摘要：差壓(ya)式流量測量是(shì)電廠流量測量(liang)的重要方式，通(tong)過流量孔闆與(yǔ) 差壓變送器 配(pèi)合使用，可直接(jiē)産生4mADC～20mADC的标準電(dian)流信号送控制(zhì)系統🔴。一直🤟以來(lai)，管道差壓式流(liu)量計 以其簡單(dan)、可靠的特性廣(guǎng)泛應用于各個(ge)系統的管線流(liu)量⚽測量，本文結(jie)合秦二廠現場(chang)設備改造過程(cheng)，深入分析了差(chà)壓式流量計在(zai)對含氣泡液體(ti)流量測量過程(cheng)中産生波動的(de)具體原因，并提(tí)出具有針對性(xing)的改進措施，有(yǒu)效提升了差壓(ya)式流量測量的(de)♋穩定性。
　　秦二廠(chang)安全殼噴淋系(xì)統（EAS）噴淋流量變(bian)送器，通過測得(dé)🌈安噴👣管線🌐上流(liu)量孔闆兩側的(de)差壓來實現噴(pen)淋流量的測量(liang)及遠傳功能，該(gāi)變送器爲事故(gu)後監測系統儀(yi)⚽表。該變送器爲(wèi)EAS系統直💘接噴淋(lin)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量與循環🧑🏽‍🤝‍🧑🏻噴(pen)淋流量的差壓(ya)流量測量變🌈送(sòng)器，現場🙇‍♀️測得參(cān)數🤞并經處理後(hòu)遠傳至主控室(shi)。
　　在進行涉及該(gai)流量計的零流(liú)量現場試驗時(shi)，多次出🔆現停✨泵(bèng)後流量數據波(bo)動的情況，波動(dong)幅度超出誤差(cha)許可範圍。爲保(bǎo)證現💛場設備可(ke)用，本文從測量(liàng)結果波動這一(yi)問題着手，深入(rù)剖析波動産生(sheng)的原因，并提出(chū)對應的解決方(fāng)案，應🎯用至現場(chǎng)後，取得了🌈良好(hao)的成效
1故障現(xiàn)象及故障處理(lǐ)
1.1故障現象
　　安噴(pen)系統零流量實(shi)驗期間，曾多次(cì)出現小流量指(zhi)示波動的🈲情況(kuàng)，曾有過1個月内(nèi)連續觸發3次波(bo)動的情況發生(shēng)🐪，其波動方式爲(wèi)在停泵後出現(xiàn)短時間的波動(dòng)峰（如圖1所示）。圖(tu)1中綠色曲線爲(wèi)流量，藍色曲線(xian)爲泵軸承溫度(du)，啓泵期間流量(liang)指示正常，而在(zài)停泵後（藍色曲(qǔ)線開始下行，證(zheng)明已停泵成功(gōng)）又出現了兩次(cì)大的波動值，較(jiao)大的一次波動(dòng)值約爲正常啓(qǐ)泵期間流量值(zhí)的1/4，明顯已遠超(chāo)誤差許可範圍(wéi)。
 
1.2故障處理
　　針對(dui)這一故障，現場(chǎng)多采用充水排(pái)氣方式進行處(chu)理，對⚽儀表🌈進行(háng)充水排氣并校(xiào)準後，在一段時(shí)間内儀表的測(cè)🚩量穩定性會有(yǒu)所提高，然而在(zài)進行多次試驗(yan)後（該管線在機(ji)組運行期間不(bu)投運），流量波動(dòng)的情況又會出(chū)現。經統計，近3年(nian)内對單個變送(sòng)器校♉驗（含充水(shui)排⛱️氣）的工作次(cì)數多達7次。從現(xian)場實際效🆚果來(lái)看，充水排氣具(jù)有見效快、操作(zuò)容易等優點，但(dan)屬于一種治标(biāo)不治本的辦法(fǎ)，對于應用于事(shì)故期間及事故(gù)後處理的安全(quán)殼噴淋系統來(lai)說，每次使用前(qian)進行人爲校驗(yan)的㊙️行爲是不現(xiàn)實的。
2背景介紹(shào)
2.1差壓式流量計(jì)測量原理
　　差壓(yā)式流量測量方(fāng)式基于伯努利(lì)方程和連續性(xìng)原理🥰，通過測🐪量(liang)液體流經節流(liú)元件時産生的(de)壓力✨變化，從而(er)計算出流🛀體流(liu)量[2]。推導爲：
　　已知(zhī)流體密度ρ；流體(ti)管道前後截面(mian)積A1、A2；截面處流體(tǐ)流速v1、v2；壓強p1、p2。根🏃‍♂️據(ju)不可壓縮理想(xiǎng)流體的伯努利(lì)方程：
 
