摘要:電站鍋爐(lú)管道流量計 是(shì)鍋爐上重要的(de)元件組合裝置(zhi)，曾經一直處于(yu)監管空白🥵階段(duàn)。本文首先介紹(shao)了流量計的原(yuán)理及常見結♍構(gou)。鍋爐管道上的(de)流量計主要是(shi) 差壓式流量計(jì) ，按照結構的不(bu)同可分爲:焊接(jiē)式、法蘭式、一體(tǐ)式和插🙇🏻入式。然(ran)後介紹在檢驗(yàn)過程中發現流(liu)量計存在的安(ān)🤟全隐患，如結構(gòu)問題、焊接材料(liào)錯用及流量計(jì)🏃材質錯用等。最(zuì)後對流量計的(de)結構、材質選擇(ze)、安裝㊙️及監管和(he)檢驗方面進行(háng)探讨分析。
　　針對(duì)近幾年電站鍋(guo)爐範圍内管道(dao)出現的問題，尤(you)其湖北當陽🏃‍♂️發(fa)生的主蒸汽管(guǎn)道流量計焊縫(feng)爆裂事故✂️，開展(zhǎn)電站鍋爐範圍(wei)内管道隐患專(zhuan)項排查工作其(qi)中着重提🎯到了(le)對于流量計的(de)相♉關要求及補(bǔ)充檢驗檢測等(děng)。在此👉之前流量(liang)計的監管在各(gè)個環節基本處(chù)于🤞空白階段，在(zai)515号文之後，參💃🏻與(yu)開展了多💚家熱(re)電企業的鍋爐(lu)範圍内管道流(liú)量計的檢驗工(gōng)🌐作，下面針對鍋(guo)爐流量計存在(zài)的一🏒系列問題(ti)進行探讨和分(fen)析。
1電站鍋爐常(cháng)用流量計的原(yuan)理及結構
　　電站(zhàn)鍋爐範圍内管(guan)道常用的流量(liàng)計爲差壓式流(liú)🌈量計，其原理和(he)結構如下。
1.1差壓(yā)式流量計原理(lǐ)
　　差壓式流量計(ji)工作原理是基(ji)于封閉管道中(zhōng)流體質量守恒(heng)(連續性方程)和(hé)能量守恒(伯努(nu)利方程)兩㊙️個定(ding)律。根💋據GB/T2624.1--2006《用安裝(zhuang)在圓形截面管(guan)道中的差壓裝(zhuang)置測量滿管流(liu)體流量第1部分(fèn)💃:一般原理和要(yao)求》中的規定:以(yǐ)一次裝置(如孔(kǒng)闆、噴嘴、文丘裏(lǐ)管)安裝在充滿(mǎn)流體的管線中(zhong)爲依據确立的(de)。裝人一次裝置(zhi)💃後裝置的上遊(yóu)側與喉部或下(xià)遊側之間産生(shēng)一個靜壓差。根(gēn)據該壓差的實(shi)測值和流體流(liú)動的特性以及(ji)裝置的使用環(huan)境，并假設該裝(zhuang)置🐕與🆚經過校準(zhun)的一個裝置幾(ji)何相似且使用(yong)條件相同就可(ke)以确🔱定流量。簡(jian)單而言就是根(gēn)據流量與壓差(chà)的關系，通🈚過測(ce)定壓差🌏,從而計(jì)算出流量，關系(xi)式如下:
 
式中:
qm一(yī)質量流量;
C一流(liú)出系數;
β一直徑(jìng)比;
Ɛ一膨脹系數(shù);
d--節流孔或喉部(bù)直徑;
△p一壓差;
ρ一(yi)流體密度。
1.2流量(liang)計結構與特點(dian)
　　按照一次裝置(zhi)的不同，可将流(liú)量計分爲 孔闆(pan)流量計 、噴嘴流(liú)量計和文丘裏(lǐ)管流量計。根據(jù)連接結構的不(bú)同可分爲法蘭(lan)式流量計、焊接(jiē)式流量計和一(yi)體式流量計📧。法(fǎ)蘭式流量計常(cháng)爲孔闆流量計(ji);焊接式✨流量計(jì)又分爲焊接孔(kǒng)闆和焊接噴嘴(zui)流量計;一體式(shì)流量計常爲長(zhang)頸🐪噴嘴流量計(ji)。結構分🌍别見圖(tú)(1)~圖(3)法蘭式流量(liang)🌐計常用于主給(gěi)水管道和低參(cān)數鍋爐的主蒸(zhēng)汽管☎️道，焊接式(shi)流量計常用于(yu)高壓主給水❄️和(hé)主蒸汽管道，一(yi)體式流量計主(zhǔ)要⛷️用于高壓主(zhu)蒸汽管道”。
 
