摘要:多孔平(ping)衡流量計 是(shì)在傳統 孔闆(pan)流量計 的基(ji)礎上所研發(fa)出的新一代(dài)節流式流量(liang)計。通過介紹(shào)其基本工作(zuo)原理及優化(huà)後的性能特(te)點，并結合幾(ji)種工況條件(jiàn)下的使用，對(dui)多孔平衡流(liu)量計的應用(yong)加以闡述。
0引(yin)言
　　節流式流(liú)量計 通常也(yě)被稱之爲 差(chà)壓式流量計(jì) ，迄今爲止仍(réng)因其制造工(gong)藝标準化、使(shi)用技術成熟(shu)💯、适🏃🏻‍♂️用範圍廣(guǎng)，而被水利、石(shi)油、化工等各(gè)行各業廣泛(fan)地應用，占流(liu)量🔅計使✊用總(zong)數的50%以上。但(dàn)同時，其測量(liang)💁精度低、量程(chéng)比小、上下遊(you)安裝㊙️直管段(duàn)距離長、節流(liú)裝置後所産(chǎn)生的永久壓(ya)力損失大等(deng)諸多不足也(yě)日益趨顯。
　　随(sui)着儀表測量(liang)、制造技術的(de)不斷發展，爲(wei)适應各種過(guò)程控制對于(yú)節流式流量(liang)計測量精度(dù)及使用性能(néng)的🍉更高🌈要求(qiu)節流式流量(liang)計，即多孔平(píng)衡流量計随(sui)之而誕生。多(duō)孔平衡流量(liang)計誕生之初(chu)由美國國家(jiā)航空航天局(jú)馬歇爾航空(kōng)飛行中心最(zui)先應用于航(háng)天飛機主發(fa)動機的液态(tai)氧流量測量(liàng)，随後因其👈測(ce)量、使用性能(néng)被更多行業(ye)所熟知并發(fa)展使❗用。
1工作(zuò)原理
　　多孔平(píng)衡流量計沿(yan)用了傳統孔(kǒng)闆流量計的(de)組成形式，由(yóu)節流裝置、傳(chuán)輸差壓信号(hào)的引壓管路(lù)及測量信号(hào)所用的差壓(ya)🐪計這😄3個部分(fen)所組成。并巧(qiao)妙地将多孔(kǒng)🈲整流器☎️與傳(chuan)統單孔節流(liu)孔闆㊙️的結構(gòu)形式、性能特(te)點✌️相結合，形(xing)成了新型的(de)多孔節流整(zheng)流器，用以替(tì)代原有的單(dan)孔孔闆作爲(wei)節流原件安(ān)裝于🐇流體管(guan)道上。多孔節(jiē)流整流器⛷️上(shàng)每個節流孔(kong)的尺寸大小(xiǎo)及分布情況(kuàng)都是由特定(dìng)的公式及實(shi)測數據計算(suàn)所得，故被稱(cheng)之爲函數孔(kong)。流量檢測時(shí)，所測介質在(zai)通過多孔節(jie)流整流器的(de)同時進行流(liú)體整流，減小(xiao)節流裝置♉後(hou)的渦流，形成(cheng)較穩定的紊(wěn)流，從而使引(yǐn)壓管路能夠(gou)獲取到較穩(wěn)定的差壓信(xin)号，并🙇‍♀️進一步(bù)通過伯努利(lì)方程計算🧡得(de)出工藝所需(xu)體積流量、質(zhì)量🌏流量等流(liú)量參數。
 
2多孔平衡流(liú)量計的性能(neng)優化
　　多孔平(ping)衡流量計是(shì)以傳統孔闆(pǎn)流量計爲基(ji)礎，改變其節(jie)流🍉孔的構成(chéng)形式，從而極(jí)大程度地優(you)化了使用性(xing)能。
1)平衡流場(chǎng)，提高測量精(jīng)度
　　傳統孔闆(pan)流量計的節(jie)流裝置隻設(shè)有一個圓形(xing)節流孔💛，節流(liu)原件與管壁(bì)結合處成直(zhí)角，在流體通(tōng)過節流孔時(shí)，孔兩邊會有(you)大🌂面積的“死(sǐ)區”，從而産生(shēng)持久的渦⛷️流(liú)，進而大量消(xiāo)耗流體㊙️的動(dong)能。同時，雜亂(luan)的渦流所形(xíng)成的流體波(bo)動和噪🌈聲也(yě)會讓🌂測量的(de)線性度和正(zhèng)确率降低，并(bing)且需要較長(zhǎng)的直管段來(lai)恢複流體正(zhèng)常的✂️壓力和(he)流場。