摘要:差壓(yā)式流量計 測量介(jiè)質流量過程中因(yīn)介質的密度受介(jiè)質壓力🙇🏻和溫度的(de)影響，所以要采用(yong)溫壓信号對流量(liang)值進🐪行補✔️償。采✨用(yong)DCS系統分别對💋溫度(du)和壓力信号的波(bō)動💋對最終流量值(zhi)的影響🙇‍♀️進行了數(shu)據模拟分析,說明(ming)了溫度和壓力信(xin)号的穩定性和準(zhun)确性對流量的測(cè)量是至關重要的(de)，分析了DCS系統中典(diǎn)型的溫壓補⛷️償邏(luo)輯存在的薄弱點(dian)，并給出了相應的(de)解決方案。
　　在電力(li)生産中流量屬于(yú)重要的測量參數(shù)，差壓式流量計以(yǐ)其較低的價格、廣(guang)泛的應用場合、長(zhang)期的使用經驗，以(yǐ)及越來越高的精(jīng)度在流量測量中(zhong)一📧直占有非常重(zhong)要的地位。爲提高(gao)差壓⭐式流量計測(ce)‼️量精度，經常需要(yào)對介質流量測量(liang)進行相應的溫度(du)壓力補償，溫壓補(bu)償信☔号的準确和(hé)穩定對測量具有(you)重要的影響。某電(diàn)廠曾發生由于用(yòng)于補償鍋爐主給(gei)水⭐流量信号的溫(wen)💘度信号發生故障(zhang)導緻主給水流量(liàng)大幅波動✨的情況(kuang)，嚴重影響了機組(zu)的安全穩定運行(háng)。
1差壓式流量計工(gōng)作原理
　　差壓式流(liú)量計主要由節流(liu)部件和 差壓變送(sòng)器 組成，其原理遵(zūn)循伯努利方程和(hé)流動連續性方程(chéng)。在密閉🤞管道中的(de)單相流體經過節(jiē)流件時，由于管道(dào)内的流✨通截面突(tū)⛱️然減🔞小，流體的流(liú)速急速增大✉️，因而(ér)流體的動⭐能相應(yīng)增加。此時流體的(de)部分位能轉化爲(wèi)動♍能，流體在🐅節流(liu)件前後就會産生(shēng)壓力差。這個壓差(chà)值與流體的流量(liang)有一個數⛹🏻‍♀️值比，因(yīn)此隻要測量壓差(cha)☁️，就🍓可以得到流體(ti)通過管道的流量(liàng)。差壓變送器🆚将測(cè)量的節流件前後(hou)實🛀時差壓值送至(zhi)分散控制系統(以(yǐ)下簡稱DCS系統),在DCS系(xì)統内根據相應的(de)計算公式就可以(yǐ)計算出實時的流(liú)量值。在工業實際(jì)生産中，節流件前(qian)後的差壓值與流(liu)量值之間的計算(suan)公式常采用如下(xià)🈲公式：
 
式(1)中:
qm一質量(liàng)流量。
△P一節流件前(qian)後取壓口的差壓(yā)。
ρ一節流件正端取(qu)壓口平面上的流(liú)體密度。
K一-綜合系(xi)數(一般可根據節(jiē)流件計算說明書(shū)中給出.的節流📱件(jian)💘開孔直徑、可膨脹(zhàng)性系數、流量系數(shù)等參數直接求出(chu)💃)。
2差壓式流量計溫(wēn)壓補償的必要性(xìng)
　　從式(1)中可以看出(chu)，采用差壓式流量(liang)計測流量參數中(zhōng)，節流件前後取壓(yā)口的差壓可以通(tōng)過差壓變送器直(zhí)接進行測量。K值爲(wei)一常數，唯一不确(què)定變量爲被測介(jie)質的密💯度ρ。而被測(cè)介質的密度又與(yu)被測介質的溫度(du)和壓力有關，在實(shí)際生産中介質的(de)溫度💔和壓力值一(yi)般不是固定的，而(ér)是随生産工況的(de)變化而随時變👅化(huà)的，即被測介質的(de)密度值是随時變(bian)🎯化的。對于密度變(bian)化所帶來的影響(xiang)可以通過密度補(bǔ)償的方式來進行(háng)修正，以得到最接(jie)近真實情況的流(liú)量,即對被測介質(zhi)‼️的流量值進行溫(wēn)壓補🚶償。