和流體連(lian)續性方程：
 
　　其中(zhōng)，A0爲孔闆開孔面(miàn)積，μ爲流束收縮(suo)系數（A2=μA0），d爲節流孔(kong)直徑，D爲管✍️道🛀内(nèi)徑。
　　上述方程均(jun)建立在流體不(bu)可壓縮及流體(ti)動量守恒的基(jī)☀️礎之上。事實上(shàng)，由于流體存在(zài)摩擦力和黏性(xing)，其動量有所損(sǔn)失😘，而孔闆前後(hòu)流體由于具備(bei)可㊙️壓縮性💁，前後(hòu)密度并不相同(tong)，故引入流量系(xì)數α和膨脹系數(shù)ε（對于不可壓縮(suo)流體，其ε爲1），并得(dé)到✊孔闆前後的(de)實際壓差爲Δp=p1-p2，實(shí)際密度ρ2=ερ1=ερ，得到可(kě)壓縮的實際流(liú)體方程：
 
可以看(kàn)出：流量與差壓(yā)的平方根成線(xiàn)性關系，即q∝√∆p。
　　上述(shù)公式作爲差壓(ya)式流量測量的(de)理論基礎，其結(jie)論決⚽定了差壓(yā)式流量計的硬(yìng)件組成，對于現(xiàn)場應👅用來🔆說，主(zhǔ)要的組成元件(jian)包含節流元件(jian)、引壓管線及差(cha)壓變送器。差壓(yā)式流量計可以(yǐ)采用的節流元(yuán)件包含标準孔(kǒng)闆、節流擋闆、文(wen)丘裏管等，而在(zai)現場使用的設(shè)備中則以标準(zhǔn)孔闆居多。秦二(er)廠安噴系統現(xiàn)場使用的✂️正是(shì) 标準孔闆型差(cha)壓流量計 。
2.2現場(chǎng)布置情況
　　秦二(èr)廠安全殼噴淋(lin)系統（EAS）噴淋流量(liang)變送器，通過測(cè)🏃‍♂️得☎️安噴👉管線上(shang)流量孔闆兩側(ce)的差壓來實現(xian)噴淋流量的測(ce)✂️量及遠傳功能(neng)。
　　現場儀表安裝(zhuang)于管道側方，通(tōng)過引壓管線自(zì)孔闆兩側接入(rù)管🚩道，對孔闆前(qián)後兩側的差壓(ya)值進行測🌈量，并(bing)🐪送出✉️4mADC～20mADC标準電流(liu)信号至控制與(yǔ)監測系統，在控(kong)㊙️制櫃系🈲統中通(tong)㊙️過開方卡件與(yǔ)線性運💔算卡件(jiàn)處理，即可直接(jie)得到流量值。
　　現(xian)場采用的差壓(yā)式變送器，測量(liang)範圍0kPa～60kPa，精度0.25，通過(guo)約6m長㊙️的引壓管(guan)線由孔闆引入(rù)變送器進行測(ce)量，如圖2所示。
 
