摘要:差壓(ya)式流量計 測量(liàng)介質流量過程(cheng)中因介質的密(mì)度受介質壓力(lì)和溫🔞度的🌈影響(xiang)，所以要采用溫(wen)壓信号對流量(liang)值進行補償。采(cai)用DCS系統分别對(dui)溫度和壓力信(xìn)号的波動對最(zui)終❗流量值的影(ying)響進行了數據(ju)模拟分析,說明(ming)了溫度和壓力(li)信号的穩定性(xing)和準确性♋對流(liu)量的測量是至(zhì)關🈲重要的，分析(xi)了DCS系統中典型(xing)的溫壓補償邏(luó)輯存在的薄弱(ruo)點，并給出🔆了相(xiang)應的解決方案(àn)。
　　在電力生産中(zhong)流量屬于重要(yào)的測量參數，差(cha)壓式流量計以(yi)其❤️較低的價格(gé)、廣泛的應用場(chǎng)合、長期的使用(yong)經驗，以及越來(lai)越高的精度在(zài)流量測量中一(yī)直占有☎️非常重(zhòng)要的地位。爲提(tí)高差壓式流量(liang)計測量精度，經(jīng)常需要對介質(zhi)流量測量進行(hang)相應的溫♊度壓(ya)力補償，溫壓補(bu)償信号的準确(que)和⛷️穩定對測量(liàng)🔞具有重要的影(yǐng)響。某電廠曾發(fa)生由于用于補(bu)償鍋爐主給水(shuǐ)流量信号的溫(wēn)度信号發生故(gù)障導緻主給水(shuǐ)流量大幅波動(dong)✌️的情況，嚴重影(yǐng)響了機組的安(an)🚩全穩定運行。
1差(chà)壓式流量計工(gōng)作原理
　　差壓式(shì)流量計主要由(yóu)節流部件和 差(cha)壓變送器 組成(chéng)，其原理遵循伯(bó)努利方程和流(liú)動連續性方程(chéng)☎️。在密閉🈲管道中(zhōng)的單相流體經(jing)過節流件時，由(you)于管道内的流(liú)通截面突然減(jian)🔞小，流體的流速(sù)急速增大🙇‍♀️，因而(ér)流體的動能相(xiàng)應增加。此時流(liú)體的部分位能(néng)轉化爲動能，流(liú)體在節流件前(qian)後就會産生壓(ya)力差。這個壓差(cha)值與流體的流(liu)量有一個數💃🏻值(zhi)比，因此隻要測(cè)量壓差，就✌️可以(yǐ)得到流體通過(guo)管道的流量。差(cha)壓變送器将測(cè)量的節流🚩件前(qian)後實時差壓值(zhi)送至☀️分散控制(zhì)系統(以下簡稱(cheng)DCS系統),在DCS系統内(nei)根據相應的計(ji)算公式就可以(yi)計算出實時的(de)流量值。在工業(yè)‼️實際生産中，節(jie)流件前後的差(cha)壓值與流✌️量值(zhí)之間的計算公(gong)式常采用如下(xià)公式：
 
式(1)中:
qm一質(zhi)量流量。
△P一節流(liú)件前後取壓口(kǒu)的差壓。
ρ一節流(liú)件正端取壓口(kou)平面上的流體(tǐ)密度。
K一-綜合系(xi)數(一般可根據(ju)節流件計算說(shuō)明書中給出.的(de)❗節流件開孔直(zhí)徑、可膨脹性系(xi)數、流量系數等(deng)參數🏃🏻直接😄求出(chū)⚽)。
2差壓式流量計(ji)溫壓補償的必(bi)要性
　　從式(1)中可(kě)以看出，采用差(chà)壓式流量計測(ce)流量參數中，節(jiē)流件前後取壓(yā)口的差壓可以(yi)通過差壓變送(sòng)器直🔆接進行測(cè)💯量。K值🛀爲一常數(shù)，唯一不确定變(bian)量爲被測介質(zhi)的密度ρ。而被測(ce)介質🌈的密度♋又(you)與被測介質的(de)溫度和壓力有(you)關，在實際生産(chǎn)中介質的溫度(dù)😍和壓力值一般(bān)不是固定的，而(ér)是随生👌産工況(kuang)的變🍓化而随時(shi)變化的，即被測(cè)介質🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的密度值(zhi)是随時變🤩化的(de)。對于密度變⛱️化(hua)所帶來的影響(xiang)可以通過密度(du)補償的方式來(lái)進行修正，以得(dé)到最接近真實(shí)情況的流量,即(jí)對被測介質的(de)流量值進行溫(wen)壓補㊙️償。
