摘要：差(chà)壓式流量測(cè)量是電廠流(liu)量測量的重(zhòng)要方式，通過(guo)流量孔闆與(yǔ) 差壓變送器(qì) 配合使用，可(kě)直接産生4mADC～20mADC的(de)标準電流信(xìn)号送控制系(xì)統。一直以來(lai)，管道差壓式(shì)流量計 以其(qí)簡單、可靠的(de)特性廣泛應(ying)用于各個系(xì)統的管線流(liú)🙇🏻量測💛量，本文(wén)結合秦二廠(chǎng)現場設備改(gai)造過程，深入(rù)🐅分析了差壓(yā)式流量計在(zai)對含氣泡液(ye)體流量測量(liang)過程中産生(shēng)波動的具體(tǐ)原因，并提出(chu)具有針🌈對性(xing)的改進措施(shi)，有效提升了(le)🈚差壓式流😍量(liàng)測量的🔆穩定(ding)性。
　　秦二廠安(ān)全殼噴淋系(xi)統（EAS）噴淋流量(liang)變送器，通過(guo)測得安噴管(guan)線上流量孔(kǒng)闆兩側的差(cha)壓來實現噴(pēn)淋流量的測(ce)量及💛遠傳功(gong)能，該變送器(qì)爲事故後監(jian)測💁系統儀表(biǎo)。該變送器爲(wèi)EAS系統直接噴(pen)淋流量與循(xun)環噴淋流量(liang)⛱️的差壓流量(liàng)測量變送器(qì)，現場測得參(cān)數并經處理(li)後遠傳至主(zhu)控室。
　　在進行(hang)涉及該流量(liang)計的零流量(liang)現場試驗時(shi)，多次出現🔞停(ting)泵🍉後流量數(shù)據波動的情(qíng)況，波動幅度(du)超出誤差許(xǔ)可👈範圍。爲保(bǎo)證現場設備(bèi)可用，本文從(cóng)測量結果波(bō)動這一問題(tí)着手，深入剖(pou)析波動産生(shēng)的原因，并提(ti)出對應的解(jiě)決方案，應用(yong)至現場🎯後，取(qǔ)得了良好的(de)成效
1故障現(xian)象及故障處(chù)理
1.1故障現象(xiàng)
　　安噴系統零(ling)流量實驗期(qī)間，曾多次出(chū)現小流量指(zhi)示波動的情(qíng)況，曾有過1個(ge)月内連續觸(chù)發3次波動的(de)情況發生，其(qí)波動方式爲(wèi)🌈在停泵後出(chū)現短時間的(de)波動峰（如圖(tu)1所示）。圖1中綠(lǜ)色曲線爲流(liú)量，藍色曲線(xian)爲泵軸承溫(wen)度，啓泵期間(jian)流量指示正(zhèng)常🏃，而在停泵(beng)後（藍色曲線(xiàn)開始下行，證(zheng)🤞明已停泵成(chéng)功）又出現了(le)🐅兩次大的波(bo)📞動值，較大的(de)一次🐉波動值(zhí)約爲正🏃🏻‍♂️常啓(qi)泵期間流量(liàng)值的1/4，明顯已(yǐ)遠超誤差許(xu)可範圍。
 
1.2故障(zhang)處理
　　針對這(zhè)一故障，現場(chǎng)多采用充水(shui)排氣方式進(jin)行處理，對儀(yi)表進行充水(shuǐ)排氣并校準(zhǔn)後，在一段時(shi)間内儀表的(de)測量穩✏️定性(xing)會有所提高(gāo)，然而在進行(háng)多次試驗後(hòu)（該管線在機(jī)組⭕運行期間(jian)不投❗運），流量(liàng)波動的情況(kuàng)又會出現。經(jīng)🔞統計，近3年☀️内(nèi)對單個變送(song)器校驗（含充(chōng)水排氣）的工(gong)作次數多達(da)7次。從現場實(shí)際效果來看(kàn)，充水排氣具(ju)有見效快、操(cāo)作容易等優(you)點，但✊屬于一(yī)種治标不治(zhì)本的辦法，對(duì)于應用于事(shì)故期🤩間🐕及事(shi)故後處理的(de)安全殼噴淋(lín)系統來說，每(měi)次使用前進(jìn)行🏃‍♂️人爲校驗(yan)的行爲是不(bu)現實的。
2背景(jing)介紹
2.1差壓式(shi)流量計測量(liang)原理
　　差壓式(shi)流量測量方(fang)式基于伯努(nǔ)利方程和連(lian)續性原理🔴，通(tōng)過測量液體(ti)流經節流元(yuan)件時産生的(de)壓力🙇🏻變化，從(cóng)而計算出流(liu)體流量[2]。推導(dǎo)爲：
　　已知流體(ti)密度ρ；流體管(guan)道前後截面(mian)積A1、A2；截面處流(liu)體流速v1、v2；壓強(qiang)p1、p2。根據不可壓(yā)縮理想流體(tǐ)的伯努利方(fāng)程😘：
 