多孔平(píng)衡流量計🌂的(de)節流裝置結(jie)合了多孔整(zhěng)流器的整流(liu)原理，通過使(shǐ)用精密的計(jì)算，使多孔節(jie)流整流器可(ke)以最大程度(du)地減少死區(qu)效應，避免渦(wo)🈲流的産生，平(ping)衡流場，降低(di)因渦流所引(yǐn)起的信📧号波(bo)動，提高取壓(ya)點數據的正(zheng)确率，從而使(shǐ)檢測精度從(cong)傳統孔闆流(liú)量計的±1%~±2%提高(gāo)至♉±0.3%、±0.5%，能更好的(de)适用于如能(néng)量😍計量、貿易(yi)核算等有較(jiao)高流量測量(liàng)精度要求的(de)場合。
2)減小永(yǒng)久壓力損失(shī)、縮短直管段(duàn)安裝距離
　　多(duō)孔平衡流量(liàng)計的節流裝(zhuang)置采用了對(duì)稱式的流通(tong)孔🏃‍♀️布局✔️設㊙️計(ji)，提升了流體(tǐ)通過的效率(lǜ)，最大程度地(di)降低了渦流(liu)的形👌成，減💞少(shao)了流體通過(guò)節流裝置時(shí)造成㊙️的紊流(liu)摩擦及動能(neng)的損失，和傳(chuán)統孔闆流量(liang)計相比，既可(kě)獲得更差壓(yā)信⚽号，又降低(dī)🏒了1/3~1/2的永久㊙️性(xìng)的壓力損失(shī)。同時，節流裝(zhuāng)置後流體壓(yā)力較快的❤️平(píng)穩恢複又可(ke)縮短流量計(jì)安裝時所需(xū)的上下遊直(zhi)管段距離。通(tōng)常，多孔平衡(héng)流量計的上(shàng)下遊安裝📐直(zhi)管段隻需0.5D~2D,是(shì)傳統孔闆流(liú)量計所需👌直(zhi)管段的1/7甚至(zhì)更短，很♉大程(cheng)度上節省了(le)流體測量的(de)管道🍉材料♉及(ji)安裝投入成(chéng)本，這一優勢(shì)也得到了各(gè)行業的廣泛(fàn)認可。
3)量程比(bi)寬、穩定性更(gèng)好
　　多孔平衡(heng)流量計特殊(shu)的多孔節流(liu)裝置極大程(cheng)度地提高了(le)流體測量量(liang)程比。美國某(mǒu)機構的實驗(yàn)數據結🌈果顯(xian)示，多孔平衡(heng)流量計常規(gui)測量的量程(chéng)比可以做到(dào)7:1~10:1，如果函數孔(kong)計算參數選(xuǎn)擇🛀🏻合适，量程(chéng)比可以達到(dào)30:1甚至更高，這(zhè)一數據比傳(chuán)統孔闆流量(liàng)計😄要高出2~7倍(bei)。而📱且，傳統孔(kǒng)闆流量計的(de)流量系數--般(bān)在👉雷諾數高(gao)于🚶‍♀️4000時才能趨(qū)于平穩，在雷(lei)諾數較低時(shi)受其影響較(jiao)😄大。但多孔平(píng)衡流量計的(de)管道内基本(běn)無滞留區，其(qi)流量系數受(shou)雷諾數的影(ying)響很小。即使(shǐ)在👉較低雷諾(nuò)數的測量條(tiao)件下，多孔平(ping)衡流量計的(de)正确率依然(ran)能夠得到保(bao)證❓，從根本上(shang)提升了流量(liang)檢測時測量(liang)精度的穩定(ding)性。
3多孔平衡(héng)流量計的應(ying)用
　　多孔平衡(heng)流量計不僅(jǐn)适合在常見(jian)工況條件下(xià)使🌂用，在某些(xiē)特殊工況流(liu)量測量中也(yě)得到了很好(hao)的應用。
1)高量(liang)程比流量測(ce)量
　　在醫藥、化(huà)工等行業中(zhōng)，蒸汽一般作(zuò)爲熱媒介質(zhi)被用🙇🏻于加熱(re)或加濕工段(duàn)，通常由于不(bu)同季節或一(yi)天中的🤩不同(tóng)時段所需加(jia)熱、加濕量的(de)不同，造成燕(yàn)汽🚶能源計量(liang)時蒸㊙️汽總管(guan)用汽流量有(you)較大波動，往(wang)往遠遠超出(chu)㊙️傳統孔闆流(liu)量計3:1的量程(cheng)比範圍。同樣(yang),在‼️其他類似(si)需要大量程(cheng)比流量測量(liang)時,傳統孔闆(pǎn)流量計亦無(wú)法适用。而多(duo)孔平衡👅流量(liàng)計可适用🌈于(yu)10:1甚至更高的(de)量程比🈲的流(liú)量測量,并且(qie)因其測量精(jing)度高，受雷諾(nuò)數影響小，可(kě)進行較爲正(zhèng)确🍉的高量程(chéng)比流量檢測(cè)或能源計量(liang)。
