標準節(jié)流裝置流量測量系統(tǒng)應用及問題分析

摘 要：針對目前火電廠使用最廣泛的標準節(jié)流裝置流量測量系統(tǒng)，介紹了其工作原理和使用時應注意的問題，并對實際應用中出現(xiàn)的問題進行了分析。

關鍵詞：標準節(jié)流裝置;原理;應用;問題分析

1 概述

在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，流量是需要經(jīng)常測量和控制的重要參數(shù)之一。在火電廠的熱力生產(chǎn)過程中，需要連續(xù)監(jiān)視水、汽等的流量，因為流體的流量直接反映設備的效率、負荷高低等運行情況，因此，精確測量連續(xù)監(jiān)視水、汽等流體的流量，對于熱力設備的安全、經(jīng)濟運行有著重要意義。由于采用標準節(jié)流裝置構成的流量測量系統(tǒng)具有耐高溫、高壓，對振動不敏感，抗干擾能力強，幾乎可以測量各種工況下的流體的流量，無需單獨標定即可直接使用等其它流量計無可比擬的優(yōu)點，故在火電廠流量測量中得到了廣泛應用。

2 問題的提出

在火電廠的生產(chǎn)過程中有大量的參數(shù)需要連續(xù)不斷監(jiān)測，流量作為生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)，要求其測量應十分準確。流量測量用標準節(jié)流裝置經(jīng)過大量的試驗求得了這類標準節(jié)流裝置流量與差壓的關系，以“流量測量節(jié)流裝置國家標準”的形式公布（標準號為GB/T2624-1993），凡按照此標準設計、制造和安裝的節(jié)流裝置，其流量和差壓之間的關系及測量誤差可按國家標準直接計算確定，不必經(jīng)過個別標定即可即可直接使用，這一點是其他流量儀表無法比擬的。

由于流量測量的復雜性，影響流量測量準確性的因素很多，在實際使用過程中，若沒有按照有關的標準去進行安裝和使用，則出現(xiàn)誤差后受某些條件的限制（如高溫高壓場合為防止?jié)B漏采用焊接式節(jié)流裝置，生產(chǎn)過程無法中止等）就很難及時準確地找到產(chǎn)生誤差的原因，從而給機組的安全、經(jīng)濟運行帶來一定的影響。因此有必要對其工作原理、使用條件、使用注意事項等進行全面的了解。

3 簡單工作原理

節(jié)流式差壓流量計是基于流體流動的節(jié)流原理。若在圓管中與管道軸線垂直方向固定一個中間具有圓孔而孔徑比管道直徑小的阻擋件，則當流體流過此阻擋件時，產(chǎn)生局部收縮，部分位能轉(zhuǎn)化為動能，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，這個靜壓差也越大，兩者之間成一一對應的關系，測出節(jié)流件前后的壓差就可間接測出流體的流量。標準節(jié)流裝置的流量公式為：

其中：qm——被測流體通過節(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——被測流體在節(jié)流件上游側處工作狀態(tài)下的密度，kg/m3;

△p——被測流體通過節(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 實際應用中應注意的幾個問題

4.1 安裝要求。（1）各標準節(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度;（2）節(jié)流件的開孔應與管道中心同心，節(jié)流裝置端面應與管道軸線垂直;（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，在夾緊后不應突入管道內(nèi)壁;（4）對于新安裝的管道，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)流件而影響測量的精度;（5）對于測量蒸汽流量的節(jié)流裝置，在節(jié)流件取壓口處應裝設冷凝器。

4.2? 溫度、壓力補償。（1）被測介質(zhì)為蒸汽時。當被測流體參數(shù)（溫度、壓力）與設計節(jié)流裝置時的數(shù)值不一致時，流量公式中的α、ε、d和ρ1等量都會發(fā)生變化，這樣就會產(chǎn)生一定的流量測量誤差。由于溫度、壓力的變化對α、ε、d的影響很小，一般情況下可以忽略，所以實際使用中只考慮密度變化對測量結果的影響。為了保證一定的測量準確度，必須進行溫度、壓力補償，其關系式為：

qmS——實際工況下的流量值

qmJ——設計工況下的流量值

ρ1S——實際工況下節(jié)流裝置上游側介質(zhì)密度

ρ1J——設計狀態(tài)下節(jié)流裝置上游側介質(zhì)密度

（2）被側介質(zhì)為液體時。當被測介質(zhì)為液體（如水）時，其密度基本只與溫度有關，可認為是不可壓縮介質(zhì)，忽略壓力引起的密度變化，而僅考慮溫度變化對密度的影響，若實際工況溫度與設計工況溫度相比變化不大，測量精度要求不高時，可以不進行補償。否則，則必須進行溫度補償。

