增加使得需要增加管道動(dòng)力，這需要大功率的風(fēng)機(jī)、水泵等，增加了能源的消耗，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本增加。
差壓式流量計(jì)的代表產(chǎn)品為孔板，因?yàn)槿藗儗?duì)它的安裝、使用、檢修非常熟悉，且孔板易于復(fù)制，簡(jiǎn)單、牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長(zhǎng)，價(jià)格低廉，因此長(zhǎng)期來(lái)應(yīng)用普遍。但孔板使用時(shí)間一長(zhǎng)，精度會(huì)急劇下降，需要進(jìn)行定期檢測(cè)和清洗。
1.2 均速管流量計(jì)測(cè)量原理
均速管流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量某一直徑上的流速取代孔板的截面流速，隨著均速管截面技術(shù)和開(kāi)孔技術(shù)的不斷發(fā)展，其測(cè)量精度不斷提高。德國(guó)的Systec-Controls公司與德國(guó)著名的Erlangen大學(xué)聯(lián)合推出的德?tīng)査途俟芰髁坑?jì)采用了流線形管狀設(shè)計(jì)，流量檢測(cè)是通過(guò)插入介質(zhì)管道中均速管上的兩排不均勻分布的取壓孔來(lái)檢測(cè)由流體所產(chǎn)生的差壓，得出一個(gè)由平均流速所產(chǎn)生的平均差壓，并將這個(gè)差壓通過(guò)接口傳送給變送器。通過(guò)多個(gè)不均勻的取壓孔，能盡量真實(shí)地反映管道中的平均流速。使得其不僅在流量測(cè)量上保持了高精度、高強(qiáng)度和大量程比，還使得管道壓損大大降低。使用插入式流量探頭與使用孔板相比，由于管道壓損的降低，其經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。同時(shí)特有的探頭設(shè)計(jì)能同時(shí)滿足壓損小和差壓大的要求，方便變送器的選型。
取單點(diǎn)信號(hào)的插入式流量傳感器(如插入式渦輪、渦街、電磁等)檢測(cè)管道中的某一點(diǎn)的流速，然后通過(guò)經(jīng)驗(yàn)圖表上的流速剖面來(lái)分析這個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，推斷出平均流速。管道、流體等綜合情況復(fù)雜多變，大多是非定型的速度剖面，用一點(diǎn)的測(cè)量值來(lái)代替平均流速是不準(zhǔn)確的，直接導(dǎo)致測(cè)量精度差，重復(fù)性低。
1.3 德?tīng)査土髁刻筋^優(yōu)點(diǎn)
(1)可測(cè)量多種介質(zhì)，應(yīng)用范圍廣，受物性及管道特性的影響極小。口徑范圍可以從3mm到15m；高溫高壓探頭可以工作在650℃，28MPa的蒸汽環(huán)境下，如選擇1.4828，X15CrNISi20-12型探頭，其工作溫度可以高達(dá)1040℃；還可選擇1.4539(A904合金，X1NiCrMoCu25-20-5)和HC4型探頭，工作在具有SO，SO2的煙氣或者強(qiáng)酸強(qiáng)堿介質(zhì)中。
德?tīng)査土髁刻筋^可用于：①各類氣體測(cè)量，包括空氣、潮濕氣體、凈化前和凈化后的各種煙氣、高溫?zé)煔?、壓縮空氣、一次風(fēng)、二次風(fēng)等；②各類蒸汽測(cè)量，包括蒸汽、飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽；③各類液體測(cè)量，包括水、燃油及苯類等。
(2)精度高，重復(fù)性好，量程比大(1：30)。德?tīng)査土髁刻筋^開(kāi)孔非均布，開(kāi)孔點(diǎn)均基于計(jì)算軟件復(fù)雜的運(yùn)算，根據(jù)管徑、介質(zhì)和主要工藝參數(shù)確定制造參數(shù)。探頭測(cè)量精度的提高使被測(cè)參數(shù)的調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)。
(3)探頭取壓孔設(shè)計(jì)防堵特性。探頭開(kāi)孔最大8mm，只要介質(zhì)中塵?；蝾w粒不大于130mg/m3，就不需要維護(hù)及吹掃。加裝氮?dú)獯祾吖苈房蓪?duì)大管道的高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、燒結(jié)煙氣等高含塵氣體進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。
(4)流線型探頭腔設(shè)計(jì)，測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定、波動(dòng)小。且前后取壓孔的數(shù)量和分布完全對(duì)稱，不怕裝反，還可以實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)量。
(5)管道永久性壓損很小，對(duì)直管段要求低。插入式流量探頭在很短的直管段內(nèi)(前4D，后3D)就能保證1%的精確度，且采用非收縮節(jié)流設(shè)計(jì)，比孔板的永久壓損至少低了90%以上。
(6)安裝費(fèi)用低，基本免維護(hù)，并可在線安裝維修。
2 德?tīng)査土髁刻筋^在主蒸汽測(cè)量和熱網(wǎng)改造的使用
德?tīng)査土髁刻筋^應(yīng)用廣泛，在300MW/600MW大型火電機(jī)組中已大量使用，在江蘇田灣核電站上對(duì)飽和蒸汽的測(cè)量更證明了其安全性及測(cè)量精度。