2)雙向流流量(liàng)測量
　　傳統孔(kǒng)闆流量計的(de)節流裝置僅(jǐn)在下遊設有(you)斜角，而多孔(kǒng)平衡流量計(ji)的節流裝置(zhi)上下遊采取(qǔ)完全🧡對稱🤞設(shè)計。這種對稱(chēng)的結構形式(shì)使其在某些(xie)需要雙向流(liú)流量檢測的(de)特殊工況條(tiáo)件下，可以實(shí)現隻使用一(yī)台流量儀表(biao)即可進行雙(shuang)向流流量檢(jiǎn)測。
3)短直管段(duàn)流量測量
　　受(shou)場地大小、建(jian)築尺寸等外(wai)在客觀條件(jiàn)的限制，在布(bù)置工⭐藝🏒管道(dào)走向時往往(wang)無法爲流量(liàng)測量預留💔出(chu)足🏃🏻夠的直管(guan)㊙️段安裝距離(li)，從而影響測(ce)量精度。特别(bié)是在特殊貴(gui)重金屬📞如锆(gào)材、哈氏合💘金(jīn)、鉻钼合金鋼(gang)等工藝管道(dao)上進行流量(liang)測量時，較長(zhang)的直管段需(xu)求意味着昂(ang)貴的建設成(cheng)本。在這種情(qing)況下，多孔平(píng)衡流量計上(shang)下遊直管段(duan)距離僅需0.5D~2D的(de)應用優勢💃🏻尤(you)爲明顯，即可(ke)節省工藝管(guǎn)道、安裝支架(jia)等的鋪設成(chéng)本，又可滿足(zu)在短💜直管段(duàn)流量測量時(shi)☂️的精度要求(qiú)，是一種較爲(wei)經濟的流量(liàng)檢測配置方(fang)式。
4)大口徑流(liu)量檢測
　　在大(dà)口徑的流量(liàng)檢測中，多孔(kong)平衡流量計(jì)亦有其不🧡可(kě)😍替代的獨特(tè)優勢。隻需通(tong)過正确計算(suan)對相應節流(liú)孔的尺寸、數(shù)量及分布情(qíng)況進行調整(zhěng)，即可在較短(duǎn)的管道距離(lí)内進行大口(kǒu)徑的流🐪量測(ce)量，無需擔憂(yōu)因管道口徑(jìng)較大而産生(sheng)的15D甚至更長(zhang)的上下⭐遊直(zhí)管段距離。特(tè)别是在高溫(wēn)、低壓等各種(zhong)嚴苛工況下(xia)，多孔平衡流(liú)量計也能保(bao)證大口徑流(liu)量測量精度(dù)的穩定性。同(tong)時，可以使用(yòng)多對取壓孔(kong)進行取壓的(de)冗餘配置，以(yǐ)确保差壓信(xin)号被有效傳(chuan)輸，降低大口(kou)徑流量檢測(ce)的後期維護(hù)💋、清掃、運營成(cheng)本。
5)高溫及極(ji)低溫流體測(cè)量
　　由于本體(tǐ)及法蘭材質(zhi)選擇的多樣(yàng)化，多孔平衡(heng)流量計♋擁有(yǒu)較爲廣泛的(de)工作溫度。通(tong)過對不同材(cai)質的選用，多(duo)孔平衡流量(liang)計可測量850C甚(shèn)至更高溫度(dù)的高溫流體(ti)介質,亦适用(yong)于液氮、液氧(yǎng)、液氫、液氩等(deng)極低溫流體(tǐ)的流量測量(liang)。
6)多種管道連(lian)接方式選擇(ze)
　　多孔平衡流(liú)量計誕世至(zhì)今，爲适應各(gè)種工況的管(guan)道🈚連接要求(qiu)，逐步衍生出(chu)多種連接方(fāng)式以供選擇(zé)🐇。如可用于大(dà)多數:工⭐況的(de)管道式法蘭(lan)連接，可用于(yú)大口徑流量(liang)測量的對夾(jia)式連接，适用(yòng)于高溫高壓(ya)工況的焊接(jiē)式連接以及(jí)适用于黏稠(chou)、有毒、強腐蝕(shi)液體、髒污及(ji)粉塵氣體介(jie)質流量測量(liàng)🛀的雙法蘭式(shì)🔆連接等等。而(ér)節流裝置的(de)外形也從最(zuì)初便于🎯管道(dào)連接的圓管(guan)形節流裝置(zhi)，演變出方管(guǎn)式節流裝置(zhi)，以便于更簡(jian)便地與各種(zhong)方形管道進(jin)行連接，可适(shì)用于空調☂️系(xì)統送、排風💁風(feng)量檢測。