和流體連(lian)續性方程：
 
　　其(qi)中，A0爲孔闆開(kāi)孔面積，μ爲流(liú)束收縮系數(shù)（A2=μA0），d爲節流孔直(zhi)徑，D爲管道内(nèi)徑。
　　上述方程(cheng)均建立在流(liú)體不可壓縮(suō)及流體動量(liàng)守🧡恒的基礎(chǔ)🌍之上。事實上(shang)，由于流體存(cún)在摩擦力和(he)黏性，其動量(liàng)有所損失，而(er)孔闆前後流(liú)體由于具備(bei)可👄壓縮性，前(qian)後密度并不(bu)相同，故引入(ru)流量系數α和(hé)膨脹系數ε（對(duì)🌂于不可壓💁縮(suo)流體，其ε爲1），并(bìng)得到孔闆前(qian)後🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的實際壓(yā)差爲Δp=p1-p2，實際密(mì)度♈ρ2=ερ1=ερ，得到可壓(ya)縮的實際流(liú)體方程：
 
可以(yi)看出：流量與(yǔ)差壓的平方(fāng)根成線性關(guān)系，即q∝√∆p。
　　上述公(gōng)式作爲差壓(ya)式流量測量(liàng)的理論基礎(chǔ)，其結論決定(ding)了差壓式流(liú)量計的硬件(jiàn)組成，對于現(xian)場應用來說(shuō)，主要的組成(cheng)元件包含節(jiē)流元件、引壓(ya)管線及差壓(ya)變送器。差壓(ya)式流量計可(ke)以采用的節(jie)流元件包含(hán)标♻️準孔闆、節(jie)流擋闆、文丘(qiū)裏管等，而在(zai)現場使用的(de)設備❌中則以(yǐ)标準🌈孔闆居(jū)多。秦二廠安(an)噴系統現場(chang)使用的💞正是(shì) 标準孔闆型(xíng)差壓流量計(ji) 。
2.2現場布置情(qíng)況
　　秦二廠安(an)全殼噴淋系(xì)統（EAS）噴淋流量(liàng)變送器，通過(guo)測🔆得♋安噴💜管(guan)線♈上流量孔(kong)闆兩側的差(cha)壓來實現噴(pen)淋流量的測(ce)量及遠傳功(gong)能💘。
　　現場儀表(biǎo)安裝于管道(dao)側方，通過引(yin)壓管線自孔(kǒng)闆兩🧑🏾‍🤝‍🧑🏼側📱接入(ru)🤩管🌈道，對孔闆(pan)前後兩側的(de)差壓值進行(háng)測量，并送出(chu)4mADC～20mADC标準電流信(xìn)号至控制與(yu)監測系統，在(zài)控制櫃系統(tong)中通過開方(fāng)卡件與線性(xìng)運🔅算卡件處(chu)理，即可直接(jiē)得到流量值(zhí)。
　　現場采用的(de)差壓式變送(sòng)器，測量範圍(wei)0kPa～60kPa，精度0.25，通過約(yue)6m長的❌引🐪壓🔞管(guan)線由孔闆引(yin)入變送器進(jin)行測量，如圖(tu)2所示。
 