5 實際應用中的問題分析

5.1 重復開方造成流量誤差近90%。（1）問題現(xiàn)象及原因。某公司兩臺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準節(jié)流裝置流量測量系統(tǒng)，當一臺水泵運行時，流量計的顯示值為190t/h左右，可以看出此流量測量值明顯不對。經(jīng)過對變送器及計算機中的流量測量模塊進行檢查，發(fā)現(xiàn)是由于流量測量值在變送器中開方后在計算機中再次開方造成的。將變送器中的開方取消，測量數(shù)值恢復正常。（2）原因分析。該節(jié)流裝置的設計參數(shù)為0-350t/h，差壓值為0-25KPa，當流量為100t/h時產(chǎn)生的差壓值為2.041KPa（理論上），產(chǎn)生的電流值經(jīng)變送器開方后按照百分比輸出的電流為8.572mA（理論上），經(jīng)計算機再次開方后顯示的流量值為187.1t/h（理論上），誤差達90%左右。由此也可以看出差壓值越小，重復開方后產(chǎn)生的誤差越大。

5.2 安裝時，墊片突入管道內(nèi)造成流量數(shù)值偏小。（1）問題現(xiàn)象及原因。一除鹽水管道，其上裝有一套由標準孔板、差壓變送器、DCS系統(tǒng)組成的流量測量系統(tǒng)，運行中發(fā)現(xiàn)其流量值偏小。經(jīng)反復檢查，差壓變送器，DCS系統(tǒng)均沒問題，前后直管段也符合要求，唯一可能存在問題的地方就只有節(jié)流裝置。于是，決定將節(jié)流裝置由管道上取下進行檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，上游側夾緊節(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)值恢復正常。（2）原因分析。墊片突入管道內(nèi)，就相當于一個節(jié)流裝置，形成二次節(jié)流。當介質(zhì)通過它時介質(zhì)的靜壓力降低，而差壓變送器的正壓側的取樣口正處在此處，從而導致送至差壓變送器的介質(zhì)靜壓的差壓值較實際值偏小，進一步導致流量測量值偏小。

5.3 壓力補償點設置錯誤造成流量數(shù)值偏大。（1）問題現(xiàn)象及原因。一臺12MW抽凝式汽輪機，當其運行過程中抽汽時，發(fā)現(xiàn)抽汽流量與凝結水流量之和大于汽輪機的進汽流量。汽輪機純凝時根據(jù)其所帶的電負荷量并查其工況曲線，證明進汽流量計是準確的，且凝結水流量和進汽流量相吻合。由此看出抽汽流量的測量存在問題。經(jīng)檢查，變送器及節(jié)流裝置均沒問題。進入DCS的流量測量模塊進行檢查，發(fā)現(xiàn)用于壓力補償?shù)膲毫c選擇錯誤，將本應選在抽汽減壓閥后的壓力點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，其對應的密度為4.58kg/m3，抽汽減壓閥后蒸汽的壓力為0.6MPa，溫度為310度，其對應的密度為2.64kg/m3，由于二者密度相差很大 ，當用4.58kg/m3進行密度補償時，若被測流量為100t/h，則誤差達到了30%左右。

6 結束語

以上分析的問題實例似乎并不包含什么高深的道理，但都是在實際工作中確實存在并容易忽視的問題。由此可以看出，只有嚴格按照節(jié)流裝置國家標準的要求進行安裝、使用，并注意使用中的細節(jié)，才能保證測量的準確性。

參考文獻

[1] 王建中，孫淮清，流量測量節(jié)流裝置設計手冊，化學工業(yè)出版社

[2] 朱德祥，張廷柱，流量儀表原理和應用 ，華東化工學院出版社

作者簡介：王健? 徐州華潤電力有限公司 技術支持部 熱控高級專業(yè)師