3溫壓補償(chang)信号對流量測量(liàng)值的影響
　　某電廠(chǎng)鍋爐采用超超臨(lin)界、螺旋爐膛、一次(ci)中間再熱、平衡通(tong)風、固态排渣、全鋼(gang)構架、露天布置的(de)I型鍋爐，DCS系統采用(yòng)H-5000M系🔆統。機💋組正常運(yun)行中給水系統采(cǎi)用兩台50%容量汽動(dòng)🈲給水泵，主給水流(liu)量測量采用差壓(ya)變送器+節流噴嘴(zuǐ)的方式，機組額定(dìng)工況下主給水🔆壓(yā)力約爲28MPa,主給水溫(wēn)度約爲300℃。DCS系統中主(zhǔ)給水流量的♍計算(suàn)邏輯如🈲圖1所示。
 
3.1溫(wen)度補償信号對流(liu)量值的影響
　　假定(ding)機組某一工況下(xià)主給水壓力爲28MPa，差(chà)壓變送器測得✍️的(de)節流件前後差壓(yā)值爲100kPa，溫度信号因(yin)故障導緻跳變。以(yi)♊300℃爲基準以50爲一🍓數(shù)據間隔，分别輸人(ren)到DCS系統進行模拟(ni)，溫度信号變化對(duì)主給水流量的影(ying)響。
　　衆所周知水的(de)臨界點爲壓力22.129MPa，溫(wēn)度374.15℃。從表1可以看出(chū)給水溫度在350℃~400℃之間(jian)波動時，給水流量(liàng)波動最大。表明♌在(zài)此溫度🔞區間内DCS系(xì)🏃‍♂️統計算時認爲水(shui)已經從液态轉換(huan)爲了汽态🐕，壓縮水(shui)的密度大幅降低(di)導緻最終的給水(shuǐ)流量發生大☔幅下(xià)降。
 
3.2壓力補償信号(hào)對流量值的影響(xiang)
　　假定機組某一工(gong)況下主給水溫度(du)爲300，差壓變送器🔴測(cè)得☀️的節流件前後(hòu)差壓值爲100kPa,主給水(shui)壓力信号因故障(zhàng)導緻跳變💃🏻。以28MPa爲基(ji)準，以4MPa爲一數據間(jiān)隔，分别輸人到DCS系(xì)統進行模拟，壓力(li)信号變化對主給(gei)水流量的影響。
　　從(cóng)表2可以看出，在壓(ya)力爲12MPa~8MPa之間壓縮水(shui)的密度大幅度降(jiàng)低。經💋計算12MPa壓力下(xià)水的飽和溫度爲(wei)325℃C,8MPa壓力下水的飽🚶和(hé)溫㊙️度爲295℃，低于🔴了預(yù)⭐置值300℃。表明在此壓(ya)力區間内DCS系統計(ji)算時認爲水已經(jīng)從液态轉換爲了(le)汽态，壓縮水的密(mì)度大幅降低導緻(zhì)☁️最終的給水流量(liàng)發💔生大幅下降。
 
　　綜(zong)上所述，采用差壓(yā)式流量計測量介(jie)質流量時溫度、壓(ya)力信号🌈的穩定性(xìng)和準确性對最終(zhong)能否正确地測量(liàng)介質流量是至關(guan)重要的，尤其是溫(wen)度或壓力信号發(fa)生大幅度跳變使(shǐ)二次計算軟件(如(ru)DCS系統)認爲被測介(jie)質的狀态已發生(sheng)汽液兩相變化時(shí)，将❗導緻被測介質(zhì)的流量值大幅失(shi)真。如果被測介質(zhi)的流量信号參與(yǔ)機組重要聯✍️鎖保(bao)護時，将對機組的(de)安全穩定運行産(chan)生重💃🏻要影響。
4溫壓(yā)補償信号薄弱點(dian)分析及解決對策(ce)