7)一體(tǐ)化
　　在檢測儀(yi)表一體化的(de)發展趨勢帶(dai)動下，多孔平(píng)衡🌏流量❤️計同(tóng)樣化零爲整(zhěng)，将節流原件(jiàn)、引壓管路、閥(fá)組及差壓計(ji)等需分步⭐安(an)裝的儀表原(yuan)件整合爲一(yī)體,從而減🍉少(shao)安裝步驟,以(yǐ)滿足适合工(gong)況♈條件下快(kuài)速安裝、使用(yòng)的需求。
3核電(dian)仿真機驗證(zheng)
　　爲驗證上述(shù)分析,在某核(he)電站進行全(quán)方位仿真機(ji)⭕驗😍證。試驗變(biàn)❓量描述如表(biǎo)1所示。
　　仿真結(jie)果如圖4所示(shi)。當電網頻率(lü)由50Hz将至49.75Hz時，機(jī)組進行⁉️一次(ci)調頻動作，産(chǎn)生約爲64MW的一(yī)次調頻補償(chang)量。汽機主汽(qì)門在76s内由55%開(kāi)度開❄️啓至全(quan)開，汽機功率(lü)GRE0I2MY由1089MW上升至1144MW,R棒(bàng)RGL013QM在102s内提升了(le)6步,C2報警信号(hao)出現，控制棒(bàng)提升被閉鎖(suo)，熱🆚功率爲3011MWt,這(zhe)♉些都将導緻(zhì)核電機組無(wu)法安全穩定(ding)的運行，并且(qiě)超出了核電(diàn)機組❗運行技(ji)術規範,根據(ju)規程,核電操(cao)縱員必須要(yao)避免此類狀(zhuang)況的發生，當(dang)發生此類功(gōng)率，必須手動(dòng)降低反應堆(dui)的功率，是機(ji)組核功率穩(wěn)定在100%之内。
 

4一(yī)次調頻優化(huà)
　　由于反應堆(duī)的控制模式(shi)是“堆跟機模(mó)式”，即反應堆(duī)的功率緊緊(jin)跟随汽輪機(ji)的功率。如果(guo)反應堆因爲(wèi)汽輪機一次(cì)調頻功⭐能而(ér)超功率,将會(huì)閉鎖控制棒(bang)，甚至會緊急(ji)停⛹🏻‍♀️堆，反而會(hui)加劇❗電網頻(pin)率異常事故(gù)。基于上述🈲分(fèn)析，核電機組(zǔ)的控制特性(xing)決定其參與(yǔ)一次調頻的(de)能力有限，核(he)電一次調頻(pin)死區設置太(tai)小，當電網發(fā)生故障時，可(ke)能會對核電(dian)機組的安全(quan)運行造成影(yǐng)響，使機組停(tíng)機，造成更大(da)事故。因此綜(zōng)合考慮，從以(yǐ)下方面💔考慮(lü)進行優化研(yán)💁究。
根據核電(diàn)機組的特殊(shu)性，優化設置(zhì)一次調頻限(xian)幅值。
　　優化設(she)置一次調頻(pin)死區值，整個(gè)電網一次調(diào)頻動作分梯(ti)💁隊進行，進行(háng)水電、火電一(yi)次調頻動作(zuo)，最後進行對(duì)穩⛱️定要求較(jiao)高的核電機(jī)組一次調頻(pin)動作。
　　增加預(yu)警信号,在反(fan)應堆保護動(dòng)作啓動前，增(zeng)加一些🔞預🥵警(jing)😍信号，能更好(hǎo)的控制汽輪(lun)機一次調頻(pín)動作。
5結束語(yu)
　　電網頻率是(shi)電網安全穩(wen)定運行的關(guān)鍵參數，其控(kong)制🆚主要依靠(kào)各發電機組(zǔ)的一次調頻(pin)和二次調頻(pin)實現🌈的，其中(zhōng)一次調🔞頻尤(you)爲重要。針對(duì)核電機組滿(man)功率情況下(xià)，分析了一次(cì)調頻動作存(cún)在的風險，并(bing)提出相應的(de)方向，對核電(diàn)機組一次調(diào)頻有重要的(de)指導意義。

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