3溫壓補(bu)償信号對流量(liang)測量值的影響(xiǎng)
　　某電廠鍋爐采(cǎi)用超超臨界、螺(luo)旋爐膛、一次中(zhōng)間再熱👉、平衡通(tong)風🥵、固态排渣、全(quán)鋼構架、露天布(bu)置的I型鍋爐，DCS系(xi)🌈統采用H-5000M系💯統。機(ji)組正📐常運行中(zhōng)給水系統采用(yong)兩台50%容量汽動(dong)給水泵，主給水(shuǐ)流量測📱量采用(yong)差壓變送器+節(jiē)流噴嘴的方式(shi)，機組額定工況(kuàng)下主給水壓力(lì)約爲28MPa,主⭕給水溫(wēn)度約爲300℃。DCS系統中(zhōng)主給水流量的(de)計算邏輯如☀️圖(tú)1所示。
 
3.1溫度補償(chang)信号對流量值(zhí)的影響
　　假定機(jī)組某一工況下(xia)主給水壓力爲(wei)28MPa，差壓變送器測(ce)得🙇🏻的🚶節流件前(qián)後差壓值爲100kPa，溫(wēn)度信号因故障(zhang)導緻跳變。以300℃爲(wèi)基🔴準以50爲一數(shu)據間隔，分别輸(shu)人到DCS系統進行(hang)模拟，溫🔆度信号(hao)變化對主給水(shuǐ)流量的影響。
　　衆(zhong)所周知水的臨(lin)界點爲壓力22.129MPa，溫(wēn)度374.15℃。從表1可以看(kan)出給♻️水溫度🈲在(zai)350℃~400℃之間波動時，給(gěi)水流量波動最(zuì)大。表明在此溫(wen)度區間内DCS系🔱統(tǒng)計算時認爲水(shui)已經從液态㊙️轉(zhuǎn)換爲了汽态🔞，壓(ya)縮水的密度大(dà)幅降👅低導緻最(zui)終的給水流量(liàng)發生大幅下降(jiàng)。
 
3.2壓力補償信号(hào)對流量值的影(yǐng)響
　　假定機組某(mou)一工況下主給(gěi)水溫度爲300，差壓(ya)變送器測😍得的(de)節流件前後差(cha)壓值爲100kPa,主給水(shui)壓力信号因故(gu)障導緻跳變。以(yǐ)28MPa爲基準，以4MPa爲一(yi)數據間隔，分别(bie)輸人到DCS系統進(jin)行模拟，壓力信(xin)号變化對主給(gěi)水流量🔞的影響(xiǎng)。
　　從表2可以看出(chu)，在壓力爲12MPa~8MPa之間(jiān)壓縮水的密度(dù)大幅💁度❤️降低🈚。經(jīng)🎯計算12MPa壓力下水(shuǐ)的飽和溫度爲(wei)325℃C,8MPa壓力下水的飽(bǎo)和溫度爲295℃，低于(yú)了預置值300℃。表明(ming)在此壓力區間(jiān)😄内DCS系統🈚計算時(shi)認爲水🧡已經從(cong)⭐液态轉換爲了(le)汽态，壓縮水的(de)🤟密度大幅降低(dī)導緻最終的給(gei)水流量發生大(dà)幅下降。
 
　　綜上所(suo)述，采用差壓式(shi)流量計測量介(jiè)質流量時溫度(du)❗、壓👨‍❤️‍👨力信号✉️的穩(wen)定性和準确性(xing)對最終能否正(zheng)确地測量介質(zhi)流‼️量是至關重(zhong)要的，尤其是溫(wen)度或壓力信号(hao)發生大☂️幅度跳(tiào)變使二次計算(suàn)軟件(如DCS系統)認(ren)爲被測介質的(de)狀态已發生汽(qì)液兩相💃🏻變化時(shí)，将導緻被測介(jiè)質的流量值大(dà)幅失真。如果被(bèi)測介質的流量(liang)信号🏃參📞與機組(zu)重要聯鎖保護(hu)時，将對⛹🏻‍♀️機組的(de)安全穩⛷️定運行(háng)✏️産生重要影響(xiang)。
4溫壓補償信号(hào)薄弱點分析及(jí)解決對策