　　對國内同類(lei)型電廠該儀表(biǎo)的使用情況進(jìn)行調研，發現該(gai)問題在大部分(fen)同型号電站中(zhong)均有存在，屬于(yu)共💃🏻性問題，解決(jué)方案也💔多爲充(chōng)水排氣操作。本(ben)文所讨論🤟的解(jie)決⛷️方案具備推(tui)廣價值。
2.3不穩定(ding)性原因分析
1）安(ān)噴泵作用原理(li)分析
　　該表計用(yong)于測量安噴管(guan)線内流量，安噴(pēn)管線在機組正(zheng)常運行期間無(wú)流量，隻有在試(shì)驗期間，該表計(ji)才會起到測量(liàng)的作用，此時管(guan)線内液體來源(yuan)爲安全殼噴淋(lín)泵泵送的含👨‍❤️‍👨硼(péng)水，安噴泵爲葉(ye)片式立式筒形(xing)泵，泵揚程爲131m，最(zuì)大入口壓🔴力0.385MPa，在(zai)試驗過程中，因(yīn)⭕氫氧化鈉虹💚吸(xi)管線破壞🐉帶入(rù)空氣，噴射泵将(jiang)氫氧化鈉輸送(sòng)管線⚽中的空氣(qì)吸入安噴管線(xian)内，氣🌐體以氣泡(pào)的形式存在☔于(yu)液體管線中，并(bìng)🌈随着液體進入(rù)引壓管線。考慮(lü)到對于儀表充(chōng)水排氣可以短(duǎn)期消除儀表測(ce)量不穩定問題(tí)的情⚽況，不能排(pai)除測量不穩定(dìng)的原因爲儀🌏表(biǎo)管線中含氣泡(pào)。而事💯實上，爲消(xiāo)⛹🏻‍♀️除儀表管線含(han)氣泡對于儀表(biao)測量穩定性的(de)影響♍，引壓❗管線(xian)上安裝有集氣(qì)罐，但由于引壓(yā)管線長度較長(zhang)（約6m），集氣罐并不(bú)能起到良好㊙️的(de)除氣作用。
2）曆史(shǐ)故障記錄分析(xi)
　　經查詢曆史記(ji)錄，除了零流量(liang)試驗停泵後該(gāi)表波動🏒外，也曾(ceng)出現過機組正(zhèng)常運行期間該(gai)表計出現小流(liu)量波❌動的情況(kuang)，如圖3所示。從圖(tú)3中可以看到，該(gai)波動持續一段(duan)較長時間後，經(jing)約5min的最大量程(chéng)指示（故障處理(lǐ)工作期間斷開(kāi)儀表），儀表指示(shi)複原，期間管線(xiàn)内不存在液體(ti)流動⭐的情況（功(gōng)率運行期間安(an)噴泵不啓動），查(cha)詢曆史工作記(ji)錄可以發現，對(duì)該故障采用充(chong)水排氣的方法(fa)進行了處理，這(zhè)一故障不同于(yú)大多數情況下(xià)的零流量試驗(yan)停泵🐕後流量波(bō)動的産生條件(jian)，但其故障表現(xiàn)、故障處理方式(shì)及故⛱️障處理結(jié)果均有相似之(zhi)處。
 
