摘(zhai)要：差壓式(shi)流量測量(liang)是電廠流(liu)量測量的(de)重要方式(shi)，通👄過流量(liang)孔闆與 差(cha)壓變送器(qi) 配合使用(yong)，可直接産(chan)生4mADC～20mADC的标準(zhun)電流信号(hao)送控制系(xi)💁統。一直以(yi)來，管道差(cha)壓式流量(liang)計 以其簡(jian)單、可靠的(de)特性廣泛(fan)應用于各(ge)個系統的(de)管線流量(liang)測量，本文(wen)結合秦二(er)廠現場設(she)備改造過(guo)程，深入分(fen)析了差💜壓(ya)式流量計(ji)在對含氣(qi)泡液體流(liu)量測量過(guo)程中産🧑🏾‍🤝‍🧑🏼生(sheng)波動的具(ju)體原因，并(bing)♌提出具有(you)針對性的(de)改進措施(shi)，有效提升(sheng)了差壓式(shi)流😘量測量(liang)的穩定性(xing)。
　　秦二廠安(an)全殼噴淋(lin)系統（EAS）噴淋(lin)流量變送(song)器，通過測(ce)得安噴❤️管(guan)線上流量(liang)孔闆兩側(ce)的差壓來(lai)實現噴淋(lin)流量的測(ce)量及遠傳(chuan)功能，該變(bian)送器爲事(shi)故後監測(ce)系統儀⭐表(biao)。該變送器(qi)爲EAS系統直(zhi)接噴淋流(liu)量與循環(huan)噴淋流量(liang)🏃🏻‍♂️的差壓流(liu)量測量變(bian)✂️送器，現場(chang)測得參數(shu)🈲并經處理(li)後遠傳至(zhi)主控室。
　　在(zai)進行涉及(ji)該流量計(ji)的零流量(liang)現場試驗(yan)時，多次出(chu)現停泵⛱️後(hou)流量數據(ju)波動的情(qing)況，波動幅(fu)度超出誤(wu)差許可🈲範(fan)圍。爲保證(zheng)現場設備(bei)可用，本文(wen)從測量結(jie)果波動這(zhe)一問題着(zhe)♉手，深入🔞剖(pou)析波動産(chan)生的原✍️因(yin)，并提出對(dui)應的解🏃‍♀️決(jue)方案，應用(yong)至現場🔞後(hou)，取得了良(liang)好的成效(xiao)
1故障現象(xiang)及故障處(chu)理
1.1故障現(xian)象
　　安噴系(xi)統零流量(liang)實驗期間(jian)，曾多次出(chu)現小流量(liang)指示波動(dong)的情況，曾(ceng)有過1個月(yue)内連續觸(chu)發3次波動(dong)的情況發(fa)生，其波動(dong)方式爲在(zai)停泵後出(chu)現短時間(jian)的波動峰(feng)（如圖1所示(shi)）。圖1中綠色(se)曲線爲流(liu)量，藍色曲(qu)線爲泵軸(zhou)承❓溫度，啓(qi)泵期間流(liu)量指示正(zheng)常，而在停(ting)泵😄後（藍色(se)曲線開始(shi)下行，證🔴明(ming)已停泵成(cheng)🌈功）又出現(xian)了🌈兩次大(da)的波動🐇值(zhi)，較大的一(yi)次波動值(zhi)約爲正🐆常(chang)啓泵期間(jian)流量值的(de)1/4，明顯已遠(yuan)超誤差許(xu)可範圍。
 
1.2故(gu)障處理