　　對國内同(tong)類型電廠該(gāi)儀表的使用(yòng)情況進行調(diao)研，發現該問(wen)題在大部分(fèn)同型号電站(zhàn)中均有存在(zài)，屬于共性問(wen)題，解決方案(àn)也🔞多爲充水(shuǐ)排氣操作。本(ben)文💁所讨論的(de)解決♊方案具(jù)備推廣價值(zhí)。
2.3不穩定性原(yuán)因分析
1）安噴(pen)泵作用原理(lǐ)分析
　　該表計(ji)用于測量安(an)噴管線内流(liú)量，安噴管線(xian)在機組正常(chang)運行💚期間無(wu)流量，隻有在(zài)試驗期間，該(gai)表計才會起(qi)到測量的作(zuo)用，此時管線(xiàn)内液體來源(yuan)爲安♊全殼噴(pen)淋泵泵送的(de)含硼水，安噴(pēn)泵爲🈲葉片式(shi)立式筒形泵(bèng)，泵揚程爲131m，最(zui)大入口壓力(lì)0.385MPa，在試驗過程(cheng)中，因氫氧化(huà)鈉虹吸管線(xiàn)破壞帶入空(kōng)氣，噴射泵将(jiāng)氫氧💜化鈉輸(shū)送管🈚線🐪中的(de)空氣吸入安(an)噴管線内，氣(qì)♋體以氣泡的(de)形🔞式存在于(yu)液體管線中(zhong)，并随着液體(tǐ)進入引壓管(guan)線。考慮到對(duì)于儀表充水(shuǐ)排氣🔴可☀️以短(duan)期消除儀表(biao)測量不穩定(dìng)問題的情況(kuàng)，不能排除測(ce)量不穩定的(de)原因爲儀表(biao)管線中含氣(qì)泡。而事✌️實上(shàng)，爲消除儀表(biao)管線♌含氣泡(pào)對于儀表測(ce)量穩定性的(de)影響，引壓🍓管(guan)線上安裝有(you)集氣罐，但由(you)于引壓管線(xiàn)長度較長（約(yuē)6m），集😍氣罐并不(bú)能起到良好(hǎo)的除氣作用(yòng)。
2）曆史故障記(jì)錄分析
　　經查(chá)詢曆史記錄(lù)，除了零流量(liàng)試驗停泵後(hòu)該表波動外(wài)，也曾出現過(guò)機組正常運(yun)行期間該表(biǎo)計出現小流(liú)量波動的👅情(qing)況♌，如圖3所示(shi)。從圖3中可以(yi)看到，該波動(dòng)持⛹🏻‍♀️續一段較(jiao)長時間後，經(jīng)約5min的最大量(liang)程指示🏃‍♂️（故障(zhang)處理工作期(qī)間斷開儀表(biao)），儀表指示複(fu)原，期間管線(xian)内不存在液(yè)體流動的情(qing)況（功率運行(hang)期間安噴泵(beng)不啓動），查🔅詢(xún)曆史工作記(jì)錄可以發現(xian)，對該故✂️障采(cai)用充🥵水排氣(qì)的方法進行(hang)了處理，這一(yī)故障不同于(yú)大多數情況(kuang)下的零流量(liàng)試驗停泵後(hòu)流量波動的(de)産生條件，但(dan)其故障表現(xiàn)、故障處理方(fang)式🚩及故障處(chù)理結果均有(you)相似之🐉處。
 