3）引壓管線因(yīn)素分析
　　作爲差(chà)壓式流量計的(de)測量儀表，差壓(ya)式變送器的測(cè)量範圍💛本身較(jiào)小（0kPa～60kPa），需要較高的(de)測量精度與測(ce)量靈敏🏒度，管線(xian)内氣體擾動、氣(qi)體憋壓等情況(kuàng)均會造成力變(bian)送器的測量不(bu)穩定，而在安噴(pēn)管線中，氣體通(tong)過氣泡的形式(shì)存在，氣泡流動(dòng)與彙聚均有可(ke)能引發管線内(nei)壓力波動。在安(an)噴泵正常工作(zuo)期間，由✉️于管線(xiàn)内流量較大，差(chà)壓本身🐉較高，擾(rǎo)動造成的影響(xiang)較小，而停泵後(hòu)主管線内液體(tǐ)停止流動，引壓(yā)管🔅線中的氣體(tǐ)開始移動，這一(yi)過程中，氣泡的(de)流動、彙聚與破(pò)裂均有可能引(yǐn)發管線内壓力(lì)波動，殘留氣體(ti)引發的壓力波(bo)動與憋壓情況(kuang)造成了♉停泵之(zhi)後的流量波動(dong)⭐情況[1]。
4）信号處理(lǐ)回路分析
　　在流(liú)量測量的過程(cheng)中，信号經開方(fang)卡件處理，開方(fāng)卡件具有小信(xin)号切除功能，當(dang)輸入信号小于(yu)0.075V時，輸出保持爲(wei)0。
　　由開方運算關(guān)系式可知，對于(yu)輸入信号爲0.075～0.999之(zhī)間的電壓值，經(jīng)‼️開方卡件處理(li)後，其輸出值大(dà)于輸入值。換言(yan)🏃之，輸入值低于(yú)滿量程1/10的信号(hào)值經由開方卡(ka)件運算後，如有(you)輸出，其👉輸出會(hui)🔞大于原輸入值(zhi)，由于差壓值與(yǔ)變送器輸出電(dian)流之間滿足線(xian)性輸出關系，且(qie)I-V卡件爲線性轉(zhuǎn)換關系，易知變(biàn)送器測量差壓(yā)值與開方卡📱件(jian)輸入端電壓滿(mǎn)⚽足線性運算關(guan)系，對于波動誤(wu)🔆差，開方運算會(huì)将其放大😄，這也(ye)是波動較爲明(ming)顯的原因之一(yi)❗。
　　綜合以上故障(zhàng)情況分析，可以(yi)判斷出流量測(ce)量不穩定性的(de)成因與管道内(nèi)存在氣體有密(mi)切關系。
2.4處理措(cuò)施
　　綜上分析可(ke)知，小流量波動(dong)産生的原因爲(wèi)管線内氣體産(chǎn)生的壓力擾動(dong)，要解決小流量(liàng)測量不穩定的(de)情況，需要消除(chu)氣體造🈲成的影(yǐng)響，氣體由虹吸(xī)破壞作用帶出(chū)，根據該系統的(de)工🙇🏻作原理可知(zhi)，無法做到從根(gen)源消除管線氣(qi)，解決方法主要(yao)着手于消除♊引(yǐn)壓管線内的氣(qì)體擾動。根據現(xiàn)場的實際布置(zhì)，初🔴步的解決方(fang)案♉有3個：
1）在管線(xiàn)上布置氣體消(xiāo)除裝置（集氣罐(guan)等）。
2）修改變送器(qi)及引壓管線所(suo)在位置，消除引(yin)壓管線内液體(tǐ)無法排空的問(wen)題。
3）采用毛細管(guǎn)差壓變送器，從(cong)根本上避免氣(qi)體波動。
　　對于1）、2）兩(liǎng)項解決方案，有(yǒu)成本較低、實施(shi)簡單的優勢，但(dan)由于在安⚽噴試(shi)驗進行的過程(chéng)中，還是有氣泡(pào)随㊙️虹吸破壞進(jìn)入管線，依然💔不(bu)能完全避免氣(qi)體影響，且加裝(zhuang)集氣罐會在管(guǎn)線中引入故障(zhang)點，造成系統㊙️穩(wěn)定性下降，其中(zhōng)集👄氣罐這一方(fang)案已被證明效(xiao)果不佳，不考慮(lǜ)☁️采用。
　　考慮第3條(tiáo)方案，由連通器(qi)原理可知，主管(guǎn)線中的壓㊙️力變(biàn)化對于差壓變(bian)送器來說不造(zao)成影響，主要的(de)問題集中💋于引(yin)壓管線上㊙️，毛細(xì)管變送器通過(guo)在封閉毛細管(guǎn)内填充油進行(hang)引壓，可以避免(miǎn)主管線内含氣(qi)泡液⭕體進入，達(dá)到從根本上消(xiao)除氣🐪體影響因(yin)素的效果。
　　綜上(shang)考慮，采用毛細(xì)管型差壓變送(song)器對現場變送(sòng)器與引壓管線(xian)一同更換，對原(yuan)變送器、引壓管(guǎn)線及集氣罐進(jin)行拆除，由孔闆(pan)出口根閥後全(quán)部換爲毛細管(guan)進行引壓。改造(zào)後進行零🔴流量(liang)試驗，啓停泵前(qian)🔞後流量指示保(bǎo)持一緻，且停泵(beng)後未出現小流(liu)量波⭐動，改造效(xiào)果良好。改造前(qián)🐕後測量效果對(duì)比如圖4所示，其(qi)中綠色曲線爲(wei)改造後效果。
 
3總(zong)結
　　差壓式流量(liàng)計作爲一種廣(guǎng)泛應用于生産(chan)場所的流量測(cè)量模式，其結構(gòu)簡單，測量回路(lù)易于搭建，對🙇‍♀️純(chún)流體的測量結(jié)果精度也讓人(rén)滿意。但其受流(liu)體🏃‍♂️密度與壓強(qiáng)影☂️響較大，特别(bié)是對于含氣泡(pao)液體來說，由于(yú)測🍓量值爲孔闆(pan)差壓，對于單側(ce)波動影響的敏(min)感度較高，通過(guo)将測量儀表更(geng)換爲毛細管變(biàn)送器，将單側管(guan)㊙️線等效爲純液(ye)體測量，從根源(yuán)上避免了氣體(tǐ)擾🔴動，對于含氣(qi)泡液體管線⛷️小(xiǎo)流量測量穩定(ding)性改進有明顯(xiǎn)的功效，對于現(xian)場其它類似流(liu)量計以及國内(nèi)同類型電🌍站均(jun1)具有廣泛的應(ying)用與推廣前景(jing)。

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