　　現在電力生産中(zhong)已經重視參與重(zhòng)要聯鎖保護信㊙️号(hào)的可靠性問題，參(cān)與控制的信号一(yī)般采取三取中,參(cān)與保護的信号一(yi)般采取三取二的(de)方式進行信号真(zhen)實性的判斷。但🏃仍(reng)普遍存在的一個(ge)盲點爲隻重視參(cān)與保護信号的本(ben)身是不是冗餘和(hé)分散的，卻忽視了(le)修正這些信号的(de)測點的可靠性。如(ru)前述的鍋爐主給(gěi)🔆水流量信号,主💋給(gěi)水流量信号作爲(wei)參與鍋爐🈲給水流(liú)量控制和鍋爐給(gěi)水流量低保護🈲的(de)信号對整個鍋爐(lú)的安全穩定運行(hang)是🈲至關重要的。從(cóng)測點數量上來看(kàn)，3個主給水流量信(xìn)号滿足模拟量控(kòng)制系統中的三取(qu)中，保護系統中🐕三(san)取二的✌️信号配置(zhi)原則。但因爲有溫(wēn)壓補償信号的存(cun)在，就還需要從另(lìng)一方面再次考量(liang)☔主信号的可靠性(xìng)。
1)溫度或壓力信号(hào)三重冗餘配置
　　增(zēng)加溫度或壓力信(xin)号的數量，溫度或(huò)壓力信号本身🌂和(he)主信号一樣也采(cai)用三重冗餘的方(fang)式進行配置。這樣(yang)的話無論是一對(duì)一的對主信号進(jìn)行補償或補償信(xìn)号三選後再分别(bie)對主信号進行補(bǔ)償，對提高主信号(hao)的可靠性都是有(yǒu)利的。但受制于現(xiàn)場設備的實際情(qing)況，如果在設計階(jiē)段就沒有考慮三(sān)重冗餘的設置，後(hòu)期增加的話一般(ban)是比較困🍉難的,尤(you)其是在電廠中的(de)四大管道上增加(jia)測點。所以，溫壓測(cè)點多重冗餘的♌配(pei)置方式最好在設(shè)計階段就💋應該進(jin)行考慮。
2)溫度或壓(ya)力測點雙冗餘配(pei)置
　　溫度或壓力測(ce)點雙冗餘配置在(zai)一定程度上可以(yi)提🐆高主測點的可(ke)靠性，但要特别注(zhu)意雙冗餘測點信(xìn)号的處理方式，否(fǒu)則可能會比單測(ce)點信号更不可靠(kao)。
 
　　從圖2可以看出，在(zài)邏輯設計中已經(jīng)考慮了當溫度或(huò)壓力信号出現故(gu)障時邏輯會自動(dòng)保持故障前的密(mi)🐇度值，防止信号故(gu)障導緻的密度值(zhí)大幅失真。用于補(bǔ)償計算密度值的(de)溫度或壓力信号(hao)如果爲雙冗餘配(pèi)置的話，往往采用(yong)雙重冗餘信号兩(liǎng)選之後的值。當兩(liang)個信号都正常時(shí)則兩選值輸出爲(wèi)兩個測量值的✌️均(jun)值;當兩個信号中(zhōng)的其中一個故障(zhàng)時則切除故障信(xìn)💋号，選擇其中正常(cháng)的信号作爲輸出(chū)信号。
　　信号故障的(de)判斷方式一般分(fèn)爲兩種:當信号超(chāo)量程或超🏃🏻‍♂️過預設(she)的變化速率時認(rèn)爲該信号故障。不(bú)同的🌏被測⛷️對象往(wǎng)往具有不同的變(biàn)化速率，速率判斷(duan)一般需要根🔴據生(shēng)産現場被測介質(zhi)的實際情況由經(jīng)驗值🔴給出。信号超(chao)量程的判斷一般(bān)根據DCS系統中預設(she)的信号量程，當實(shi)際檢測的信🌈号超(chao)過量程的-5%~105%時認爲(wei)信❓号故障。壓力信(xin)号一般由壓力變(bian)送器進行檢測，采(cǎi)用 壓力變送器 時(shi)要求DCS系統内設置(zhi)的信号量程要和(he)就地變送器中設(she)🐪置的量程一緻，所(suǒ)以DCS系統中壓力信(xin)号的量程設置一(yi)般👄都比較嚴謹。溫(wen)度信号一般采用(yong) 熱電阻 或 熱電偶(ǒu) 進行檢測，熱電阻(zǔ)或熱電偶測量溫(wen)度時不依賴于DCS系(xi)統中設置的信号(hao)量程，而是根據檢(jian)測到的電阻值(熱(re)電阻⛹🏻‍♀️)或毫伏值(熱(re)電偶)進行測量，所(suo)以相對壓力信号(hao)🍉來講溫度信号🚶在(zai)DCS中設置的量程值(zhí)較爲随意，這就爲(wei)👉超量程判斷信号(hào)故障埋下了隐患(huàn)。