　　現在(zài)電力生産中已(yǐ)經重視參與重(zhòng)要聯鎖保護信(xin)号的可🆚靠性問(wèn)題，參與控制的(de)信号一般采取(qu)三取中,參與保(bao)護的信号一般(ban)采取三取二的(de)方式進行信号(hao)真實性的判斷(duan)。但仍普遍存在(zai)的🛀🏻一個盲點爲(wèi)隻重視參與保(bao)護信号的本身(shēn)是不是冗餘和(he)分散🤟的，卻忽視(shì)了🛀🏻修正這些信(xìn)号的測點的🤟可(ke)靠性。如前述的(de)鍋爐主給😄水流(liú)量信号,主給水(shuǐ)流量信号作爲(wei)參與鍋爐💚給水(shui)流量控制和鍋(guō)爐給水流量低(dī)保護🈲的信号對(duì)整個鍋爐㊙️的安(an)全穩定運行是(shi)至關重要的。從(cóng)測點數量上來(lái)看，3個主給水流(liu)量信号滿足模(mo)⛹🏻‍♀️拟量控制系統(tǒng)中的三取中，保(bǎo)護系統中三取(qu)二的信号配置(zhi)原則。但因爲有(you)溫壓補償信号(hao)的存在，就還需(xu)要從另一方面(miàn)再次考量主信(xìn)号的可靠性。
1)溫(wen)度或壓力信号(hao)三重冗餘配置(zhì)
　　增加溫度或壓(ya)力信号的數量(liang)，溫度或壓力信(xin)号本身和主信(xin)号一樣也采用(yòng)三重冗餘的方(fāng)式進行配置。這(zhe)樣的👄話無論是(shi)一對一的對主(zhǔ)信号進行補償(chang)或補償信号三(sān)選後再分别對(dui)主信号進行補(bǔ)償，對提高主信(xìn)号的可靠性都(dou)是有利的。但受(shou)制于現場✏️設備(bèi)的實際情況，如(rú)果在設計階段(duan)就沒有考慮三(sān)重冗餘的設置(zhi)，後期增加的話(hua)一般是比較困(kun)難的,尤其是在(zai)電廠中的四大(dà)管道上增🔞加測(ce)點。所以，溫💋壓‼️測(ce)點多重冗餘的(de)㊙️配置方式最好(hao)在設計階段就(jiù)✂️應該進行♊考慮(lǜ)。
2)溫度或壓力測(ce)點雙冗餘配置(zhi)
　　溫度或壓力測(cè)點雙冗餘配置(zhi)在一定程度上(shàng)可以提🈲高主測(cè)‼️點的可靠性，但(dàn)要特别注意雙(shuāng)冗餘測點🐆信号(hào)的處🌍理方式，否(fou)則可能會比單(dān)測點信号更不(bu)可靠。
 
　　從圖2可以(yǐ)看出，在邏輯設(shè)計中已經考慮(lü)了當溫度📐或壓(ya)力信号出現故(gù)障時邏輯會自(zi)動保持故障前(qian)🔴的密度值，防止(zhi)信号故障導緻(zhì)的密度值大幅(fu)失真。用于補償(chang)計算密度值的(de)溫度或壓力信(xìn)号如果爲雙冗(rǒng)餘配置的話，往(wang)往采用雙重冗(rong)餘信号兩選之(zhi)☁️後的值。當兩個(ge)信号都正🔞常時(shí)則兩選值輸出(chu)爲兩個測量值(zhi)的均值;當兩個(gè)信号中的其中(zhong)一個故障時則(ze)切除故障信🈲号(hao)，選擇其中正常(chang)的信号作爲輸(shū)出信号。
　　信号故(gù)障的判斷方式(shi)一般分爲兩種(zhong):當信号超量程(cheng)或超過預設的(de)變化速率時認(rèn)爲該信号故障(zhàng)。不同的被測對(duì)象往往具有不(bú)同的變化速率(lǜ)，速率判斷一般(bān)需要根據生産(chan)現場被測介質(zhi)的實際情況💘由(you)經驗值給出。信(xin)号超量程的判(pàn)斷一般根據DCS系(xi)統中預設的信(xin)号量程，當實際(jì)檢測的信✂️号超(chāo)過量程的-5%~105%時認(ren)爲信号故障。壓(yā)力信号一般由(yóu)壓力變送器進(jin)行檢測，采用 壓(yā)力變送器 時要(yào)求DCS系統内設置(zhi)的信号量程要(yào)和就地變送器(qi)中設置♊的量程(chéng)一緻，所以DCS系統(tong)中壓力信号的(de)量程設置一般(bān)都比較嚴謹。溫(wēn)🧡度信号一般采(cǎi)用 熱電阻 或 熱(rè)電偶 進行檢測(ce)，熱電阻或熱電(dian)偶測量溫度時(shí)不依賴于DCS系🐅統(tong)🆚中設置的信号(hào)量程，而是根據(jù)檢測到的電阻(zǔ)值(熱電阻)或毫(hao)伏值(熱電偶)進(jìn)行測量，所以相(xiàng)對壓力信号來(lai)講溫度信号♈在(zài)DCS中設置的量程(chéng)值較爲随意，這(zhè)就爲超量程判(pàn)斷信号故🙇‍♀️障埋(mái)下了‼️隐患。
