摘要：差壓式流(liú)量測量是電廠流(liú)量測量的重要方(fang)式，通過流量孔闆(pǎn)與 差壓變送器 配(pèi)合使用，可直接産(chǎn)生4mADC～20mADC的标準電流信(xin)号送控制系統。一(yi)直以💁來，管道差壓(ya)式流量計 以其簡(jian)單、可靠的特性廣(guǎng)泛應用于各個系(xi)統的管線流量測(cè)量，本文結合秦二(er)廠現場設備改造(zao)過程，深入💛分析了(le)差壓式♍流量計在(zài)對含氣泡液體流(liú)量測量過程中産(chan)生波動的具體📧原(yuán)因，并提出具有針(zhen)對性的改💛進措施(shī)，有效提升了差壓(ya)式流量測量的穩(wen)定性。
　　秦二廠安全(quán)殼噴淋系統（EAS）噴淋(lín)流量變送器，通過(guo)測得安噴管線上(shang)流量孔闆兩側的(de)差壓來實現噴淋(lin)流量的測量及遠(yuǎn)傳功能🏃‍♂️，該變送器(qi)爲事故後監測系(xi)統儀表。該變🐪送器(qì)爲EAS系統直接噴淋(lín)🌈流量與循環噴淋(lín)流量✍️的差壓流量(liang)測量變送器，現場(chǎng)測得參數并經處(chù)理後🐇遠傳至主控(kong)室。
　　在進行涉及該(gāi)流量計的零流量(liàng)現場試驗時，多次(ci)🌈出⚽現停泵後流量(liàng)數據波動的情況(kuàng)，波動幅度超出誤(wu)差許可範圍。爲保(bao)證現場設備可用(yong)，本文從測量結果(guo)波動這一問題着(zhe)手，深入剖析波動(dòng)産生的原因，并提(ti)出✍️對應的解決方(fang)案，應用至現場後(hòu)，取得了良好的成(chéng)效
1故障現象及故(gu)障處理
1.1故障現象(xiàng)
　　安噴系統零流量(liang)實驗期間，曾多次(cì)出現小流量指示(shì)波動的情🔞況，曾有(yǒu)過1個月内連續觸(chu)發3次波動的情況(kuàng)發生‼️，其波❗動方🔅式(shi)爲在停泵後出現(xiàn)短時間的波動峰(feng)（如圖1所示）。圖1中綠(lǜ)色曲🚶線爲流量，藍(lán)色曲線爲泵軸承(chéng)溫度，啓泵期間流(liú)量指示正常，而在(zai)停泵後（藍色曲線(xiàn)開始下行，證明已(yǐ)停泵成功）又出現(xiàn)了💞兩次大的波😍動(dòng)值，較大的一次波(bō)動值約爲正常啓(qi)泵期間流量值的(de)1/4，明顯已遠超誤差(chà)許可範圍。
 
1.2故障處(chu)理
　　針對這一故障(zhàng)，現場多采用充水(shuǐ)排氣方式進行處(chù)理，對🐅儀表🌈進行充(chong)水排氣并校準後(hou)，在一段時間内儀(yi)表的測量穩定性(xing)會有所提高，然而(ér)在進行多次試驗(yàn)後（該管線在機組(zǔ)運行期✉️間不投✊運(yùn)），流量波動💜的情況(kuang)又會出現。經統計(ji)，近3年内對單個變(bian)送器校驗（含充水(shui)排氣）的工作次🔞數(shù)多達7次。從現場實(shí)際效📞果來看，充水(shuǐ)排氣具有見效快(kuai)、操作容易等優點(dian)，但屬于一種治标(biao)不☂️治本的辦法，對(dui)于應用于事故期(qī)間🐕及事故後處理(lǐ)的安全殼噴淋系(xì)統來說，每次使用(yòng)前進行人爲校驗(yàn)的行爲是不現實(shí)的。
2背景介紹
2.1差壓(ya)式流量計測量原(yuán)理
　　差壓式流量測(cè)量方式基于伯努(nu)利方程和連續性(xing)原理，通過👣測量液(ye)體流經節流元件(jiàn)時産生的壓力變(biàn)化，從而計算出流(liú)體流量[2]。推導爲：
　　已(yǐ)知流體密度ρ；流體(ti)管道前後截面積(ji)A1、A2；截面處流體🤞流速(su)v1、v2；壓強🙇‍♀️p1、p2。根據不可壓(ya)縮理想流體的伯(bo)努利方程：
 