　　舉例來講，如果在(zai)機組正常運行中(zhong)用于補償流量信(xin)号的😘溫度信号值(zhí)約爲300℃，溫度信号在(zài)DCS系統中設置的量(liàng)⛱️程上下限🙇🏻爲0℃~1000℃。當其(qi)中一個溫度信号(hao)跳變至700℃時，這時的(de)DCS系統不❌會判斷其(qi)爲故障，則兩個溫(wen).度信号⁉️經雙選塊(kuài)後輸出爲500℃。根據表(biao)1中😄的數據可以得(de)出此✂️時的流量值(zhi)已經大幅失真，嚴(yán)重影響了機組的(de)安全穩定運行。
　　雙(shuang)冗餘配置的溫壓(ya)補償測點，其中任(rèn)一測點波動均會(huì)影💛響輸出值，如果(guǒ)信号故障判斷功(gōng)能設置不合理，在(zài)某種程度上講将(jiāng)會比單個測點可(kě)靠性更低。所以，雙(shuāng)冗餘配置的測點(diǎn)在信号故障判斷(duan)時應合理地設置(zhi)信号量程，尤其要(yao)保證任一♍信号跳(tiào)變時兩選輸出值(zhi)不要超過被測介(jiè)質汽液兩相的轉(zhuǎn)換點，否則将引起(qi)被測介質流量的(de)大幅波動。
3)溫度或(huo)壓力信号單點配(pei)置
　　如果溫度或壓(yā)力信号單點配置(zhì)時，要充分考慮單(dan)點信号故障後對(duì)被測介質流量的(de)影響，需要設置合(hé)理的信号故🔞障判(pan)斷邏輯和參數，除(chu)此還可考慮對溫(wen)壓補償後的密度(dù)😍值進行限幅，保證(zhèng)溫壓補償後的介(jie)質密度值不❗因溫(wen)壓補償信号故障(zhang)發生大幅跳變。除(chu)上🐆述外，還需考慮(lǜ)如果單點信号故(gu)障且🔴又無法及時(shi)進行處理的情況(kuang)下對設備長期運(yun)行的影響。在增加(jiā)實際測點困難的(de)情況下，可考慮采(cai)用類似信号代替(ti)的方法，如采用同(tong)--管道或同一設備(bèi)上與該測點特征(zheng)具有高度相似的(de)其它測點進📞行代(dài)替。如果上述✍️辦法(fǎ)仍🍉存在困難，還可(kě)考慮采用其它特(te)征信号拟合的辦(ban)法，如根據實際運(yùn)行經驗㊙️采用機組(zu)負荷信号折算出(chu)對應的函數拟合(he)出一條接近的🔞曲(qǔ)線代替實際測點(dian)。采用測點代替的(de)方法時需要考慮(lü)當真實測點故障(zhàng)後切換至代替測(ce)點時的無擾切換(huan)問👣題。
5結論
　　對差壓(yā)式流量計測量介(jie)質流量時，溫壓補(bǔ)償信号對流量測(cè)量🌈的影響進行了(le)分析。對溫壓補償(cháng)邏輯中易忽略的(de)薄弱點進行了分(fen)析并給出了相關(guan)的解決方案，目的(de)是爲了使溫壓補(bu)償信号在差壓式(shì)流量計測介質流(liu)量時能發揮其本(běn)來功能，而不使🌈其(qi)成爲影響介質流(liú)量測量的問題，以(yi)期能夠爲廣大的(de)生産技術人員提(tí)供借鑒經驗。

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