　　針(zhen)對這一故(gu)障，現場多(duo)采用充水(shui)排氣方式(shi)進行處理(li)，對儀🈲表進(jin)行充水排(pai)氣并校準(zhun)後，在一段(duan)時間内儀(yi)表的測量(liang)穩定性會(hui)有所提高(gao)，然而在進(jin)行多次試(shi)驗後（該管(guan)線💃🏻在機組(zu)運行期間(jian)不投運），流(liu)量波動的(de)情況又會(hui)出現。經統(tong)計，近3年内(nei)對單個變(bian)送器校驗(yan)（含充水排(pai)氣）的工作(zuo)次數多達(da)7次。從現場(chang)實際效果(guo)來看，充水(shui)排氣具有(you)見效快、操(cao)作容易等(deng)優點，但屬(shu)于一種治(zhi)标不治本(ben)的🛀辦法，對(dui)于應用于(yu)事故期✂️間(jian)及事故後(hou)處理的安(an)全殼噴淋(lin)系統來☎️說(shuo)，每次使用(yong)前進行人(ren)爲校驗的(de)行爲是🏃🏻不(bu)現實的。
2背(bei)景介紹
2.1差(cha)壓式流量(liang)計測量原(yuan)理
　　差壓式(shi)流量測量(liang)方式基于(yu)伯努利方(fang)程和連續(xu)性原理，通(tong)過測量液(ye)體流經節(jie)流元件時(shi)産生的壓(ya)力變化，從(cong)而計算出(chu)流體流量(liang)[2]。推導爲：
　　已(yi)知流體密(mi)度ρ；流體管(guan)道前後截(jie)面積A1、A2；截面(mian)處流體流(liu)速v1、v2；壓強p1、p2。根(gen)據不可壓(ya)縮理想流(liu)體的伯努(nu)利方程：
 
和(he)流體連續(xu)性方程：
 
　　其(qi)中，A0爲孔闆(pan)開孔面積(ji)，μ爲流束收(shou)縮系數（A2=μA0），d爲(wei)節流孔直(zhi)徑，D爲管道(dao)内徑。
　　上述(shu)方程均建(jian)立在流體(ti)不可壓縮(suo)及流體動(dong)量守恒⚽的(de)✨基礎之🔆上(shang)。事實上，由(you)于流體存(cun)在摩擦力(li)和黏性，其(qi)動量有所(suo)損失💁，而孔(kong)闆前後流(liu)體由于具(ju)備可壓縮(suo)性，前後密(mi)度并不相(xiang)同，故引入(ru)流量系數(shu)α和膨👨‍❤️‍👨脹系(xi)數ε（對于不(bu)可壓縮流(liu)體，其❌ε爲1），并(bing)得到🏃🏻‍♂️孔闆(pan)前後☁️的實(shi)際壓差爲(wei)Δp=p1-p2，實際密度(du)ρ2=ερ1=ερ，得到可壓(ya)縮的實際(ji)流體方程(cheng)：
 
可以看出(chu)：流量與差(cha)壓的平方(fang)根成線性(xing)關系，即q∝√∆p。
　　上(shang)述公式作(zuo)爲差壓式(shi)流量測量(liang)的理論基(ji)礎，其結論(lun)決定了⭐差(cha)壓式流量(liang)計的硬件(jian)組成，對于(yu)現場應用(yong)來🐕說，主要(yao)的組成☔元(yuan)件包含節(jie)流元件、引(yin)壓管線🌍及(ji)差壓✔️變送(song)器。差壓式(shi)流量計可(ke)以采用的(de)節流元件(jian)包含标準(zhun)孔闆、節流(liu)擋闆、文丘(qiu)裏管等，而(er)在現場使(shi)用的設備(bei)中則以标(biao)準孔闆居(ju)多。秦二廠(chang)安噴系🥵統(tong)現場使用(yong)的⚽正是 标(biao)準孔闆型(xing)差壓流量(liang)計 。
2.2現場布(bu)置情況
　　秦(qin)二廠安全(quan)殼噴淋系(xi)統（EAS）噴淋流(liu)量變送器(qi)，通過測🚶得(de)安噴管線(xian)上流量孔(kong)闆兩側的(de)差壓來實(shi)現噴淋流(liu)量㊙️的測量(liang)及遠傳功(gong)能👌。