和流體(ti)連續性方程：
 
　　其中(zhōng)，A0爲孔闆開孔面積(ji)，μ爲流束收縮系數(shù)（A2=μA0），d爲節流孔直✏️徑，D爲(wei)管㊙️道内徑。
　　上述方(fāng)程均建立在流體(ti)不可壓縮及流體(tǐ)動量守恒❓的基礎(chǔ)之上。事實上，由于(yú)流體存在摩擦力(lì)和黏性，其動量有(you)所損失，而孔闆前(qian)後流體由于具備(bèi)可壓縮性♻️，前後密(mì)度并不相同，故引(yin)入流量系數α和膨(péng)脹系數ε（對于不可(kě)壓縮流體，其ε爲1），并(bìng)得到孔闆前後的(de)實際壓差爲Δp=p1-p2，實際(jì)密度🌂ρ2=ερ1=ερ，得到可壓縮(suō)的實際流體🙇🏻方程(cheng)：
 
可以看出：流量與(yǔ)差壓的平方根成(cheng)線性關系，即q∝√∆p。
　　上述(shu)公式作爲差壓式(shi)流量測量的理論(lun)基礎，其結論決定(ding)了差壓式流量計(jì)的硬件組成，對于(yú)現場應用來🌈說，主(zhǔ)🏒要的♌組成♌元件包(bāo)含節流元件、引壓(ya)管線及差壓💋變送(song)器。差壓式流量計(ji)可以采用的節流(liú)元件包含标準孔(kǒng)闆、節流擋闆、文丘(qiū)裏管等，而在現場(chang)使用的設備中則(ze)以标準孔闆居多(duo)。秦二廠安噴系✂️統(tong)現場使用的正是(shi) 标準孔闆型差壓(yā)流量計 。
2.2現場布置(zhì)情況
　　秦二廠安全(quán)殼噴淋系統（EAS）噴淋(lín)流量變送器，通過(guò)測得安噴管線上(shang)流量孔闆兩側的(de)差壓來實現噴淋(lín)流量✉️的測量及遠(yuan)傳功能🤟。
　　現場儀表(biao)安裝于管道側方(fāng)，通過引壓管線自(zì)孔闆兩側接入管(guan)🚩道，對孔闆前後兩(liǎng)側的差壓值進行(hang)測量，并送出4mADC～20mADC标準(zhun)電流信号至控制(zhi)與監測系統，在控(kòng)制櫃系統中通過(guò)開方卡件與線性(xìng)運算卡件處理，即(jí)可直接⁉️得到流量(liang)💃🏻值。
　　現場采用的差(chà)壓式變送器，測量(liang)範圍0kPa～60kPa，精度0.25，通過約(yuē)6m長的引♋壓管線由(yóu)孔闆引入變送器(qi)進行測量，如圖📧2所(suǒ)示。
 