3）引(yin)壓管線因素(su)分析
　　作爲差(cha)壓式流量計(ji)的測量儀表(biao)，差壓式變送(song)器的測量範(fan)圍😘本身較小(xiao)（0kPa～60kPa），需要較高的(de)測量精度與(yǔ)測量靈敏度(du)，管線内氣體(tǐ)擾動、氣體憋(biē)壓等情況均(jun1)會造成力變(bian)送器的測量(liàng)不🌏穩定，而🌈在(zai)安噴管線中(zhōng)，氣體通過氣(qi)泡的形式存(cún)💘在，氣泡流動(dòng)與彙聚均有(yǒu)可能引發管(guan)線内壓力波(bo)動。在安噴泵(beng)正常工作期(qī)間，由于管線(xiàn)内流量較大(dà)，差壓本身較(jiao)高，擾動造成(chéng)的影響較小(xiao)，而停泵後主(zhu)管線内液體(ti)停止流動，引(yin)壓管線中的(de)氣體開始移(yi)動，這一過程(cheng)中，氣♉泡的流(liu)動、彙📐聚與破(po)裂❓均有可能(neng)引發管線内(nèi)壓力波動，殘(cán)留氣體引發(fā)的壓力波動(dong)與憋壓情況(kuang)造成了停泵(bèng)之後🏃🏻‍♂️的流量(liàng)波動情況[1]。
4）信(xìn)号處理回路(lu)分析
　　在流量(liang)測量的過程(chéng)中，信号經開(kai)方卡件處理(li)，開方卡件具(jù)有小信号切(qie)除功能，當輸(shū)入信号小于(yu)0.075V時，輸出保持(chí)爲💋0。
　　由開方運(yùn)算關系式可(kě)知，對于輸入(ru)信号爲0.075～0.999之間(jiān)的電壓值，經(jing)開方卡件處(chù)理後，其輸出(chu)值大于輸入(ru)值✊。換言之，輸(shu)入值低于滿(man)量程1/10的信号(hào)值經由開方(fāng)卡件運算後(hou)，如有輸出，其(qí)輸出會大于(yu)原輸入值，由(yóu)于差壓值與(yǔ)變送器輸出(chu)電流之間滿(mǎn)足線🔴性輸出(chū)關🤩系，且I-V卡件(jian)爲線性轉換(huan)關系，易知變(bian)送器測量差(chà)壓值與開方(fāng)卡件輸入端(duān)電壓滿足線(xiàn)性運算關系(xi)，對于波動誤(wu)🌏差，開方運算(suan)會💃🏻将其放大(da)☂️，這也是波動(dòng)較爲明顯的(de)原因之一☔。
　　綜(zōng)合以上故障(zhang)情況分析，可(kě)以判斷出流(liu)量測量不穩(wěn)定性的成因(yīn)與管道内存(cun)在氣體有密(mi)切關系。
2.4處理(lǐ)措施
　　綜上分(fen)析可知，小流(liu)量波動産生(shēng)的原因爲管(guǎn)線内氣體産(chǎn)✨生的壓力擾(rao)動，要解決小(xiǎo)流量測量不(bú)穩定的情況(kuàng)，需要消除氣(qì)體造成的影(yǐng)響，氣體由虹(hong)吸破壞作用(yong)帶出，根據該(gāi)系統的工作(zuo)原理可知，無(wú)法做到從根(gēn)源消除管線(xiàn)氣，解決方法(fǎ)主要着手于(yu)消除引壓管(guǎn)線内的氣體(tǐ)擾動。根據現(xiàn)場的實際布(bu)置，初🔱步的解(jiě)決方案有3個(ge)：
1）在管線上布(bù)置氣體消除(chu)裝置（集氣罐(guàn)等）。
2）修改變送(song)器及引壓管(guǎn)線所在位置(zhì)，消除引壓管(guan)線内液體無(wú)法🔞排空的問(wèn)題。
3）采用毛細(xi)管差壓變送(song)器，從根本上(shang)避免氣體波(bo)動。
　　對于1）、2）兩項(xiang)解決方案，有(yǒu)成本較低、實(shi)施簡單的優(you)勢🈲，但由于📞在(zài)安噴試驗進(jìn)行的過程中(zhong)，還是有氣泡(pao)随虹吸破壞(huài)進入管線🔞，依(yi)然不能完全(quan)避免氣體影(ying)響，且加裝集(jí)氣罐會在管(guǎn)線中引入故(gu)障⭐點，造成系(xì)統🌏穩定性下(xià)降，其中集⁉️氣(qì)罐這一方案(an)已被🈲證明效(xiào)果🔞不佳，不考(kao)慮采用。
　　考慮(lǜ)第3條方案，由(you)連通器原理(lǐ)可知，主管線(xian)中的壓力變(bian)化對❌于差壓(yā)變送器來說(shuō)不造成影響(xiǎng)，主要的問題(ti)集中♻️于引壓(ya)管線上，毛細(xì)管變送器通(tong)過在封㊙️閉毛(mao)細管内填充(chōng)油進行引壓(yā)📞，可以避🎯免主(zhǔ)管線内含氣(qì)泡液體進入(rù)，達到從根本(běn)上消除氣體(ti)影響因素的(de)效果。
　　綜上考(kao)慮，采用毛細(xì)管型差壓變(bian)送器對現場(chang)變送器與引(yǐn)壓管線一同(tóng)更換，對原變(bian)送器、引壓管(guǎn)線及集氣罐(guan)進行拆除，由(yóu)孔闆出口根(gen)閥後全部換(huan)爲毛❗細管進(jin)行引壓。改造(zao)後進行零流(liú)量試😍驗，啓停(ting)泵前❌後流量(liàng)指示保持一(yī)🌐緻，且停泵後(hòu)未出現小流(liu)量波🏃‍♂️動，改造(zao)效果良好。改(gǎi)造前後測量(liàng)效果✏️對比如(ru)圖4所示，其中(zhōng)綠色✌️曲線爲(wèi)改造後效果(guǒ)。
 
3總結
　　差壓式(shi)流量計作爲(wei)一種廣泛應(ying)用于生産場(chang)所的流量🔆測(ce)量模式，其結(jie)構簡單，測量(liàng)回路易于搭(da)建，對😄純流體(tǐ)的測量結果(guo)精度也讓人(ren)滿意。但其受(shou)流體密度與(yu)壓強影響較(jiào)大，特别是對(duì)于含氣泡液(ye)體來說，由于(yú)測💁量值爲孔(kong)闆差壓，對于(yu)單側波😄動影(ying)響的敏感度(du)較高，通過将(jiang)測量儀表更(geng)換爲毛細管(guan)變送器，将單(dan)側管線等效(xiào)爲純液體測(cè)量，從根源上(shàng)避免了氣體(ti)擾動，對于含(hán)氣泡液體管(guǎn)線小流量測(cè)量穩定性改(gǎi)進有明顯的(de)⛱️功效，對于現(xian)場其它類似(sì)流量計以及(jí)國内同類型(xíng)電站均具有(you)廣泛的應用(yòng)與推廣前景(jing)。

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