　　現場儀(yi)表安裝于(yu)管道側方(fang)，通過引壓(ya)管線自孔(kong)闆兩🐕側接(jie)入管道，對(dui)孔闆前後(hou)兩側的差(cha)壓值進行(hang)測量，并送(song)出4mADC～20mADC标準電(dian)流💞信号😍至(zhi)控制與監(jian)測系統，在(zai)控制櫃系(xi)統中通過(guo)開方卡件(jian)與線性運(yun)算卡件處(chu)理，即可直(zhi)接得到流(liu)量☀️值。
　　現場(chang)采用的差(cha)壓式變送(song)器，測量範(fan)圍0kPa～60kPa，精度0.25，通(tong)過約✌️6m長的(de)引壓管線(xian)由孔闆引(yin)入變送器(qi)進行測量(liang)，如圖2所示(shi)🛀🏻。
 
　　對國(guo)内同類型(xing)電廠該儀(yi)表的使用(yong)情況進行(hang)調研，發現(xian)該問題在(zai)大部分同(tong)型号電站(zhan)中均有存(cun)在，屬💰于共(gong)性問題，解(jie)🔅決方👅案也(ye)多爲充水(shui)排氣操作(zuo)。本文所讨(tao)論的解決(jue)方案具㊙️備(bei)推廣價值(zhi)。
2.3不穩定性(xing)原因分析(xi)
1）安噴泵作(zuo)用原理分(fen)析
　　該表計(ji)用于測量(liang)安噴管線(xian)内流量，安(an)噴管線在(zai)機組正常(chang)運🌈行期間(jian)無流量，隻(zhi)有在試驗(yan)期間，該表(biao)計才會起(qi)到❓測量的(de)作用，此時(shi)管線内液(ye)體來源爲(wei)安全殼噴(pen)淋泵泵送(song)的含硼水(shui)，安噴泵爲(wei)葉片式立(li)式筒形泵(beng)，泵揚程爲(wei)131m，最大入口(kou)壓力0.385MPa，在試(shi)驗過程中(zhong)，因氫氧化(hua)鈉虹⚽吸管(guan)線破壞帶(dai)入空氣，噴(pen)射泵将氫(qing)氧化鈉輸(shu)送管線❌中(zhong)的空氣吸(xi)入安噴管(guan)線内，氣🈲體(ti)以🌈氣泡的(de)形式存在(zai)于液體❓管(guan)線中，并随(sui)着液體進(jin)入🈲引壓管(guan)線。考慮到(dao)對于儀表(biao)充水排氣(qi)♌可以短期(qi)消除儀表(biao)測量不穩(wen)定問㊙️題的(de)情♻️況，不能(neng)排除測量(liang)不♋穩定的(de)原因爲儀(yi)✔️表管線中(zhong)含氣泡。而(er)事實上，爲(wei)消除儀表(biao)管線‼️含氣(qi)泡對于儀(yi)表測量穩(wen)定性的影(ying)響，引壓⛷️管(guan)線上安裝(zhuang)有集氣罐(guan)，但由🎯于引(yin)壓管線長(zhang)度較長（約(yue)6m），集氣罐并(bing)不能起到(dao)良好的除(chu)氣作用。
2）曆(li)史故障記(ji)錄分析
　　經(jing)查詢曆史(shi)記錄，除了(le)零流量試(shi)驗停泵後(hou)該表波動(dong)外，也曾出(chu)現過機組(zu)正常運行(hang)期間該表(biao)計出現小(xiao)流量波☔動(dong)的情況❄️，如(ru)圖3所示。從(cong)圖3中可以(yi)看到，該波(bo)動持續一(yi)段較長時(shi)間後，經☂️約(yue)5min的最大量(liang)程指示（故(gu)障處理🏃‍♂️工(gong)作期間💜斷(duan)開儀表），儀(yi)表指示複(fu)原，期間管(guan)線内不存(cun)在液體流(liu)動⛱️的情況(kuang)（功率📧運行(hang)期間安噴(pen)泵不啓動(dong)），查詢曆史(shi)工作記錄(lu)可以發現(xian)，對🆚該故障(zhang)采用充水(shui)排氣的方(fang)法進行了(le)處理，這一(yi)故障不同(tong)于大多數(shu)情況下的(de)零流量試(shi)驗停泵後(hou)流量波動(dong)的産生條(tiao)件，但其故(gu)障表現、故(gu)障處理方(fang)式及故障(zhang)處理結果(guo)均有相似(si)之處。
 