　　對國内同類型(xíng)電廠該儀表的使(shǐ)用情況進行調研(yán)，發♻️現該問題在大(da)部分同型号電站(zhan)中均有存在，屬于(yú)共性問題，解決方(fang)❌案也多爲充水排(pái)氣操作。本文所讨(tǎo)論🐉的解決方案具(ju)♊備推廣價值。
2.3不穩(wěn)定性原因分析
1）安(an)噴泵作用原理分(fen)析
　　該表計用于測(ce)量安噴管線内流(liu)量，安噴管線在機(ji)組正常運行期間(jian)無流量，隻有在試(shì)驗期間，該表計才(cái)會起到測量的作(zuo)🔆用，此時管線内液(ye)體來源爲安全殼(ke)噴淋泵泵送的含(hán)硼水，安噴泵爲葉(yè)片式立式☔筒形泵(bèng)，泵揚程爲131m，最大入(ru)口壓力0.385MPa，在試驗過(guò)程中，因氫氧化鈉(nà)虹吸管線破壞帶(dài)入空氣，噴射泵将(jiāng)氫氧化鈉輸送管(guǎn)線中的空氣吸入(ru)安噴管線内，氣體(ti)以⛱️氣泡的形式存(cun)在于液體管線中(zhōng)，并随着液體進入(rù)引壓管線。考慮到(dào)對于儀表充水排(pái)氣可以短期消除(chu)儀表測量不穩定(dìng)問題的情況，不能(néng)排除測量不穩定(ding)的原因爲儀表管(guǎn)線中含氣泡。而事(shi)實上，爲消除儀表(biǎo)管線含氣泡對于(yu)儀💯表測量穩定性(xing)的影響💋，引壓管線(xian)上安裝有集氣🌈罐(guàn)，但⁉️由于引壓管線(xian)長度較長（約6m），集🔅氣(qì)罐并不能起到良(liang)好的除氣作用。
2）曆(lì)史故障記錄分析(xī)
　　經查詢曆史記錄(lu)，除了零流量試驗(yàn)停泵後該表波動(dòng)外，也曾出現過機(jī)組正常運行期間(jiān)該表計出現小流(liu)量波動的情況，如(ru)圖3所示。從圖3中可(kě)以看到，該波動持(chi)續一段較長時🏃🏻間(jiān)後，經約5min的最大量(liang)程指示（故障處理(li)工作期間斷開儀(yi)表），儀表指示複原(yuan)，期間管線内不存(cún)在液體流動的情(qíng)況（功率運行期間(jiān)安噴泵不啓動），查(chá)詢曆史工作記⛹🏻‍♀️錄(lu)可以發現，對該故(gù)障采用充水排氣(qi)的方法進行了處(chù)理，這一故障不同(tong)于大多數情況下(xià)🍉的零流量試驗停(ting)泵後流量波動的(de)産生條件，但其故(gù)🤟障表現、故障處理(li)方式及故障處理(lǐ)結果均有🐇相似之(zhi)處。
 