　　舉例(li)來講，如果在機(ji)組正常運行中(zhōng)用于補償流量(liang)信号的🌂溫度信(xìn)号值約爲300℃，溫度(du)信号在DCS系統中(zhōng)設置的量🏃‍♀️程上(shang)🐪下限爲0℃~1000℃。當其中(zhōng)一個溫度信号(hao)跳變至700℃時，這時(shi)的DCS系統不會判(pan)斷其爲故障，則(zé)兩個溫.度信号(hao)經雙選塊後輸(shū)出爲500℃。根據表1中(zhōng)的數據可🐇以得(de)出此時的流量(liang)值已經大幅失(shi)真，嚴重影響✨了(le)機組的安⛹🏻‍♀️全穩(wěn)定運行。
　　雙冗餘(yú)配置的溫壓補(bǔ)償測點，其中任(rèn)一測點波動均(jun)會☀️影㊙️響🈲輸👈出值(zhi)，如果信号故障(zhàng)判斷功能設置(zhì)不合理，在某種(zhong)程💔度上講将會(huì)比單個測點可(ke)靠性更低。所以(yǐ)，雙冗餘配置的(de)測點在信号故(gù)障判斷時應合(hé)理地設置信号(hào)量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻程，尤其要保(bǎo)證任一信号跳(tiao)變🙇🏻時兩選輸出(chu)✌️值不要超過🥵被(bèi)測介質汽液兩(liang)相的轉換點，否(fou)則将引起被測(cè)介質流量的大(da)幅波動。
3)溫度或(huò)壓力信号單點(diǎn)配置
　　如果溫度(dù)或壓力信号單(dān)點配置時，要充(chong)分考慮單點信(xìn)号故障🌈後對被(bei)測介質流量的(de)影響，需要設置(zhì)合理⭐的信号故(gu)🚶‍♀️障判✉️斷邏輯和(hé)參數，除此還可(ke)考慮對溫壓補(bǔ)償後的密度值(zhi)進行限幅，保證(zheng)溫壓補償後的(de)介質密度值不(bu)📱因溫壓補償信(xìn)号故障發生大(da)幅跳變。除上述(shù)外，還需考慮如(rú)果單點信号故(gu)障且又無法及(jí)時進行處理的(de)情況下對設備(bèi)長期運行的影(ying)響。在增加實🈲際(jì)測點困難的情(qíng)況下，可考慮采(cai)用類似信号代(dài)替的♻️方法，如采(cai)用同--管道或同(tóng)一設備上與該(gai)測點特征具有(you)高度相似的其(qí)它測點進行代(dài)替。如果上述辦(bàn)法仍存在困難(nan)，還可考慮采用(yòng)其它特征信号(hao)拟合的辦法，如(rú)根據實際運行(hang)經驗🏃🏻采用機組(zǔ)負荷信号折算(suan)出對應的函數(shù)拟合出一㊙️條接(jie)近的✉️曲線代替(ti)實際測點。采用(yong)測點代替的方(fāng)法時需要考慮(lü)當真實測點故(gù)障後✏️切換至代(dài)替測點時的無(wú)擾切換問💰題。
5結(jie)論
　　對差壓式流(liu)量計測量介質(zhi)流量時，溫壓補(bu)償信号對流量(liang)測量的影響進(jin)行了分析。對溫(wēn)壓補償邏輯中(zhong)易忽略😍的薄弱(ruo)點進行🌂了分析(xī)并給出了相關(guān)的解決方案，目(mù)的是爲了使溫(wēn)壓補償信号在(zài)差壓式流量計(jì)測介質流量時(shí)能發揮其本來(lái)功能，而不使☂️其(qi)成爲影響介質(zhì)流量測量的問(wèn)題，以期能夠爲(wei)廣大的生産技(ji)術人員提供借(jiè)鑒經驗。

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