3）引壓(ya)管線因素(su)分析
　　作爲(wei)差壓式流(liu)量計的測(ce)量儀表，差(cha)壓式變送(song)器的測量(liang)範圍本身(shen)較小（0kPa～60kPa），需要(yao)較高的測(ce)量精度與(yu)測量靈敏(min)度，管線内(nei)氣體擾動(dong)👣、氣體憋壓(ya)等情況均(jun)會造成力(li)變送器的(de)測量不穩(wen)定，而在安(an)噴管線中(zhong)，氣體通過(guo)氣泡🎯的形(xing)式存在，氣(qi)泡流㊙️動與(yu)彙聚均有(you)可能引發(fa)管線内壓(ya)力波動。在(zai)安噴泵正(zheng)常工作期(qi)間，由🌈于管(guan)線内流量(liang)較大，差壓(ya)本身㊙️較高(gao)，擾動造成(cheng)的影響較(jiao)小，而🌈停泵(beng)後主管線(xian)内液體停(ting)止流動，引(yin)壓管線中(zhong)的氣體開(kai)始移動，這(zhe)一過程中(zhong)，氣泡的流(liu)動、彙聚與(yu)破裂均有(you)可能引發(fa)管線内壓(ya)力波動，殘(can)留氣㊙️體引(yin)發的壓力(li)波🐉動與憋(bie)♈壓情況造(zao)成了停泵(beng)之後的流(liu)量波動情(qing)況[1]。
4）信号處(chu)理回路分(fen)析
　　在流量(liang)測量的過(guo)程中，信号(hao)經開方卡(ka)件處理，開(kai)方卡件具(ju)有小✨信号(hao)切除功能(neng)，當輸入信(xin)号小于0.075V時(shi)，輸🐉出保🔞持(chi)爲🔞0。
　　由開方(fang)運算關系(xi)式可知，對(dui)于輸入信(xin)号爲0.075～0.999之間(jian)的👅電壓值(zhi)，經開方卡(ka)件處理後(hou)，其輸出值(zhi)大于輸入(ru)值。換言之(zhi)，輸入值低(di)于滿量程(cheng)1/10的信号值(zhi)經由開方(fang)卡🌏件運算(suan)後，如有輸(shu)出，其輸出(chu)會大于原(yuan)輸入值，由(you)于差壓值(zhi)與變送器(qi)輸出電流(liu)之間滿足(zu)線性輸出(chu)關🔞系，且I-V卡(ka)件爲線性(xing)轉換關系(xi)，易知變送(song)器測量差(cha)壓🛀值與開(kai)方卡🏃🏻‍♂️件輸(shu)入端電壓(ya)滿足線性(xing)運算關系(xi)，對于波動(dong)誤💞差，開方(fang)運算會将(jiang)其放大，這(zhe)也是波動(dong)較爲明顯(xian)的原因之(zhi)一🐆。
　　綜合以(yi)上故障情(qing)況分析，可(ke)以判斷出(chu)流量測量(liang)不穩定性(xing)的成因與(yu)管道内存(cun)在氣體有(you)密切關系(xi)。
2.4處理措施(shi)
　　綜上分析(xi)可知，小流(liu)量波動産(chan)生的原因(yin)爲管線内(nei)氣💚體産生(sheng)的壓力擾(rao)動，要解決(jue)小流量測(ce)量不穩定(ding)💰的情況，需(xu)要消除氣(qi)體造成的(de)影響，氣體(ti)由虹吸破(po)壞作用📐帶(dai)出，根據該(gai)系統的工(gong)作原理可(ke)知，無法做(zuo)到從根源(yuan)消除管線(xian)💋氣，解決方(fang)法主要着(zhe)手于消除(chu)引壓管線(xian)内的氣體(ti)擾動。根據(ju)現場的實(shi)際布置，初(chu)步的解決(jue)方案🏃🏻‍♂️有3個(ge)：