3）引壓管線因素(su)分析
　　作爲差壓式(shì)流量計的測量儀(yi)表，差壓式變送器(qi)的👈測量範圍本身(shen)較小（0kPa～60kPa），需要較高的(de)測量精度與測量(liàng)靈敏🌈度，管線内氣(qì)體擾動、氣體憋壓(ya)等情況均會造成(chéng)力變送器的測量(liang)不穩定，而在安噴(pen)管線中，氣體❗通過(guò)氣泡的形式存在(zài)，氣泡流動與彙聚(jù)均有可能引發管(guan)線内壓力波動。在(zài)安噴泵正常🚶工作(zuo)期間，由于管線内(nèi)流量較大，差壓本(běn)身較高，擾動造成(cheng)的影響較小，而停(tíng)泵後主管線内液(ye)體停止流動，引壓(yā)管㊙️線✉️中的氣體開(kai)始移動，這一過程(cheng)中，氣♋泡的流動、彙(hui)聚與破裂均有可(ke)能引發管線内壓(yā)力波動，殘留氣🌂體(tǐ)引發的壓力波動(dong)與憋壓情況造成(cheng)了停泵之後的流(liu)量波動情況[1]。
4）信号(hào)處理回路分析
　　在(zai)流量測量的過程(chéng)中，信号經開方卡(ka)件處理，開方卡件(jiàn)具有🌍小信号切除(chu)功能，當輸入信号(hào)小于0.075V時，輸出保持(chí)爲0。
　　由開方運算關(guan)系式可知，對于輸(shū)入信号爲0.075～0.999之間的(de)☁️電壓值，經開方卡(kǎ)件處理後，其輸出(chu)值大于輸入值。換(huan)言🚶‍♀️之，輸入值低于(yu)滿量程1/10的信号值(zhí)經由開方卡件運(yùn)算🌈後，如有🈲輸出，其(qí)輸出會大于原輸(shū)入值，由于差壓值(zhi)與變送器輸出電(diàn)流之間滿足線性(xing)輸出關♻️系，且I-V卡件(jiàn)爲線性轉換關系(xi)，易知變送器測量(liang)差壓值與開方卡(ka)件輸入端電壓滿(man)足線性運算關系(xi)，對于波動誤🐪差，開(kai)方運算會将其放(fàng)大⁉️，這也是波動較(jiào)爲明顯的原因之(zhi)一。
　　綜合以上故障(zhàng)情況分析，可以判(pan)斷出流量測量不(bú)穩定性的成因與(yu)管道内存在氣體(ti)有密切關系。
2.4處理(lǐ)措施
　　綜上分析可(kě)知，小流量波動産(chǎn)生的原因爲管線(xiàn)内氣體産生的壓(ya)力擾動，要解決小(xiǎo)流量測量不穩定(ding)的情🙇‍♀️況，需要消除(chú)氣體造成的影響(xiang)，氣體由虹吸破壞(huai)作用帶出，根據該(gāi)系統的工作原理(lǐ)可知，無法做到從(cóng)根源消除管線✨氣(qi)，解決方法主要着(zhe)手于消除引壓管(guan)線内的氣體擾動(dòng)。根據現場的實際(ji)布置，初步的解決(jue)方案有3個：
1）在管線(xiàn)上布置氣體消除(chu)裝置（集氣罐等）。
2）修(xiu)改變送器及引壓(yā)管線所在位置，消(xiāo)除引壓管線内♌液(ye)🌈體無😍法♋排空的問(wen)題。
3）采用毛細管差(cha)壓變送器，從根本(ben)上避免氣體波動(dòng)。
　　對于1）、2）兩項解決方(fāng)案，有成本較低、實(shí)施簡單的優勢，但(dan)由于在安噴試驗(yan)進行的過程中，還(hái)是有氣泡随虹吸(xī)破壞進入管線，依(yi)然⛱️不能完全避免(miǎn)氣體影響，且加裝(zhuang)集氣罐會在管線(xian)中引入故障點，造(zào)成系統🔞穩定性下(xia)降，其中集氣罐這(zhè)一方案已被證明(ming)效果不佳，不考慮(lü)✌️采用。
　　考慮第3條方(fang)案，由連通器原理(li)可知，主管線中的(de)壓力變化對于差(cha)壓變送器來說不(bu)造成影響，主要的(de)問題集中于引壓(yā)管♌線上，毛細管變(bian)送器通過在封閉(bì)毛細🌂管内填充油(you)進📐行引壓，可以避(bi)免主管線内含氣(qi)泡液體進入，達到(dào)從根本🌈上消除氣(qi)體影響因素的效(xiào)果。
　　綜上考慮，采用(yong)毛細管型差壓變(bian)送器對現場變送(song)器🈚與引壓管線一(yi)同更換，對原變送(song)器、引壓管線及集(ji)氣罐進行拆除，由(you)孔闆出口根閥後(hou)全部換爲毛細管(guǎn)進行引壓😍。改造後(hou)進行零流量試驗(yan)，啓停泵前後流量(liang)指示保持一緻，且(qiě)停泵後未出現小(xiǎo)流量波動，改造效(xiao)果良好。改造前後(hou)測量效果對比如(rú)圖4所示，其中綠色(se)曲✊線爲改造後效(xiao)果。
 
3總結
　　差壓式流(liu)量計作爲一種廣(guang)泛應用于生産場(chang)所的流量測量♊模(mó)式，其結構簡單，測(ce)量回路易于搭建(jiàn)，對純流體的測量(liàng)結果精度也讓人(rén)滿意。但其受流體(ti)密度與🎯壓強影響(xiang)較大，特别是🐆對于(yu)含氣泡液體來🌈說(shuō)，由于測🛀量值爲孔(kong)闆差壓，對于單側(ce)波動影響的敏感(gǎn)度較高，通過将測(ce)量儀表更換爲毛(máo)細管變送器，将單(dan)側管線🏃‍♂️等效爲純(chún)液體測量，從根源(yuan)上避免了氣體擾(rao)🚩動，對于含氣泡液(yè)體管線👈小流量測(cè)量穩定性改進有(yǒu)明顯的功效，對于(yú)現場其它🏃‍♂️類似流(liú)量計以及國内同(tong)類型電✂️站均具有(yǒu)廣泛的應用與推(tuī)廣前景。

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