　　除以(yǐ)上常見流量計(jì)結構外，近幾年(nián)發展起來的還(hai)有一種插人式(shì)流量計，又稱均(jun)速管流量計，對(duì)在用鍋爐的檢(jian)驗過💞程中，此種(zhǒng)結構流量計較(jiào)爲少見。插人式(shì)流量計是依據(ju)皮🌏托管測量原(yuan)理測量均速管(guan)高、低壓端的壓(ya)力差✉️，從而達到(dao)測量流量的目(mu)的，本質上也屬(shu)于差壓式流量(liang)計，與圓柱繞流(liu)原理關系密切(qiē)2，見圖4。此♉種❗結構(gou)相比前幾種流(liu)量計安裝簡便(bian)🤟、壓損小，且無對(duì)接焊口，但也存(cún)在輸出壓差低(dī)、容易⭐堵塞、還沒(méi)有标準化等一(yi)些不足，目前正(zheng)處于發展過程(chéng)中。
 
2鍋爐流量計(jì)存在的問題
2.1結(jie)構問題
　　對流量(liàng)計(殼體)的結構(gou)要求，原則_上應(yīng)由整段無縫鋼(gang)管制成，不得存(cún)在異種鋼焊接(jiē)的環縫。特殊情(qing)況需要使用兩(liǎng)截管段用環🌈縫(feng)焊接流量計(殼(ke)體)的，應經鍋爐(lú)設計文件鑒定(dìng)機構書🏃🏻面同意(yi)⛹🏻‍♀️。法蘭式流量♉計(jì)和焊接式流量(liang)計均有兩截管(guǎn)段制成，對于焊(han)接✨式流量計在(zài)制造環節多出(chū)一道焊口，在515号(hao)文之前🐇，既未進(jìn)行過監督檢驗(yan)，也無鍋爐設計(ji)文件鑒定機🈲構(gou)出具的🈚書面同(tóng)意資料，而且有(yǒu)文獻表面4焊接(jie)式流⭕量計殼體(ti)與孔闆焊接的(de)根部位置存在(zài)較大的應力，因(yīn)此🌈焊接式流量(liàng)計此種🔞結構存(cún)在一定的安全(quan)隐患。
2.2流量計焊(hàn)材錯用
　　流量計(jì)的安裝一般在(zài)鍋爐沖管結束(shu)後進行，而鍋爐(lú)及四🔞大管道的(de)檢驗檢測都已(yi)在吹管前結束(shu)，因此對在用流(liú)量✂️計的補充檢(jian)驗檢測應包含(han)流量計與主蒸(zheng)汽管道的安裝(zhuang)焊口。515号文要求(qiu)對在用電站鍋(guo)爐流量計合金(jin)鋼材質對接接(jiē)頭進行100%化學成(cheng)分光譜分析和(he)硬度檢測。在一(yi)次主蒸汽管道(dao)檢驗工作中，發(fā)現流量計與主(zhǔ)蒸汽管🆚道連接(jie)的兩個環焊縫(feng)現場光📱譜分析(xī)顯示含🔴Cr約20%，含Ni約(yuē)10%，屬于奧氏體焊(hàn)材。管材和流量(liàng)計材質均爲12Cr1MoVG，管(guǎn)材規格爲🌏φ219x7mm;工作(zuò)溫度450℃，工作壓力(li)3.82MPa。