德?tīng)査土髁刻筋^在主蒸汽測(cè)量和熱網(wǎng)改造有其特有的微壓損節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。
(1)主蒸汽流量的精確測(cè)量是為了滿足機(jī)組檢測(cè)和控制的要求，通過(guò)精確的蒸汽測(cè)量，來(lái)調(diào)節(jié)汽機(jī)的出力。一般300MW/600MW單元機(jī)組的主蒸汽流量是通過(guò)間接方法測(cè)量的，即測(cè)量汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力，根據(jù)主機(jī)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)學(xué)模型來(lái)推導(dǎo)蒸汽的做功能力。主蒸汽流量測(cè)量精度不僅取決于數(shù)學(xué)模型的正確性和精度以及傳感器的精度，汽輪機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行工況的變化、參數(shù)測(cè)點(diǎn)的安裝位置及測(cè)得參數(shù)是否具有代表性，都會(huì)影響到測(cè)量的準(zhǔn)確程度，其計(jì)算精度很難滿足運(yùn)行要求。
若設(shè)置主蒸汽流量測(cè)量，則其流量測(cè)量點(diǎn)要置于汽機(jī)前面，高溫、高壓和高流量，如果出現(xiàn)探頭斷裂，對(duì)后面汽輪機(jī)的損壞后果將不堪設(shè)想。德?tīng)査透邷馗邏旱牧髁繙y(cè)量元件最高應(yīng)用場(chǎng)合是69MPa，1200℃，探頭選型是根據(jù)管道的最高壓力和最高溫度通過(guò)相應(yīng)的軟件在線計(jì)算自動(dòng)生成，具有較高安全系數(shù)。在高溫高壓工況下，德?tīng)査吞筋^材料選用1.4828，其材料和制造工藝確保設(shè)計(jì)壽命可達(dá)到20萬(wàn)h，可長(zhǎng)期用于650℃以下的高溫蒸汽場(chǎng)合，完全可對(duì)汽輪機(jī)前的主蒸汽流量直接測(cè)量。對(duì)于主蒸汽流量測(cè)量，在探頭出口均配有冷凝壺，使高溫蒸汽在冷凝壺內(nèi)迅速降溫(下端為冷凝水，上端為蒸汽)，在正常運(yùn)行介質(zhì)溫度達(dá)到550℃時(shí)，能夠保護(hù)截止閥和差壓變送器免受高溫的影響，確保流量測(cè)量的可靠進(jìn)行。由于出廠時(shí)就將冷凝壺焊接和試壓好，所以用戶對(duì)一體化的產(chǎn)品只需安裝三閥組和變送器，分體的產(chǎn)品則在截止閥之后焊接分體引壓管，這樣減少了高溫高壓引起的泄露現(xiàn)象和現(xiàn)場(chǎng)的工作量。德?tīng)査土髁坑?jì)由于壓損小，使鍋爐提高了產(chǎn)汽量，也使鍋爐和蒸汽輸送管道的運(yùn)行更加安全可靠。
德?tīng)査土髁坑?jì)直接測(cè)量高溫高壓主蒸汽流量在歐洲已經(jīng)廣泛應(yīng)用，自從投用以來(lái)，已有數(shù)百個(gè)高溫高壓應(yīng)用實(shí)例，在國(guó)內(nèi)也逐步被認(rèn)可并大量使用。
(2)流量?jī)x表的測(cè)量是供熱系統(tǒng)計(jì)量收費(fèi)的依據(jù)，因此要求流量計(jì)具有較高的測(cè)量精度。以往在熱網(wǎng)計(jì)量中使用較多的是孔板流量計(jì)和超聲波流量計(jì)，而近來(lái)德?tīng)査土髁坑?jì)在熱網(wǎng)蒸汽和循環(huán)水的應(yīng)用也越來(lái)越多。不僅由于其計(jì)量精度完全能滿足對(duì)熱網(wǎng)蒸汽和循環(huán)熱水的計(jì)量要求，而且當(dāng)管道溫度低于100℃、壓力小于1MPa時(shí)，可對(duì)現(xiàn)有管道實(shí)施帶壓開(kāi)孔及安裝等操作，非常適合熱網(wǎng)等技術(shù)改造項(xiàng)目。德?tīng)査土髁坑?jì)可選用在線插拔的流量探頭，滿足了長(zhǎng)期不能停氣的管線在線拆除和維修探頭的需要，解決了孔板等計(jì)量裝置安裝和維護(hù)困難的問(wèn)題。
熱網(wǎng)應(yīng)用中常見(jiàn)的幾種流量計(jì)主要性能指標(biāo)比較見(jiàn)表1。
3 流量計(jì)安裝使用
均速管流量計(jì)是高精度傳感器，能在相當(dāng)復(fù)雜的工況下正常工作，并保持良好的性能。為了達(dá)到最佳性能，需對(duì)流量計(jì)進(jìn)行合理的安裝和維護(hù)。在選用該產(chǎn)品時(shí)一定要把測(cè)量管的內(nèi)徑提供準(zhǔn)確。因?yàn)樵O(shè)計(jì)探頭取壓孔的分布是按管道中心計(jì)算的，管內(nèi)徑如有較大誤差時(shí)，會(huì)造成探頭與被測(cè)管道不同心而引起較大的測(cè)量誤差。作為計(jì)量用的流量計(jì)建議選用滿管插入的探頭，尤其在直管段不滿足要求時(shí)更應(yīng)這樣。均速管是通過(guò)測(cè)量某一直徑上的流速取代孔板的截面流速，而不同直徑線上的流速是不完全相同 的(除非它所在位置的直管段足夠長(zhǎng))，因此若安裝位置和方向不合適將導(dǎo)致無(wú)效測(cè)量或者沒(méi)有精度的測(cè)量，故在選型時(shí)，需根據(jù)安裝條件進(jìn)行理論分析和計(jì)算，選擇合適的安裝位置和安裝方法，以達(dá)到最佳效果。流量計(jì)探頭安裝建議在廠家指導(dǎo)下安裝，以防止由于探頭安裝原因引起測(cè)量大幅度誤差。