1）在管線上(shang)布置氣體(ti)消除裝置(zhi)（集氣罐等(deng)）。
2）修改變送(song)器及引壓(ya)管線所在(zai)位置，消除(chu)引壓管線(xian)🌈内⭐液♈體無(wu)🔞法排空的(de)問題。
3）采用(yong)毛細管差(cha)壓變送器(qi)，從根本上(shang)避免氣體(ti)波動。
　　對于(yu)1）、2）兩項解決(jue)方案，有成(cheng)本較低、實(shi)施簡單的(de)優勢，但由(you)于在安噴(pen)試驗進行(hang)的過程中(zhong)，還是有氣(qi)泡随虹吸(xi)破壞進入(ru)管線，依然(ran)不能完全(quan)避免氣體(ti)影響，且加(jia)裝集氣罐(guan)會在管線(xian)中引♊入故(gu)障點，造成(cheng)系統穩定(ding)性下降，其(qi)中集氣罐(guan)這一方案(an)已被證明(ming)效果不佳(jia)，不考慮采(cai)用。
　　考慮第(di)3條方案，由(you)連通器原(yuan)理可知，主(zhu)管線中的(de)壓👨‍❤️‍👨力變化(hua)對👄于差壓(ya)變送器來(lai)說不造成(cheng)影響，主要(yao)的🏃‍♂️問題集(ji)中于引壓(ya)管🔴線上📐，毛(mao)細管變送(song)器通過在(zai)封閉毛細(xi)管内填㊙️充(chong)油進行引(yin)壓，可以避(bi)免主管線(xian)内🌍含氣泡(pao)液體進入(ru)，達到從根(gen)本上消除(chu)氣體影響(xiang)因素的效(xiao)果。
　　綜上考(kao)慮，采用毛(mao)細管型差(cha)壓變送器(qi)對現場變(bian)送器與引(yin)壓管線一(yi)同更換，對(dui)原變送器(qi)、引壓管線(xian)及集氣罐(guan)進行拆除(chu)，由孔闆出(chu)口根閥後(hou)全部換爲(wei)毛細管進(jin)行引壓。改(gai)造後進行(hang)零流量試(shi)驗，啓停泵(beng)前後流量(liang)指示保持(chi)一緻，且停(ting)泵後未出(chu)現♉小流量(liang)波🔱動，改造(zao)效果良好(hao)。改造前後(hou)測量效果(guo)對比如圖(tu)4所㊙️示，其中(zhong)綠色曲線(xian)爲改造後(hou)效果。
 
3總結(jie)
　　差壓式流(liu)量計作爲(wei)一種廣泛(fan)應用于生(sheng)産場所的(de)流量測⁉️量(liang)模式，其結(jie)構簡單，測(ce)量回路易(yi)于搭建，對(dui)🐪純流體的(de)測量結果(guo)精度🛀也讓(rang)人滿意。但(dan)其受流體(ti)🚶‍♀️密度與壓(ya)強影㊙️響較(jiao)大，特别是(shi)對于含氣(qi)泡液體來(lai)說，由于測(ce)量值爲孔(kong)闆差壓，對(dui)于單側波(bo)動影響的(de)👅敏感度較(jiao)高，通過将(jiang)測量儀表(biao)更換爲毛(mao)細管變送(song)器，将單側(ce)管🐕線等效(xiao)爲純液體(ti)測量，從根(gen)源上避免(mian)了氣體擾(rao)動，對于含(han)氣泡液體(ti)管線小流(liu)量測量穩(wen)定性改進(jin)有明顯的(de)😍功效，對于(yu)現場其它(ta)類似流量(liang)計以及國(guo)内同類型(xing)電站均具(ju)有廣泛的(de)應用❓與推(tui)☁️廣前景。

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