　　奧氏體不鏽鋼(gāng)的線膨脹系數(shù)比12Cr1MoVG高30%~50%，在高溫條(tiao)件下存在顯著(zhe)的熱應力;奧氏(shi)體鋼的彈性模(mo)量較12Cr1MoVG小5%左🎯右、屈(qū)服應力低20%~30%，易于(yú)🔴産生☔彈塑性變(biàn)形，增加奧氏體(ti)區城的應變。采(cǎi)用數值模拟的(de)方法模拟流量(liàng)計與主蒸汽管(guǎn)道連接處😍焊接(jie)接頭的應力水(shui)平，如圖5顯示450C時(shí)焊接接頭的熱(re)應力(MISES等效應力(lì)，單位Pa)。可見焊縫(féng)💋及其近鄰區域(yu)普遍存在較大(dà)的熱應力,且焊(han)縫金屬的全部(bu)以及母材.上沿(yán)👈坡口寬約2mm的帶(dai)狀區城均🔆産生(shēng)了屈服。又考慮(lü)到焊縫金屬和(he)母材的化學成(cheng)分差異較大，在(zài)高溫條㊙️件下碳(tàn)的遷移會形成(cheng)♊擴散遷移層(脆(cui)化層和軟化層(céng))I5],增加焊接接頭(tou)㊙️開裂的風險。基(jī)于此，對此流量(liang)計提出了更換(huan)或修理的建議(yì)💞。
 
2.3流量計材質與(yu)主蒸汽管道材(cái)質不同
　　在檢驗(yan)的過程中經常(chang)遇到流量計材(cái)質與主蒸汽管(guan)道材質不同的(de)情況，主要分爲(wei)以下三種:1)流量(liang)計爲碳鋼(20G),主蒸(zhēng)汽💜管道爲低合(he)金鋼，如15CrMoG/12Cr1MoVG;2)流量計(ji)爲低合金鋼，主(zhǔ)蒸汽管道爲碳(tàn)鋼;3)流量計與主(zhu)蒸汽管道均爲(wei)低合金👣鋼，但材(cái)質不同，如流量(liang)計爲15CrMoG，主蒸汽管(guǎn)道爲12Cr1MoVG，或反之。
　　流(liu)量計殼體不允(yǔn)許存在異種鋼(gang)焊接環縫，但是(shì)對于流量計💜與(yǔ)主蒸汽管道連(lián)接焊縫未做具(jù)體要求。基于在(zai)檢驗中發現的(de)問題，流量計與(yǔ)主蒸汽管道連(lian)接焊🈲縫往往🤞更(geng)容易出現問🐪題(ti)，因此應該做同(tóng)等要求。針對前(qian)面說的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻第一-種(zhǒng)情況，20G在管道.上(shang)允許使用溫度(du)≤430℃，低合金鋼主蒸(zhēng)汽管道的使用(yong)溫度一般都‼️超(chao)過450℃，流量計👈材質(zhi)存在超溫運行(háng)的危險，因此這(zhè)種情況，流量計(jì)應予🌍以更換。針(zhen)對第二🔞種情況(kuàng)，主蒸汽管道爲(wei)碳鋼，流量計爲(wei)低合金鋼，流量(liàng)計不存在超溫(wen)運行的風險，雖(sui)同爲異種鋼焊(han)接，但是碳鋼和(he)低合金鋼彈性(xing)模量🔴相差不大(dà)，線膨脹系數基(jī)本相同🌈，由此帶(dài)來的熱應力不(bu)大，建議加強監(jian)控。對于第三💃🏻種(zhǒng)情況，同屬低合(he)金鋼，不屬于異(yì)🔞種鋼焊接接頭(tou)，因此.是符合✂️要(yao)求的。
3分析與探(tan)讨
3.1流量計結構(gou)選擇
　　流量計在(zài)制造、選型和安(ān)裝過程沒有相(xiang)應的監督和🎯約(yue)束，因此導緻出(chū)現了一系列問(wen)題。鍋爐範圍内(nèi)管道，主給✏️水和(hé)主蒸汽管道上(shang)一般都裝有流(liu)量計，對于母管(guan)制運🏃‍♂️行的鍋爐(lu)，鍋爐至母管、母(mu)管至汽機管道(dào)上分别裝有流(liú)量計。流量計安(an)裝的㊙️位置不同(tong)，工作環境也有(yǒu)差别。對于主給(gei)水管道，雖工作(zuò)壓力高，但是工(gong)作溫度低，一般(ban)的流量計均可(ke)滿足要求。而對(dui)于主✏️蒸汽管道(dao)，由前文的讨論(lùn)可知，在結構上(shang)🎯，一體式流量計(ji)和插人式流量(liàng)計均滿❌足515号文(wen)流量計殼體整(zheng)段無縫鋼管制(zhi)成的要求，法蘭(lán)式和焊接🐇式均(jun1)爲兩段式。在檢(jian)驗的過程中應(yīng)對存在結構不(bú)合理的流量計(jì)應當立即更換(huàn)滿足通知規定(ding)的，但😍是對于不(bu)合理結構未給(gei)🐆予明确說明。從(cong)安裝角度😍來說(shuo)，插人🌈式流量計(ji)不存在安裝☀️環(huán)焊㊙️縫，更易于保(bǎo)證流量計的安(an)全運行。
3.2流量計(jì)材質選擇與安(an)裝
　　從前文所述(shù)的在檢驗中所(suo)遇到的問題可(kě)知,流量♉計在主(zhǔ)☎️蒸🧑🏾‍🤝‍🧑🏼汽🛀管道的安(an)裝過程中，會出(chu)現焊接材料💃🏻錯(cuo)用👄和流量計與(yu)管道連💰接存在(zai)異種鋼焊接接(jie)頭情況。這都是(shì)由于流量計曾(ceng)經疏于監管，使(shǐ)用單位或者安(ān)裝💛單位自行♊安(an)裝或者更換所(suǒ)導✉️緻。因此在流(liú)量計的選擇方(fang)面，要選擇材質(zhi)與主蒸汽管道(dào)材質相同的流(liu)量計，避免出現(xiàn)異🔞種鋼焊接接(jiē)頭。且在流量計(ji)安裝後，應對安(an)裝焊口進行相(xiàng)應檢驗檢測，如(ru)射線檢測、光譜(pu)複🐕檢等，以防止(zhi)焊接接頭出現(xiàn)焊材錯用、未焊(han)透.夾渣等質量(liàng)問題。
3.3流量計的(de)監管與檢驗
　　新(xīn)發布的TSG07--2019《特種設(shè)備生産和充裝(zhuāng)單位許可規則(ze)》将流量計(殼體(tǐ))正式納人行政(zhèng)許可，明确了流(liú)量計(殼體)的😍行(háng)政許可歸類一(yi)壓力管道元件(jian)。但是流量計(殼(ke)體)的制造尚無(wu)相應的國家标(biao)準或者行業标(biāo)準，在鍋爐範圍(wei)内使用的流量(liang)計應滿足鍋爐(lú)标準對🏃‍♀️材料、設(she)計、制造和強度(dù)的要求。
　　在安裝(zhuāng)環節,新裝的流(liu)量計除要經過(guò)制造監檢外，在(zai)安裝監檢的過(guo)程中，也應涵蓋(gai)對安裝焊口的(de)抽查,以确保流(liu)量計的安裝💃🏻質(zhi)量。對于已經在(zai)用的流量計,除(chu)💘對流量計制造(zao)焊接接頭進行(hang)❄️補充檢驗檢測(ce)外，對流量計與(yu)主蒸汽管道管(guǎn)道連接焊縫也(yě)應☎️做同等要求(qiú)。同時針對不同(tong)結構的流㊙️量計(ji)也應采取不同(tóng)的檢測手段,如(rú)焊接式流量計(ji)中間焊縫的檢(jiǎn)測，由于傳統超(chao)聲檢測的局限(xian)性”，可采用如TOFD.相(xiàng)控陣等多檢測(ce)手段相結合的(de)方式。
4結束語
　　流(liú)量計是鍋爐上(shàng)不可或缺的元(yuan)件組合裝置，流(liu)量計形式多樣(yang)、結構各有不同(tong)，流量計從制造(zao)、安裝和⭐使用環(huán)節尚未形成系(xi)統的監管。在以(yǐ)後的工作中，對(duì)流量計應給予(yu)足夠的重視，保(bǎo)證鍋爐的安全(quan)穩定運行。

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